改进RRT算法的机械臂路径规划

为解决快速拓展随机树(RRT)算法随机性强,收敛速度慢和结果可行性差等问题,提出了一种基于全局自适应步长与目标偏置采样的改进型RRT算法。首先,利用环境信息自适应的计算初始步长,同时在拓展过程中利用节点周围障碍物信息调整当前步长,以增强对地图的探索能力;其次,通过目标偏置采样结合改进的最近点选取策略提高算法的搜索效率,快速生成一条从起始点到目标点的路径;随后,对生成路径进行两次冗余点移除并结合最大曲率约束减少路径代价和转折角;最后,利用基于最小二乘法的五次多项式拟合对其进行优化,进一步提高路径的可行性。在机械臂上进行仿真实验,结果表明在三维空间下改进RRT算法相较于传统RRT算法,路径代价减少38.1%,规划时间减少68.4%,节点个数减少77.4%,验证了算法的有效性。

PAW-YOLOv7:河道微小漂浮物检测算法

河道漂浮物检测对于船舶自动驾驶以及河道清理有着重大意义,但现有的方法在针对河道漂浮物目标尺寸小且互相遮挡、特征信息少时出现检测精度低等问题。为解决这些问题,本文基于YOLOv7,提出了一种改进模型PAWYOLOv7。首先,为了提高网络模型对小目标的特征表达能力,构建了小目标物体检测层,并将自注意力和卷积混合模块(ACmix)集成应用于新构建的小目标检测层;其次,为了减少复杂背景的干扰,采用全维动态卷积(ODConv)代替颈部的卷积模块,使网络具有捕获全局上下文信息能力;最后,将PConv(partial convolution)模块融入主干网络,替换部分标准卷积,同时采用WIoU(Wise-IoU)损失函数取代CIoU,实现网络模型计算量的降低,提高网络检测速度,同时增加对低质量锚框的聚焦能力,加快模型收敛速度。实验结果表明,PAW-YOLOv7算法在本文利用数据扩展技术改进的FloW-Img数据集上的检测精度达到89.7%,较原YOLOv7提升了9.8%,且检测速度达到54帧/秒(FPS),在自建的稀疏漂浮物数据集上的检测精度比YOLOv7提高了3.7%,能快速准确地检测河道微小漂浮物,同时也具有较好的实时检测性能。

基于DEM-MBD耦合的履带式全地形车辆爬坡特性研究

为优化履带式全地形车爬坡特性,提升其对复杂地形的适应能力,利用离散元法(DEM)与多体动力学(MBD)耦合算法,建立基于RecurDyn与EDEM的DEM-MBD耦合模型,并结合正交试验设计方法,研究路面类型、车辆质心位置、接地长度、速度耦合对车辆爬坡能力与稳定性的影响规律。研究结果表明:各因素对履带式全地形车爬坡能力的影响权重为:速度>x向质心坐标>路面类型>接地长度>y向质心坐标。基于正交试验理论,爬坡能力最佳组合为:碎石路面,质心位置为x=200,y=400,接地长度为1100 mm,速度为5 km/h;当该型车辆运行速度为0~5 km/h时,提升速度、前移质心有利于提升车辆爬坡能力;该车辆在低车速、砂土地形、较大的接地比压的情况下稳定性更好。

基于多感受野特征增强的改进EfficientDet遥感目标检测算法

针对遥感图像目标检测中小目标检测精度低、目标密集和尺度形态多样等问题,在轻量化网络EfficientDet-D0目标检测算法的基础上,在加权双向特征金字塔网络(BiFPN)进行特征融合时加入小尺度以及高一级尺度的中间信息,对BiFPN网络进行重构,充分利用不同尺度信息,提高多尺度目标检测精度;同时在BiFPN中加入融合空洞卷积和快速归一化融合方法的特征增强模块,补强因特征图缩放所丢失的特征信息,进一步提高检测精度;另外,采用参数动态的Dynamic ReLU激活函数对原始网络中的参数静态的Swish激活函数进行改进。改进EfficientDet算法在不影响轻量化特点的前提下,对公开数据集Pascal VOC的目标检测平均精度均值(mAP)相较于原始算法提升11.9个百分点,亦优于其他目标检测算法。针对遥感图像数据集RSOD,通过Imgaug数据增强库对已有的936幅遥感图像数据集进行数据增广,利用改进模型进行迁移学习,未进行数据增广和增广后的目标检测结果分别为88.38%和96.78%,证明所提算法可以满足实际应用中对遥感图像目标的检测要求。

基于有限元法的半桥IGBT混合模块的可靠性分析与优化设计

为了避免过高的温度和热应力使IGBT模块内部材料疲劳失效,建立了硅基IGBT与碳化硅基JBS组成的半桥IGBT混合模块的有限元仿真模型,通过改变芯片排列位置、各层结构的厚度,以及焊料和陶瓷基板的材质,研究模块结温及最大热应力变化规律,并对模块封装结构进行优化。优化后模块的结温与最大热应力分别下降18℃和80.2 MPa,提高了模块的可靠性。

新型液压子母闸门静力特性与动力特性分析

为解决新型液压闸门在现实环境下难以制造、试验、调试等问题,基于数字孪生仿真平台对历史闸门运行数据进行分析并传递,通过数值模拟仿真分析设计闸门在静水压力下不同子闸门开度的闸门整体应力、变形变化,同时分析在空气中及流固耦合作用下闸门整体振动频率变化,并模拟了不同开度子闸门处的流体域流动状态。结果表明,随着子闸门开度的增加,闸门所受应力值在58~67.5 MPa之间变化,所受变形变化不明显;与空气中的闸门自振频率相比,流固耦合作用会适当降低闸门的自振频率;不同子闸门开度会影响流体域的流动状态,且开度增加会降低水体流速。研究结果为其在实际运行、维护及优化闸门性能提供一定的参考。

WC含量对铁基复合涂层组织与磨损性能的研究

为了解决导辊零部件表面易磨损失效问题,采用激光熔覆在GCR15轴承钢表面制备了不同WC含量铁基复合熔覆层.分别通过SEM、EDS、XRD和磨损试验机对熔覆层微观组织、元素分布、物相组成和耐磨性能进行分析.结果发现,WC的添加量对合金熔覆层组织及性能影响较大.熔覆层与GCR15轴承钢基材冶金结合良好,熔覆层组织主要由胞状晶和等轴树枝晶组成,物相以Fe_(3)W_(3)C、Fe 2W 2C为主.熔覆层平均显微硬度随WC含量的增加而增加,其中WC含量为质量分数50%的熔覆层平均显微硬度最高,约为基材的3倍.在耐磨性能方面,磨损机理主要为磨料磨损和氧化磨损.随着熔覆层WC质量分数的增加,磨损量先减小后变大,WC含量为质量分数30%的熔覆层耐磨性能最佳.

平面拟合算法抗干扰能力对比研究

针对点云数据拟合过程中出现噪声点和离群点影响拟合效果的问题,利用最小二乘法(LS)、加权最小二乘法(WLS)和随机抽样一致性算法(RANSAC)基于点云数据进行平面拟合。利用上述三种方法分别对含有离群点、噪声点和两者都有的平面仿真点云数据和实测的斜垫铁倾斜面点云数据,分别进行平面拟合仿真实验和实测实验来验证算法效果。实验结果表明利用随机抽样一致性算法在上述实验条件下,能够消除噪声点、离群点的影响,可以获得准确的参数解,拟合的平面精度最高,加权最小二乘法拟合平面精度次之,最小二乘法精度最差。

基于FPGA的简易偏振成像系统设计

偏振成像是一种获取目标物表面光学反射偏振特征的新型成像技术,与传统成像相比可以获取更多的目标物信息。本文设计了一种简易轻便应用于多场景下的偏振成像采集系统。系统由光学成像模块、FPGA主芯片、上位机图像获取三部分组成,实现图像的采集、传输与显示。通过FPGA主芯片驱动图像传感器,利用偏振分光棱镜,将携带目标物表面信息的反射光分解成垂直方向(S分量)和水平方向(P分量),收集并解析获取目标物垂直方向和水平方向上的偏振图像;同时分析了系统可能产生误差的原因并进行了标定。实验结果表明:本文设计的成像系统在不同场景下,均可稳定、实时采集到P分量和S分量图像,解析出偏振度图像。

激光制造Janus铝箔在污水处理中的应用

通过改变表面润湿性来提高传统微孔曝气器的曝气效率,对提高污水处理效率具有重要意义。利用激光仿生制造技术制得两侧具有非对称润湿性的Janus铝箔,将Janus铝箔应用到自制曝气器中,用于产生均匀的超细气泡来进行高性能曝气,加快好氧生物膜中的硝化菌对氨氮的分解效率,从而提高废水处理的效率。研究表明,使用Janus铝箔曝气器对氨氮分解速率近乎是双面超疏水铝箔的3倍。这种简单、低成本的激光制造Janus铝箔的方法在提高污水处理过程的氧气传质和能源效率方面显示出巨大的潜力。

非晶合金激光制造技术研究进展

非晶合金材料具有独特、优异的性能,一直受到科技界的高度关注。随着高端装备制造领域的发展以及关键器件需求的增加,应用激光制造技术进行块体非晶合金构件成形、材料表面非晶强化与微细加工的研究备受关注。本文通过综合国内外文献资料,对非晶合金激光制造技术领域的有关研究状况进行了全面总结,分别介绍了非晶合金激光增材制造、非晶合金激光焊接、激光表面非晶化、激光熔覆非晶涂层和非晶合金激光烧蚀加工等方法与技术,阐述了相关技术的原理、研究现状、应用领域及发展趋势,最后对非晶合金激光制造技术进行了总结与展望。

增材制造复杂金属构件表面抛光技术

增材制造可以满足航空航天领域对零件的高复杂性、高性能、轻量化以及多功能化的要求,但其制造复杂金属零件时在综合性能、表面质量和成形精度上仍然存在不足,必须经过表面抛光处理才能达到航空航天零件高使役性要求。通过综合国内外文献资料,详细介绍了化学抛光、电解抛光、磨粒流抛光和激光抛光这4种可达性较强的表面抛光技术的原理方法以及应用现状,接着分析了增材制造技术和表面抛光技术的发展趋势,最后进行了总结和展望。提出增材制造与表面抛光工艺相结合的工艺优化思想,并指出研制绿色智能的一体化技术装备是当前面临的重大挑战。

改进YOLOv7的无人机视角下复杂环境目标检测算法

针对无人机在航拍过程中容易受到恶劣环境的影响,导致航拍图像出现辨识度低、被障碍物遮挡、特征严重丢失等问题,提出了一种改进YOLOv7的无人机视角下复杂环境的目标检测算法(SSG-YOLOv7)。首先从VisDrone2019数据集和RSOD数据集中分别抽取图片进行五种环境的模拟,将VisDrone数据集扩充至12803张,RSOD数据集扩充至1320张。其次,聚类出更适合数据集的锚框尺寸。接着将3D无参注意力机制SimAM引入主干网络和特征提取模块中,增加模型的学习能力。然后重构特征提取模块SPPCSPC,融合不同尺寸池化通道提取的信息同时引入轻量级的卷积模块GhostConv,在不增加模型参数量的同时提高算法对密集多尺度目标检测精度。最后使用Soft NMS优化锚框的置信度,减少算法的误检、漏检率。实验结果表明,在复杂环境的检测任务中SSG-YOLOv7检测效果优良,性能指标VisDrone_mAP@0.5和RSOD_mAP@0.5较YOLOv7分别提高了10.45%和2.67%。

基于遮蔽函数修正的金属表面自发辐射偏振模型

由于表面微细结构的随机分布,实际使用的金属在光反射或热辐射时存在明显的遮蔽阴影效应。现有的双向反射分布函数模型采用分段型几何衰减因子进行表征,难以获得较高的精度。首先,分析了金属表面相邻微面元倾角差异对入射光与出射光产生的遮蔽与阴影效应。然后,基于微面元倾斜角与光线的几何关系对现有积分型遮蔽函数进行修正,用柯西分布表征金属表面微面元的分布,并提出了一种基于遮蔽函数修正的金属表面自发辐射偏振模型。最后,通过实验获取不同金属材料在加热条件下的自发辐射偏振度,以验证修正模型的效果。结果表明,相比现有模型,基于遮蔽函数修正的自发辐射模型仿真结果与实验测量数据更吻合。

医用锆基块体非晶合金飞秒激光加工表面特性研究

利用飞秒激光扫描医用锆基块体非晶合金表面制备直线结构,通过扫描电镜观察分析试样表面微观形貌变化,使用接触角测量仪测量加工前后及放置3个月后试样的接触角,并同时使用X射线光电子能谱仪对表面化学成分进行测量分析,最后利用电化学工作站测试其耐腐蚀性。从测试结果可以看出:加工前的锆基块体非晶合金表面表现出一定的亲水性,通过飞秒激光处理后,变为超亲水;在室内用密封袋封装3个月后,飞秒激光加工后的表面的接触角显著增大;测量加工前后样品腐蚀时的开路电压分别为-0.96 V、-0.93 V。经飞秒加工后的非晶合金开路电压更高,与未加工样品相比耐腐蚀性更强。实验结果表明:经飞秒激光表面处理后的非晶合金具有更好的亲水性和耐腐蚀性,增强了作为医用植入体在人体内的适用性。

6016-T4铝合金预警器支架翻边开裂的数值模拟及优化

为了解决6016-T4铝合金安全带预警器支架开裂的问题,首先,分析安全带预警器支架的结构特点、冲压工艺和板料性能,基于Dynaform有限元软件对预警器支架进行全过程模拟,确定开裂的位置,并分析零件开裂的原因;然后,将OP30翻边成形工序的凹模圆角半径由初始的5.5 mm增大至8.0 mm,解决了支架开裂问题;再通过4因素3水平的正交试验,研究OP30翻边成形工序中冲压速度、压边力、摩擦因数及凹凸模间隙对评估指标最大减薄率影响的重要性程度关系,得出优化后的工艺参数组合;最后,进行了仿真验证,结果显示:采用增大后的圆角半径,并结合优化后的工艺参数组合可以有效地将支架厚度控制在1.679~3.018 mm,大大降低了板料的减薄率,并且支架未出现开裂现象,便于后续的稳定量产。

退火温度对FeCoCrNiTi高熵合金组织及性能的影响

采用真空电弧熔炼法制备了FeCoCrNiTi高熵合金,随后分别在600、800和1000℃下对其进行真空退火处理。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计和万能材料试验机等研究了不同退火温度对FeCoCrNiTi高熵合金显微组织、硬度和压缩力学性能的影响。结果表明:铸态FeCoCrNiTi高熵合金的组织由FCC相和η相构成。当退火温度为600℃时,合金中检测到了C14 Laves相,在后续更高的退火温度下C14 Laves相仍存在。800℃退火处理后,部分FCC相转化为σ相。在1000℃退火时,合金的组织由FCC相、η相和C14 Laves相组成。退火处理使得合金的硬度明显高于铸态合金硬度,极限抗压强度随退火温度的升高先升高后降低。当退火温度为600℃时,合金显微硬度和极限抗压强度达到最高,分别为982.9 HV0.2和1344 MPa。