针对已知起点和终点、而环境信息未知情况下的探索航迹规划问题, 提出了融合生物信息素的改进稀疏A*无人机探索航迹规划算法。以激光雷达获取的局部地图信息为基础, 通过引入生物信息素, 对稀疏A*算法中的代价函数进行优化, 实现未知环境下自主规避障碍物, 并避免环境重复探索。在此基础上, 提出了基于机器人操作系统(ROS)的物理实施途径。通过“回”字形场景下的仿真实验对比, 验证了所提算法可避免环境重复探索的有效性。此外, 在“回”字形基础上, 将所提算法推广应用于柱状障碍物场景。实验结果表明: 所提出的融合生物信息素的改进稀疏A*探索航迹规划算法能有效实现未知环境探索航迹规划。
航迹规划 生物信息素 稀疏A* 环境探索 trajectory planning pheromone sparse A* algorithm environmental exploration
1 北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院, 北京 100124
2 北京工业大学跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
为解决动压气浮轴承球面螺旋槽加工难度大的问题,提出一种基于Bézier曲面分割法的光斑重叠率补偿方法。通过研究平均功率、扫描速度、离焦量对TN85金属陶瓷激光刻蚀深度和宽度的影响,确定优化参数;采用1064 nm波长的皮秒激光配以二维x-y扫描振镜,在TN85金属陶瓷球面上完成了粗糙度Ra约为65 nm、深度为(4±1)μm、高度落差为4.5 mm的12条圆周分布螺旋槽阵列加工,加工时间小于10 min。所提方法实现了激光二维振镜对曲面螺旋刻槽深度可控的高精加工,兼顾精度效率,具有良好的工程化应用优势和发展前景。
超快光学 材料加工 球面 螺旋槽 激光 光斑重叠率 中国激光
2021, 48(14): 1402016
1 云南民族大学电气信息工程学院, 昆明 650500
2 西安现代控制技术研究所, 西安 710000
针对现有人工势场法在遇到部分典型连续型障碍(U型、L型、一字型等)时, 容易陷入局部最小值且无法逃离的问题, 借鉴电势场的数学模型, 在现有的人工势场法中加入了模拟等势线的概念, 重新定义了典型连续型障碍物的斥力场函数, 提出了基于模拟等势线的改进人工势场法, 有效解决了逃离局部最小值的问题, 并将该方法应用于无人机的航迹规划。通过仿真实验验证了改进算法的合理性, 在保障人工势场法速度快、实现简单等优点的同时, 解决了人工势场法在无人机面对连续型障碍时规划航迹存在不可行的问题。
无人机 U型障碍物 L型障碍物 人工势场法 航迹规划 UAV U-shaped obstacle L-shaped obstacle artificial potential field method path planning
1 北京工业大学激光工程研究院超快激光与高精制造研究所, 北京 100124
2 跨尺度激光成型制造技术教育部重点实验室, 北京 100124
从解决陶瓷齿轮加工困难的实际应用需求出发,系统研究1064 nm皮秒激光的输出功率、扫描速度、扫描次数、扫描线间距等工艺参数对陶瓷切削深度、宽度和表面粗糙度的影响;结合齿轮结构的几何特征,采用将柱状工件的曲面加工转换成平面加工的方法,完成了不同齿形(直齿、斜齿)陶瓷齿轮的激光直接高精制造,齿面平均粗糙度Ra≤2 μm,加工效率高,可适用于不同材质齿轮类复杂构型零件的加工。
激光光学 陶瓷 齿轮 精密切削 回转夹具 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111429
1 北京工业大学激光工程研究院，北京 100124
2 中国建筑材料科学研究总院，北京 100024
采用紫外皮秒激光在As2Se3玻璃表面以线扫描形式快速制备大面积周期性点阵式增透微结构，获得了红外透光性能提高的硫系玻璃样品。研究确定了As2Se3玻璃的激光刻蚀阈值，并研究设计了合适线扫描工艺方法。所制样品相对于原样在波长11.0 μm~12.4 μm范围内，透过率平均提高10.0 %；波长13.0 μm~14.2 μm范围内，透过率平均提高5.2 %。激光扫描制备方法没有破坏样品表面原有的浸润性，整个制备过程均在空气开放环境下进行，成本低，工艺可控性强，效率高，制备8 mm×8 mm的表面微结构，仅用时3.65 s，且表面微结构单元尺寸及间距可按材料应用需求调控。分析表明，当激光能量较低时，对该硫系玻璃的去除以“冷加工”为主，不会有明显的热效应，得到微结构的硫系玻璃表面元素组成未发生改变；激光能量较高时，会存在一定的热效应，使得刻蚀点出现熔融态，在微坑边缘出现凸起或翻边。
皮秒激光 As2Se3硫系玻璃 表面微结构 增透 接触角 picosecond laser As2Se3chalcogenide glass surface micro-structure antireflection contact angle
1 北京工业大学激光工程研究院, 北京 100124
2 曼彻斯特大学激光加工研究中心, 曼彻斯特 M13 9PL, 英国
以波长为1064 nm的超短脉冲激光(脉宽为10 ps)作为成丝激发源, 引导自聚焦效应在蓝宝石内部产生了突破瑞利长度限制的成丝线迹。利用成丝区因相变而造成的与材料其他区域物相的不同, 辅以化学腐蚀的方法, 获得了切面粗糙度为800 nm的蓝宝石切割件, 该技术可实现自由路径切割。分析了皮秒激光的成丝特征和技术实现的工艺参数, 确定了皮秒激光在蓝宝石内的自聚焦阈值功率为2.78×106 W, 探究了激光峰值功率、聚焦位置及辐照点脉冲数对皮秒激光在蓝宝石内部成丝起始位置和切割质量的影响, 获得了实现蓝宝石高精度切割的工艺参数。
激光技术 超快激光 成丝效应 蓝宝石 化学腐蚀 高精度切割 中国激光
2017, 44(10): 1002002
分别采用波长为532 nm的短脉冲激光(脉宽6 ns)和超短脉冲激光(脉宽15～20 ps)对蓝宝石进行基本作用规律的研究, 探究了多/单脉冲烧蚀点直径与功率的关系, 分析脉冲数与材料阈值的关系, 确定材料阈值。并且对相关作用机理进行系统的对比分析。研究结果表明, 烧蚀点直径的平方与脉冲峰值功率的对数呈线性关系, 根据关系式计算得出光斑半径与实际测量值相符, 并且材料阈值随脉冲数的增加而降低。纳秒绿激光烧蚀蓝宝石材料主要是基于光热作用的机理, 而皮秒激光烧蚀蓝宝石材料在以“电子态”冷去除的同时, 还兼具一些非线性效应。
532 nm激光 皮秒 纳秒 蓝宝石 阈值 532 nm wavelength picosecond laser nanosecond laser sapphire threshold
目标威胁评估是进行空战任务规划的重要一环。针对传统评估模型中指标信息的不确定性和模糊性, 以多机空战编队整体为出发点, 提出了优化广义回归神经网络的目标威胁评估模型及算法。该优化算法通过遍历散布系数区间内的值, 能迅速找到最优散布系数从而使模型达到最优仿真输出结果。考虑到目前空战多以编队作战为主, 选择目标对我方编队整体的威胁程度作为评价指标, 提高了评估结果的可靠性。最后通过引入实例, 验证了该优化模型的有效性和正确性。
多机编队 威胁评估 空战 广义回归神经网络 multi-aircraft formation threat assessment air combat Generalized Regression Neural Network(GRNN)
通过将多机空战中目标分配作为任务合成技术的一个典型应用场景,提出了一种基于任务合成技术解决目标分配问题的方案.首先,通过传统方法构建己方优势函数、目标威胁指数和WSEIAC效能评估模型,实现了目标态势感知和作战效能评估;然后,将依据“以优攻劣”原则设计的目标分配算法与任务计划评估决策技术和任务执行管理技术结合,设计了目标分配方案;最后,利用贝叶斯网络和任务合成软件进行了目标分配算法和方案的仿真验证.仿真结果验证了基于任务合成技术的目标分配方案的有效性.
空战 任务合成 多目标分配 WSEIAC模型 贝叶斯网络 air combat task synthesis multi-target assignment WSEIAC model Bayesian network
