基于激光雷达和特征地图的车辆智能定位研究

针对激光雷达采集行驶车辆的三维点云数据中包含过多畸变数据,影响车辆定位效果的问题,本文研究一种基于激光雷达和特征地图的车辆智能定位方法。激光雷达利用基于飞行时间的激光测距法,采集车辆及其行驶环境的三维激光点云数据,去除激光点云数据中的畸变数据。利用正态分布变换方法,优化删除畸变数据的点云集的正态分布概率值,配准三维激光点云数据。从完成配准后的三维激光点云数据中,提取柱状物体的圆形特征,构建车辆行驶的自然柱状特征地图。利用卡尔曼滤波算法,结合自然柱状特征地图信息,实现高精度的车辆智能定位。实验结果证明:该方法可以精准定位车辆目标,车辆智能定位精度较高,最高可达到97%,定位效率较好,最短可在5 s时间内完成定位,具有一定应用价值。

激光雷达下车辆检测算法的研究

在复杂的交通环境中,针对激光雷达应用于无人驾驶车辆的障碍检测的问题,提出了一种基于神经网络的前方车辆检测方法。首先,采用直通滤波算法对原始点云进行分割处理;其次,提出了一种端到端单阶段检测的深度神经网络,该网络利用空洞卷积对RetinaNet网络结构进行优化,增强该网络对车辆的准确性以及鲁棒性;最后,在KITTI数据集上进行了训练以及测试实验。结果显示,经过滤波处理后大幅度降低点云数量,更加精准的标记出检测范围。通过在测试KITTI数据集中测试不同检测算法处理结果对比得出,所提方法在精度提高的基础上,具有更快的检测速度,达到了预期效果,有较高的应用潜力。

基于分布式驱动汽车的分层式控制系统设计

目前汽车之所以没有广泛采用轮毂电机驱动车轮,其一是考虑成本,其二是轮毂电机的搭载大大增加了簧下质量,对车辆行驶过程中的操纵稳定性有较大影响。以分布式驱动汽车为研究对象,设计分层式控制系统:上层控制器对车辆总横向运动进行解耦控制,其中纵向采用PID控制跟踪纵向车速,横向设计滑模控制器计算所需方向盘转角;中间层采用模糊控制计算维持车辆行驶稳定性所需附加横摆力矩;底层以轮胎附着利用率为优化目标对力矩进行最优分配。对比仿真试验表明:分层式控制系统可有效降低车辆行驶过程中的横摆角速度16%~48%,质心侧偏角62%~67%,抑制了实际值与理想值之间的偏差,提高了车辆在行驶过程中的安全性和舒适性。

基于STA/LTA改进的CEEMD-SVD微震信号降噪算法

针对煤矿井下工作环境复杂,采集到的微震信号包含大量噪声信号,严重影响对微震信号的拾取、定位和反演。采用互补集合经验模态分解(complementary set empirical mode decomposition, CEEMD)联合奇异值分解(singular value decomposition, SVD)与长短时窗法(STA/LTA)相结合的降噪算法。利用CEEMD分解微震信号,得到固有模态分量(inherent modal component, IMF),依据相关系数确定噪声主导的IMF和信号主导的IMF,通过STA/LTA去除CEEMD产生的伪分量。对噪声主导的分量进行SVD分解降噪后与信号主导的分量及剩余分量重构得到降噪后信号。加入模拟噪声信号与实际采集的微震信号进行仿真实验,结果表明本文算法在保证小剩余噪声干扰的情况下,可以节省计算时间。通过与经验模态分解(empirical mode decomposition, EMD)、聚合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition, EEMD)及新型自适应聚合经验模态分解(novel adaptive ensemble empirical mode decomposition, NAEEMD)降噪方法进行对比,依据信噪比、能量百分比及标准差三个评价指标进行定量计算,实验表明该方法具有更好的降噪效果。

采用双支路与特征融合网络的路沿分割

路沿检测是智能车辆环境感知的重要目标,使用语义分割的方法对路沿目标进行检测。针对语义分割网络不能平衡浅层特征和深度特征的问题,设计了一种具有双支路特征融合的实时路沿分割网络。网络主支使用残差结构模块进行下采样,在特征图分辨率为输入分辨率的1/16时恢复至原来分辨率。采用多个模块来融合浅层空间特征与高级语义特征:使用SDFE(spatial detail feature extraction)模块弥补几何特征的丢失;使用联合特征金字塔(joint feature pyramid,JFP)模块将网络多个阶段具有强语义信息的多尺度特征结合使用;支路中设计了特征注意力机制(feature attention,FA)模块,使用4个卷积归一化,通过注意力模块处理,用来增强空间细节特征的提取;设计了FFM(feature fusion module)模块融合高级语义特征与浅层特征。对网络进行性能评价,该网络测试mIoU为79.65%,FPS为59.6,在道路上进行实车实验,分割快速且效果良好。

固体充填胶凝材料试验研究与应用

针对目前“三下”采煤充填成本较高和充填效率低下等问题,以矿粉这种低成本水硬性胶材为主,辅以少量石膏和水泥熟料,得到了适用于矿山高效固体充填的早凝、低成本的胶凝材料。通过对矸石粒径级配和胶凝材料固化机理进行了分析,设计正交试验确定出胶凝材料最优配比,即:当石膏5%、水泥熟料25%、矿粉70%时,可实现短时间脱模,表明在该掺量下胶凝材料的水化反应程度最好,其中矿粉中的活性成分能够在早期反应生成水硬性钙矾石(AFt),促进充填体强度的形成。养护后充填体的7d、28d强度可达到3.48MPa、5.11MPa,略低于425^(#)硫铝酸盐双快水泥的7d和28d成型强度,但在成本上具备明显优势。结合工业应用,对实际充填效果、液压支架工作阻力和地表沉陷观测数据进行分析,表明该胶凝材料在提高充填效率、加强顶板管理等方面发挥着积极作用。

基于STM32与LabVIEW的煤矿微震采集平台设计

针对目前煤矿微震采集平台大多引进国外,且存在价格昂贵、通用性差等问题,设计了一种基于STM32与LabVIEW的煤矿微震采集平台。该平台由数据采集电路和微震信号显示软件组成,数据采集电路以STM32F107作为主控制芯片,采用可编程芯片CS3301、CS5372、CS5376组成调理电路,实现对微震传感器输出信号的采集和调理;微震信号显示软件利用LabVIEW平台进行搭建,应用并行循环和队列技术,构建数据的采集、解析、储存、回放和显示5个模块,实现了对微震数据的实时采集与显示。试验结果表明,该系统采集范围广,可实时准确的采集并记录多路微震信号,且具有较好的可靠性和通用性,开发成本低,为微震事件的识别与定位提供了解决方案。

基于改进粒子群算法的钻车机械手轨迹规划研究

钻车机械手是防突防冲钻车的重要装置,关系着钻车是否可以正常钻进及真正实现无人化。为确保钻车机械手快速、准确、平稳运行,其轨迹规划优化尤为重要。现有钻车机械手轨迹规划存在阶次较高、优化算法易早熟等问题。针对上述问题,提出了一种基于改进粒子群(PSO)算法的钻车机械手时间最优轨迹规划方法。首先,利用标准Denavit-Hartenberg(D-H)构建钻车机械手三维模型,通过蒙特卡洛法得到钻车机械手的工作空间,从工作空间中选取4个途径点作为插值点。然后,为了使钻车机械手能够快速平稳地到达指定位置,在关节空间中采用3-5-3分段多项式插值构造其轨迹。最后,通过改进PSO算法对构造的轨迹进行时间最短优化,得到钻车机械手的时间最优轨迹规划。Matlab仿真结果表明:基于改进PSO算法的钻车机械手时间最优轨迹规划方法可以在保证钻车机械手各关节运行平稳的同时,使运行时间从3.168 5 s减少到2.385 4 s,整体运行时间较优化前减少约25%,提高了机械手的工作效率。

三角剪切式微震监测压电加速度传感器设计

针对现有应用于矿井突水动力灾害防治微震监测传感器存在灵敏度低及频率范围窄的问题,该文提出了一种基于三角剪切式结构的微震监测压电加速度传感器。首先建立了压电加速度传感器的力学模型,对与固有频率和灵敏度有关的结构及材料参数进行了分析;然后设计了三角剪切型压电加速度传感器结构,探讨了压电陶瓷材料的选择,再利用ANSYS建立了压电加速度传感器有限元结构模型,分别对传感器进行模态分析、谐振响应分析与压电分析。仿真结果表明,设计的压电加速度传感器的工作频率和灵敏度满足微震监测要求。最后对设计的压电加速度传感器进行了标定和微震信号检测试验。结果表明,该传感器的谐振频率为6300 Hz,工作频率为0.1~2100 Hz,电荷灵敏度为34.626 pC/(m·s^(-2))时,可完成对微震信号的检测,且具有宽频率范围和高灵敏度。

煤矿井下两级膨胀气动单轨吊研究应用

针对目前防爆柴油机、防爆蓄电池单轨吊车在高瓦斯矿井应用及矿井救援时存在的安全隐患问题,研究了可脱离风管独立工作的自携带空气动力的气动单轨吊车结构;提出了空气动力气动机多参数耦合的优化设计方法,得到了空气动力气动机的优化参数,有效提高了气动机的输出扭矩;采用气动管路、气动阀、减压阀等气动设备构建了全气动逐级减压驱动气路;研制了安全可靠、高运输能力、安静、无噪声、环境友好的井下空气动力单轨吊车,在井下运行过程中无高温,无火花,无燃烧、无电气控制,适用于高瓦斯矿井确保安全生产。试验结果表明:空气动力单轨吊的性能得到了有效的提高。

固体充填液压支架全位姿测量及虚拟仿真

针对固体充填液压支架处于复杂地质条件下时空间位姿状态动态变化难以直接识别,现有位姿测量系统存在位姿参数部分缺失的问题,设计了一种固体充填液压支架全位姿测量系统。利用3D Max建模软件建立了固体充填液压支架三维模型,基于固体充填液压支架不同的特征节点,采用多传感器融合测量方法获取反映其空间全位姿的9个参数,即支架底座倾斜角(与水平面夹角)、顶梁姿态角(与水平面夹角)、支架高度、推矸推移距离、护帮板状态、推压密实机构倾角(与后顶梁夹角)、推压密实机构推移距离、支架组护帮板之间的距离、刮板输送机中部槽与支架推矸的夹角。将倾角传感器布置于前顶梁、后顶梁、底座、推压密实机构千斤顶等处,用于测量支架的底座倾斜角和前后顶梁姿态角等,将位移传感器安装在支架的推矸和推压密实机构上,用于测量推移距离等。利用视觉传感器采集图像数据,通过建立单目视觉测量模型及全局坐标系与局部坐标系的转换,分析计算固体充填液压支架组护帮板之间的距离、支架推矸与刮板输送机中部槽之间的角度、护帮板状态和支架高度等。针对现有固体充填液压支架虚拟仿真系统在数据分析、运动关系约束等方面缺乏深入研究的问题,设计了基于Unity3D的固体充填液压支架虚拟仿真系统,该系统利用Unity3D实现了支架运动仿真,可实时反映支架运行时的位姿状态变化。基于Unity3D的固体充填液压支架虚拟仿真系统与固体充填液压支架全位姿测量系统配套使用,可真实反映固体充填液压支架的运行状态,保证固体充填液压支架仿真的稳定性及数据的可靠性,为固体充填液压支架平稳运行提供了技术支持。

汽车构造课程虚拟仿真教学资源的开发

针对汽车构造传统教学模式的时间和空间限制问题,提出了基于虚拟现实技术的汽车构造课程虚拟仿真教学资源的开发方案。以汽车构造课程相关教学资料为基础,采用3ds Max对汽车零部件进行三维模型的建立,利用V-Ray渲染器进行图片渲染,并基于Premiere软件进行教学视频的合成,最后采用Unity3D作为三维引擎开发汽车构造课程虚拟仿真教学资源,并应用到实践教学中。虚拟仿真教学资源与传统教学相互补充,进一步激发学生的学习兴趣,使学生沉浸其中,提高学习效果。