基于虚拟仿真的机器人专业综合设计实验方案探索

针对机器人技术发展快、专业知识综合性强、实验设备成本高等特点,提出机器人视觉引导控制虚拟仿真实验平台的设计方法和机器人专业综合设计实验方案,以此虚拟仿真实验平台为例,介绍基于科教融合的虚拟仿真实验平台设计、基于仿真平台的机器人综合设计实验课程建设、机器人综合设计实验教学,最后说明教学成效,以期对机器人工程专业的综合设计实验课程以及创新型新工科人才培养模式提供有价值的参考。

基于机器视觉的瓶口缺陷检测方法研究

在基于机器视觉的啤酒瓶口质量检测过程中,由于部分瓶口图像中缺陷灰度值变化范围大、边缘区域的干扰多,传统方法难以实现瓶口缺陷快速、准确检测。为此,分析总结各类瓶口缺陷特征,提出基于随机圆评估的三圆周定位法,以提高抗干扰能力和定位精度,并提出残差分析动态阈值分割与全局阈值分割结合的瓶口缺陷检测方法,克服灰度变化和瓶口缺失对检测结果的影响。对90幅图像测试,与5种瓶口缺陷检测法对比,结果显示:执行时间为117.33 ms,与效果最好的SVM算法相比,检测正确率提高了2.22%,可实现强干扰、大缺陷的瓶口图像中缺陷快速、准确定位和检测。

基于SURF特征的多机器人栅格地图拼接方法

实现地图拼接是多机器人协作创建地图的一项关键技术。研究了一种基于加速鲁棒特征(SURF)的多机器人栅格地图拼接方法,该方法通过对机器人运动坐标系进行刚体变换,将栅格地图拼接问题用图像配准的最小化问题来表示并建立数学模型。首先利用一种改进的SURF算法从待拼接地图中提取特征,然后利用随机抽样一致性(RANSAC)算法剔除误匹配得到初始拼接参数,并将拼接参数作为ICP算法的初值来求解目标函数。最后分别利用公开数据集和Turletbot2移动机器人进行了实验,结果表明该方法能对多机器人建立的栅格地图实现可靠拼接,鲁棒性好且精度高,拼接速度快适用于较大规模环境栅格地图拼接。

自主移动机器人路径规划中的点云噪声处理

机器人在自主导航过程中,图像处理算法通过对路径中障碍物的三维点云平面夹角进行分析,实时计算障碍物的高度,判断是否可以通行。而RGB-D相机输出的原始点云数据存在大量噪声,严重影响分割的准确性,需要进行滤波处理。本文在Table Scene数据集中分析比较了统计滤波中不同参数的去噪效果,得到了最佳参数K=20,α=2。移动机器人通过ORB-SLAM2算法在户外环境下构建点云地图,然后分别进行直通滤波、体素滤波、统计滤波和平面分割,计算斜坡夹角,实施运动规划。实验结果表明,在Table Scene数据集中获得的最优统计滤波参数能适用于户外环境,机器人能根据运算结果自动进行路径规划,完成指定任务。

旋翼飞行机械臂系统的混合视觉伺服控制

旋翼飞行机械臂是一种具有强耦合特性的机器人系统,借助视觉进行自主作业还存在诸多问题,如实时深度估计、目标极易丢失以及目标笛卡尔空间模型重建等.本文针对传统的基于图像与基于位置的视觉伺服的缺陷以及系统自身欠驱动等问题,建立了运动学模型和提出了基于力平衡原理的动力学联合建模,并通过欧几里得单应性矩阵分解设计出旋翼飞行机械臂系统的混合视觉伺服控制方法,在图像空间控制平移、笛卡尔空间控制旋转,减弱了平移与旋转之间的相互影响实现解耦效果,改善了系统对非结构因素的抗扰性能和全局稳定性.通过仿真和实验检验了系统鲁棒性和算法优越性.

旋翼飞行机械臂的混合视觉伺服和分层控制方法

无人机臂系统是一种具有强耦合特性的智能移动机器人,借助视觉进行自主作业还存在诸多问题,如实时深度估计、目标极易丢失以及目标笛卡尔空间模型重建等,同时机载机械臂的运动会造成飞行平台的重心变化和动态不稳定。针对基于图像的只在目标附近线性收敛与基于位置的目标易偏离视野范围等不足以及系统自身欠驱动等问题,建立了运动学模型并通过欧氏单应性矩阵分解设计出旋翼飞行机械臂系统的混合视觉伺服控制方法,最后通过分层任务组合控制算法完善了其耦合机制。最终改善了系统对非结构因素的抗扰性能和全局稳定性,通过仿真和实验检验了系统鲁棒性和算法优越性。

基于机器视觉的口杯酒瓶盖旋转角度测量方法

针对口杯酒瓶盖对激光打码角度的特殊要求,研究一种口杯酒瓶盖旋转角度测量方法,该方法提出使用几何法与模板匹配法两种方法测量口杯酒拉环及中心文字与水平线的角度。其中,几何法通过连通域搜索和计算重心,定位圆环感兴趣区域,基于圆环被拉环切割部分的特征,得到凹凸方向的特征加强区域,有效计算出口杯酒瓶盖拉环与水平线之间的角度。模板匹配法通过分析在理想情况下口杯酒的文字字样,得到文字字样轮廓,平滑轮廓,并以此作为匹配时的形状模型。匹配过程中,对新图像查找形状模型,得出口杯酒中心文字与水平线的角度。该测量方法高速、准确、稳定,满足高速生产线的实时在线检测需求,解决了现有的口杯酒瓶盖激光打码的问题。

铁路道岔参数机器视觉在位测量方法与装置

道岔几何位置异常是导致列车脱轨的主要原因,对其进行实时监测是有效预防列车脱轨的重要手段。针对此需求,本文设计一套基于双目视觉的道岔关键参数在线原位监测装置。首先,针对铁路行车振动易造成视觉测量系统外参改变的难点,提出一种基于简易标签的在线自标定算法。此外,为了准确定位道岔监测特征,采用激光标记方式增强纹理特征的方法,可解决尖轨摆动导致成像视角变化导致监测特征难以定位的难题。同时,针对露天光照的干扰,提出了高斯加权的灰度重心法提取光条中心,该方法成功克服铁轨金属表面易漫反射等缺陷,可有效定位出监测特征。最后,完成双目立体配合并计算出监测特征点三维坐标,完成道岔参数的监测。现场实测表明,本装置硬件成本低、鲁棒性强、速度快,误差约为0.3 mm。

高端制造机器人关键技术及未来发展方向

高端制造业是与低端制造业相对应的说法,既是工业化发展的高级阶段,又是具有高技术含量和高附加值的产业。《工业转型升级规划书》提出,要抓住产业升级的关键环节,积极培育发展智能制造、新能源汽车、海洋工程装备、轨道交通装备、民用航空航天等高端装备制造业,促进装备制造业由大变强。由此,高端制造业有了较为明确的行业指向。

小批量多品种医药制造机器人系统设计与实现

针对医药制造过程对无人化、无菌化柔性生产等的需求,本文设计了一款对多种医药容器实现灌装-转运-封口生产的机器人系统:首先阐述医药制造中存在的医药无菌问题、放射性药物生产问题、小批量多品种生产问题等导致的设备需求;然后介绍该机器人系统的机械结构与电气控制设计,以及针对上述问题的解决方法;最后以西林瓶为对象,对研制出的机器人系统进行实验测试,证明本系统的可行性。

融合视觉显著性再检测的孪生网络无人机目标跟踪算法

针对旋翼飞行器在跟踪过程中目标尺度变化、快速运动、视角变化等问题,本文提出了一种基于MobileNetV2的孪生网络目标跟踪算法,可在无人机机载处理器上实时运行。该算法主要包含目标得分估计模块与目标尺度估计模块两个部分。结合多特征融合的策略,可准确预测出目标位置与目标框IoU,同时以目标框IoU为指导,利用梯度上升法对目标框进行迭代修正,进一步提升预测精度。针对完全遮挡而导致的目标跟丢问题,本文设计了一个基于视觉显著性的目标再检测算法,该算法可实时高效地预测出图像的显著性区域,以指导对目标的再检测,进而恢复跟踪。最后,通过标准无人机跟踪数据集测试与实际无人机跟踪实验,验证了算法的可行性。

增程式电动汽车串联再生制动控制策略

针对增程式电动汽车再生制动控制问题,首先对增程式电动汽车制动系统特性进行了分析,然后综合考虑了制动系统的稳定性、驱动电机的最大转矩以及机械制动与再生制动的分配三方面因素,提出了一种增程式电动汽车串联再生制动控制策略。最后,在FTP、HWFET和NEDC循环工况下的仿真结果表明：所提出的串联再生制动控制策略能够在保证车辆制动系统稳定性的前提下,有效地提高增程式电动汽车能量回收能力。

智能无人系统技术应用与发展趋势

智能无人系统作战正在从概念走向实战应用。着眼于未来战场智能无人系统作战任务的需要,在总结陆地无人系统、空中无人系统与海洋无人系统发展现状的基础上,重点阐述其在军用领域的应用,并针对智能无人系统面临的关键难题,以及在未来战场上将面临的实际困难,分析智能无人系统所需要的关键技术,包括复杂环境下自主感知与理解、行为决策与轨迹规划、自主导航与定位、多场景自主技能学习与智能控制、无人集群协同控制与自然人机交互等。同时,针对未来战场上智能无人系统进一步发展将要遇到的问题,从个体增强与集群增强这2个方面出发,详细分析智能无人系统的发展趋势。

基于改进RRT^(*)FN算法的机器人路径规划

针对固定节点数的渐近最优快速扩展随机数算法(RRT^(*)FN)精度低、收敛到最优值速度慢等问题,提出一种改进的RRT^(*)FN路径规划算法,并用于解决二维静态环境下的移动机器人全局路径规划问题.首先,改进算法使用与RRT^(*)FN算法相同的均匀采样方法进行路径搜索,当搜索到一条初始路径时,在之后的路径规划中使用启发式采样方法.在之后的每次迭代中,改进算法在椭圆子集采样方法与路径点邻近区域采样方法中随机选择一种作为当前采样方法.然后,当树中的总节点数达到预设值时,对树中的叶子结点采用加权方法进行删除.通过给予采样区域内的叶子结点更高的权重,从而将采样区域外的叶子结点以更高概率删除,得以保留树中的高性能节点,以便提高算法性能.最后,通过仿真实验验证改进算法的有效性.

基于轮廓曲率的PET瓶防盗环断裂检测

针对现有满瓶检测算法中缺乏聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate,PET)瓶防盗环断裂检测算法的问题,提出一种基于轮廓曲率计算和角点检测的防盗环断裂检测算法。首先采用灰度投影法大致定位出瓶盖区域并将瓶盖所在的矩形区域设置为感兴趣区域(ROI),再利用梯度极大值抑制法获取瓶盖边缘点,并根据提出的等腰三角形法和最近点搜索法,拟合边缘点的亚像素坐标并连接瓶盖轮廓。然后利用边缘点的路程距离比(stretch to distance ratio,SDR)来近似表示轮廓曲率,再根据轮廓曲率极大值检测角点,并采用角点匹配法定位支撑环。最后根据支撑环和防盗环之间存在缝隙与否,来判断防盗环是否断裂。该算法检测正确率达到94.75%,可满足生产需要。

医药质量检测关键技术及其应用综述

医药产品种类多样、生产工艺复杂,传统人工检测已不能满足高端医药发展的需求,而迫切需要对医药检测技术进行革新。医药产业是维系国民健康、关涉国计民生的重要产业,故医药质量检测环节必不可少。首先简要介绍了医药检测的对象及标准,重点综述了医药可见异物检测、药物成分检测和包装缺陷等质量检测进展情况,分析了国家药典中多类型药品的现行检测标准。在此基础上,阐述了最新的医药检测关键技术如X射线检测技术、高光谱检测技术、机器视觉的检测技术等,并讨论了医药检测关键技术在多类型药品检测中的应用,最后重点探讨了医药质量检测技术的发展趋势。

基于极坐标Hough变换的焊点检测标定方法

针对探头在粗定位情况下对车身焊点检测效率和准确率方面存在的不足,提出了一种结合焊点形态结构特点,利用极坐标Hough变换算法和改进的边缘检测算子,以精确获取焊点坐标的方法.此方法通过形态结构决策降低参数存储,用极坐标构造二维参数极大地提高了运算速度,再结合滤波、最小二乘法、双阈值法等算法,能在高噪声的背景下对焊点进行检测标定,以提高机械臂末端探头检测焊点质量的效率和准确率,对于工业上车身焊点检测具有重要的实际意义.实验结果表明,该方法处理焊点图像的准确率达到99.2%,且快速性也有很大的提高.

改进PRM算法的无人机航迹规划

针对传统随机路标图(PRM)算法对航迹规划的自由空间进行随机采样表现出的随机性,和在狭窄通道中可能出现的航迹无解问题,提出一种改进PRM的航迹规划算法。通过将障碍物的边界点作为确定采样点,并对栅格地图的自由空间建立最优可行区域,降低传统PRM算法随机采样点的分散性,使路径搜索具有明确性,以此来提高算法在时间和空间上的利用率。为验证算法的有效性,采用MATLAB仿真平台建立无人机二维和三维空间,进行航迹规划对比实验。实验结果表明:在三维空间中,改进PRM算法较传统PRM算法航迹规划时间降低2.469%至5.721%,航迹长度减少0.89%至1.54%。

并行混沌与和声搜索的多目标混合优化算法

针对传统的混沌优化算法对初始值敏感、搜索精度低和收敛速度慢,以及和声搜索收敛不稳定、处理多目标优化问题时适应性差等不足,研究了一种多目标并行混沌与和声搜索混合优化算法(MOCOHSA).MOCOHSA利用并行混沌优化的全局搜索能力与和声搜索算法的局部搜索能力,并在和声搜索中引入自适应操作,在解决多目标优化问题时表现出良好的搜索速度和收敛性能.对8个多目标优化测试函数的优化计算中,该算法表现出比其它多目标优化算法更好的性能.算法最后用于解决卫星热管设计问题.

基于混合并行混沌优化算法的铸造生产线两阶段协同调度

高效的生产调度策略是铸造企业提高生产效率、降低生产成本的重要手段.目前,铸造生产优化调度的相关研究通常是针对熔炼浇铸加工与机加工两阶段分别进行的,制约了铸造生产线全流程优化调度的效果.针对铸造生产线生产过程当中熔炼浇铸加工与机加工协同调度问题,建立了以最小化总完工时间为目标的铸造生产线全流程优化调度模型.为了有效地解决该调度模型,提出一种混合并行混沌优化算法(HPCOA).HPCOA中设计了并行混沌搜索用于高效的全局搜索,并引入基于关键路径的变邻域搜索用于增强算法的局部搜索能力.通过在实际案例的对比试验,证明了HPCOA算法的有效性.