基于合成数据集的多目标识别与6-DoF位姿估计

多目标识别及六自由度(6-DoF)位姿估计是实现物料无序堆放状态下机器人自动分拣的关键。近年来,基于深度神经网络的方法在目标识别及位姿估计领域受到广泛关注,但此类方法依赖大量训练样本,而样本的采集及标注费时费力,限制了其实用性。其次,当成像条件差、目标相互遮挡时,现有位姿估计方法无法保证结果的可靠性,进而导致抓取失败。为此,文中提出了一种基于合成数据样本的目标识别、分割及位姿估计方法。首先,以目标对象的3维(3D)几何模型为基础,利用3D图形编程工具生成虚拟场景的多视角RGB-D合成图像,并对生成的RGB图像及深度图像分别进行风格迁移和噪声增强,从而提高合成数据的真实感,以适应真实场景的检测需要;接着,利用合成数据集训练YOLOv7-mask实例分割模型,运用真实数据进行测试,结果验证了该方法的有效性;然后,以分割结果为基础,基于ES6D目标位姿估计模型,提出了一种在线姿态评估方法,以自动滤除严重失真的估计结果;最后,采用基于主动视觉的位姿估计校正策略,引导机械臂运动到新的视角重新检测,以解决因遮挡而导致位姿估计偏差的问题。在自行搭建的6自由度工业机器人视觉分拣系统上进行了实验,结果表明,文中提出的方法能较好地适应复杂环境下工件的识别与6-DoF姿态估计要求。

一种6-DOF小行星着陆轨迹序列凸优化方法

针对6自由度的小行星动力着陆多约束轨迹优化问题,提出了一种基于序列凸优化的小行星着陆轨迹优化算法。首先采用多面体引力场模型计算小行星的引力场,其可用于描述任意形状的小行星引力场,且比质点群法和球谐函数展开法等方法计算精度更高。为了在凸约束下解决小行星着陆过程燃料消耗最优问题,通过对探测器动力学模型及其约束进行线性化和离散化,将原来的非凸连续时间优化问题转化为凸化的子问题,即二阶锥规划问题(SOCP);然后引入了虚拟控制项和信赖域,以增强算法的鲁棒性。通过在形状不规则小行星上的着陆模拟,验证了所提出算法的有效性,仿真结果满足各项约束条件,可实现高精度着陆和燃料消耗最优的目标。

曲妥珠单抗辅助改良DOF双周方案对顺铂耐药的胃癌患者血清肿瘤标志物及生存率的影响分析

背景与目的:曲妥珠单抗的耐药发生率相对较低,可以作为辅助治疗提高临床疗效,既往多用于治疗乳腺癌,在其他癌症中的应用研究较少。本研究旨在探讨曲妥珠单抗辅助改良DOF双周方案对顺铂耐药的胃癌患者血清肿瘤标志物和生存率的影响,以期为顺铂耐药的胃癌患者的临床治疗方式选择提供更多参考。方法:选择2017年1月—2019年1月哈励逊国际和平医院收治的80例顺铂耐药的胃癌患者作为研究对象,按随机数字表法均分为观察组和对照组,均接受改良DOF双周方案治疗,观察组在此基础上加上曲妥珠单抗辅助治疗。比较两组的血清肿瘤标志物[血清癌胚抗原(carcinoembryonic antigen,CEA)、糖类抗原19-9(carbohydrate antigen 19-9,CA19-9)、CA72-4]、血清新生血管标志物[血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)、色素上皮衍生因子(pigment epithelial derived factor,PEDF)、血管生成素-2(angiopoietin-2,Ang-2)]、生化指标[N端脑钠肽前体(N terminal pro B type natriuretic peptide,NTproBNP)、天冬氨酸转氨酶(aspartatetransaminase,AST)、血尿素氮(blood urea nitrogen,BUN)、丙氨酸转氨酶(Alanine aminotransferase,ALT)]、不良反应及生存率。本研究经哈励逊国际和平医院伦理委员会审查批准(编号:20160511)。结果:治疗后,两组的CEA、CA19-9及CA72-4较治疗前下降,且观察组的CEA、CA19-9及CA72-4检测值均低于对照组,差异有统计学意义(P<0.01)。治疗后,两组的VEGF、PEDF及Ang-2较治疗前下降,差异有统计学意义(P<0.01);两组治疗前后的VEGF、PEDF及Ang-2差异无统计学意义(P>0.05)。两组治疗前后的NT-proBNP、AST、BUN及ALT差异无统计学意义(P>0.05)。两组的乏力、胃肠道反应、骨髓抑制发生人数占比及不良反应总发生率差异无统计学意义(P>0.05)。治疗后5年,观察组存活11例(27.5%),死亡29例(72.5%);对照组存活3例(7.5%),死亡37例(92.5%),观察组的中位生存期为2年(95%CI:1.8~2.2),对照组的中位生存期为1年(95%CI:0.6~1.4),观察组1~5年存活率高于对照组,差异有统计学意义(log-rankχ^(2)=13.853,P=0.001)。结论:在顺铂耐药胃癌患者的临床治疗中采用曲妥珠单抗辅助改良DOF双周方案能降低血清肿瘤标志物表达水平,提升患者的5年生存率,且用药安全性较高。

6-DOFs机器臂在位置模式下追随运动意图的研究

为了使脑卒中患者在主动康复中能够得到准确、实时、稳定的识别效果,本研究提出了基于6-DOFs协作机器人作为一种康复运动设备。患者的运动意图通过其手与机器臂末端的六维力传感器作用的程度与方向来捕捉,控制系统则通过解析出的运动意图实现机器臂末端运动方向与速度的设置和驱动。运动意图主要由运动方向和运动程度两个指标表达,前者由力传感器各分力的合力方向确定,后者由合力的大小确定,同时还要检测合力与TCP所在轨迹点处切线方向的夹角,最终确定出机器臂末端沿轨迹运动的速度。

欧李Dof基因家族鉴定及非生物胁迫表达分析

【目的】探究欧李Dof(DNA-binding with one zinc finger)锌指蛋白在非生物胁迫条件下的功能,为ChDof基因的研究与利用奠定基础。【方法】基于欧李全基因组和转录组数据对Dof基因家族进行鉴定,并利用实时定量PCR分析Dof基因在非生物胁迫下的表达情况。【结果】欧李共有23个Dof基因家族成员,其编码区CDS序列长度为226~515 bp,相对分子质量为24227.52~55368.21,理论等电点为4.78~9.36,且其在欧李的8条染色体上都有分布。在构建欧李和拟南芥的系统进化树中发现,欧李共分为9个亚组,同一亚族成员中的基因结构和蛋白保守基序均具有较高的相似性,且欧李Dof基因家族成员主要分布在D1亚组中。在对其亚细胞定位时发现,绝大多数ChDof基因主要分布于细胞核中。对欧李Dof家族成员启动子区域顺式调控元件的预测结果表明,其启动子区存在着至少1个激素调节及逆境胁迫反应元件。qRT-PCR分析结果表明,绝大多数的ChDof基因在盐、高温和低温胁迫下的表达量均上调,而ChDof11、ChDof12、ChDof17基因在盐、渗透(PEG)、高温和低温4种胁迫下的表达量均上升,ChDof03基因对高盐胁迫的反应最敏感,ChDof01基因对低温胁迫的响应最敏感,ChDof11基因在渗透、高温和低温胁迫下的表达量均有极显著的提高,而ChDof7和ChDof08基因在4种胁迫诱导下的表达量均降低。【结论】共鉴定出23个Dof家族成员,欧李ChDof11、ChDof12、ChDof17这3个基因在逆境胁迫中均有控制功能,ChDof7和ChDof08这2个基因则在逆境胁迫中均起负调节作用。Dof基因在欧李对逆境胁迫的响应中发挥着重要作用。

Dof转录因子在作物逆境胁迫响应及农艺性状改良中的作用

阐述DNA-binding with one finger(Dof)转录因子在作物中应答极端温度、干旱和盐胁迫等逆境的分子机制及其改良农艺性状的作用;介绍Dof转录因子在作物中响应逆境的信号感知方式和信号转导途径,分析其基因表达调控过程的调控机理以及对胁迫耐受力与重要次生代谢产物(RFOs等)等积累的影响。同时从多信号网络调控机制以及全球气候变化对作物可持续和高质量生产的需求角度,对进一步研究和利用Dof转录因子进行作物生物育种的前景和方向作展望。

基于神经网络的7-DOF机械臂时间收敛性研究

为解决7自由度(DOF)机械臂在利用径向基函数(RBF)神经网络自适应控制克服外界扰动时出现追踪慢的问题,提出了具有时变约束状态的神经网络自适应控制方案,给出了机械臂动力学方程,由神经网络训练求出权重;设计控制律,建立李雅普诺夫函数方程和不对称项推导其收敛性;利用Simulink仿真,针对时间收敛性分析了角位移、角速度、力矩以及扰动拟合;设计范围参数,以遗传算法(GA)优化。系统仿真结果表明,在保证控制精度的条件下,时间收敛性明显增快。

基于STM32的电动6-DOF加载系统设计

目前多自由度位移、力加载系统鲜有研究。基于STM32研制了电动6-DOF加载系统,采用Stewart平台构型,能够实现高精度的位移、力加载,其中力加载一直是Stewart平台构型加载系统的难点问题。首先介绍了加载系统的体系结构,然后建立了加载系统的数学模型,采用欧拉角方法描述加载系统的位姿,求解出了6-DOF加载系统的逆运动学数学模型。针对加载系统实现力控功能的难点问题,提出了基于位移环的闭环力控的解决方案。最后设计了实验,验证了加载系统的加载功能。实验结果显示,YZ轴的位移阶跃加载误差小于0.25%,X轴的位移三角波加载误差小于0.49%,Z轴的力阶跃加载偏差控制在±0.5 N以内,Z轴的力正弦加载误差小于2.3%,结果表明加载系统实现了高精度多自由度位移、力加载。

高加索三叶草全长转录组测序及Dof转录因子家族分析

为探究面临长时间低温胁迫的高加索三叶草(Trifolium ambiguum Bieb.)的转录特征,本研究通过PacBio Sequel平台进行全长转录组测序,获得70590条全长转录本(isoforms)。Isoforms的功能注释结果为:与红三叶的同源相似率最高,涉及信号转导机制、刺激响应、淀粉和蔗糖代谢通路、植物激素信号转导通路的Isoforms较多。Isoforms的结构分析结果为:预测到19693个SSR、2668条LncRNA、2788个AS和2917条TFs序列,TFs中的ERF,C3H,Dof等家族含序列数量较多。Dof转录因子家族的生物信息学分析结果为:42个Dof家族成员全部为亲水蛋白,大部分定位于细胞核;系统进化树分析将高加索三叶草与拟南芥Dof蛋白聚类为11个亚族;保守基序Motif1和Motif2出现的频率较高。以上发现可为下一步抗寒基因挖掘和功能验证提供数据支撑,并为解析高加索三叶草耐受长时间低温胁迫的生理生化机制奠定理论基础。

基于BP神经网络-牛顿迭代法的6-DOF并联机器人正解

由于6自由度并联机器人基座与末端执行器之间存在多条运动链,使其运动学正解难度较大,并且存在多解。针对并联机器人的运动学高效求解,提出一种基于神经网络和牛顿迭代法混合算法,利用神经网络模型的非线性映射能力,将输入杆长映射到上平台位姿,但映射出来的位姿精度较低,再利用迭代法求解,最后在Matlab中建立物理模型进行运算仿真。仿真结果表明:神经网络-牛顿混合求解能提高运算效率,并且有效降低误差,具有广泛的应用价值。

6-DOF机械臂运动学分析和验证

为了实现6-DOF机械臂末端的运动控制,利用改进D-H方法推导了机械臂的正运动学齐次变换矩阵,基于齐次变换矩阵,推导出了机械臂的四组运动学逆解,针对运动控制过程中逆解的选取问题,提出了一种基于机械臂初始角的逆解选取方法,并根据解的特性推导出了初始角的可选范围;通过matlab机器人工具箱仿真验证了机器人正逆解以及逆解选取方法的正确性,利用twincat3-机械臂控制系统进行实验,进一步验证了逆解选取方法的正确有效。

沙利度胺叠加DOF方案治疗Ⅳ期胃癌患者的效果及对血清sVEGFR-1、TGF-β1表达的作用

目的:研究沙利度胺叠加DOF方案(多西他赛+奥沙利铂+氟尿嘧啶)治疗Ⅳ期胃癌患者的效果及对血清可溶性血管内皮生长因子受体-1(sVEGFR-1)、转化生长因子-β_(1)(TGF-β_(1))表达的作用。方法:选择丹东市第一医院2018年3月—2020年3月收治的87例Ⅳ期胃癌患者。以入院单双号的差异将所有患者分为叠加组(43例)及对照组(44例)。对照组开展DOF方案治疗,叠加组则开展沙利度胺叠加DOF方案治疗。分析两组临床疗效,治疗前后血清sVEGFR-1、TGF-β_(1)表达,不良反应,生活质量。结果:在临床总有效率方面对比,叠加组高于对照组(P<0.05);治疗2个疗程后,叠加组血清sVEGFR-1表达水平相较于对照组更高(P<0.05),而TGF-β_(1)表达水平相较于对照组更低(P<0.05);在不良反应总发生率方面对比,两组差异无统计学意义(P>0.05);治疗2个疗程后,两组生活质量综合评定问卷-74(GQOLI-74)评分相较于本组治疗前均更高(P<0.05),且叠加组高于对照组(P<0.05)。结论:沙利度胺叠加DOF方案应用于Ⅳ期胃癌患者的疗效显著,且能改善血清sVEGFR-1、TGF-β_(1)表达,不增加不良反应,提升生活质量。

球形电动机及其研究发展综述

球形电动机是一种具有球体结构的新型电动机,可单机实现在三维空间内的多自由度运动,且适合应用于人工智能及姿态控制系统动量球等相关领域,得到了各国学者的广泛关注与研究。球形电动机拓展了转子运动范围,是电动机行业未来的一个重要发展方向。与传统单自由度电动机相比,球形电动机结构较为复杂,且运动模式较为特殊,因此,对球形电动机的分析研究有别于传统单自由度电动机。该文整理各国学者对球形电动机的研究工作,总结归纳球形电动机的概念及发展历程,对比研究球形电动机不同的工作原理、拓扑结构及设计优化方法,探讨球形电动机的性能、转子位置检测方法、控制方法、转子支撑方式、应用场合及关键技术,最后总结球形电动机的未来发展趋势。

基于直驱并联机构的六自由度振动校准系统研究

直驱并联机构六自由度振动校准系统可以实现高精度和多自由度的运动模拟和校准,具有良好的应用前景。为了解决平台驱动关节滑块位置跟踪精度低的问题,对该机构进行动力学力矩前馈补偿分析。利用虚功原理建立该机构动力学模型,提出一种基本伺服算法与动力学前馈补偿相结合的控制策略。在实验样机上进行力矩前馈补偿,实验结果表明,在开放伺服程序增加力矩前馈补偿后,可以降低该机构在运动时的跟随误差,进行不同幅值单自由度正弦运动时,跟随误差分别下降40.32%、39.04%、43.24%、48.19%。并对振动台进行了性能检测,在平台基础上,搭建激光测量系统和数据采集模块,进行传感器校准和性能分析,平台横向振动比较小,谐波失真度均小于2%,平台具有较好的稳定性和性能。

数字液压缸驱动的六自由度并联机器人刚度特性研究

六自由度并联机器人采用数字液压缸驱动相比于采用电液伺服缸驱动,具有成本低、可靠性高、抗污能力强和结构简单等优点,为研究数字液压缸驱动的六自由度并联机器人刚度特性,首先建立数字液压缸的数学模型并推导出闭环刚度,然后基于全微分法建立六自由度并联机器人的误差传递模型,并结合数字液压缸的闭环刚度,推导出数字液压缸驱动的六自由度并联机器人的刚度矩阵,并分析了刚度矩阵的影响因素,建立AMESim仿真模型并进行仿真研究,揭示出并联机器人各自由度的刚度与正开口量、滚珠丝杠导程等系统固有参数以及与并联机器人位姿之间的关系,研究结果还表明,当并联机器人沿除升沉方向以外的其他方向运动时,升沉自由度和其他自由度之间存在耦合,且耦合刚度会随并联机器人位姿的变化而变化。该研究对数字液压缸驱动的六自由度并联机器人研制及应用有一定的理论价值和实际意义。

基于改进NSGA-Ⅱ的纤维缠绕落纱点轨迹采样特征权重优化

针对基于空间特征曲线特征函数的纤维缠绕落纱点轨迹采样算法无法自动选择特征权重的问题,建立以特征权重为变量,以得到采样点线性插值生成曲线与原曲线的MAE,RMSE为目标函数的双目标优化模型。提出基于改进NSGA-Ⅱ算法的双目标优化求解方法以优化特征权重。实例验证表明,与传统NSGA-Ⅱ算法相比,改进NSGA-Ⅱ算法求得Pareto解集的MAE,RMSE平均下降了0.002和0.105,算法选取特征权重的MAE,RMSE比特征权重为(0.1,0.3)的MAE,RMSE分别降低了约12.9%和8.5%,比特征权重为(0.9,0.1)的MAE,RMSE分别降低了约20.6%和11.4%,有效地提高了落纱点轨迹采样的精度。

多自由度振荡浮子装置波浪爬升特性试验与数值模拟

增加振荡浮子式波浪能发电装置的自由度可以拓宽设备的捕获频带,从而有效地提高其捕获效率,但这也意味着浮子与波浪间的作用过程更加复杂,产生的波浪爬升等非线性现象不容忽视,严重时甚至会发生越浪从而降低浮子装置的使用寿命和效率.本文开展了规则波作用下多自由度浮子迎浪侧波浪爬升特性的物理模型试验,对单自由度运动和多自由度耦合运动的浮子上的波浪爬高进行了比较,以分析在有无动力输出装置(power take-off,PTO)阻尼条件下自由度之间的相互作用效应,并使用数值模拟分析耦合运动浮子周围的流场分布.结果显示,增加自由度可以导致没有PTO阻尼的浮子上的波浪爬高显著降低,有效降低越浪风险.对于有PTO阻尼的多自由度振荡浮子,增加垂荡方向上的PTO阻尼力对波浪爬升有很大影响.三自由度耦合运动浮子能更好地利用波浪能并具有更好的安全性.

基于动网格技术的抛鸟运动轨迹分析

发动机吞鸟试验是检验航空发动机安全性和可靠性的重要手段,为了探究在发动机吞鸟试验中,鸟体出膛后飞行轨迹的变化,优化抛鸟策略,采用动网格技术,使用六自由度模型对鸟体出膛后的轨迹进行计算分析。结果表明:鸟体出膛后,其肩部会形成一个高压区域,尾部形成一个低压区域,由此产生气动阻力,在运动方向阻力最大,在飞行过程中阻力会稳定在某一数值;运动方向垂向和横向所受气动力很小,但数值波动较大,且变化无规律;鸟体飞行过程中速度衰减小,弹道平直,可以采用直瞄的方式将鸟体抛向指定的位置。

基于多源异构信息融合的采摘机械臂驱动控制研究

[目的]为了准确感知采摘机械臂的作业信息,提高驱动控制精度,需要对多自由度采摘机械臂的驱动控制模块进行优化设计。[方法]本研究将采摘机械臂各关节自由度、运动学以及动力学原理融合到设备结构中,完成了多自由度采摘机械臂等效模型的构建。基于构建的等效模型,确定多源传感器设备的安装位置,利用内部安装的传感器设备对机械臂的实时运行信息进行采集,获取位姿信息。同时,根据传感器的空间位置及其相互之间的作用进行信息分群,得出信息级融合结果,以此作为特征级信息融合结果的输入值,提取多源异构信息特征,并通过特征匹配完成融合操作,由此得出任意时刻采摘机械臂运行参数的检测结果。[结果]结合给定的采摘任务,计算采摘机械臂所需的驱动动力以及位姿数据,通过与当前数据的比对确定驱动控制量,利用装设的驱动控制器生成可执行的控制指令,完成驱动控制。与2种对照方法进行的对比试验显示,基于多源异构信息融合的驱动控制方法采摘机械臂的位置控制误差降低约25 mm,姿态角与驱动力控制误差分别降低了0.22°和6.32 mm,得出的控制数据更精准。[结论]由于多源异构信息融合技术能够发挥多种数据的优势,获取到更全面、更准确的位姿信息和控制数据,能够实现对目标果实的精准采摘,从而降低了采摘工作对果实的伤害,具有明显的对比优势和应用价值。

基于负压式苹果采摘机器人末端设计及仿真

为提高苹果采摘效率,实现无损化、高效化采摘。设计出一种基于负压式末端执行器的六自由度采摘机器人,并对基于负压式设计的末端结构进行验证。后基于SD-H参数法对机器人进行正逆运动学求解,运用ADAMS仿真软件对采摘机械臂进行运动学和动力学仿真分析。对末端吸口中心点和各关节点进行监控获取末端吸口位移、速度、加速度与各关节力矩曲线。分析曲线表明:机械臂运动过程平稳无突变,采摘苹果产生冲击力对机械臂各关节影响较小,机械结构设计合理,可满足采摘工作需求,并对后续路径规划提供基础依据。