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天津大学学报
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龚克　

月刊

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300072

天津大学青年公寓B座414室

天津大学学报/Journal Journal of Tianjin UniversityCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊创刊于1955年，月刊，全国核心期刊。该刊主要刊登自然科学和工程技术领域中具有创造性和前瞻性的学术论文。本刊曾连续多届获天津市和华北地区优秀期刊奖。2001年进入“中国期刊方阵”；2003年重新成为EI检索系统收录期刊；2004年被评选为第二届国家期刊奖100种重点科技期刊，并荣获国家教育部优秀期刊二等奖和第一届北方优秀期刊称号。现己被18种国内外重要检索系统收录。
正式出版
收录年代

    吹风比对热障涂层-气膜冷却系统CMAS侵蚀过程及隔热性能的影响

    张俊红谢安顺高朗张学玲...
    1-11页
    查看更多>>摘要：针对熔融硅酸盐环境沉积物(CMAS)侵蚀诱发含冷却孔热障涂层结构热防护性能下降的问题,研究了不同吹风比下的 CMAS 的非均匀侵蚀行为及其对热障涂层(TBCs)隔热性能的影响.在 Fluent 软件中,考虑热传导、热对流和热辐射(热辐射使用离散纵坐标辐射模型),建立共轭传热模型得到了在吹风比为 1.5、1.0 和 0.5 时TBC-气膜冷却系统的温度分布,在 ABAQUS 中建立三维相场模型(PFM)模拟 CMAS 的非均匀侵蚀行为,定量分析不同吹风比下CMAS侵蚀行为对TBC-气膜冷却系统温度分布的影响.分析了侵蚀 300 h前后TBCs-气膜冷却系统温度场的变化,探讨了在不同吹风比下CMAS非均匀侵蚀对TBCs靠近主流入口、冷却孔入口前缘、冷却孔出口后缘和主流出口 4 个典型位置沿涂层厚度方向路径上热阻的影响.结果表明:TBC-气膜冷却系统在工作条件下具有三维温度梯度,沿主流流动方向和沿 TBCs 厚度方向上有较高的温度梯度,冷却孔附近区域温度分布的不均匀度高.陶瓷(TC)层中的 CMAS浓度分布呈明显的不均匀性,在高温度区域内CMAS侵蚀速率更高,吹风比降低会引起TC层温度上升,温度不均匀性下降,CMAS 的侵蚀程度增加,浓度分布的不均匀性下降.CMAS 侵蚀会降低 TBCs 的隔热性能,吹风比为 1.5、1.0 和 0.5 时,侵蚀前后 TBCs 在靠近主流入口位置沿厚度方向路径上热阻下降率最高,分别为 16.47%、17.13%和17.55%.CMAS侵蚀对TBCs在冷却孔出口后缘的隔热性能的影响较小,热阻在侵蚀前后的变化不大.

    吹风比热障涂层CMAS非均匀侵蚀隔热性能

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    一种多模式轮腿移动机器人的设计与分析

    李晋馥于泽连宾宾
    12-23页
    查看更多>>摘要：移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.轮腿式移动机器人因具有良好的机动性与越障能力而受到青睐.然而现有轮腿式移动机器人机身大多不可变形,导致机器人运动模式较少,地形适应性一般.且机身易与障碍物发生碰撞,无法在具备良好的爬坡能力的同时保证跨越障碍物的效率.针对上述问题,本文提出了一种采用多连杆可变形机构作为机身的轮腿式移动机器人.在设计机器人轮腿及可变形机身的基础上,建立机器人整体运动学模型,据此规划机器人 3 种运动模式:同步步态、翻滚步态和蜷曲-伸展步态.开展机器人在典型地形(平坦地面、松软地形、上升坡度、下降坡度、障碍物)下的运动性能分析,揭示机器人结构参数与地形特征(爬坡角度、障碍物高度)映射关系.最后基于理论分析结果搭建物理样机并开展实验.实验结果表明,本文所设计的多模式轮腿移动机器人的最大爬坡角度和越障高度分别为 44°和 28 mm,具有良好的爬坡能力与越障性能.此外,得益于多模式运动特点,机器人在包含平坦地面及松软地形在内的多地形下均具有良好的通过性,验证了机器人方案的可行性.本文为多模式轮腿运动机器人的设计与应用提供有益参考.

    多模式移动机器人轮腿式移动机器人运动学建模实验研究

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    中空连续体机械臂的设计与主从任务转换避障控制

    万淑敏孙长超袁培康常乐...
    24-35页
    查看更多>>摘要：连续体机械臂具有优良的弯曲性能和柔顺灵活性,表现出了独特的环境适应性和人机交互安全性,在微创手术、灾后救援、狭窄空间检修等非结构化环境及家庭服务领域具有广阔的应用前景.然而,连续体机械臂的中央脊椎骨占据其内部空间,模块单元冗余且运动耦合导致避障运动困难等问题妨碍了其在实际场景中的应用.针对以上问题,设计了内部中空的丝驱动连续体机械臂,为末端执行器的电液气管线留置出了充足的物理空间,并通过鲍登管在结构上实现了模块单元间的运动解耦;考虑丝驱动连续体机械臂的弯曲特性,建立了解耦后的简化运动学模型和运动学闭环控制算法;构造了评估空间障碍物与连续体机械臂最短距离的计算方法;在传统变构型避障运动控制的基础上,提出了基于主从任务转换的避障控制算法,能够在末端轨迹跟踪约束下,实现对障碍的躲避,同时也可暂时舍弃对给定末端轨迹的跟踪以躲避位于末端运动轨迹附近的障碍物.仿真和实验结果表明:所设计的连续体机械臂具有良好的运动能力,轨迹跟踪控制的末端位置平均误差为 2.510 mm,仅为连续体机械臂长度的 0.32%;提出的主从任务转换避障控制算法有效,能够准确评估末端运动与避障运动的优先级,相关研究工作为连续体机械臂的设计和运动控制提供了新的参考和思路.

    连续体机械臂解耦避障主从任务转换

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    基于视觉定位与虚拟现实技术的机器人遥操作研究

    林子骜肖聚亮赵炜刘海涛...
    36-46页
    查看更多>>摘要：机器人遥操作,即人类操作者通过远程控制设备操纵机器人完成任务,实现了机器人的执行能力和人类操作者在非结构化环境中的决策能力的融合,已被广泛应用于各种工作要求复杂且对人类有潜在危险的领域.高效遥操作的关键因素之一在于能否为操作者提供良好的临场感,临场感取决于操作者对远程环境的身临其境的感知(视觉、触觉等感官反馈)以及对远程机器人精准、直观的控制.本文提出了一种基于视觉定位与虚拟现实技术的机器人遥操作方法,重建并传输远程场景的静态点云模型,利用 Gen6D 位姿估计算法根据 RGB 数据自动检测远程场景中的物体,然后将检测到的物体位姿信息传输到 Unity 虚拟现实场景中,定位虚拟物体,从而取代物体的点云模型.充分发挥虚拟现实的固有优势,沉浸式可视化重建后的远程场景,利用 Unity 物理引擎驱动虚拟物体,提高操作者的临场感.其次,提出一种人机解耦的信息物理(cyber-physical)映射模型,将操作者与远程机器人的控制回路解耦,消除了时延对遥操作的影响.最后,提出一种基于虚拟现实空间的自适应位置增量映射算法,根据虚拟机器人末端抓手与目标物体的距离改变位姿映射的比例,提高了遥操作的灵活性,并赋予虚拟现实遥操作避障的功能,保障了虚拟现实遥操作的安全性.

    机器人遥操作虚拟现实场景重建位姿映射

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    基于风格迁移的柔性输尿管内窥镜图像深度估计

    辛运帏尹晶晶赵煜代煜...
    47-55页
    查看更多>>摘要：输尿管内窥镜手术是目前针对肾结石的主流治疗方案,其外形细长、镜体柔软,能够灵活穿越人体自然腔道的内径狭窄的尿道和输尿管,检查视野范围更广,使医生能够更好地观察到病变区域.但一般的输尿管内窥镜仅配备单目摄像头进行配合手术操作,无法借助额外设备获取数据导致了其图像信息的匮乏;同时,相比于胃肠、鼻镜等手术场景,本研究的肾内场景在不具备公开数据集的同时,图像质量参差不齐,表面纹理细节不足,孔洞区域褶皱少,受模糊反光等干扰大,都易使深度估计受到影响针对以上问题,提出了一种基于改进风格迁移模型的深度估计方法.该方法首先根据术前 CT 图像重建肾脏内部腔道模型并提取中心路径,将虚拟内窥镜的摄像头设置在插值后的路径点上,构建了虚拟内窥镜漫游图像与深度估计图像一一对应的数据集,并基于此数据集训练了一个深度估计模型;随后,使用添加高效通道注意力(ECA)模块的改进风格迁移模型,将真实内窥镜图像域迁移至虚拟内窥镜图像域;最后,再将经由风格迁移产生的虚拟内窥镜图像送入上述训练得来的深度估计模型中,最终实现真实内窥镜图像的深度估计.所提方法的可行性及有效性在输尿管钬激光碎石术的图像中得到验证.

    深度估计风格迁移注意力机制深度学习

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    RV减速器滚针轴承动态磨损特性分析

    许立新刘伟明钟家銮
    56-67页
    查看更多>>摘要：RV(rotary vector)减速器中滚针轴承径向尺寸小,所受动态接触载荷变化复杂,在实际使用中容易出现磨损失效,导致 RV 减速器的工作性能急剧下降,失去原有的传动精度,甚至出现故障损坏.为揭示 RV 减速器滚针轴承动态磨损特性,基于接触多体动力学和 Archard 磨损理论,提出摆线针轮-滚针轴承传动机构的动力学与磨损耦合模型.该方法通过接触多体动力学求解滚针轴承动态接触载荷,分别得到滚动体与内外滚道之间的瞬时法向接触力,借助 Archard 磨损模型依次计算出内外滚道的瞬时磨损量,再进行累积以表达轴承内外滚道磨损形状.以RV20E-121 减速器为对象,基于摆线针轮-滚针轴承传动机构的动力学与磨损耦合模型,分析滚针轴承内外滚道的动态磨损特性,获得内外滚道的累积磨损量大小和分布情况,并绘制磨损后内外滚道形状.研究结果表明:轴承内外滚道磨损量不均匀,且内滚道磨损比外滚道严重;轴承内滚道在垂直偏心距方向上的累积接触磨损量较大,轴承外滚道在摆线轮圆周方向上累积接触磨损量较大;基于RV20E-121 减速器耐久疲劳试验,通过轴承滚道磨损形状检测发现,内外滚道磨损不均匀,滚针轴承内滚道的磨损情况比外滚道严峻,内滚道的磨损主要集中在垂直偏心距方向上,外滚道的磨损集中在摆线轮圆周方向上,累积磨损规律与仿真计算结果具有一致性.

    RV减速器滚针轴承动力学动态磨损

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    一种基于DTW-DP-GMM的工业机器人轨迹学习策略

    肖洒陈旭阳叶锦华吴海彬...
    68-80页
    查看更多>>摘要：针对机器人示教编程过程中使用高斯混合模型(GMM)规划运动轨迹时存在的高斯分布个数难以选择、复现轨迹精度较低等问题,提出了一种复合的机器人运动轨迹学习策略.该策略包含动态时间规整(DTW)算法、高斯混合模型与道格拉斯-普克(DP)算法.首先,针对示教过程中采集的多条轨迹在时间长度上存在差异的问题,采用DTW 算法来统一示教轨迹在时域上的变化.其次,使用 GMM 算法对示教轨迹的特征进行提取,并利用高斯混合回归(GMR)算法将其重构为复现轨迹.在这个过程中采用DP算法来预估GMM算法的关键参数高斯分布的数量,与传统方法相比,能够简单直观地得到相对准确的参数值.利用 DP 算法对复现轨迹的数据点进行稀疏化并优化,不仅确保了机器人最终运动轨迹的精度,而且大幅减少了最终轨迹数据点的数量.最后,进行了不同形状的模拟焊接轨迹学习规划实验.结果表明:经由 DTW 对齐后的示教轨迹具有更加明显的运动特征,经过 GMM-GMR 学习输出的复现轨迹具有良好的表征结果;在使用GMM-GMR算法学习示教轨迹的过程中,采用DP算法可以有效预估高斯分布个数;经过DP算法稀疏化并优化的最终轨迹的平均位置误差均在 0.500 mm以内,其最大误差可以控制在0.800 mm以内,可以满足焊接轨迹规划的精度要求,验证了该策略的有效性和优越性.

    工业机器人示教编程高斯混合模型道格拉斯-普克算法动态时间规整轨迹复现

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    低温低压下活性炭吸附氢气的分子模拟

    唐忠利王子瑶吴甜甜李文彬...
    81-90页
    查看更多>>摘要：低温吸附法处理激光尾气中的 H2 相较于传统尾气处理方法具有体积小、质量轻、运行成本低、无振动噪声等特点,其关键问题是开发低温低压条件下高性能的 H2 吸附剂.以石墨片微元构建多孔活性炭模型,使用巨正则蒙特卡罗(GCMC)模拟探究 H2 在多孔活性炭中的吸附行为,通过考察多种因素的影响,期望获得更高的 H2 吸附量.计算使用 pcff 力场,范德华相互作用采用 Lennard-Jones 12-6 形式,将计算得到的 H2 吸附等温线以及模型的BET 参数与实验值对比,验证了模型和力场的准确性.之后探究了石墨片微元尺度、多孔活性炭密度和吸附温度对H2吸附的影响.结果显示:石墨片微元尺度对H2的吸附有较大影响,由 1 环构建的模型性能最差,由 19 环构建的模型性能最好,从吸附性能来看,在单一石墨微元模型和混合石墨微元模型中均满足 19 环＞37 环＞7 环＞1 环;在所建立的 0.5～1.3 g/cm3 模型密度范围内,存在最优密度 1.1 g/cm3,此时能够获得最大 H2 吸附量,比表面积和孔径分布二者共同作用影响吸附性能;温度对 H2 低温吸附有较大影响,当吸附温度升高 5K 和 10K 时,吸附量分别下降了19.1%和36.8%,因此加强吸附过程中的散热和优化吸附床结构可以提高氢气的吸附量.

    活性炭吸附蒙特卡罗模拟氢低温低压

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    基于CLIP模型和知识数据库的零样本动作识别

    侯永宏郑皓春高嘉俊任懿...
    91-100页
    查看更多>>摘要：零样本动作识别旨在从已知类别的动作样本数据中学习知识,并将其迁移到未知的动作类别上,从而实现对未知动作样本的识别和分类.现有的零样本动作识别模型依赖有限的训练数据,可学习到的先验知识有限,难以将视觉特征准确地映射到语义标签上,是限制零样本学习性能提升的关键因素.针对上述问题,本文提出了一种引入外部知识数据库和CLIP模型的零样本学习框架,利用多模态CLIP模型通过自监督对比学习方式积累的知识,来扩充零样本动作识别模型的先验知识.同时,设计了时序编码器,以弥补 CLIP 模型时序建模能力的欠缺.为了使模型学习到更丰富的语义特征,缩小视觉特征和语义标签之间的语义鸿沟,本文扩展了已知动作类别的语义标签,用更为详细的描述语句代替简单的文本标签,丰富了文本表示的语义信息;在此基础上,在模型外部构建了一个知识数据库,在不增加模型参数规模的条件下为模型提供额外的辅助信息,强化视觉特征与文本特征表示之间的关联关系.最后,本文遵循零样本学习规范,对模型进行微调,使其适应零样本动作识别任务,提高了模型的泛化能力.所提方法在 HMDB51 和 UCF101 两个主流数据集上进行了广泛实验,实验数据表明,该方法的识别性能相比目前的先进方法在上述两个数据集上分别提升了3.8%和2.3%,充分体现了所提方法的有效性.

    零样本学习动作识别CLIP模型知识数据库

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    强化音符位置及方向先验信息的多音光学乐谱识别

    关欣刘津津刘辉李锵...
    101-110页
    查看更多>>摘要：由于同一个时刻包含多个音符的多音乐谱其音符符头距离近、符号间依赖关系复杂,使得多音光学乐谱识别极具挑战.传统基于卷积和序列建模的方法,由于经典卷积存在移不变性难以精确表示音符的纵向位置信息,而传统针对上下文序列建模的方法难以有效表征调号中变音记号与五线谱内符头的空间相关性,存在符头音高识别不准、变音记号作用范围有限的问题,从而影响音符音高、时值标注的准确性.针对以上问题,提出了一种强化音符位置及方向先验信息的多音光学乐谱识别方法.首先,提出一种纵向位置编码方法,将纵向位置信息嵌入乐谱图像,以更精确地表示符头的纵向位置信息,从而能明确区分多音乐谱中的不同音高.其次,提出了变音记号位置注意力,以明确建立变音记号和符头的空间依赖关系.最后,针对多音符头纵向分布、音符序列横向排列、音符符头、符干和符尾呈现的局部方向性特点,提出了方向注意力模块,更好地捕捉音符特征分布的方向性.在多音乐谱数据集上开展实验,实验结果表明,该方法对时值识别的符号错误率为 1.14%,对音高识别的符号错误率为2.14%.与当前基准方法卷积递归神经网络相比,该方法时值识别的符号错误率降低了 0.67%,对音高识别的符号错误率降低了1.14%,对多音乐谱具有良好的识别效果.

    光学乐谱识别位置编码位置注意力方向注意力

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