基于计算智能的信息处理技术的研究与应用

计算智能是人工智能的重要分支,以数据为基础,主要借鉴连接主义和行为主义的思想,基于生物进化和细胞网络等机制,具有分布、并行、自适应、自组织和自学习等特点。首先介绍了计算智能的起源和概念,然后以人工神经网络、遗传算法、蚁群算法为例阐述了其原理和应用,最后介绍了在新技术条件下,计算智能的发展趋势及有待解决的一些问题。

静电纺丝技术制备ETPE基多元含能复合纤维

为了探索ETPE基多元含能复合纤维的静电纺丝制备工艺,以聚叠氮缩水甘油醚基热塑性弹性体(GAP-ETPE)为聚合物黏合剂,CL-20、纳米铝粉(n-Al)作为高能组分,采用静电纺丝技术制备了GAP-ETPE基超细含能复合纤维,并对溶剂、前驱液质量分数、固相组分配比等关键工艺参数进行了优化;采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对产物形貌进行了表征,采用DSC法分析了复合纤维的热分解性能;测试了复合纤维的机械感度。结果表明,GAP-ETPE基含能复合纤维静电纺丝制备最佳溶剂为丙酮,产物成丝均匀、表面光滑;在GAP-ETPE/CL-20质量比为3∶7、前驱液质量分数为50%时,二元超细含能复合纤维(CL_(x)-ETPE_(y)-Z)的成丝效果最优,平均直径约为2480nm;在铝粉质量分数为10%、前驱液质量分数为50%时,三元超细含能复合纤维(CL-Al_(m)-ETPE-Z)的成丝效果最优,平均直径约为930nm;相比于CL-20,CL_(7)-ETPE_(3)-50含能复合纤维热分解峰值温度提前了29℃,加入n-Al之后热分解峰值温度提前了32℃,且优于物理共混物(PM);与CL-20的感度(P=100%、H_(50)=17cm)相比,GAP-ETPE/CL-20和GAP-ETPE/CL-20/Al含能复合纤维的摩擦感度(32%和48%)和撞击感度(29cm和43cm)均大幅降低,且低于同配方的物理共混物。

油烟机工效学试验研究

为研究油烟机清洗操作及结构设计的工效性,招募36名有经验的被试,搭建油烟机清洗及烹饪操作测试场景,对顶吸油烟机日常清洗部位,基于4个评价指标(可视性、距离、姿势及费力)综合给出各部位的清洗操作分值,得到油烟机底端外围、集烟腔及油杯后区的清洗可达域级别(轻松可达、比较费力可达及费力可达)分布。采用三维运动捕捉系统记录被试烹饪时的头部、左右手和锅具前端的活动范围,基于人机活动域分析得到顶吸油烟机人机碰撞高风险区域,以及侧吸油烟机倾角范围。研究方法和结果对油烟机安装、结构和布局设计及改善评估均有一定的实际应用价值。

基于银纳米线的柔性压阻式触觉传感器研究

触觉传感器是智能机器人感知外界环境并与人进行交互的关键环节。多种物理测量和高延展性使触觉传感器得到了更广泛的应用。提出了一种制造工艺简单、成本低的柔性触觉传感器,根据电阻的变化,可检测温度和接触压力。该传感器是由PDMS薄膜、纸基银纳米线和PDMS薄膜组成的三明治结构。敏感元件为3×3的纸基银纳米线阵列,阵列末端用导电银浆引线。整个传感器的尺寸为3 cm×3 cm。通过压力测试和温度测试实验,测量了传感器阵列交点处的电阻随着压力和温度变化趋势。结果表明,该传感器的压力检测灵敏度为2.8Ω/N,温度检测灵敏度为0.18Ω/℃。该传感器的结构和制备工艺简单可行,在机器人电子皮肤领域具有广阔的应用前景。

机械设计领域的命名实体识别研究

命名实体识别技术在自然语言处理技术中占有重要的地位,通用的方法不能很好地解决机械领域的识别问题。基于字符串之间紧密相邻程度等统计特征,定义不同词之间紧密相连的程度,从而识别机械领域的领域词。通过计算特征值,用逻辑回归的方法确定相邻字串的紧密相邻程度,从而发现新词。该方法对比通用的方法准确率和召回率得到了提高,更好地识别机械领域的领域词。

金属注射成形微小齿轮光学全齿扫描测量技术研究

金属注射成形(Metal Injection Molding,MIM)微小齿轮由于存在各向异性收缩的成形特性和微小尺寸特征,使得传统的二维小样本和极值检测方法无法体现其三维成形特点。结合MIM微小齿轮的特点,提出MIM微小齿轮光学全齿扫描测量方法。通过将测量点云网格与理论数模进行比对,获得整个微小齿轮的三维偏差;通过在测量点云网格上构建截面,实现对截面上齿廓基本尺寸、齿距偏差和齿厚偏差等的自动测量。试验证明,所提出的光学全齿扫描测量方法可以实现对MIM微小齿轮快速、高精度自动检测,并获得全齿信息,为MIM微小齿轮注射模具的主动设计和制造参数的优化提供必要依据。该测量方法同样适用于注塑齿轮、粉末冶金齿轮、锻造齿轮和金属切削齿轮,有助于推动齿轮制造业向全齿检测的方向发展,提升齿轮制造质量。

坐姿正脊机理的研究及装置设计

从脊柱侧弯矫正的受力分析出发,将脊柱简化为二维模型,比较了脊柱侧弯矫正中的轴向载荷、横向载荷和两者的复合载荷的静力学特征。通过对牵引机构和转动机构的力学分析,获得了坐姿正脊按摩椅对脊柱施力的生物力学特性。采用ANSYS软件对坐姿正脊按摩椅的矫正功效进行了模拟,通过改变牵引力和转动机构提供的横向载荷和纵向载荷的大小,分析了牵引机构和转轮机构对脊柱微变型的影响。最终得出结论:轴向力和横向力同时作用在脊柱上,矫正效果应该最佳,而且无论脊柱变形程度多大,轴向牵引与横向挤推的组合受力方式对于脊住微变有着最佳的效果。进而设计了一台坐姿正脊按摩椅,该正脊按摩椅主要由座椅、靠背、扶手、牵引机构和转轮机构等构成,为脊柱侧弯相关疾病提供矫正治疗依据,减少脊柱侧弯患者的病痛,为今后脊柱侧弯治疗领域理论增添依据。

基于视觉伺服的目标跟踪控制系统设计

本文以舵机驱动的两自由度转动云台为控制对象,以51系列的单片机为云台控制器,采用计算机为图像处理器,设计实现了一个基于视觉伺服的目标跟踪控制系统,并基于VS2008和Open CV开发设计了软件平台,以颜色特征设计图像处理算法实现对目标物的实时检测,以目标物的成像中心为视觉伺服控制特征,开发设计了实时通信数据传输策略,实现了基于视觉伺服的目标跟踪控制。

中小物品机器视觉检测自动调节装置设计

该文针对目前市面上用于机器视觉检测的装置过于简单、调节不方便、调节精度不高的现状,研制一台在高度和水平面方向均能实现自动调节的装置,使用3个丝杠滑台实现摄像头安装位置的三维调节,使用步进电机驱动丝杠滑台的运动,使用西门子S7-1200PLC实现控制,使用上海繁易公司的触摸屏实现监控。该装置实现摄像头在三维空间上自动调节,为后续的机器视觉检测研究提供便利,缩短研究周期,提高研究效率。

下肢康复机器人的控制系统研究

下肢康复机器人可根据指定康复指令辅助患者完成多个康复动作,达到目标关节活动角度。针对所设计的四自由度下肢康复机器人,采用基于STM32的运动控制卡为控制器,与角度传感器和肌肉信号传感器共同搭建了闭环控制系统软硬件。通过上位机指令控制机器人安全准确地完成康复动作,并记录康复数据。仿真实验表明,该控制系统能实现康复目标。

控制类在线开放实验课程的设计实现

为了解决控制类实验课程的大规模开放式在线课程(Massive Open Online Courses,MOOC)教学问题,提出了一种移动实验室(Mobile Laboratory,M-Lab)与移动远程控制实验(Mobile Remote Control Experiment,简称MRC-Experiment)的设计方法。这种基于移动实验室中的远程实验,能够允许工科学生利用碎片化时间,随时、随地通过移动端(手机、平板电脑)进行控制类实验课程的学习与操作。通过移动实验室软硬件的设计、控制实验课程内容的设计、将智能控制算法应用在远程控制实验课程等环节,设计并实现了移动实验室,并允许学生进行移动远程控制实验。为了验证MRC-Experiment的效果,设计了在线调查问卷,对使用者在完成在线实验后进行了问卷调查。调查结果显示M-Lab和MRC-Experiment受到了学生的欢迎。

汽车生产线冷却水循环系统的WinCC监控系统设计

以西门子HMI/SCADA系统软件WinCC为组态工具,设计了汽车生产线冷却水循环系统的监控系统。汽车生产线冷却水循环系统的主控制器为S7-300 PLC,应用PROFINET技术实现WinCC与PLC的数据通信,监控系统实现了过程可视化、过程控制、报警显示以及过程值归档和趋势图显示等功能。该监控系统成功应用于北京奔驰汽车有限公司汽车生产线焊接和冲压工艺的冷却水循环系统。

新型铝硅基铸造壳体凝固成形研究

新型铝合金材料用于薄壁壳体铸件制备,通过向ZL101A合金中增添微量Ni元素,基于ProCAST铸造仿真软件设计液压泵壳体低压铸造工艺,数值模拟铸件不同部位固相出现时间,并预测铸件凝固过程中缩孔缩松现象。实际生产铝合金薄壁壳体铸件,并对壳体棒料进行高温压缩实验,利用结构变形机理以及微观组织特点分析铸件凝固成形机理。分析合理的浇注温度以及热处理工艺,能够对壳体铸件缩孔缩松现象进行有效控制,保证改进铝硅合金薄壁壳体铸件质量。

WinCC画面模板在汽车生产线冷却水循环系统监控系统设计中的应用

在以西门子软件WinCC为组态工具设计汽车生产线冷却水循环系统监控系统的过程中,针对系统中功能和参数类型相同只是运行时参数值不同的多个设备,采用模块化的设计思路,组态了"一次定义,多次使用"的画面模板,避免了多次重复组态相同的监控画面,减少了组态工作量,保证了监控画面的简洁性和一致性,同时也降低了系统维护时期的工作量,提高了系统的可维护性。

基于ABAQUS的微细正交车铣加工切削力有限元模型及实验研究

基于微细正交车铣加工的切削力进行有限元建模,针对微细加工建立了材料本构模型,引入应变梯度理论,使模拟过程中的切削力更真实地反映实际加工过程;通过建立车削轴工件和铣削轴刀具均旋转的三维正交车铣模型增加了模型的真实性,利用ABAQUS有限元分析软件对微细车铣加工中的切削力进行建模,并设计了测试系统,验证了模型的有效性。对比分析理论模型和实验测试,结果表明,所建立的切削力仿真模型与实验结果基本吻合,可以利用此模型预测切削力、优化切削参数以及进行进一步的研究。

基于PLC的热电厂反渗透水处理系统控制系统设计

主要完成了某热电厂120T/H反渗透水处理控制系统设计,系统选用SIEMENS公司的S7-300系列PLC作为主控制器,采用主从站结构,主站和从站应用PROFIBUS-DP网络进行通信;上位监控系统开发平台选用SIEMENS公司的WinCC。该控制系统作为热电厂锅炉补给水系统中的一个重要组成部分,主要任务是供给质量合格、数量充足的锅炉补给水,以确保整个机组安全经济运行,使其性能达到生产要求;还可以提高水资源的利用率,降低工人的劳动强度和保证水质,产生较好的经济效益和社会效益。

髋关节康复机器人的运动学分析与仿真

康复机器人能够按照指定轨迹稳定运行是康复过程安全性和有效性的重要保证,因此机器人末端位姿与人体患肢位姿应保持高度重合,同时康复机器人应具备适应不同人体患肢长度的能力。为此提出了机器人与人体患肢运动学模型关联的计算方法。对所设计的平卧式五自由度髋关节康复串联机器人建立了运动学数学模型。将人体下肢简化为四自由度两关节连杆,建立人体的运动学模型,根据人体下肢参数计算患肢末端位姿,并将其作为输入条件代入机器人运动学模型求解,得到机器人的关节变量对关节转动进行控制。以屈髋和内旋动作为例,应用SimMechanics进行仿真,得到的各关节角度与目标设定值一致,且机器人关节角度范围满足人体髋关节活动度的康复要求。分析了下肢长度测量误差对髋关节康复角度及位置的影响。结果表明当大腿长度占比测量偏差为0.5%,位置偏差小于6mm时,关节角度偏差小于1°。

基于SAC的自动驾驶车辆控制方法应用

为了改善SAC(soft actor critic)算法样本等概率采样以及网络随机初始化造成网络收敛速度慢、训练过程不稳定问题,提出一种结合优先级回放和专家数据的改进算法PE-SAC(priority playback soft actor critic with expert)。该算法依据样本价值将样本池分类,使用专家数据预训练网络,缩小无人车无效探索空间、降低试错次数,有效提升算法学习效率。同时设计一种面向多障碍物的奖励函数增强算法适用性。在CARLA平台进行仿真实验,结果表明所提出方法可以更好地控制无人车在环境中安全行驶,同等训练次数下所得奖励值和收敛速度优于TD3(twin delayed deep deterministic policy gradient algorithm)和SAC算法。最后,结合雷达点云地图与PID(proportional integral derivative)控制方法缩小仿真环境与真实场景差异性,将训练所得模型移植到园区低速无人车中验证算法泛用性。

基于换道后距离预测的横向安全预警模型

在主动避撞安全距离模型的基础上,假设自车在当前行车路况下进行安全换道,预测换道结束后自车与目标车道前、后车的距离,确定汽车横向安全预警系统发出换道危险警报的模型。通过仿真,证明运用该方法建立的横向安全预警模型是正确的。

大屏幕液晶电视微通道散热数值模拟

针对大屏幕液晶电视存在的散热问题,在综合考虑实际工况和MEMS技术基础上,设计了集成微通道的模拟液晶电视LED背光组件芯片。采用ANYSIS软件,对不采用微通道散热和采用40μm微通道流速为0.000 1 m/s散热时的效果进行了数值模拟。在此基础上改变入口流速,模拟了不同入口流速对散热性能的影响。数值模拟结果证明,该方案设计具有高度的可靠性和可行性,可以在未来的电视设计技术中取得应用。