基于深度相机的咽拭子机器人采样系统研究

本文提出一个基于深度相机的咽拭子采样系统。首先,基于Mujoco仿真平台搭建了一套机械臂协作平台。基于此仿真平台,构建了一套视觉检测系统,用来准确获取口腔的位姿信息,并提出了两个视觉优化算法。一是基于关键点检测,提出一种防抖算法,其利用前后帧信息的差分滤波,用来克服口腔位姿估计过程中因噪声和干扰而导致的抖动问题;其二是基于非刚体的法向估计算法,其融合面部关键点信息和先验面部三维信息进行PnP估计面部法向量。最后,基于获得的鲁棒关键点信息和姿态信息完成了对采样信息的映射,为后续咽拭子采样机器人高效、安全地使用机械臂完成采样任务提供条件。实验表明,基于所提视觉检测系统可以准确、稳定的完成机械臂采样任务,在保证实时检测准确率的基础上能够有效去抖,在非限定环境下具有更高的鲁棒性和稳定性。

基于鸟群搜索行为和余弦变异的改进白鲨优化算法

白鲨优化算法是受白鲨捕猎行为的启发设计的一种新元启发式算法。该算法在求解高维优化问题时,易进入早熟状态,寻优结果精度较低。为此,文章提出一种改进的白鲨优化(improved white shake optimizer,IWSO)算法。首先使用Sinusoidal混沌映射初始化种群,以提高种群多样性及初始解在解空间的分布性;其次,引入鸟群搜索行为,赋予白鲨游动速度自适应动态惯性权重,以提高算法的收敛速度;最后,在位置更新阶段引入精英白鲨余弦变异策略,利用余弦函数的周期性特征,驱使白鲨个体在精英白鲨的有限邻域内进行精细化开发,以提高收敛精度。在23个著名基准函数和CEC2014函数上做了性能对比实验,其结果表明,IWSO算法优于6种对比算法,适合求解函数优化问题。

智能选矿摇床巡检机器人的路径规划

选矿摇床是一种重要的重力选矿设备,已有百年的发展历史,它是钨、锡等矿选矿的关键设备,在工业中获广泛应用。但是,目前摇床的生产操作基本还是依赖人工来完成,摇床的自动化和智能化是目前急需解决的问题。针对选矿摇床生产的智能化问题,基于团队开发的摇床智能巡检机器人,采用改进的遗传算法对摇床生产巡检机器人的全局路径进行规划,并用带栅格地图的A*算法解决了巡检机器人的局部路径规划问题。

地震模拟振动台迭代学习控制算法对比研究

为解决传统控制方法下电液伺服振动台复现波形精度不高的问题,对5种迭代学习控制算法进行了对比研究。采用的迭代学习控制算法包括时域迭代算法和频域迭代算法,时域迭代算法有P型学习律和PD型学习律,频域迭代算法有直接迭代、修正迭代和幂指数迭代,通过振动台仿真模型对比研究各种方法的控制效果。研究结果表明:在相同模型和相同波形条件下,所采用的5种算法中,频域迭代算法优于时域迭代算法,频域迭代算法下波形的相关系数可达98%以上,最大峰值误差在5%以内。

两自由度电液振动台随机波形复现控制

在电液振动台传统的波形复现控制算法中,系统频响函数固定不变,而实际振动台控制系统频率特性具有时变性,极大影响波形复现的精度。基于两自由度电液振动台,提出了PSB拟牛顿优化算法对系统广义阻抗矩阵更新,同时基于自适应变步长对伺服控制系统驱动信号实时在线修正,减小了迭代响应信号与参考信号的误差。分别基于DFP定步长优化算法和PSB自适应变步长优化算法设计两自由度随机波形复现控制器。仿真分析及实验研究结果表明,与DFP定步长算法相比,PSB自适应变步长算法具有更快的收敛速度,能够高精度的复现加速度随机波形。

人体运动建模的实时逆运动学算法

人体运动的虚拟仿真及建模是当今计算机图形学研究的一个热点,而逆向运动学方法则是求解人体运动的一项关键技术.为了实现人体运动建模,提出一种新颖的基于人体关节约束的实时逆向运动学算法.首先基于骨骼长度改进了传统的循环坐标下降(CCD)算法,使其生成的运动效果更加流畅自然;然后引入生物分子运动模拟中的SHAKE算法,使短距离运动建模效果更加高效、鲁棒.在此基础上,提出了模拟多个节点同时运动的解析算法,以获得在多个关节点共同作用下的人体运动仿真效果.同运动捕捉的实测数据相比,采用文中算法所得的结果与在视觉效果上非常接近,并通过实验证实了其应用价值.

基于最小控制合成算法的电液伺服振动台控制策略

针对电液伺服振动台受参数变化、外部干扰影响,加速度响应信号跟踪精度降低的问题,本文通过三状态控制提高稳定性;为进一步提升加速度响应跟踪精度,提出最小控制合成算法与三状态结合的控制器。依据振动台理论模型,推导了液压缸位移与电液伺服阀输入电流之间的传递函数。采用极点配置方法,确定三状态控制反馈、前馈控制器参数;设计参考模型参数,提升最小控制合成收敛速度。对电液伺服振动台进行加速度信号跟踪试验。仿真结果表明:相比三状态控制控制器,在正弦波与随机波输入信号下,TVC-MCS复合控制器信号跟踪误差降低。比较频率特性曲线,TVC-MCS复合控制器幅度相位延迟降低,有效提升了加速度跟踪性能。

地震模拟振动台技术在中国的发展

地震模拟振动台是开展抗震研究的重要试验设备,国内外发展迅速。对国内振动台的发展历史、建设情况、性能指标、控制算法、试验技术研究进行了调研、总结、对比和分析评述,给出了国内典型振动台的台面尺寸、承载力、工作频率和最大加速度等功能指标,总结了振动台的建设现状和发展趋势,对比分析了不同控制算法的优缺点;对国内典型的振动台试验、试验仿真材料进行归纳对比,给出国内已完成振动台试验的结构类型、缩尺比例、模型材料选择;对于振动台的大型化、台阵化、全数字化和网络化控制的发展趋势进行分析阐述,给出高性能振动台的发展方向、技术特征对比和相关研究现状。可供国内外振动台的设计选型、控制技术和试验技术研究参考和借鉴。

结构半主动减震控制新体系的理论与试验研究

提出了结构半主动减震控制的一种新体系———半主动变刚度·阻尼控制系统 ,设计了控制装置 ,推导了控制系统的运动方程 ,提出了基于预测控制的预测瞬时最优控制算法 ,完成了结构模型振动台对比试验 .试验研究表明 ,结构半主动变刚度·阻尼控制系统及其控制算法是十分有效的 。

液压振动台非线性摩擦力测量与参数辨识

电液伺服振动试验系统低速和换向时的非线性摩擦力测量和补偿是提高运输环境试验和地震模拟试验等控制精度的重要途径。为了定量获取液压振动台的非线性摩擦力,基于Stribeck效应建立了改进的电液伺服振动试验系统非线性摩擦力理论模型,并结合液压振动台的力平衡方程建立了非线性摩擦力待辨识参数的目标函数。提出一种基于位移闭环控制的简便方法对不同速度下的液压振动台油缸压力差进行测量,得到振动台液压缸与活塞杆之间的摩擦力随速度变化的数值规律。采用基于拟随机序列的混合遗传算法对非线性摩擦力理论模型的4个参数进行了辨识。试验结果证明了本研究方法的可行性,为液压振动试验系统加速度波形失真补偿提供了一定参考。

纵横多路并行归并算法

基于倾斜与振荡法多路归并排序算法,提出了纵横多路并行归并算法,与已有方法递归应用两路归并过程不同·该算法直接对m×k的矩阵(m,k为任意整数)进行排序,消除了对两路递归过程的依赖,是一种新的多路归并排序算法·通过和倾斜与振荡法多路归并排序算法和高效的任意路并行归并算法的性能分析比较,当3k40时,该算法的时间复杂性低于同类算法·同时,该算法在专用硬件实现的设计复杂性上也具有明显的优势·

基于加速度反馈的结构地震反应半主动MR阻尼控制试验

本文针对安装有半主动磁流变阻尼器 (MRdamper)的一座二层模型结构进行了抗震振动台试验研究 ,通过采用基于加速度反馈控制策略的两种半主动控制算法进行了在各种地震动作用下模型结构的半主动控制的抗震试验研究 ,并进行了Passive -on和Passive -off两种被动控制的试验研究。试验结果表明 ,MR阻尼器作为一种半主动控制装置可以有效地控制结构的峰值位移和均方差反应 ,且半主动控制对结构顶层的峰值位移和均方差的控制效果均优于两种被动控制方法。因此 ,本文提出的两种半主动控制算法都是有效的 。

基于Prony算法的小电流接地系统不平衡电流分析

阐释了小电流接地系统中不平衡电流产生的原因及危害,从理论上对电流互感器、三相负荷、电源以及对地电容引起的不平衡电流做出分析,明确了不对称负荷、电源产生不平衡电流的条件。运用Prony分析方法,提取故障前后零序电流的基波分量和自由震荡分量,分析其在暂态过程和稳态过程中幅值和相位的差别。阐明了不平衡电流对选线装置的影响,提出故障前后零序电流对应相减方法的适用范围以及利用零序电流的高频分量提高选线可靠性的方法。仿真实验表明了理论分析的正确性,验证了所提解决方法的有效性。

基于振动台试验的模态参数识别算法比较研究

基于结构动力响应信号的分析与处理,识别结构模态参数是结构健康监测和损伤诊断等研究及工程实践中的一个重要环节,同时也是前提和难点所在。经过近几十年的努力,结构模态参数识别技术虽然有了长足的发展,但到目前为止众多的参数识别基本算法及其改进仍然存在一些不足。本文对较为典型的识别算法间的共性、差异及不足进行了分析比较,并重点选取特征系统实现算法和有理分式多项式法,对同济大学土木工程防灾国家重点实验室12层钢筋混凝土框架模型振动台试验数据进行了处理,并对识别结果进行了分析、比较,以便为后续研究奠定基础。

三次B样条曲线的四杆机构形状优化与仿真

四杆机构运动过程中输出的摆动力和摆动矩较大,导致机构产生很大的噪音,不能很好地满足工作环境的要求.对此,针对四杆机构形状问题进行了优化,实现输出的摆动力和摆动矩最小化.构造四杆机构的运动简图,对四杆机构运动进行受力分析,给出了输出摆动力和摆动矩的计算公式,引入了B样条曲线构造四杆机构的形状.B样条曲线的控制点作为设计变量,结合具体实例确定四杆机构中需要优化的目标对象,采取遗传算法搜索出最优解,对相关参数进行仿真.仿真结果显示,优化前输出的摆动力和摆动矩最大值大约分别为19N和30N·m,优化后输出的摆动力和摆动矩最大值大约分别为6N和12N·m.优化后的四杆机构输出的摆动力和摆动矩相对较小,运动比较平稳,噪音较低,效果较好.

基于遗传算法的塔楼结构动力试验拟合分析

建立了某水电站升船机塔楼-上部排架结构体系的数学分析模型,将遗传算法应用于对该结构体系非线性材料参数的反演。以振动台试验数据为参考值,对结构动力试验进行了拟合分析,探讨了这类上下刚度与质量突变类结构体系在地震作用下响应规律。结果表明:计算结果与试验结果能够互相验证,拟合参数合理可靠;地震中该类结构"鞭梢效应"明显。结果可为进一步的非线性地震反响研究以及抗震设计提供必要的参考依据。

基于流固耦合的罐式半挂列车液体模型构建研究

为研究罐式半挂车行驶过程中由于液体晃动而导致的车体受力情况,本文基于流固耦合理论,建立等效力学模型近似模拟液体晃动,可以在保证模型准确描述罐内液体受力变化的前提下,简化计算过程。本文首先根据能量守恒定律和牛顿第二定律建立起流固耦合方程,为提高求解效率,将其转化为矩阵求解方式;其次通过对不同充液高度的非满载罐中液体的晃动和液体质心运动轨迹进行研究,建立椭圆摆的运动方程,得到罐内液体质心运动的等效机械运动模型的动态轨迹;最后采用MATLAB的ODE算法进行求解,得到振荡频率和振幅的关系,为罐式半挂车侧翻特性及预防控制研究奠定了基础。

电液振动台控制系统的现状与发展

振动台作为检验和评价各类工程装置或设备机械力学性能的标准实验装置,已经越来越受到世界各国的重视。而电液振动台是后来发展起来的,以其良好的性能和性价比占据着重要的地位。主要论述了电液振动台的国内外发展现状及未来发展趋势,以及电液振动台的结构组成,伺服系统振动控制过程中需要解决的重点和难点,并对电液振动台的几种控制算法作了分析比较。

基于Hv方法的三轴液压振动系统频响函数估计的研究

三轴液压振动系统是实验室内模拟振动环境的主要设备,其主要功能是精确地复现给定的功率谱和时间历程。振动控制技术是实现这一目标的关键技术,它以频响函数估计为基础。频响函数估计的精度影响控制过程的快速性和稳定性。本文对几种典型的频响函数估计方法进行了分析,针对传统方法精度低且受到矩阵病态条件约束等缺点,应用特征分析与摄动理论构造了一种多入多出的Hv方法,并且应用三轴液压振动系统的实测数据对其进行了检验。结果表明该方法是适用的。

基于共享内存的过约束多自由度振动台解耦控制方法

为了提高由过约束作动器驱动的地震模拟振动台振动信号的复现性能,对振动台和控制系统进行建模和小尺寸模型振动台试验验证,分析了采用8个作动器耦联驱动的小型三向六自由度振动台系统特性,在理论上采用正、反运动学模型对其进行动态解耦;利用混合试验中的共享内存具有的实时存储与读取的功能,以控制器、Speed‑Goat及数据采集系统构建去中心化的控制系统硬件平台,采用SpeedGoat旁路控制器,对所提出的解耦控制方法进行了试验验证,证明了该控制方法的可行性和可靠性。经试验验证的机构解耦算法运算量小,可拓展多种更复杂的控制方法,在硬件平台更普适。