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期刊信息/Journal information
科学技术与工程
科学技术与工程

明廷华

旬刊

1671-1815

ste@periodicals.net.cn

010-62103284

100081

北京市海淀区学院南路86号

科学技术与工程/Journal Science Technology and Engineering北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊向社会介绍科技界、工程界进展情况和为科学家、工程技术专家开展学术交流服务的一份学术性、知识性和动态性杂志。主要内容包括科学技术发展前景和重大建设工程进展情况，科学技术与工程方面的新成果、新知识、科技界和工程界的热点问题等。适合科技工作者、工程技术专家、领导同志、管理干部和图书资料馆（室）订阅。
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    床椅一体化机器人设计与实现

    雷翔霄唐春霞胡璇
    7177-7184页
    查看更多>>摘要：针对床椅机器人在室内狭小空间灵活行走的问题,研制一款四轮独立驱动转向的床椅一体化机器人.根据室内狭小空间的转向需求,确定了底盘总体布局方案和主要技术参数.对重要部件进行了理论计算、有限元分析,对驱动轮支架进行了应力及形变分析;在ADAMS软件中建立了床椅机器人的动力学仿真模型,进行了稳定性分析.仿真结果表明,驱动轮支架的强度和刚度均满足设计要求,床椅机器人的各项指标符合国家相关标准的规定.样机试验进一步验证了仿真分析的结果,确认了床椅一体化机器人的稳定性、越障性能和在室内狭小空间的转向性能.

    床椅机器人机器人底盘独立驱动转向

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    基于局部区域搜索的颗粒最小外接圆与最大内切圆优化算法

    綦华宇刘伟尹秀文石君志...
    7185-7195页
    查看更多>>摘要：颗粒轮廓通常像素点数多、形状复杂,使得现有最小外接圆(minimum circumscribing circle,MCC)和最大内切圆(max-imum inscribed circle,MIC)算法常因搜索点选择不当而导致算法无法收敛或者陷入局部最优.针对此问题提出了基于局部区域搜索(partial area search,PAS)的MCC与MIC优化算法.算法采用欧几里得距离变换(Euclidean distance transformation,EDT)获得中心点,根据此中心点划分不同的局部搜索区域,然后在局部区域中分别搜索MCC和MIC所需的候选点,最后通过计算分别得到需要的圆.在MCC计算中详细说明了通过两点直接确定MCC的方式,并在局部区域中优先选择最外围的点作为构建初始圆的依据.通过这种方式,部分颗粒无需迭代即可获得MCC,消除了由于搜索点选择不合适而导致的出错问题,同时减少了后续的迭代计算需求.MIC计算首先在局部区域中搜索候选点,然后利用Voronoi图计算MIC,免去了迭代步骤,提高了计算精度和效率.计算出MCC与MIC后,即可计算出颗粒的不规则度.通过对已有数据集的对比分析和实际颗粒的实验数据,证明了优化算法的稳定性和精确性,并具有较高的计算效率,同时适用于低分辨率的颗粒图像.研究结果为颗粒形态的分析提供了一种有效的优化算法.

    图像分析计算几何模型颗粒不规则度最小外接圆最大内切圆

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    基于图神经网络的多源异构知识增强对话模型

    毕忠勤张锴单美静王世洋...
    7196-7204页
    查看更多>>摘要：为解决当前开放域对话系统中端到端模型在生成响应时存在的相关性低、多样性不足的问题,提出了 一种多源异构知识增强对话生成模型(multi-source knowledge-enhanced dialogue generation framework,MSGF).该模型通过整合多个不同的知识源,提高了与对话背景信息相关的知识覆盖率,并采用全局知识选择模块解决不同知识源之间的主题冲突问题,来避免对话主题含义混淆.此外,该模型还引入了融合预测模块,通过获取不同的知识源中的信息来生成响应.实验结果表明,与同类其他模型相比,MSGF模型在性能上具有明显优势,具有更全面的知识覆盖,生成的响应主题相关性更高.可见,所提出的MSGF模型能够很好地理解对话内容,并显著提升对话系统的性能.

    对话生成图神经网络图注意力机制知识图谱多源异构知识知识增强

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    基于改进YOLOv7的道路裂缝和坑洞检测算法

    宣以国余成波蒋启超龚欣...
    7205-7213页
    查看更多>>摘要：道路裂缝和坑洞的检测是道路安全检查中的重要部分.针对道路实时检测中存在的漏检、错检等问题,提出一种基于改进YOLOv7的道路裂缝和坑洞检测算法.先将裂缝分为纵向、横向和网状裂缝,再使用可变形卷积(deformable convolu-tional networks,DCN)替换原YOLOv7中特征提取网络里的卷积,使得形状差异较大且不规则的裂缝形状特征得到完整提取,提升裂缝的准确度;针对获取的图像中坑洞目标较小不易发现的问题,通过先将边界框建模为高斯分布,再使用基于Wasser-stein距离(normalized Wasserstein distance,NWD)的新的度量标准的小目标检测评估方法,提高坑洞的检测精度.实验结果表明,改进后的算法较原YOLOv7算法检测精度提高了 4.1％,同时检测速度提高了 17％,表现出更出色的检测效果.

    YOLOv7目标检测DCNNWD

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    基于救援机器人的人体关节点检测方法

    杨世林高治军卜春光范晓亮...
    7214-7220页
    查看更多>>摘要：为了使救援机器人在危楼环境下能够精确地检测人体关节点,以代替救援人员进入危险现场,提出了 一种基于救援机器人的人体关节点检测方法.首先,通过Kinect相机获取人体关节点检测数据,采用归一化的方法对关节点数据进行平滑预处理.其次,对预处理数据加入人体关节长度约束和关节旋转角约束,从而生成每个人体关节点空间位置.最后,采用Tsai方法进行手眼标定,得到机械臂和伤员之间的距离.实验结果表明该方法在危楼救援环境下能够准确测量伤员关节点位置,验证了所提出检测方法的有效性.

    人体关节点Kinect手眼标定救援机器人

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    融合注意力机制的改进型YOLOv5绝缘子缺陷故障检测方法

    孙新娟杨天宇
    7221-7230页
    查看更多>>摘要：在电力系统巡检过程中,人工巡检方式难度较高,且存在安全隐患,搭载智能算法的无人机平台代替人工进行绝缘子检测的方法前景较好.针对绝缘子缺陷目标检测过程中存在的速度较慢、准确度较低等不足,提出了融合注意力机制的改进型YOLOv5绝缘子缺陷故障检测方法,该方法在YOLOv5s网络中融入压缩与激活(squeeze-and-excitation,SE)注意力模块和卷积块的注意力模块(convolutional block attention module,CBAM),并且将SE注意力模块与网络结构当中的C3模块结合,强化了网络的特征提取能力.通过相关的图像处理方法完成了自建绝缘子数据集的构建,采用了 K-means++聚类算法构建自建数据集的先验框,并引入了 Mosaic-9数据增强策略,有效解决了训练数据不足难以保证训练效果的问题.实验验证表明,改进后的检测方法,在不影响检测时间的前提下,绝缘子检测的准确度提升了 9.7％,对电力系统巡检方法具有一定参考意义.

    绝缘子缺陷检测注意力机制K-means++

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    改进YOLOv7的子午线轮胎X光图像缺陷检测

    耿宇杰王明泉谢绍鹏黄心玥...
    7231-7238页
    查看更多>>摘要：为了实现轮胎缺陷的自动检测,提高轮胎缺陷检测的精度,提出了一种子午线轮胎缺陷检测方法(YOLOv7-DCA).首先,基于协调注意力和空洞卷积设计了 DCA-MP(dilated coordinated attention-max pooling)模块,加强下采样的感受野,同时提高缺陷所占权重,提高缺陷检测精度;其次,在Neck层中融合了 CARAFE(content aware reassembly of features)模块进一步提高缺陷检测精度.实验结果表明,YOLOv7-DCA模型平均检测精度可以达到97.77％,相比于原YOLO(you only look once)算法提高了3.27％.与当前主流的Faster-RCNN,YOLOv5,YOLOv7-tiny系列模型相比,综合表现效果最好.可见,该模型对于轮胎缺陷自动检测研究提供了参考意义.

    子午线轮胎缺陷检测YOLOv7协调注意力CARAFE

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    基于多模态深度神经网络的抓取检测方法

    严松张蕾
    7239-7248页
    查看更多>>摘要：针对机器人抓取检测任务中对未知物体抓取检测精度低的问题,提出了一种多模态深度神经抓取检测模型.首先,在RGB和深度两个通道中引入残差模块以进一步提升网络的特征提取能力.其次,引入多模态特征融合模块进行特征融合.最后,通过全连接层回归融合特征得到最佳抓取检测结果.实验结果表明,在Cornell抓取数据集上,本文方法的图像拆分检测精度达到95.7％,对象拆分检测精度达到94.6％.此外,还通过消融实验证明了引入残差模块可以提高网络抓取检测性能.

    抓取检测机器人多模态融合深度学习

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    "牛角管"式组合桨釜内中药膏剂的流动传热特性

    李春江王开宝王明旭李建永...
    7249-7259页
    查看更多>>摘要：为解决高黏度中药膏剂在搅拌釜内受热不均、混合效率低下等问题,设计了新型"牛角管"式组合桨.基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)中的瞬态滑移网格法,对内盘管加热下搅拌釜流场进行数值模拟研究,并对其中一种工况进行了普适性的实验验证,探究搅拌釜内中药膏剂的流场情况及温度分布规律,分析了同一组合桨不同转速下以及同一转速下不同组合桨对流场情况的影响.结果表明:新型组合桨在转速300 r/min时釜内温度以及流场混合效率最高,在该转速下,将新型组合桨与传统组合桨进行对比,"涡轮叶片"式组合桨对釜内温度分布影响能力弱,不适用于工业生产,"大叶片"式组合桨机械搅拌功耗和釜内温差均大于新型组合桨,使得新型组合桨在多方面优于传统组合桨.研究结果为工业生产提供参考.

    "牛角管"式组合桨热对流数值模拟非牛顿流体滑移网格

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    济南济泺路穿黄隧道典型粉质黏土HSS模型参数获取及适用性

    杨州孙文昊张亮亮李亚楠...
    7260-7268页
    查看更多>>摘要：盾构施工过程中土体大部分区域处于小应变状态,与常用的本构模型的土体性质有所不同.因此,为研究济南济泺路穿黄隧道区域内典型粉质黏土的的静动力行为特性及工程适用性,通过室内基础土工试验、侧限固结试验、标准三轴固结试验以及动三轴试验,确定了粉质黏土基本物理性质参数以及切线刚度Erefoed、割线模量Eref50、卸载/重加载参考刚度Erefur,并将所得参数应用于济南济泺路穿黄隧道工程下穿北岸大堤沉降分析中,同时通过对比应用硬化土小应变硬化(hardening soil model with small strain stiffness,HSS)本构模型、摩尔库伦(M-C)本构模型的模拟结果与现场实测结果,验证了 HSS本构模型在该地区变形分析中的准确性.结果表明:围压一定时,该地区粉质黏土试样竖向应变以塑性应变为主,且随动应力的增加,土体达到稳定所需时间越长;循环荷载一定时,增大土体围压可提高土体的稳定性;基于室内试验获取的HSS本构模型参数模拟的济南济泺路穿黄隧道下穿大堤工程地层变形结果与现场实测值吻合良好,验证了基于所提出的室内试验获取岩土小应变相关参数方法的适用性.研究成果可以丰富济南黄河地区粉质黏土地层参数研究,并为该地区岩土工程数值模拟分析的本构模型与地层参数选取提供参考.

    粉质黏土HSS模型室内试验适用性

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