基于三维点云的机器人跟踪抓取实验设计

针对机器人抓取问题进行了综合性教学实验设计,提出了基于物体点云信息的机器人跟踪抓取方法。通过阈值处理保留运动模糊光条中亮度较高的部分,改善了运动模糊情况下光条区域提取困难的问题;利用特征直方图对不同物体的点云进行特征描述,实现了由未知的点云信息查询得到实际的抓取位置的目标;采用基于位置控制的优化算法实时更新跟踪路径,完成抓取操作。通过该完整的实验设计能够帮助学生理解激光三角法、点云信息、位置逼近等基本理论和方法,培养学生理论联系实际的能力和对科学研究的兴趣。

一类基于谱方法的强化学习混合迁移算法

在状态空间比例放大的迁移任务中,原型值函数方法只能有效迁移较小特征值对应的基函数,用于目标任务的值函数逼近时会使部分状态的值函数出现错误.针对该问题,利用拉普拉斯特征映射能保持状态空间局部拓扑结构不变的特点,对基于谱图理论的层次分解技术进行了改进,提出一种基函数与子任务最优策略相结合的混合迁移方法.首先,在源任务中利用谱方法求取基函数,再采用线性插值技术将其扩展为目标任务的基函数;然后,用插值得到的次级基函数(目标任务的近似Fiedler特征向量)实现任务分解,并借助改进的层次分解技术求取相关子任务的最优策略;最后,将扩展的基函数和获取的子任务策略一起用于目标任务学习中.所提的混合迁移方法可直接确定目标任务部分状态空间的最优策略,减少了值函数逼近所需的最少基函数数目,降低了策略迭代次数,适用于状态空间比例放大且具有层次结构的迁移任务.格子世界的仿真结果验证了新方法的有效性.

一类用于井下路径规划问题的Dyna_Q学习算法

在基于目标的强化学习任务中,欧氏距离常用于Dyna_Q学习的启发式规划中,但对于井下救援机器人路径规划这类状态空间在欧氏空间内不连续的任务效果不理想。针对该问题,文章引入流形学习中计算复杂度较低的拉普拉斯特征映射法,提出了一种基于流形距离度量的改进Dyna_Q学习算法,并在类似于井下环境的格子世界中进行了仿真研究。仿真结果验证了该算法的有效性。

一种改进的混合级联多电平逆变器研究

文章以实际功率器件的耐压值为基础,采用增加低压单元的混合级联拓扑,辅以优化的PWM算法,设计出了适用中高压场合的多电平逆变器方案。改进的混合级联多电平逆变器不但输出波形质量好,而且有效地解决了倒灌电流的问题。

基于GPRS的闸门监控系统设计

利用通用分组无线电业务(GPRS)通信技术、可编程逻辑控制器(PLC)和RS-485总线设计了稳定、经济的分布式闸门监控系统。该系统采用Internet/数字数据网(DDN)和GPRS Modem方式接入无线通信网络,并根据闸门监控系统的运行特点,采用GPRS实时通信与短信服务(SMS)通信相结合的方式,不仅保证了系统通信的稳定性和平衡性,且优化了系统的运行成本。最后,对基于GPRS的闸门监控系统的经济性和适用性进行了讨论。

“计算机网络与数据库”课程教学改革

本文对"计算机网络与数据库"课程的教学内容、考核方式和教学方法进行了改革。计算机网络部分的教学注重与新兴技术、工业自动化网络的衔接,强调理论与实践并重。数据库部分教学重点培养学生利用网络进行自主学习的能力。仿真法、案例法、类比法和项目驱动法等多样的教学方法被合理地应用在课程中。实践结果表明教改取得较好的效果。

基于智能手机的计算机网络教学

针对电气工程及其自动化专业的特点,对计算机网络、工业自动化网络和手机无线网络涉及的相关知识进行梳理,重新整合教学内容,提出以手机及其相关无线网络为载体,灵活应用类比法、案例法、互动法、探究法等多种启发式教学法的教改方案。

天津宁车沽防潮闸计算机监控系统

设计了一种以西门子公司CPU226 PLC为核心的分布式闸门监控系统。该系统巧妙地利用 了双自由口通信,合理设计了总线协议,使硬件配置达到最优,经济地构建了总线监控网络。系统 的上位机还具有过闸流量计算公式自动修正的功能。

机械臂倒液任务中透明容器的液位高度视觉检测与控制

针对包含多类透明容器与多种液体的机械臂倒液任务,提出了一种不需要相机标定与标尺辅助的液位相对高度视觉检测方法与闭环控制方案。首先,分析了服务机器人倒液任务的特点,使用计算机视觉中的目标检测方法同时检测液体与容器,利用液体与容器的高度比例关系得到相对液位高度,避免了测量液位绝对高度所需的繁杂标定过程。其次,利用小孔成像模型对所提的相对液位高度检测方案进行几何建模与分析,推理出典型情形下测量的误差规律;再次,采集多种液体、多类容器的图像作为训练集来训练YOLOv5s,用于检测目标物以获得液位相对高度。测试结果验证了所提的液位检测方法的有效性,新方法对于训练集中未出现的新形状容器中的新液体的平均配对检出精度为86.7%;最后,为了避免求解或估计视觉伺服理论中复杂的雅可比矩阵,将求得的相对液位高度与PD控制结合组成液位闭环控制系统。系统使用相同的PD控制器参数在两种倒液平台上的多类倒液任务中均取得成功,验证了液位闭环控制方案的有效性与鲁棒性。

一种面向多源领域的实例迁移学习

在迁移学习最大的特点就是利用相关领域的知识来帮助完成目标领域中的学习任务,它能够有效地在相似的领域或任务之间进行信息的共享和迁移,使传统的从零开始的学习变成可积累的学习,具有成本低、效率高等优点.针对源领域数据和目标领域数据分布类似的情况,提出一种基于多源动态TrAdaBoost的实例迁移学习方法.该方法考虑多个源领域知识,使得目标任务的学习可以充分利用所有源领域信息,每次训练候选分类器时,所有源领域样本都参与学习,可以获得有利于目标任务学习的有用信息,从而避免负迁移的产生.理论分析验证了所提算法较单源迁移的优势,以及加入动态因子改善了源权重收敛导致的权重熵由源样本转移到目标样本的问题.实验结果验证了此算法在提高识别率方面的优势.

基于单目视觉的矿井机车障碍物检测和测距方法

针对现有矿井机车障碍物检测和测距方法存在测距精度低、测量范围小及成本高等问题,提出了一种基于单目视觉的矿井机车障碍物检测与测距方法。该方法首先对CCD摄像机采集的图像进行预处理,然后根据障碍物的特点进行特征提取得到准确的障碍物区域,最后利用基于摄像机内部参数和几何关系的单目视觉测距方法得到机车与前方障碍物之间的距离。测试结果表明,该方法能有效检测机车前方障碍物,且测距精度在有效误差范围内。

一种新的基于混沌变异解决早熟收敛的遗传算法

给出解决遗传算法早熟收敛问题的统一框架,基于新的混沌变异模型提出一种新的遗传算法。该算法充分利用混沌的初值敏感性和轨道遍历性,克服了已有混沌变异模型存在搜索盲区大的缺点。多峰值函数优化计算结果验证了该算法的可行性和有效性。

MATLAB/SIMULINK通用异步电机模型的分析与应用

详细介绍了MATLAB/SIMULINK中异步电机模块所用模型及其实现细节,分析了该模型的优缺点,并用该模块构建了一个简洁三电平直接转矩控制仿真系统。仿真结果验证了仿真系统的正确性。

三电平逆变器SVPWM谐波对电动机转矩的影响

文章首先对空间电压矢量的三电平逆变器PWM算法进行了分析,然后以MATLAB的Simulink为平台,建立了SVPWM方式在调速系统中的仿真模型。基于仿真研究,着重分析了谐波对异步电动机电磁转矩的影响,并介绍了谐波消除方法。

基于Rhapsody和VxWorks的自动取款机系统

介绍如何运用UML设计简单的自动取款机系统模型并在操作系统VxWorks上实现它:首先,介绍如何运用基于UML的嵌入式实时应用软件开发环境Rhapsody设计和实现自动取款机系统的模型,以使它能独立于实际的硬件和使用的操作系统;然后详细介绍上述模型如何在实时多任务操作系统VxWorks上实现。

基于栈式降噪自编码神经网络的车牌字符识别

为解决复杂自然场景下车牌字符受噪声等影响识别困难的问题,提出一种基于栈式降噪自编码神经网络的车牌识别方法。基于降噪自编码模型重构思想自动提取相关特征,通过使用无监督逐层贪婪预训练和有监督微调的方法对深度自编码神经网络进行训练,对复杂环境下低质量的车牌字符图像具有较好的鲁棒性能。与浅层的机器学习算法、传统栈式自编码神经网络和卷积神经网络相比,栈式降噪自编码神经网络有较好的字符识别性能。基于实际道口电子警察采集的车牌图像测试集的实验结果验证了该方法的有效性。

改进单尺度Retinex算法在矿井图像中的运用

煤矿井下视频监控图像具有整体偏暗、对比度低且带有很强的背景噪声等不足,将其清晰化对于矿井安全生产意义重大。基于改进的单尺度Retinex算法,利用双边滤波代替高斯滤波对光照进行估计,用于矿井彩色图像的增强。实验结果表明,所用算法适用于井下彩色视频图像,具有计算效率高、增强图像无光晕等优点。

基于机器视觉的矿用数显电测量仪表检测系统

针对人工核定煤矿数显电测量仪表时存在的检测效率低、劳动强度大、受人主观因素影响等弊端,设计了基于机器视觉的煤矿数显仪表自动检测系统。该系统通过控制数显电测量仪表上电全显示与相机录像获取开机过程,使用亮点统计方式识别全显帧,采用模板匹配完成仪表显示质量的自动判定,并通过穿线法字符识别自动判定其测量精度。工业样机实验结果验证了该系统的有效性。

基于改进YOLO-tiny的闸板阀开度检测

闸板阀是煤矿生产过程中控制水、煤流量的常用设备。由于成本、布线等原因,非关键闸板阀的开度检测并未纳入到矿井集中监控系统中。鉴于此,在已有的视频监控系统基础上,针对现有基于图像处理的闸板阀开度检测算法存在需要多模型训练、多步检测、容错率低的问题,提出了一类以改进的YOLO-tiny(包括YOLOv3-tiny和YOLOv4-tiny)为核心的闸板阀开度检测方法。首先,将图像输入到检测网络并使用卷积进行特征提取;其次,为了提高检测模型对多尺度插板的检测精度,从增加网络感受野的角度出发,设计了一类将改进的空间金字塔池化(Spatial Pyramid Pooling,SPP)模块、Sub-stage特征融合和YOLO-tiny相结合的检测器SSA-YOLO(SPP and Sub-stage Aggregated YOLO),对插板及其边框的类别和位置信息进行端到端的预测;最后,检测器输出插板和闸板外框的类别及坐标,并利用它们的位置关系确定闸板阀的开度值。为了更加准确地衡量模型同时检测出插板及其闸板外框的能力,提出使用pairedAP(paired Average Precision)指标对检测模型进行评估。使用3种闸板阀在不同时段的3000张图像和相关监测视频作为数据集对所提方法进行试验,结果表明:2种SSA-YOLO模型在保证实时检测的基础上,其pairedAP指标比对应的YOLO-tiny基准模型分别提高了10.6%和36.2%,并增强了模型的抗干扰能力与泛化性能,即使在闸板开度值连续变化的情形下仍有效。笔者提出的闸板阀开度检测思路能扩展应用于可利用多目标物体之间的空间位置关系来确定特定检测量的问题中。

基于机器视觉的矿井输煤系统优化节能控制

矿井输煤系统要实现优化节能控制,关键是带式输送机煤流量的实时检测和依据煤流量进行变频调速控制。目前多数矿井带式输送机采用变频驱动方式,但变频器在稳定运行阶段并不进行调速,一直保持在工频电源频率下运行,无法实现输煤系统的优化节能。针对上述问题,提出了一种基于机器视觉的矿井输煤系统优化节能控制方法。利用激光发射器辅助数字摄像头获取带式输送机实时煤流图像,通过图像预处理去除异常高亮光斑噪声干扰,采用方向模板法提取图像中激光条纹中心线并利用线性插值法进行中心线断线修补,将带式输送机空载状态下胶带激光基线中心线和带式输送机有载状态下煤流激光轮廓中心线进行叠加形成封闭的包络曲线,计算该曲线所围成截面内瞬时煤流量;根据煤流量计算期望带速,PLC模糊控制器根据期望带速和速度传感器采集的当前带速控制变频器输出频率,进而调节电动机转速,从而实现带式输送机运行速度依据煤流量自动调节;地面控制中心信息处理平台负责数据收集、处理及显示,实现矿井输煤系统的可视化监控和智能管理。该方法能快速、有效进行煤流量检测并根据煤流量实时调整带式输送机运行速度,实现矿井输煤系统节能降耗、经济运行的目标。