基于YOLOv5的零件识别轻量化算法

为了解决现有的基于深度学习的零件识别模型参数量过大、检测速度慢、检测精度低的问题,以YOLOv5模型为基础,提出了结合轻量级网络和Transformer的零件识别算法。首先,设计了一种轻量级主干特征提取网络,以减少网络的参数量和计算量,并提升推理速度;其次,将Transformer模块与C3模块融合构成C3TR模块,以增强小目标的检测能力;最后,引入噪音净化模块,通过过滤噪音来提高零件识别模型的准确率。模型的检测平均准确率和平均召回率分别达到了86.7%和85.5%,相较原模型分别提升了和24.2%和17.4%。实验结果表明,改进后的模型在实现模型轻量化的同时,具有更快的检测速度和更高的识别准确率。

基于Kinect骨骼信息的机械臂体感交互系统的设计与实现

提出一种基于人体骨骼信息的机械臂体感交互方式。首先利用Kinect传感器获取图像景深数据,并通过骨骼追踪技术处理景深数据,以匹配人体的各个部分,进而建立人体各个关节的3D坐标。然后利用3D坐标值计算出人体腰、肩、肘和腕4个关节的转动角度,人体的这4个关节与四自由度机械臂的4个关节一一对应。最后将计算结果转换成控制指令通过串口发送给机械臂的控制器,实现体感交互。实验表明,该方法能够有效地控制机械臂的转动以及抓取物件。

基于时频域的卷积神经网络运动想象脑电信号识别方法

针对目前运动想象脑电(EEG)信号识别率较低的问题,考虑到脑电信号蕴含着丰富的时频信息,提出一种基于时频域的卷积神经网络(CNN)运动想象脑电信号识别方法。首先,利用短时傅里叶变换(STFT)对脑电信号的相关频带进行预处理,并将多个电极的时频图组合构造出一种二维时频图;然后,针对二维时频图的时频特性,通过一维卷积的方法设计了一种新颖的CNN结构;最后,通过支持向量机(SVM)对CNN提取的特征进行分类。基于BCI数据集的实验结果表明,所提方法的平均识别率为86.5%,优于其他传统运动想象脑电信号识别方法;同时将该方法应用在智能轮椅上,验证了其有效性。

改进RBPF的移动机器人同步定位与地图构建

传统Rao-Blackwellized粒子滤波器(RBPF)在移动机器人同步定位与地图构建(SLAM)研究中,存在算法复杂度过高、占用内存空间过多导致实时性不理想的问题,因此提出一种改进算法。在某一特定状态的一组粒子集中,粒子的统计特性是一致的,改进算法从中选取一个代表粒子,进行卡尔曼更新步骤,并在同一粒子集中重复使用。同时结合Gmapping算法的建议分布和自适应重采样技术。实际Pioneer III移动机器人在机器人操作系统(ROS)平台上进行的实验表明,该方法在保证栅格地图精度的同时能提高系统的实时性,降低复杂度,提高运算速度。

基于改进遗传算法的移动机器人路径规划

针对传统遗传算法存在的搜索效率低、易于陷入局部最优解的问题,提出了一种改进的遗传算法;采用简单的一维编码替代复杂的二维编码,节约了存储空间;在遗传算子的设计中,重新定义了交叉算子和变异算子,避免了陷入局部最优;最后将最短路径和免碰撞相结合作为适应度函数进行遗传优化;在种群的各项参数均相同的情况下,分别对改进遗传算法和传统遗传算法进行了100次实验;其中,改进遗传算法搜索到最优路径的次数为95次,最短路径长度为20.970 6,平均搜索用时217ms;传统遗传算法搜索到最优路径的次数为62次,最短路径长度为25.071 1,平均搜索用时345ms;实验结果表明,相比于传统遗传算法,改进遗传算法搜索效率更高且能获得更好的解。

基于改进IMM-UKF算法的一种融合航迹推演的红外路标室内定位方法

在结构化环境中,针对室内机器人导航对精度和实时性的要求,在一种新型红外路标定位方法的基础上,为满足全局导航的需要并简化硬件结构,提出一种融合航迹推演的红外路标室内定位方法,将单个大功率红外发射管作为路标,移动机器人上的红外摄像头作为接收传感器,融合采用改进的交互多模型无迹卡尔曼滤波(interacting multiple models unscented Kalman filter,IMM-UKF)算法。将融合航迹推演的红外路标室内定位方法和一般的定位方法做了比较,并将融合所采用改进的IMM-UKF算法与一般的融合算法做了比较。实验结果表明,提出的基于改进IMM-UKF算法的融合航迹推演的红外路标室内定位方法获得了比一般的定位方法更快的定位速度和更高的定位精度,且改进IMM-UKF算法比一般融合算法获得的定位精度更高。

基于Kinect传感器的三维点云地图构建与优化

针对移动机器人在三维点云地图创建过程中存在鲁棒性和实时性不佳的问题,提出一种基于图像特征点的三维地图创建方法。首先,对Kinect采集得到的RGB数据进行特征点提取与匹配,并采用RANSAC算法对误匹配点进行剔除,在保证精度的同时,有效减少了配准算法的迭代次数,通过结合Kinect深度数据得到对应特征点对在三维空间中的位姿,最后采用ICP算法迭代求解刚体变换矩阵完成精确配准,得到室内真实场景下的三维点云地图。为抑制由三维点云配准过程中累积误差造成的位姿漂移,引入了基于TORO图优化算法的闭环检测机制,实验验证了所提方法的有效性。

一种克服sEMG人机交互中肌肉疲劳的SVM算法

在基于表面肌电信号的人机交互系统中,产生的肌肉疲劳降低了系统的稳定性。针对该问题,分析肌肉正常状态和疲劳状态下的肌电信号变化规律,提出一种改进的在线支持向量机增量训练算法。该算法在每次训练SVM(Support Vector Machine)模型时,计算各样本到分类超平面的距离,并以之为条件对不断更新的训练数据进行有条件的选择和遗忘,只留下最大距离1/2以内的数据。通过在线训练不断更新训练样本来获得新的SVM模型,用于适应肌肉疲劳过程中肌电信号的变化,同时防止多次在线训练过程中更新的样本改变训练集间初始边界。最后在智能轮椅上进行验证,实验结果表明:该算法有效减少了肌肉疲劳在人机交互系统中的影响,使得系统能够保持长时间稳定操作。

基于Android手机的智能轮椅室外导航方法

将Android手机与Google卫星地图结合,可作为便携易用的室外导航控制器。利用Google卫星地图提供的环境数据,提出一种基于Android手机进行智能轮椅室外导航的方法。该方法采用扩展卡尔曼滤波进行信息融合,以提高轮椅位姿估算精度,建立基于行为的动态路径规划算法,实现局部未知环境下的路径规划。通过室外导航实验验证了该方法的有效性。

基于改进Morphin搜索树的局部路径规划算法

动态环境下的机器人路径规划问题相对复杂,针对全局路径的局部环境实时规划局部路径过程中"突然"出现的障碍物可能引起机器人路径规划的震荡现象,严重者会导致机器人出现路径规划失败而无法完成自主导航。为解决该问题,提出一种基于改进Morphin搜索树的局部路径规划避障算法,通过重新局部多重规划方法得到一条非完整约束的平滑可跟踪机器人路径,并利用相应的评估函数对其进行优良性评估,避免了传统Morphin算法搜索轨迹单一、不灵活等缺点。最后,通过Pioneer 3机器人在搭建机器人操作系统(ROS)的实验平台上验证了算法的有效性和正确性。

基于改进Rao-Blackwellized粒子滤波器的同时定位与地图构建

解决同时定位与地图构建(SLAM)问题是实现机器人自主导航的核心.目前,Rao-Blackwellized粒子滤波器(RBPF)是解决机器人同时定位与地图构建的有效方法.该方法在计算提议分布时,通常只考虑移动机器人的里程计信息,因此存在需要大量的采样粒子造成的计算量和复杂度增大的问题.本文提出一种改进算法,在计算提议分布时将机器人里程计信息和激光传感器采集的距离信息进行融合,有效地减少了所需粒子的数量并降低了滤波器预测阶段机器人位姿的不确定性.本文在机器人操作系统(robot operating system,ROS)平台上,使用配有URG激光器的Pioneer3-DX机器人进行了实验.结果表明,采用本文方法能够实时在线地创建高精度的栅格地图,为机器人在未知环境中的SLAM和导航提供了新途径.

混合肌电眼电及视觉的智能轮椅控制系统研究

针对单通道肌电信号信息量不足导致的在控制中操作复杂,响应时间长,容易出错的缺点,提出一种混合了肌电(EMG)、眼电(EOG)及视觉的多传感器智能轮椅控制系统。该系统通过采集嚼下巴动作的肌电信号来控制智能轮椅的前进和停止,采集眨左右眼的眼电信号和闭眼图像信号来控制左转和右转。在室内环境下分别邀请对控制系统熟悉和不熟悉的人进行单肌电控制和混合控制。通过重复性实验验证混合控制系统有更好的易操作性和稳定性。

基于视觉引导的Baxter机器人运动控制研究

高速和高精度的传统工业机器人已经广泛应用于制造业,但是传统工业机器人只能工作在结构化及封闭的环境中,从而限制了其应用领域。能够跟人协作互动、本质安全的智能协作机器人突破了传统工业机器人的环境限制,具有广阔应用前景。采用最新的智能协作机器人Baxter作为平台,介绍了双臂智能协作机器人Baxter的系统组成,分析了机器人操作系统(robot operating system,ROS)的通信机制,设计了基于视觉引导的智能协作机器人运动控制软件。机器人控制软件由视觉定位软件模块和手臂引导抓取软件模块组成,通过ROS的消息主题机制及ROS服务器来实现机器人手臂运动控制。实验结果证明,设计的控制软件能够准确控制Baxter机器人识别和抓取目标物体。

基于单元分解的改进D*lite路径规划算法

障碍物分隔搜索空间会隐藏D*lite算法正确的搜索方向,增加算法的计算次数,进而影响搜索效率,针对这一问题提出一种基于单元分解的改进D*lite路径规划算法。在原有Boustrophedon单元分解法的基础上加入了新的分解规则,对环境地图进行单元分解并构建了以单元为节点的图。设计了双向图搜索算法,能够快速计算出最短路径需要依次经过哪些单元。在这些单元中设置核心网格并依照顺序构建搜索链表,引导正确的搜索方向,使规划速度提高。在仿真平台上将算法与其他路径规划算法进行对比实验,实验结果表明,算法规划出的路径长度与其他算法几乎没有差别,并且减少了计算次数、降低了规划时间,验证了算法提高路径规划效率的有效性。

锅炉汽包水位前馈-串级三冲量控制系统设计

针对锅炉的水位调节过程难以建立精确数学模型,具有非线性、不稳定性、时滞等特点,传统的单冲量、双冲量水位控制无法满足大负载变动和存在给水中断风险。本文提出一种由汽包水位H、蒸汽流量D、给水流量W组成的三冲量汽包水位控制系统。其中汽包水位H是被调节量,蒸汽流量D和积水流量W为辅助冲量信号,共同构成的汽包水位三冲量前馈-串级控制系统。经测试不仅能够对"虚假水位"做出正确动作,同时能够对给水流量变化做出及时反应,结合PID控制器,能有效的消除余差。

基于腕势控制的智能轮椅无障碍人机交互系统

将人机交互与智能轮椅结合,设计了一种智能轮椅人机交互系统.自行开发了一种腕部控制器,采用模糊推理方法实时检测腕部的弯曲变化,通过腕部的弯曲变化对智能轮椅的运动状态(前进、后退、左转、右转、停止)进行控制,实现了基于腕势控制的智能轮椅无障碍人机交互,实验结果表明基于腕势控制的智能轮椅运动更稳定.

改进的DAGSVM手势识别方法

在现有支持向量机多分类方法基础上,提出了一种改进的有向无环图支持向量机(DAGSVM)手势识别方法.分析了传统有向无环图支持向量机分类器生成顺序随机化的不足,引入类间距离和类的标准差作为生成分类器的测度.利用Kinect获取场景深度信息得到手势图像,提取手势特征并训练SVM分类器,并采用改进后的方法得到DAGSVM分类器.实验证明:与其他支持向量机多分类器相比,改进后的DAGSVM分类器能够达到更高的识别率,将这个手势识别方法用于智能轮椅的控制上,取得了良好的效果.

基于关节空间轨迹规划的机械臂远程控制

轨迹规划对提高机械臂的稳定性、可靠性、工作效率有重要意义。为实现对远程机械臂连续、平稳、无抖动的控制,基于关节空间轨迹规划,提出了一种采用5次多项式插值函数对远程机械臂运动轨迹进行插补的优化算法。利用该算法对机械臂进行了实际的远程控制实验,实验结果表明,该算法使机械臂各关节运动连续、平稳,实时性好,能够满足实际的工作要求,为远程机械臂的安全应用奠定了基础。

采用Emotiv感知的智能轮椅运动控制的研究

采用Emotiv传感器设计了一种基于运动想象的智能轮椅控制系统。该系统利用独立分量分析算法对脑电信号进行去噪与特征提取,并用反向传播(back propagation,BP)神经网络将提取的特征分类为想象左右手、迈腿动作与平静状态。最终,设计出4个控制指令(左转、右转、前进和停止)实现对智能轮椅的实时控制。实验结果表明,该控制系统有较好的可行性和稳定性,为脑电信号控制在智能轮椅中的实际应用奠定了基础。

基于ROS的智能轮椅室内导航

针对传统的智能轮椅都是依靠开发者单独设计的控制系统及软件框架,在功能模块上不同产品之间的通用性极其不好的问题,提出一种基于机器人操作系统(robot operating system,ROS)的智能轮椅导航方法。由于激光传感器在测距上准确率较高,该方案采用激光测距仪作为主要传感器,并运用基于扩展卡尔曼滤波器同时定位与地图创建方法进行建图。设计了基于ROS的导航软件系统,将其分为底层运动控制和上层导航功能模块两部分,通过Ad-hoc网络连接,以server/client的方式完成控制。配置了基于ROS的语音功能包,可完成语音自主导航等功能。通过多次实验证明,该方案能构建与实际环境一致的地图,并能成功地完成智能轮椅的语音导航任务。