采用示教杆的机器人喷涂轨迹生成方法研究

为了解决汽车局部漆面的机器人喷涂轨迹快速获取需求,提出了一种采用示教杆的工业机器人喷涂轨迹生成方法。该方法设计了1∶1复制工业机器人D-H模型参数的示教杆,并建立了基于B样条曲面算法的喷涂轨迹路径点及姿态生成模型。在方法测试中,介绍了喷涂轨迹生成的实验流程,以汽车翼子板和车门为例,采用示教杆进行表面轮廓点获取与路径位姿生成仿真,最后在协作机器人(负载5kg)进行在机运行测试。测试表明,所提出的方法能够快速获得喷涂目标区域轨迹,验证了方法的可行性。

全生命周期污泥膨胀的智能检测和诊断分析

活性污泥法是我国最常用的污水处理工艺,然而,污泥膨胀的发生是活性污泥工艺稳定可靠运行难以回避和亟待解决的问题。为此,文中提出了一种新的全生命周期故障诊断方法,用于监测污泥膨胀,并在准确地预警故障后提供合理的决策支持。为了充分挖掘污泥膨胀数据的隐含信息,文中利用典型相关分析(CCA)和绝对平均振幅值(AMAV)提取相关特征并用于故障检测,通过重排历史观测样本的方法改进贡献图并用于故障分离;根据故障预警结果,提出了基于AMAV的特征提取和多元格兰杰因果(MVGC)分析的故障传播定位方法。使用在污水厂采集的现场数据进行实验,结果表明,所提方法能及时有效地检测、分离和分析污泥膨胀的发生。

无人艇-机协同定位起降关键技术与验证

无人艇(USV)单平台执行水面任务易受平台限制,构建无人艇-机跨平台系统能实现平台优势互补。文章通过研究无人艇-机起降及补能技术,实现无人艇-机持久协同作业。首先,针对无人机(UAV)在动态USV上起降问题,开展无人艇-机协同定位起降技术研究,研究了无人艇-机速度、位置状态信息动态更新模型,实现了UAV在USV端高精度的起降;其次,针对UAV续航时间短的问题,开展UAV在USV端补能研究,研究了UAV端起降机构和USV端充电网机构,实现了UAV着艇快速补能;最后,在海面验证该无人艇-机跨平台起降补能系统性能,试验结果中,无人艇-机系统能在3.0 m/s的高速运动状态下,实现UAV在USV端的成功降落和补能,满足海上无人艇-机跨平台系统执行任务场景的需求。

基于北斗定位技术个人救生定位终端的研制与应用

传统通信方式受限于移动通信信号的覆盖范围,因此,在紧急情况下,提供及时的救援变得更困难。为此,旨在开发一种基于北斗定位技术的个人救生定位终端,为广泛的户外活动提供备用通信和紧急救援手段,以最大程度地保障遇险人员的人身安全。为实现上述目标,通过系统硬件设计和系统软件设计研发基于北斗定位及卫星通信技术的个人救生定位的可穿戴式终端,并将该终端在广东、湖北、新疆等成功应用,大大提高了紧急情况下的救援效率和成功率。

基于感知-决策-评估的污水处理智能曝气方法

作为污水处理的核心工艺,生物曝气环节的稳定性受进水水质、水量等因素的影响较大,且电能消耗高。对曝气过程进行优化控制有利于提高污水处理系统的性能。提出一种基于工况感知-自主决策-性能评估方法的污水处理曝气优化控制策略。将K-means聚类算法与注水原理相结合,对入水数据进行入水工况感知;采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)与神经网络反向传播算法(BPNN)建立软测量模型,并结合PSO全局寻优算法求解当前入水的溶解氧浓度优化设定值;将所得曝气池溶解氧浓度优化设定值输入仿真模型中进行性能评估,由仿真评估的结果优化更新工况感知与决策控制部分。经仿真验证,优化系统在出水达标且出水水质与原系统相差不到2%的情况下,经济指标下降10%~15%,节能效果显著。

无人艇避碰技术研究综述

无人艇(USV)避碰技术是USV的研究热点之一,是实现无人艇海上自主航行、在未知海域执行任务的关键技术。文章旨在回顾和总结无人艇避碰的现有技术,以及展望其未来的发展趋势。首先介绍了无人艇环境感知技术,并比较了各技术之间的优劣;其次介绍了局部路径规划算法,并对相关算法进行比较和提出改进方法;然后介绍了无人艇的控制方法;最后总结了国内外当前无人艇在避碰技术方面的不足和未来避碰技术的研究方向。

基于集合卡尔曼-Elman网络的软测量建模方法

污水处理系统是一个复杂的非线性、大时延的动态系统,由于工艺的复杂性、检测设备的不完备性以及经济成本的限制,一些重要的出水指标无法实现精准的检测。为解决此问题,文中提出了基于集合卡尔曼-Elman网络的软测量方法。传统动态神经网络具有能够处理时延信息数据的动态记忆能力,可用于基于数据驱动的软测量建模过程。但是,常规训练方法容易使神经网络陷入局部最小值,导致模型预测性能欠佳。鉴于此,文中引入集合卡尔曼滤波技术和对偶有限样本集合卡尔曼技术对典型的动态神经网络——Elman神经网络进行无梯度训练,构建新型软传感器模型,不仅有效提高了传统Elman神经网络的预测能力,而且提供了一种简单、无梯度的神经网络训练方法。将该方法在加州大学欧文分校的污水处理数据(UCI数据)上进行验证,结果表明,文中方法具有较好的预测性能,集合卡尔曼滤波技术可作为一种无梯度的替代方法来训练神经网络。

支持向量机在污水处理厂出水COD预测中的应用

随着城市化的进行和经济的快速发展,城市居民用水量呈逐年递增趋势。城市污水处理过程中由于水力停留时间过长等,难以实时掌握污水水质情况。化学需氧量(COD)是衡量污水水质的重要指标之一,通过有效监测出水COD的波动,可实现污水处理过程在线管控。通过收集某城镇污水处理厂进水、出水历史数据(COD、pH、溶解氧、氨氮等),利用支持向量机SVM(Support Vector Machine)、K近邻算法(K-Nearest Neighbor,KNN)等人工智能算法建立数学预测模型,实现了对出水COD指标的有效预测。

板材下料自动分拣系统的开发与应用

根据钢结构制造企业在板材下料工序中零件分拣过程自动化升级的需求,本文通过分析下料套料图信息,结合实际生产过程,开发套料图识别定位软件、生产作业自动化控制软件和PLC控制软件软件,并配合自动分拣设备,构建板材下料自动分拣系统,以实现板材下料零件的自动分拣。结果表明,该系统满足预期设计要求,能有效提升分拣效率和降低劳动强度。

印染助剂自动输配送系统

针对纺织印染行业染机助剂输配送过程中自动化程度低、劳动强度大、助剂输送精度较差等难点,重点研究了一种助剂自动输配送系统的清洗控制方法及装置。自动输配送装置包括助剂暂存桶、输料阀、质量流量计、输送管道、管道清洗装置、控制系统等,可有效提高助剂输送精度,缩短管路清洗时间,提高助剂输送效率等。

报废动力电池回收自动拆解机设计

随着我国新能源电动汽车、储能新兴产业的快速发展,必将面临大量动力电池报废。文章结合动力电池生产企业的经验和需求,对报废动力电池精细拆解回收工艺流程进行了探索研究。针对方形动力电池进行了砂轮旋切、液压冲切、芯壳分离拆解工艺及机构设计,研制出自动拆解机在企业试运行,实现报废电池自动拆解芯壳分离。结合动力电池结构技术发展趋势,比较拆解节拍、拆解过程废料、刀具磨损等结果,液压冲切拆解工艺要优于砂轮旋切拆解工艺,建议企业规模化生产采用液压冲切拆解工艺设备。

高压大电流连接器冠簧端子全自动组装机设计

为解决当前新能源车用高压大电流端子生产过程中存在的产能低、质量不稳定、自动化程度低的问题,文章研制了连接器冠簧端子全自动组装机。自动组装机主要由工位分度机构、簧片上料机构、扭簧机构、铜套上料机构、端子组装机构、端子检测机构、送料振动盘等机构模块组成。在企业投产取得了良好效果,生产节拍达到9.2s/件,产品合格率达到99.3%,只需1人即可监管维护3台自动组装机的生产运行。相比原有半自动人工生产线,端子全自动组装机具有生产效率高、产品质量好、自动化程度高等优势,可满足企业生产需求,实现连接器端子自动化生产。

基于位置跟踪器的机器人快速示教方法

针对中大型机械臂拖动示教中迟滞和难以精细化操作、控制困难等问题,提出一种基于位置跟踪器的机器人快速示教系统。首先,位置跟踪器接收端被固定在机械臂末端,对其进行坐标系数学建模;其次,分别推导了机器人基坐标系-末端坐标系和位置跟踪器发射端坐标系-接收端坐标系的变换关系,给出了采用基于四元数的求解位置跟踪器发射端坐标系与机器人基坐标系的变换关系的方法;最后,在标定完成后可将位置跟踪器接收端当成示教笔用于机器人示教工作。根据位置跟踪器接收端坐标系与机器人基座标系的变换关系即可将位置跟踪器接收端的位姿转换成机器人基坐标系下的位姿,无需拖动机器人即可快速完成机器人示教,获取路点信息;此外,位置跟踪器接收端相比机器人末端更轻便小巧。在一些需要在小范围示教场景下,使用位置跟踪器接收端进行示教工作比人工拖动机器人更加方便、高效。在验证测试中,采用大象公司的E系列工业机器人和美国Ascension公司的trakStar位置跟踪器搭建了快速示教系统,分别进行了误差实验和喷涂应用场景下的轨迹示教实验。实验结果表明,基于位置跟踪器接收端位姿计算得到的机器人末端位姿中,旋转角误差绝对值不超过0.8°,平移误差绝对值小于2.5mm,能够满足实际的机器人快速示教需求。

光催化转化低浓度NO的进展与展望

氮氧化物NOx会引起酸雨、光化学烟雾等环境问题,危害人类身体健康和生存环境.环境NOx污染中,NO约占95%.当NO浓度低于ppm级时,它可以长期稳定地存在于空气中.同时,“富煤、贫油、少气”仍然是我国能源发展的基本现状,煤炭在燃烧过程中会释放SO_(2),H_(2)S,NO等多种有害物质.中国在第75届联合国大会上提出力争2030年实现碳达峰,2060年实现碳中和的目标.因此,如何降低NO等污染物及其在处理过程中的能耗已成为目前面临的重要挑战.然而,传统的物理或化学方法难以处理低浓度的NO,对设备要求高且成本效益不佳.光催化技术作为一种以半导体为催化剂,以光为驱动力的高效环保净化技术,能在光激发下产生活性自由基,将低浓度的NO转化为无毒的硝酸盐或氮气,这对优化我国能源结构,实现碳达峰和碳中和的战略目标具有重要意义.本文概述了目前光催化转化NO的三种方式,即光催化氧化、光催化还原和光催化直接分解的基本原理和最新进展.其中,光催化氧化NO是当前的研究热点,本文对其研究进展进行了详细总结.人们广泛研究了使用铋基材料、石墨相氮化碳和二氧化钛等材料光催化转化NO,相关催化材料的开发主要从提高材料光利用率和抑制电子空穴复合两方面进行,采用的改性手段包括晶面调控、表面修饰、构建异质结和元素掺杂等.除了催化剂本身,湿度和光照强度等条件对催化效率的影响也很大.此外,实时监测光催化反应过程,明确NO在催化剂表面的吸附、活化与转化过程,探索催化剂的电子结构及载流子迁移路径,掌握表面活性位点的微观结构特性,将为开发新型高效光催化剂提供更多的科学依据.因此,从实验和理论出发,详细讨论了原位红外等技术和第一性原理计算在光催化转化NO中的应用实例和应用方法,从而更好地阐明反应机理.本文还对当前ppb级NO处理所面临的挑战和未来发展加以展望和总结,实验室条件和实际应用条件差距很大,如何才能使材料在实际应用过程中具有较好且稳定的光催化效果,早日走出实验室,实现应用是目前面临的一大难题.但可以预见的是,半导体光催化技术在污染防治和生态环境保护方面将发挥越来越重要的作用.

低共熔溶剂萃取精油脱萜烯工艺

针对精油中萜烯导致的溶解度低、易氧化变质等问题,探索精油脱萜烯工艺,提高精油质量,采用丙二醇和乙酰丙酸合成DES为萃取剂,结合单因素试验和Box-Behnken响应曲面分析法,对精油脱萜烯工艺进行优化,考察HBD/HBA摩尔比、剂油质量比和DES含水量3个因素的影响。结果表明,3个因素对精油脱萜烯性能影响的重要性为DES含水量>剂油质量比>HBD/HBA摩尔比。HBD/HBA摩尔比为2.5,剂油质量比为4,DES含水量为0.00时,芳樟醇的分配系数为1.196,选择性值为29.436,脱萜烯后的提取物溶解在甘油和丙二醇中香气干净馥郁,无杂气。

基于相机与激光雷达融合的目标定位与跟踪

环境感知是无人驾驶的关键技术,针对相机缺乏深度信息无法定位检测目标以及目标跟踪精度较差的问题,提出一种基于相机与激光雷达融合的目标定位与跟踪算法。该算法通过图像检测框内的激光雷达点云簇在像素平面的面积比例大小获得检测目标的定位信息,然后根据检测目标的轮廓点云在像素坐标系下的横向移动速度和纵向移动速度融合图像检测框中心坐标提高目标跟踪精度。实验结果表明:所提目标定位算法正确率为88.5417%,且平均每帧处理时间仅为0.03 s,满足实时性要求;图像检测框中心横坐标的平均误差为4.49 pixel,纵坐标的平均误差为1.80 pixel,平均区域重叠率为87.42%。

基于语义分割的侧扫声纳管线目标检测方法

为提高侧扫声纳图像中管线目标检测的自动化程度及效率,提出了一种基于语义分割的水下管线目标检测方法。首先通过构建高效语义分割网络主干,提高网络计算速度并降低网络对计算机硬件性能的需求;其次给出了一种针对管线目标特点的加权交叉熵损失函数,解决了因类间数量不均衡导致的网络训练困难问题。以多种复杂条件下侧扫声纳实测数据进行了水下管线检测试验,结果表明,该方法在取得和经典网络相近精度的情况下,速度提升了2.7倍,可达52.6FPS,实现了水下管线的快速、准确检测。

未知扰动下的欠驱动水面无人艇区域保持控制方法

尽管水面无人艇(USV)已经应用于许多场景,但无人艇水面区域保持仍是一个极具研究意义的问题。主要原因是USV具有复杂的非线性水动力学和欠驱动特性。在实际应用中,由于不确定的环境扰动及传感器测量噪声,很难对USV产生较好的控制效果。文章建立了一个适用于USV区域保持的简化数学模型,并提出一个闭环控制方法,既简化控制器设计又能达到满意的控制性能。针对欠驱动USV的区域保持问题,提出基于环境最优位置控制(WOPC)改进后的策略,采用策略估计扰动的方向,生成考虑欠驱动特性的控制目标。试验结果表明,所提出的方法相较传统WOPC在不同环境扰动下取得了较好的效果,并能减少能耗。

基于PLC的水处理铁盐自动投加系统

通过广东溢达污水处理厂铁盐投加系统的升级改造,分析影响铁盐投加因素,研发一套基于PLC的水处理铁盐自动投加系统。系统根据进出水水量水质自动计算铁盐投加量,动态调节铁盐投加量,实现铁盐自动投加,运行效果良好。系统提供了一种污水处理厂化学药剂自动投加解决方案,提供了一种化学药剂投加量动态确定新方法,对化学药剂自动投加推广具有一定的借鉴作用。