改进YOLOv7算法的钢材表面缺陷检测研究

当前,基于深度学习的智能检测技术逐步应用于钢材表面缺陷检测领域,针对钢材表面缺陷检测精度低的问题,提出一种高精度实时的缺陷检测算法CDN-YOLOv7。加入CARAFE轻量化上采样算子来改善网络特征融合能力,融合级联注意力机制和解耦头重新设计YOLOv7检测头网络,旨在解决原始头网络特征利用效率不高的问题,使其充分利用各尺度、通道、空间的多维度信息,提升复杂场景下模型表征能力。引入归一化Wasserstein距离重新设计Focal-EIoU损失函数,提出NF-EIoU替换CIoU损失,平衡各尺度缺陷样本对Loss的贡献,降低各尺度缺陷的漏检率。实验结果表明,CDN-YOLOv7的检测精度可达80.3%,较于原YOLOv7精度提升了6.0个百分点,模型推理速度可达60.8帧/s,满足实时性需求,CDN-YOLOv7在提升各尺度缺陷检测精度的同时显著降低了缺陷的漏检率。

复杂人机共融场景中人体姿态识别及避碰策略综述

智能机器人与人类智慧的融合,即人机协作共融,已经实现了将机器人的机械优势和人类的高级认知能力集中于同一个工作架构之中,能够在复杂环境中协同作业,从而提高效率。针对复杂的人机共融场景,特别是机器人在诸如光线条件变化、背景干扰以及运动过程,对比总结了基于机器视觉的人体姿态识别方法和基于机器学习的避碰策略,详细比较各类方法的研究现状及应用,并探讨了基于深度学习的目标识别和避碰方法的发展及应用。

轮足复合式爬壁机器人研究综述

当前轮足复合式机器人机构主要包含轮足结合、分离复合以及变形轮足,分别能够实现不同障碍通道的移动作业、复杂未知环境的探索操作以及突发应急救援等应用。然而,针对船舶、压力储罐等金属立面环境,轮足复合式爬壁机器人必须兼具壁面适应、越障和壁面过渡的全位置自主作业能力,应用于壁面焊接、清洗、检测等作业任务。对比分析当前的国内外研究,轮足复合式爬壁机器人针对在垂直和倾斜壁面的工程应用有良好的适用性,它具备适应复杂曲面工作面的能力,并能够应对非结构化工作场景。轮足复合式爬壁结构在应对曲率变化、非结构化壁面等工作将会有良好的应用前景。

多学科交叉的车辆工程专业人才培养模式研究

在新工科背景下,汽车产业的智能化、网联化、电动化、共享化均有了长足的发展,为适应时代进程,车辆工程专业需加强对人才的多元化培养。本文提出基于车辆工程专业构建多学科交叉的培养模式,通过制定符合时代发展的个人和团队目标,搭建多学科交叉融合教学平台,并且构建全方位多层次的评价机制,实现多元化人才的培养与教学制度的改进。

石化场站移动机器人RRT算法路径规划方法

广域石化场站环境具有障碍多、路况复杂、高度受限等多重干扰,不利于移动机器人的日常探测及应急救援。为了保证移动机器人在石化场站各种复杂地形下的正常工作,针对当前移动机器人的快速扩展随机树(rapidly-exploring random tree,RRT)算法及RRT*算法和Informed RRT*算法的原理,对比分析了用于移动机器人复杂石化场站环境路径规划的不同特征,并通过Pycharm仿真对比了几种算法各自的优缺点,为其进一步应用提供理论支撑。经仿真对比实验表明,Informed RRT*算法在复杂环境中表现出优越性。

针对多障碍陆战场路径规划的改进A*算法研究

传统A*算法在环境障碍类型多,道路特性复杂的陆战场进行路径规划时,求解所得路径并非最短且转角偏大,同时还存在所得路径实际可能无法通过的不足之处。本实验采用改进A*算法解决多障碍避让问题,求解最佳路径。首先结合元胞自动机理论,将搜索数据结构改进为扩展Moore型,其次改进估价函数计算方式,添加多组适应函数,归纳判定条件,使搜索邻域可直连第二层节点,降低了最小转角及路径长度。最后根据狭隘路段通行条件,再次改进搜索方式,添加二次搜索函数,从而智能识别并绕开狭隘路口,同时还留出了一定绕出空间及安全距离。经Matlab2018路径搜索仿真表明,该改进A*算法相较于传统A*算法在复杂路径规划问题上具有一定的先进性与优越性。

新工科背景下多维度全周期机器人课程建设与实践

在新工科背景下,高等工程教育急需探索新型专业人才培养方法,以适应科技需求与产业变革。但机器人课程理论基础要求较高,实践教学比重大,应用普通培养方案很难分配足够的教学环节。通过对机器人技术课程教学现状的分析,提出将课程教学整合为基础知识、实践综合和创新设计主题模块,构建学术导论、理论基础、综合实践、创新选修和毕业设计等环节协同交叉、互为延展的多维度课程建设体系,将课程贯穿至本科阶段8个学期,有效夯实机器人技术技能及综合应用能力,提升教学效果。

引入“复现”思思想的工程图学实践课程线上实践分析

引入“复现”思想的工程图学实践课程相较绘制轴侧模型的实践课程能够提高学生的工程应用水平,但在线上教育背景下,依赖于线下交流的实践课程转为线上。本文尝试通过用线上模型替代线下实际模型,坚持“不同学生,不同任务”,采用小组合作方式完成实践过程,也收到了良好的实践效果,这一思路为其他线下实践课程转为线上实施提供了参考思路。

关节电机驱动六足机器人仿生结构设计与柔顺运动控制

现有六足机器人在单足结构设计、机体布置形式及柔顺运动控制等方面存在不足,导致其地形适应能力不强,运动柔顺性能不高。为此,开展了典型六足生物——蚂蚁的观测实验,基于蚂蚁生理结构特征和驱动方式分析,提出了适用于六足机器人结构设计的基本原则;基于低惯量单足结构设计,通过优化机器人机体布局,提出了关节电机驱动六足机器人整体仿生结构;基于六足机器人直行和转向运动步态,规划了三角函数曲线与直线相结合的足端轨迹,提出了基于分级控制的六足机器人柔顺运动控制方法。样机实验结果表明,六足机器人结构设计合理,能够实现相对柔顺的直行和转向运动。研究结果可以为机器人仿生结构设计及柔顺运动控制提供重要参考。

改进D-S算法的多感知机器人泄漏源识别研究

危化品泄漏场域环境复杂多变,泄漏源的识别受风速、光照强度、噪声等多重因素影响,当前多以智能机器人探测,利用嗅觉或视觉进行目标识别,但单类传感器识别结果可靠性差,提出一种改进Dempster-Shafer(D-S)证据理论的识别方法,模拟人类多感官识别机制,综合处理嗅觉、视觉和听觉识别信度;通过引入参考证据获取证据源全局信息,解决了经典D-S算法中存在的证据冲突问题,并在MATLAB中进行了算例验证。结果表明,相比嗅觉、视觉和听觉单类传感器识别信度分别提高了42.5%、51.2%和38.4%;对于冲突数据,克服了经典D-S算法、Yager算法融合失效的缺陷,相比Murphy算法识别信度提高了33%,可实现泄漏源的高信度识别,融合决策可靠性好。

基于被动变形车轮的铰接型移动机器人设计与分析

针对非结构环境下传统移动机器人越障性能不足和运动柔性欠佳等突出问题,引入被动变形车轮与柔性铰接装置,研制出了一款能够被动适应复杂多变障碍地形的多驱动模块铰接型移动机器人。通过构建单驱动模块运动学模型,综合各模块间运动约束关系,建立了机器人整体位姿方程,提出了机器人柔顺运动控制方法。基于外力作用下车轮被动变形机理研究,结合多驱动模块耦合状态下机器人整体受力分析,系统建立了机器人越障力学模型,提出了机器人关键结构参数优化设计方法。理论分析和仿真结果表明:机器人具有良好的越障性能与运动柔性,可被动适应复杂多变障碍地形。

六足机器人关键技术综述

六足机器人具有丰富的步态和冗余的肢体结构,凭借其离散式的地面支撑和对障碍、沟渠等复杂特殊地形及不可预知环境的极强适应性,具有广泛的应用前景。作为一个新兴的研究领域,国内外对六足机器人的研究尚处在起步阶段,并没有成熟的技术可借鉴,因此有必要对现有研究成果进行系统分析和深入总结,以促进六足机器人的进一步发展。文中简要介绍了国内外六足机器人的研究现状,详细探讨了制约六足机器人研发的仿生结构设计、步态规划和多足协调控制等关键技术问题,并对六足机器人未来发展趋势进行了构想和展望。

基于离散化的六足机器人自由步态生成算法

为精细模仿生物步态,充分发挥六足机器人运动潜能,在离散化机器人单足工作空间的基础上,融合中枢模式发生器(Central pattern generators,CPG)模型与反射模型的核心思想,建立离散化步态模型,基于稳定性分析,构建机器人稳定的位置状态空间,将步态规划问题转化为稳定的位置状态空间中位置状态间的排序问题,在此基础上,提出一种新的自由步态生成算法,并结合试验样机开展步态试验。试验结果表明,自由步态生成算法可根据给定的速度要求生成符合生物运动特点的稳定步态以实现机器人的灵活运动。

新型仿生六足机器人自由步态中足端轨迹规划

设计了一种具有变形关节和轮式足端的新型仿生六足机器人,该机器人具备轮式、爬行、步行等运动模式,有较好的灵活性及环境适应能力。运用矢量法构建了机器人运动学模型,并利用几何关系对模型进行求解。对机器人沿给定的路径执行自由步态时机器人所允许的最大步幅进行了分析。基于不同的地形条件,规划了抛物线和直线-抛物线两种足端轨迹。仿真结果表明,机器人在沿给定的路径执行自由步态时,抛物线和直线-抛物线两种足端轨迹规划方法合理、可行。

基于运动相对性的六足机器人机体运动规划

将处于支撑相的六足机器人视为时变的并联机构进行运动学分析,给出了姿态给定情况下机体工作空间的确定方法及边界方程。在此基础上基于运动相对性原理,提出将机体的运动规划转化为足端轨迹规划的方法,从而简化机体运动规划中逆解的求取问题,并通过仿真与实验进行了验证。结果表明:六足机器人在支撑相内机体的工作空间为至多是支撑腿条数个空心球体的交集,利用运动相对性原理对支撑相内机体的运动规划问题进行转化简便、可行。

基于离散化的六足机器人自由步态规划

为精细模仿生物步态,充分发挥六足机器人运动潜能,本文在离散化机器人足端轨迹的基础上,融合中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)模型与反射模型的核心思想,建立了离散化步态模型,结合稳定性分析,构建了机器人稳定的位置状态空间,将复杂的步态规划问题转化为稳定的位置状态空间中位置状态间的排序问题,在此基础上,提出了一种新的自由步态生成算法,并基于平均稳定裕量对该算法进行了优化.样机步态实验结果表明,自由步态生成算法与自由步态优化算法均可生成在一定程度上符合生物运动特点的稳定步态,实现机器人运动过程中速度的动态调整,跨越宽度为步距的障碍,且基于平均稳定裕量的自由步态优化算法生成步态的稳定性要远大于自由步态生成算法.

电涡流传感器性能优化关键技术

电涡流传感器因具备无损检测、非接触测量等优异特性,广泛应用于工业生产等各领域中的微量位移测量、导电介质缺陷检测以及设备运行状态监测。然而,受限于线圈结构参数优化、检测电路创新设计和测量误差动态补偿等技术瓶颈,现有电涡流传感器普遍存在灵敏度欠佳、线性度不足、突变温度场下检测精度亟待提升等突出局限,直接制约着其在各类极限环境下高精度检测领域的推广应用。为此,在深入剖析和系统总结国内外电涡流传感器研究与应用现状的基础上,聚焦线圈结构、检测电路以及误差补偿方法,重点探讨了优化其核心性能的基本原理与关键技术,并对相关研究的发展趋势进行了初步构想与展望,以期为多维度提升传感器性能、根源促进其发展应用提供有效借鉴。

基于凸轮机构的变刚度仿生柔性关节设计与分析

为满足足式机器人跑跳等动态运动对关节柔性及其变刚度特性的迫切要求,借鉴生物关节柔性特征与主被动刚度调节机理,创新地提出了一种基于凸轮机构的新型变刚度仿生柔性关节。基于关节刚度特性分析,构建了关节整体刚度模型,并针对影响关节刚度特性的各结构参数开展了系统优化设计,研制出了一款紧凑型高集成度关节样机。关节样机性能实验结果表明,基于凸轮机构的变刚度仿生柔性关节具备理想的关节输出力矩与刚度调节范围,可通过关节固有刚度特性与动态刚度特性的主被动融合控制,实现关节瞬时刚度的动态非线性精确调节,能够满足机器人动态运动对关节柔性与刚度的需求。

仿生柔性关节关键技术综述

仿生柔性关节融合生物关节生理结构与柔性运动特性,能够根据外部环境与自身负载变化动态调整关节刚度以减缓外部环境刚性冲击,实现关节能量的积蓄与回收,满足机器人跑、跳等动态行走方式需求,具有广泛的应用前景。作为一个新兴的研究领域,国内外对仿生柔性关节的研究尚处在起步阶段,并没有成熟的技术可借鉴,因此有必要对现有研究成果进行系统分析和深入总结,以促进仿生柔性关节的进一步发展。文中简要介绍了国内外仿生柔性关节研究现状,详细探讨了制约仿生柔性关节研究的柔性结构设计和柔性控制方法等关键技术问题,并对仿生柔性关节研究未来发展趋势进行了构想与展望。

基于ANSYS的磨削残余应力场仿真研究

作为影响工件表面完整性的关键因素之一,残余应力影响工件强度,在制造时会导致产生变形和开裂等工艺缺陷,同时在制造后的自然释放过程中也会导致材料的疲劳强度、应力腐蚀等力学性能降低。本文借助有限元分析软件ANSYS,采用热—力顺序耦合方法,建立了平面磨削残余应力场的有限元模型。该模型能够动态反映磨削加工过程中工件表层残余应力的变化情况。在此基础上,分析了不同磨削参数对工件表层残余应力的影响,从计算机仿真角度对磨削加工工艺参数进行了优化。仿真结果表明,在磨削过程中,工件表层同时存在着残余拉应力和残余压应力,与其他磨削参数相比,磨削深度对残余应力的影响最为显著。