跟随机器人关键技术的研究综述

跟随机器人是一种跟随非确定轨迹目标的移动机器人,具备自主导航、建图与定位、避障和路径规划等功能,是移动机器人领域中的研究热点,其发展为目标检测识别、定位与导航等技术提供了现实场景与研究目标。从跟随机器人涉及的关键技术、现存问题以及未来研究方向三个方面对跟随机器人关键技术的研究与发展进行了阐述。首先介绍了国内外研究现状;然后详细展示了常用传感器和相关目标识别与跟踪算法,包括其原理和优缺点等;进一步分析了目前跟随机器人关键技术中存在的问题和相应研究方法,指出当前研究中的一些不足之处;最后对未来研究方向进行了讨论。

不同结构的聚醚砜膜过滤阻力分析及耐碱性能研究

制备了指状孔、海绵孔及分段指状孔3种不同结构的聚醚砜(PES)超滤膜和磺化聚砜(SPS)改性聚醚砜膜,通过牛血清蛋白(BSA)过滤对不同结构PES膜的污染情况进行阻力分析,通过碱洗前后通量衰减及泡点对比,检验不同类型PES膜的稳定性。结果表明:以指状孔为主的PES膜总阻力最小,其原膜阻力和浓差极化阻力占比最低,阻力主要来自孔隙堵塞,占比高达80.82%;以海绵孔为主的PES膜总阻力居中,尽管浓差极化阻力最大,但吸附占比最低仅为1.80%;分段指状孔的PES膜总阻力最大,原膜、吸附及孔隙堵塞阻力占比皆最高,而浓差极化阻力居中;根据碱洗后表现,除指状孔PES膜外,其他3种膜都有第二次过滤通量高于初始值的现象,从配方角度分析,由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯亚胺(PEI)及SPS改性膜的耐碱性不如两亲性共聚物。

基于改进ResNet-18模型的弧齿锥齿轮安装位置偏差分类识别方法研究

针对现有的弧齿锥齿轮安装位置偏差分类识别效率低的问题,使用改进的ResNet-18神经网络构建轻量级弧齿锥齿轮安装位置偏差分类识别模型,改进的网络修改了ResNet-18网络第一卷积层,并引入了通道与空间注意力机制。实验结果表明,改进ResNet-18较原网络对于齿面接触印痕图像的分类准确率提高了3.23%,损失值降低了0.04。该方法为齿轮安装偏差识别提供了新路径,对弧齿锥齿轮总成的安装调整作业提供了一定的指导。

人机协同装配技术的研究现状与发展综述

人机协同是人类与机器人以交互方式共同工作的创新技术,人机协同装配技术同时具备人的灵巧性和机器人的精密性,可广泛应用于工业领域,是当前机器人学的研究热点。本文针对人机协同装配技术开展综述研究。首先介绍与之密切相关的几种6D位姿识别方法,并综合讨论其优缺点及其在人机协同装配系统中的应用现状;然后针对应用于人机协同装配领域的人类意图识别技术,从视觉识别和力觉识别两个方面综述其研究进展;接着分析应用在人机协同装配系统中的协同控制技术现状,简述几种主要控制方法的基本原理和关键技术,为在各领域合理运用人机协同装配技术提供研究参考;最后探讨了人机协同装配系统未来的发展趋势。

非球面模具斜轴磨削工艺参数优化与试验研究

针对纳米加工中碳化钨模具表面波纹度对非球面玻璃成像性能影响的问题,通过对单点斜轴磨削中的磨削刀具振动分析和磨削理论残余误差分析,阐述磨削工艺参数对表面波纹度的影响机理。结合磨削试验对磨削工艺参数进行优化,得到理想的磨削工艺参数:主轴转速40000~45000 r/min,工件转速为200 r/min,工作台轴向进给速度为0.1 mm/min,磨削深度为0.1μm以下时,表面波纹度可达到理想的均匀交叉状态且表面波纹度wz值可控制在30 nm以内。

两亲性共聚物改性超滤膜的防污性能研究进展

从两亲性共聚物的性能研究和相转化研究2方面总结了近些年来两亲性共聚物改性超滤膜防污能力的研究情况,重点以亲水、复合、稳定性能的研究介绍了改性的研究方向与进展,并指出现有两亲性共聚物共混改性存在的问题,对未来发展方向提出建议。

基于微波热解膜分离蒸发结晶的废盐资源化中试研究

为探索可行的医药农药行业废盐资源化路径,采用“微波热解+膜分盐浓缩+蒸发结晶”主体工艺对医药、农药废盐进行中试研究,480~520℃氮气气氛下微波热解50~60 min,热解后盐溶液经超滤过滤后COD为69~78 mg·L^(-1),经过纳滤分盐、膜浓缩、蒸发结晶后,得到的副产氯化钠基本满足《工业盐》(GB/T 5462—2015)中工业干盐二级指标,副产硫酸钠满足《工业无水硫酸钠》(GB/T 6009—2014)中Ⅲ类一等品指标,副产氯化钠中的总有机碳为79.2 mg·kg^(-1),副产硫酸钠中的总有机碳为95 mg·kg^(-1),实现了含有机物危废盐的资源化全流程路径打通。采用该工艺对危废杂盐资源化的综合处置成本为每吨1750元,明显低于危废处置市场价,具有经济可行性。

分离膜抗蛋白吸附改性的研究进展

膜分离技术可广泛应用于制糖、食品饮料、生物制药以及废水处理等多个领域,然而蛋白吸附导致分离膜的污染问题严重限制分离膜的应用。就近几年国内外在分离膜抗蛋白吸附领域的研究进展进行综述,并对分离膜未来的发展趋势进行展望。研究表明:分离膜的抗蛋白吸附能延长膜寿命,提高稳定性,通过共混法、表面接枝法和表面涂覆法,能有效地提高分离膜的抗蛋白吸附性能。分离膜的抗蛋白吸附改性方法仍需深入探索。

中国书画艺术作品印章真伪检测算法研究

当前中国书画艺术作品印章真伪鉴别以人工检测方式为主,存在主观性强、效率低且容易误判的问题,为此,本文提出采用计算视觉技术的书画印章检测算法。通过对印章图像进行特征区块提取、图像纠正、特征匹配得到待测印章图像的相似度评分,再使用双曲线函数对评分进行优化得到真、假印章的区别。经过在宣纸及普通打印纸上的印章图像进行实验结果分析,算法对真假印章的检测准确率可达98%以上。基于算法开发的印章鉴别检测软件,在书画印章鉴别检测领域具有较好的应用前景。

基于NVAE和OB-Mix的小样本数据增强方法

由于深度学习模型对海量标注数据的依赖性较高,导致目前许多前沿性目标检测理论难以适用于工业检测领域。为此,提出一种基于NVAE图像生成和OB-Mix数据增强的小样本数据扩充方法。具体方法是通过NVAE构建检测目标的数据分布模型,再通过采样潜变量的方式生成与真实目标图像属于同一分布的全新目标图像。在得到生成目标图像后,提出了OB-Mix数据增强策略,将生成目标图像与背景图像进行随机位置融合以构建出新的图像数据,从而提高网络的定位能力及泛化能力。方法在仅使用474张标注图像以及400张无检测目标的背景图像情况下,使YOLOv5的检测精确率达到95.86%,相比于不使用该方法的结果提高了17.60个百分点。

焊接机器人焊缝跟踪方法及路径规划研究

焊缝自主跟踪是机器人焊接智能化的关键,其精度是评价焊接质量的重要指标。焊接对象或条件的改变对精度的影响最为直接,尤其当焊件表面存在缺陷时会产生较大的跟踪误差。为此,开展焊接机器人焊缝跟踪方法及路径规划研究,提出焊缝跟踪的4步法:1)利用激光传感器扫描坡口,获取轮廓数据。2)接着通过组合滤波算法,运用限幅滤波和高斯滤波处理数据以平滑噪声。3)采用导数法初步定位特征点,通过寻找第1阶和第2导数极值点以定位第1类和第2类特征点;以初步定位获得的特征点为分界点,分段拟合坡口轮廓数据,计算各拟合线段的交点进而得到精确定位的特征点。4)通过传感器位姿标定,确定其相对末端坐标系的位置,借助转换矩阵将传感器检测到的焊缝特征点转化到基座标系下,得到机器人的空间定位点;运用3次样条插值法生成焊枪末端轨迹,并驱动机器人按照预定轨迹运行,进而实现焊缝的有效跟踪。通过实验验证直线与曲线焊缝的跟踪效果,结果表明:初步定位时,跟踪误差约为0.628 mm、0.736 mm,经精确定位后,误差降为0.387 mm、0.429 mm,提升幅度分别超过38.4%、41.7%;且焊枪的抖动现象得到减弱,达到自动焊接误差≤0.5 mm的精度要求,表明了文中所提出跟踪方法的有效性,可为焊缝的高精度跟踪和自动焊接研究提供有益参考。

从吸收制冷到逆向电渗析发电——溶液浓差能应用新技术

本文借鉴吸收式制冷和热泵工作原理,提出了一种新的利用溶液浓差变化的低品位热能直接发电技术。先通过热分离的方法将低品位热能转换成溶液的浓差(化学势)能,然后利用逆向电渗析电池来替代吸收式制冷系统内的蒸发器和吸收器,将溶液浓差能直接转换成电能。所构成的循环可称之为"热-电"转换循环,用以区别常规的"热-功"转换循环。尽管与常规的低品位热能"热-功"转换循环相比,新的"热-电"转换循环具有许多优点,但对其工作性能的研究刚开始,还有许多的研究工作需要进行。

基于6D位姿识别面向任意物体的智能人-机协同递送

在日常实践中存在大量人与人之间的多样性物体递送需求,这可以依靠协作机器人来完成这些简单、耗时又耗力的任务.为此,针对人-机协同递送过程中无法精确识别物体位姿导致难以准确抓取的问题,引入基于Pn P算法(Perspective-nPoint)的物体6D位姿识别网络,实现待递送物体位姿的精确识别;提出改进的被递送物体数据集制作方法,实现面向任意物体的精准识别;通过视觉系统标定、坐标转换以及抓取方案改进,实现物体的精确位姿定位与准确抓取;为验证所提出的人-机协同递送系统的有效性,进行了基于LineMod数据集和自制数据集的人-机物体递送对比实验.结果表明,面向自制数据集的物体递送提出的人-机递送系统平均误差距离为1.97 cm,递送平均成功率为76%,平均递送时间为30 s;如不考虑抓取姿势,其递送成功率可达89%;具有较好的鲁棒性,应用前景良好.

测试条件对超滤膜截留率和通量的影响

以50kD和100kD超滤膜为研究对象,牛血清白蛋白为测试的标准物质,测试不同的过滤方式、运行时间、测试压力和料液浓度对超滤膜截留率和通量的影响。结果表明:50kD超滤膜的截留率,不同测试条件对其影响小,偏离值<±10%;100kD超滤膜的截留率,不同测试条件对其影响较大,偏离值可以达到50%。50kD和100kD超滤膜的通量受测试条件影响都较大,实验表明截留物质相对分子质量与超滤膜截留相对分子质量之间的相对大小对通量有较大的影响;长时间的过滤(>20 min),超滤膜采用错流过滤的方式比死端过滤更有优势,通量衰减慢且更稳定。

应用对抗网络和霍夫变换的织物点状缺陷检测研究

印花织物生产过程中由于制造的原因会产生皱印、劈裂和色点等表面缺陷。为了保证织物品质,针对喷头堵墨在织物表面形成的色点,提出了一种检测点状缺陷的方法。首先去除图像上的噪声点,将缺陷图像进行滤波预处理,处理后的图像经霍夫变换(Hough Transform)提取缺陷信息并返回缺陷位置。为了检测提出算法的稳定性和准确性,应用生成对抗网络(GAN,Generative Adversarial Networks)扩充在纺织企业收集到的数据样本,与人工检测结果比较,统计缺陷检出率。结果表明:所提出的算法在生成样本及原始样本检出率为97.2%,满足纺织企业生产的要求。

合成生物研究重大科技基础设施概述

合成生物学研究中,海量的工程化试错实验远远超出传统的劳动密集型研究范式的能力范畴,故建立一个可以实现生命体工程化大批量合成的合成生物学研究平台迫在眉睫。然而目前国内外已建成的工程化平台只能基于少数孤立设备或功能岛实现部分流程,不能满足合成生物学全生命周期的研究需求。基于此背景,在国家、省市相关部门的大力支持下,由中国科学院深圳先进技术研究院牵头建设的“合成生物研究重大科技基础设施”,目前已完成全部立项程序,进入全面实施建设阶段,预计于2023年开展试运营和验收工作。本文将从建设背景、过程、内容、目标和特色等方面对合成生物研究重大科技基础设施进行介绍。设施工程一期将重点搭建“设计学习”、“合成测试”和“用户检测”三大平台,二期拟建设医学转化平台。合成生物大设施主要围绕自动化合成生物技术,以合成生物学基础研究为理论基础,把自动化工业发展过程中的智能制造、智能工厂理念引入到合成生物学研究中,实现生命体工程化大批量合成。通过建立基于信息管理系统的智能生产单元,快速、低成本、多循环地完成“设计-构建-测试-学习”的闭环,实现理性可预测的设计合成,达成合成生命体的远程定制、异地设计和规模经济生产等目标。同时将信息技术与生物技术交叉融合,发展出适用于自动化、高通量设备平台的标准化实验方法、算法和流程,以期推动合成生物研究过程和工作流程的标准化,进而推动我国合成生物研究水平的提升,成为行业标杆,领跑国际。此外,合成生物大设施还将催动基础研究的原创突破及学科之间的交叉融合,助力生命科学研究实现跨越式发展。

基于L0梯度最小化和K-Means聚类的织物缺陷检测研究

为了控制产品质量,保障织物的美观和舒适性,针对织物表面的缺陷,课题组提出了一种基于L0梯度最小化和K-Means聚类的缺陷检测方法。主要分为2个步骤:首先,使用L0梯度最小化将缺陷图像进行平滑,去除背景纹理的影响,保留图像较大的边缘;然后,使用K-Means聚类对平滑后的图像进行聚类,从而分割出缺陷区域。将该检测方法用于纺织厂收集的缺陷图像上进行验证,实验结果表明该方法能准确地检测出织物表面缺陷。该项研究提高了检测效率,满足织物生产的要求。

基于V-REP的双机器人协同运动仿真与实验研究

针对目前国内外机器人建模和仿真能力较差,软件功能扩展性和开放性较差,无法满足机器人协同控制要求的现状,提出了一种基于V-REP的双机器人协同运动控制方法。首先在仿真软件中建立机器人模型并生成运动路径,通过逆向运动学计算获取协同搬运路径对应的关节参数,然后在V-REP软件中建立双机器人模型,并通过Lua脚本语言控制双机器人进行协同运动仿真。采用所提出的方法对双机器人协同搬运过程进行仿真和实验,结果表明该方法有效可行,为以后的其他机器人运动仿真提供了参考。

直升机飞行训练系统的研究与应用

直升机飞行训练系统具有安全、经济、可复现且不受气象条件影响等特点。针对直升机飞行训练的实时仿真问题,开发了一套基于六自由度并联平台和虚拟现实(VR)技术的直升机飞行训练系统。该系统可使飞行员在控制操纵杆体验模拟飞行时,同时具有体感和观感的沉浸感。以六自由度并联平台为运动模拟平台,建立与直升机姿态对应的运动学反解模型;结合VR视景,可以逼真地模拟直升机在实际飞行中的各种环境和动作。该系统可以帮助飞行员完成训练科目,具有承担部分训练工作的功能。该系统可为直升机飞行训练提供新方向。

多机器人空间轨迹规划与运动学特性研究

多机器人系统相较于单机器人系统具有更高的工作效率、更大的工作空间、更灵活的作业方式,能完成更复杂的工作任务。针对多机器人协同焊接系统,研究采用双机器人和三机器人完成螺旋轨迹时,各机器人的关节运动学特性。仿真结果表明:三机器人完成螺旋轨迹时间比双机器人短,且关节运动量减少;验证本文建立模型的正确性,为后续研究提供理论依据。