• 2017年第38卷第10期文章目次
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    • >机器人感知与人工智能专题
    • 基于虚拟现实的机器人遥操作关键技术研究

      2017, 38(10):2351-2363.

      摘要 (16270) HTML (0) PDF 2.17 M (18479) 评论 (0) 收藏

      摘要:机器人遥操作是实现空间、医疗及深海等领域作业的重要手段,基于虚拟现实的机器人遥操作是克服时延的有效方法,具有透明性强、稳定性高的优点,成为当前机器人遥操作的主要方式。首先分析了基于虚拟现实的机器人遥操作系统的关键组成部分,并对其关键模块的具体作用进行了介绍;其次,归纳分析了各类虚拟现实环境建模方法,主要从几何建模和动力学建模方面展开,阐述了每种方法的应用领域、主要特点;此外,进一步分析了遥操作虚拟夹具设计的构建方法及适用领域。最后对当前存在的难点进行总结,指出今后研究的思路。

    • 基于焦虑情绪与混杂控制的机器人辅助临床康复实验

      2017, 38(10):2364-2372.

      摘要 (7580) HTML (0) PDF 4.58 M (9945) 评论 (0) 收藏

      摘要:现有基于患者主动参与的机器人辅助康复训练方法,大多以感知患者“运动”参与为主,而忽略了“心理”层次主动参与,且人机交互控制方法未能同时将机器人连续变量运动控制或医师离散事件决策控制这种混杂特性融于统一框架内,具有一定的局限。针对此问题,提出一种基于焦虑情绪识别与混杂控制的机器人辅助临床康复控制方法。该方法首先分析机器人辅助康复过程中不同强度焦虑情绪生理响应特征的显著性及差异性;其次,运用基于径向基核的支持向量机设计焦虑情绪分类器;再次,基于混杂控制理论设计与患者焦虑情绪强度相一致的人机交互控制器;最后,选取3例脑卒中患者,运用Barrett公司WAMTM机器人构建临床康复实验平台,验证所提方法有效性。

    • 人机智能协同在医疗康复机器人领域的应用

      2017, 38(10):2373-2380.

      摘要 (8327) HTML (0) PDF 1.66 M (10540) 评论 (0) 收藏

      摘要:生物智能(人类智能)和人工智能(机器智能)各有所长,具有很强的互补性。借助各种人—机接口技术和方法,将生物智能和人工智能结合起来,使它们优势互补、协同工作,从而产生更强大的智能形态,并将孕育出重大的理论创新和技术方法突破。首先介绍了人机智能协同的主要研究方向、关键科学问题和主要研究内容,之后对人机智能协同在服务、医疗和康复机器人领域的应用及推动作用做了进一步介绍,最后分析了应用存在的可能问题和挑战并做出总结。

    • 一种同/异步四肢联动康复机器人的研究

      2017, 38(10):2381-2390.

      摘要 (6157) HTML (0) PDF 4.66 M (9540) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高偏瘫患者健、患侧肢体协调运动能力,研制了一种新型坐式单驱动四肢联动康复机器人,它能够在主被动模式下为偏瘫患者的肢体提供同异步协同训练。基于平面七连杆变胞机构设计了一种可实现四肢协调运动的训练机构,通过传动系统调节两侧训练机构曲柄的相位差,实现左右两侧肢体同步或异步联合运动;在矢状面内建立人机模型及训练机构进行运动学分析,从理论上证明该机构能够实现四肢联动的可行性;基于智能移动终端和微控制器开发了上下位机控制系统,并在样机上进行了试验,结果表明试验者在机器人作用下能够实现:肩关节-16.9°~15.1°、膝关节121.5°~172.5°的上下肢协同运动;0~6 r/min速度范围的同/异步被动训练和61.82~227 N足底压力范围的异步主动训练;同/异步训练模式之间可自动切换。

    • 面向自然人机交互的力触觉再现方法综述

      2017, 38(10):2391-2399.

      摘要 (7873) HTML (0) PDF 2.74 M (9875) 评论 (0) 收藏

      摘要:力触觉再现技术借助力触觉人机接口设备,提供了操作者与虚拟环境之间的力触觉交互,使得操作者能够主动地触摸、感知和操纵虚拟物体,从而有效增强了虚拟现实等系统的真实感和沉浸感,进一步拓展了虚拟现实等技术的应用领域。传统的穿戴式、力反馈操纵杆式力触觉再现设备在便携性、操作空间等方面存在局限性,随着计算机技术与消费电子的快速发展,面向自然交互的力触觉再现方法受到广泛的关注。评述了传统的穿戴式、力反馈操纵杆式力触觉再现设备后,重点阐述了非固定式和非接触式的两类面向自然交互的力触觉再现方法。在对比分析不同的力触觉再现方法之间的差异后,探讨了面向自然交互的力触觉再现方法的未来发展方向。

    • 基于随机森林回归的手臂末端力的软测量方法

      2017, 38(10):2400-2406.

      摘要 (7392) HTML (0) PDF 3.27 M (7401) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对手臂康复训练后仍缺乏准确力觉的康复病人提出了一种手臂末端力的软测量方法。采用肌电信号(EMG)传感器与手臂姿态传感器获取的数据综合描述手臂的综合状态信息,并作为随机森林回归的输入,将手臂末端力作为随机森林回归的输出。依据康复训练的基本动作单元,针对性的设计了“推拉”和“提放”两组试验,在离线状态下,利用力传感器测量得到的实际末端力与手臂的综合状态信息作为样本集,并通过大量样本数据训练随机森林回归算子得到稳定可靠的回归算子,最后通过在线预测手臂末端力与真实末端力输出的比较,验证了该方法的有效性。

    • 基于手眼系统的线结构光焊缝跟踪系统设计

      2017, 38(10):2407-2414.

      摘要 (6633) HTML (0) PDF 2.06 M (7802) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现一般手眼系统与线结构光焊缝跟踪系统主要部件的复用,在一般手眼系统的基础上,加装激光器、滤光片、保护装置等设备,将其用作焊缝跟踪系统中的线激光结构光焊缝跟踪传感器。通过实验对原手眼系统的标定结果进行实验修正,使其可以替代线结构光焊缝跟踪传感器的标定。详细分析了安装激光器、滤光片、保护装置等对原手眼标定结果造成的影响,使用数据逼近的方法提高线激光结构光焊缝跟踪传感器的手眼标定精度;实验时先对手眼系统进行标定,得到相机坐标系到工具坐标系的原外参矩阵;再对使用原外参矩阵得到的焊点数据,与焊点的实际坐标的误差进行分析,修正手眼系统标定结果。通过实验验证了本方法在手眼系统标定结果基础上,进行加装机构后的线结构光焊缝跟踪传感器的手眼标定的平均精度可达0.53 mm,能够满足机器人焊接的需求。

    • 面向手部康复应用的数据手套技术研究

      2017, 38(10):2415-2421.

      摘要 (5899) HTML (0) PDF 3.45 M (7414) 评论 (0) 收藏

      摘要:疾病或意外发生后经常会引起患者的手部功能障碍,但目前手部康复评估仍然依赖医生经验等主观判断,市场上现有的部分康复产品结构复杂、价格昂贵,而且无法长期记录病人的康复数据,不便于医生进行诊断和复查。提出了一种面向手部康复的多传感器数据融合手套,采用最小二乘法对加速度和地磁进行校正,利用互补滤波进行传感器数据融合,依据真实手骨模型进行虚拟手部建模,用数据手套获得的手部姿态驱动Unity3D中的手部模型。该系统可以准确地记录手的姿态信息,并在虚拟环境中进行实时还原,能高效地帮助医生进行康复评估和协助患者进行康复训练。

    • 基于织物拉伸传感器的手势映射系统

      2017, 38(10):2422-2429.

      摘要 (5986) HTML (0) PDF 4.16 M (7559) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对人机交互中主从手映射系统反馈信息缺乏、映射精确度及可穿戴性差等存在的缺点,提出一种基于织物可拉伸传感器以及具有反馈机制的主从手映射操控系统。以莱卡织物表面旋涂石墨烯/聚苯胺复合导电材料,有机硅导电银胶作为电极,研制一种全柔性织物可拉伸传感器。同时将该拉伸传感器布置于人手及机械手,构成2×5的拉伸传感阵列。结合主从手拉伸传感信息,通过改进DH算法,建立手势识别模型。利用BP神经网络对主从手拉伸传感器信息映射进行离线建模,结合在线优化算法,引入拉伸传感器信息反馈机制,实现主从手交互手势的高效、精准映射,建立具有反馈机制的手势映射系统。通过实验分析传感器的拉伸特性,并对有、无反馈机制的手势映射系统的映射精准度进行对比实验。结果表明,所设计的基于柔性织物拉伸传感器、具有反馈机制的主从手映射系统提升了手势映射的精准度,并兼具良好的穿戴性。

    • >信息处理技术
    • 基于粒子群寻优的光谱仪波长误差修正方法

      2017, 38(10):2430-2436.

      摘要 (8055) HTML (0) PDF 1.52 M (7596) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高便携式光栅扫描近红外光谱仪扫描波长的准确性,利用平面衍射光栅的色散公式,结合扫描机构中光栅、摆杆与丝杠之间的位置与传动关系,建立了光谱仪波长修正数学模型,提出了基于粒子群优化算法确定波长修正模型参数、基于波长修正模型的杆长比全谱对比寻优确定杆长和修正参数调节量、对光谱仪施以硬件结构调节软件补偿的波长修正方法,并利用标准光源的特征波长,对自制便携式近红外光谱仪进行了波长修正实验。实验结果表明,经波长修正后光谱仪的波长准确性优于±1 nm,满足光谱仪波长准确性的要求,验证了光谱仪波长误差分析的正确性与修正方法的有效性。

    • 内燃机变分模态Rihaczek谱纹理特征识别诊断

      2017, 38(10):2437-2445.

      摘要 (5074) HTML (0) PDF 6.01 M (6751) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对内燃机故障诊断中振动响应信号强耦合、弱故障特征的问题,提出一种基于内燃机振动谱图纹理特征提取的故障诊断方法。首先,为了清晰地刻画内燃机振动信号时频联合分布中的非平稳时变分量,将变分模态分解(VMD)与Rihaczek复能量密度分布方法有效结合,得到了时频聚集性好、无交叉项干扰的内燃机振动谱图像;针对VMD分解过程中的参数选取问题,提出将功率谱熵作为目标函数,对VMD的分解参数进行网格寻优,提高了VMD分解的自适应性。为了实现对内燃机振动谱图像的自动识别及故障诊断,提出了改进的局部二值模式(ILBP)方法,用来对振动谱图中蕴含的纹理信息进行分析,提取低维特征参量并采用最近邻分类器对内燃机不同工况的振动谱图像进行模式识别。将该方法应用于内燃机故障诊断实例中,结果表明该方法能有效提取内燃机振动信号中的微弱故障特征,实现内燃机故障的自动诊断。

    • 基于阻尼粒子群优化的地磁场测量误差补偿

      2017, 38(10):2446-2452.

      摘要 (5567) HTML (0) PDF 2.43 M (6651) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对三轴磁力仪在磁场测量过程中的磁干扰问题,提出了基于阻尼粒子群优化算法的磁测误差补偿方法。建立了磁力仪误差和载体磁干扰的一体化误差补偿模型,分别采用阻尼粒子群算法和Twostep方法对非线性观测模型进行参数估计。以质子磁力仪数据作为真值,借助无磁转台充分连续采样,实验结果显示,阻尼粒子群算法对于磁场测量误差具有良好的抑制作用。补偿后,由阻尼粒子群算法和Twostep方法得到的均方根误差分别由1 025.7降至60.304 4、581 nT。结果表明,阻尼粒子群算法取得了更好的补偿效果,补偿精度提高了至少一个数量级,为磁场测量误差提供了一种非常有效的补偿方法。

    • 基于d-q变换的时栅位移传感器补偿算法研究

      2017, 38(10):2453-2460.

      摘要 (5156) HTML (0) PDF 3.75 M (6038) 评论 (0) 收藏

      摘要:时栅位移传感器是一种新型的栅式位移传感器,它不依赖于空间等分性,通过对时间脉冲进行计数而间接实现位移测量,从而达到高精度测量。介绍了传感器信号变形的原因,将非理想信号分为幅度不均、相位偏移、谐波叠加、波形变形四大类;针对幅度不均的情况,将电机学中的dq变换引入误差分析,推导出其对寄生式时栅位移传感的误差影响;同时在dq变换原理的视角下重新审视了时栅传感器的测量过程。提出了一种基于变换空间下的误差补偿算法,d轴的差分项与q轴误差项变化趋势一致,利用变化规律对测量误差进行实时修正。在安装有寄生式时栅位移传感器的实验台上进行了实验并获取到不同情况下的误差曲线,实验结果表明,该补偿算法可以消除幅度不均带来的二次误差,误差压制量达到90%。这种算法完全利用信号本身的特性,无需复杂的运算,将误差部分进行了补偿达到了比较理想的效果,对于寄生式时栅位移传感器的实际应用具有重要意义。

    • 容忍多径效应的无线传感网络测距算法

      2017, 38(10):2461-2468.

      摘要 (3838) HTML (0) PDF 3.01 M (6209) 评论 (0) 收藏

      摘要:在井下巷道环境中,基于RSSI的测距精度会受到多径效应和外部无线干扰的严重影响。针对这一问题,提出了一个新的基于RSSI的测距算法RRRME。该算法针对弯道弯曲面引起的额外衰减,从几何光学的角度来解决多径效应所带来的影响,分别分析了视距和非视距情况下无线信号传输所引起的路径衰减,重构了井下巷道环境中路径衰减和距离之间的函数关系,推导了多条传输路径所导致的测距误差。通过一系列的实测实验,对提出的算法进行验证,详细分析了井下环境中基于RSSI的测距性能,讨论了有重要影响的多径衰减因子和路径损耗因子对测距精度的影响。实验和仿真结果表明,和传统的RSSI测距方法相比,提出的RRRME算法具有更优的测距精度。

    • 基于激光雷达的托盘位姿识别算法及验证

      2017, 38(10):2469-2476.

      摘要 (5437) HTML (0) PDF 1.72 M (8249) 评论 (0) 收藏

      摘要:托盘拾取是自动化仓储的重要环节之一,为提高叉车的托盘拾取能力,提出一种基于2D激光雷达的托盘探测算法,实现托盘位置和姿态的识别。建立了托盘探测模型,确立了算法有效探测范围与激光点数量(分布于托盘支架正面)、托盘支架宽度和激光雷达分辨率的函数关系;通过改进的增量式直线提取算法,获取托盘姿态;根据托盘姿态,建立动态模板,以滑动窗口模式进行匹配,获取托盘位置。结果表明,有效探测范围,随激光点数量减小扩大,随托盘宽度增加而扩大,随分辨率增加而扩大;当激光扫描仪分辨率为0.33°,托盘支架宽度为90 mm时,实际探测范围符合托盘探测模型计算,x轴方向定位误差为±60 mm,y轴方向定位误差为±59 mm,托盘角度探测误差为±6°。本算法实现托盘位姿可靠识别,明确探测范围,为提高智能仓储装备拾取作业能力提供理论基础。

    • >精密测量技术与仪器
    • 可用于混频器表征的非线性矢量网络分析仪

      2017, 38(10):2477-2483.

      摘要 (5378) HTML (0) PDF 3.10 M (7721) 评论 (0) 收藏

      摘要:非线性矢量网络分析仪(NVNA)是一种针对射频微波器件非线性行为表征的测量装置,通过引入一个相位参考信号实现复杂被测对象的相位谱测量,目前主要用于功率放大器(PA)的表征和建模研究。提出了一种基于双相位参考结构的NVNA改进方案,并尝试用于混频器的非线性行为表征研究。该方案采用一个“步进式”的多频正弦信号作为“主”相位参考,以实现高频谱分辨率的多频段测量,同时引入第2个低频谱分辨率的“辅助”相位参考提供各测量频段的相位同步。该方案能够显著提高测量装置的信噪比,具备对多频段、“调制+谐波”复杂被测对象的测量表征能力。实验表明,该方案可以提供小于±0.2°相位谱测量稳定度,能够进行混频器在复杂调制状态下的相位和谐波失真特性分析。

    • 基于激光干涉仪的旋转轴误差快速检定方法

      2017, 38(10):2484-2491.

      摘要 (6583) HTML (0) PDF 3.89 M (9697) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提升五轴数控机床各旋转轴精度,解决旋转轴几何误差难以测量的问题,提出了一种基于激光干涉仪的旋转轴几何精度快速测量方法。该方法针对AC双转台和BC摆头转台的结构特性,采用旋转轴与直线轴联动的测量技术,可以避免传统测量方法对旋转轴中心的依赖性,推导了测量中直线轴转角误差与直线度对旋转轴几何误差约束关系,在保证精度的同时减少了测量过程中的设备安装调试时间,实现了五轴机床旋转轴转角误差、重复转角误差以及反向间隙的快速测量和补偿。对实际五轴机床AC双转台几何精度进行检定,提高了旋转轴的几何精度,实验证明该测量方法具有很强的工程应用价值。

    • 压电超精密定位台的动态迟滞建模研究

      2017, 38(10):2492-2499.

      摘要 (5324) HTML (0) PDF 4.66 M (8870) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高压电超精密定位台的建模精度,采用BacklashLike迟滞非线性模型来描述压电超精密定位台的迟滞特性,采用基于遗传因子的递推最小二乘法来辨识BacklashLike模型的参数,并结合压电超精密定位台的动态特性,建立了压电超精密定位台的二阶动态迟滞模型。通过实验得到,对比BacklashLike模型,动态迟滞模型在频率为30和40 Hz时,最大输出位移误差由1.21和1.39 μm下降到0.32和0.44 μm,且最大相对误差分别仅为3.5%和4.4%,平均位移误差由0.53和0.76 μm下降到0.17和0.21 μm,平均相对误差由1.93%和3.38%下降到1.11%和1.37%。实验结果验证了提出的动态迟滞模型,既能减小了因压电超精密定位台的动态特性而引起的系统误差,又能很好地模拟其迟滞特性与动态特性,并且避免了不同频率下的模型参数反复辨识问题,提高了压电超精密定位台在高频、快速、大行程定位中的精度。该方法简单且适应性强,易于工程实现。

    • 闭式谐振腔法微波介质陶瓷介电常数测量

      2017, 38(10):2500-2507.

      摘要 (5160) HTML (0) PDF 1.54 M (8202) 评论 (0) 收藏

      摘要:采用一种封闭式的圆柱形微波谐振腔,实现了微波介质陶瓷材料以及其他中低损耗材料介电常数的准确测量,通过模式匹配技术实现了介质加载条件下腔内电磁场问题的精确求解,得到了腔体谐振频率与材料介电性能之间的精确关系,对各类典型介质材料的测量结果以及多家比对数据表明,相比于传统方法,该方法的测量准确度更高,可达到0.1%;测量范围更宽,不仅能准确测量高介电常数的微波介质陶瓷,也适用于低介电常数的交联聚苯乙烯、聚四氟乙烯等材料,此外由于闭式腔不存在辐射损耗,金属表面电流损耗也较小,对低损耗材料的Q值测量更加准确,损耗角测量下限达10-6以下。该方法适用于介电常数εr=1~100及以上,损耗角正切tanσ=1×10-3~1×10-6范围内各种材料介电性能的准确测量。

    • >检测技术
    • 金属构件残余应力测量技术进展

      2017, 38(10):2508-2517.

      摘要 (6192) HTML (0) PDF 1.15 M (9305) 评论 (0) 收藏

      摘要:残余应力是消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力,对构件的力学性能有显著影响,会引起零件发生翘曲或扭曲变形,甚至开裂,定量测量残余应力数值对改变构件疲劳寿命,预防构件发生脆性破坏具有重要意义。国内外对残余应力测量进行了深入的研究,提出了多种测试方法。详细介绍了有损及无损残余应力测量技术的测量原理及国内外目前研究现状,分析总结了影响测试精度的主要因素及改进方法;调研了目前市场上较先进的仪器设备及其供应厂家;针对盲孔法孔周围塑形变形及钻孔偏心、压痕法塑性区域半径、X射线衍射法试样内部显微组织结构、中子法零点漂移、超声波法测量尺寸带来的误差的重要改进技术;并对残余应力测量技术发展方向进行了展望。

    • 基于KPCA残差方向梯度的故障检测方法及应用

      2017, 38(10):2518-2524.

      摘要 (4339) HTML (0) PDF 3.96 M (5897) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对核主元分析(KPCA)在应用过程中非线性映射不存在原像、故障变量无法辨识、工程应用困难等问题,提出了一种改进的KPCA残差方向梯度故障检测方法。利用主元统计量和残差统计量的偏微分之间存在着相关性这一性质,对与主元统计量相关的格拉姆矩阵偏微分中间计算过程进行优化,提出一种新的KPCA残差方向梯度算法,在此基础上结合统计量形成系统故障检测的新方法。非线性系统仿真表明,改进的KPCA残差方向梯度法不仅具有较优的故障变量辨识能力,还极大地减小了计算量,缩短了计算时间。大型热力系统的应用进一步表明,无论对于单故障和多故障的情况,方法均具有较好的故障检测能力,并且不存在残差污染,易于工程实现。

    • 基于灰色关联度的框架式断路器故障诊断方法

      2017, 38(10):2525-2535.

      摘要 (3684) HTML (0) PDF 4.26 M (5571) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对断路器故障诊断技术中智能识别算法过于复杂的问题,提出了一种基于灰色关联度的框架式断路器故障诊断方法,该方法利用灰色综合关联度描述故障特征序列曲线之间的几何相似度来判断故障的归属,充分利用故障特征本身的变化趋势。其首先提取触头振动信号局部均值分解能量矩或分合闸线圈电流信号集合经验模态分解能量矩,经归一化后形成能量矩序列,将该能量矩序列与不同故障状态下的参考序列进行灰色综合关联分析,根据最大关联度原则确定故障类型,其中灰色综合关联度各指标的权值系数利用熵值赋权法得到。对断路器触头分合闸机械结构故障和操作附件分合闸线圈回路故障进行了诊断测试,结果表明,该方法能够准确有效地完成对断路器不同故障的诊断。

    • 基于EEMD-Hilbert谱的气液两相流钝体绕流流型识别

      2017, 38(10):2536-2546.

      摘要 (4006) HTML (0) PDF 5.76 M (6040) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了有效识别气液两相流的流型,以水和空气为实验介质,以涡街流量计为元件诱发钝体绕流,通过管壁差压法获取气液两相流钝体绕流的尾迹波动信号,采用集总经验模态分解对信号进行分解,通过Hilbert变换得到Hilbert边际谱,利用最大互相关系数法对固有模态函数进行筛选,选取特征固有模态函数能量比分别与体积含气率、两相雷诺数构建流型图。结果表明,构建的两类新流型图对单相水、泡状流、塞状流、弹状流等典型流型的识别率分别可达91.67%和88.89%,能较好地满足工程实际应用的需求。

    • 永磁伺服电机嵌入式位置检测理论及误差分析

      2017, 38(10):2547-2554.

      摘要 (4310) HTML (0) PDF 5.90 M (6366) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有的永磁伺服电机位置传感器存在成本高、体积大的缺点和新兴的无传感器技术计算复杂及依赖电机参数的不可靠性问题,提出了绕制时栅线圈检测电机转动位置的方法,但由于绕制时栅线圈检测的方法存在获取信号复杂、测量稳定性差以及线圈绕制不均匀增加误差的缺点,在此基础上,提出了一种基于隧道磁阻效应(TMR)和时栅技术的永磁伺服电机嵌入式位置检测新方法。在原理分析的基础上,根据行波表达式的理论推导,分析了单路和双路驻波幅值不相等所导致的误差规律,为检测结构的优化和进一步提高测量精度奠定基础。最后通过实验,验证了嵌入式位置检测理论分析的正确性以及检测方案的优越性,所提出方法的检测精度较绕制时栅线圈的检测方法提高了3倍,稳定性提高了5倍。

    • 基于低分辨率磁滞变化曲线的杆件拉力测量

      2017, 38(10):2555-2563.

      摘要 (3951) HTML (0) PDF 6.38 M (6265) 评论 (0) 收藏

      摘要:根据磁弹基本原理可知,不同拉力作用下杆件材料的磁滞回线存在差异,据此提出了一种磁弹拉力测量改进方法。该方法先采用双套筒线圈式磁弹传感器采集不同拉力下杆件磁滞回线信号,并利用磁滞变化曲线衡量力对磁滞回线上每一点的影响,应用小波分析对磁滞变化曲线降维得到不同拉力下的低分辨率磁滞变化曲线特征,输入到神经网络进行训练,从而获得低分辨率磁滞变化曲线与拉力的映射关系。通过实验分析表明,磁滞变化曲线可以从本质上直观地反映拉力对磁滞回线上每一个点的影响。低分辨率磁滞变化曲线特征不仅包含着完整的拉力对磁滞回线每一点影响的信息而且特征维数低。应用基于低分辨率磁滞变化曲线和神经网络的拉力测量方法,无需分析灵敏度曲线和拟合确定系数曲线就可确定反映拉力的特征,可以实现多特征对拉力的拟合。接着,比较了误差反向传播神经网络(BPNN)、径向基神经网络(RBFNN)和利用线性插值样本训练的RBF神经网络对拉力的预测性能,发现利用线性插值样本训练后的RBF神经网络的预测效果,优于BP神经网络和没采用线性插值样本训练的RBF神经网络。最后,将基于低分辨率磁滞变化曲线和采用线性插值样本训练的RBF神经网络的拉力测量方法集成于双套筒线圈式杆件拉力测量装置并应用于实际拉力测量中,其拉力测量误差和确定系数分别达到0.11%和1,达到了实际测量要求,证明了该方法的有效性和可用性。

    • >视觉检测与图像测量
    • 快速离焦投影三维测量技术

      2017, 38(10):2564-2572.

      摘要 (5226) HTML (0) PDF 896.06 K (6659) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着数字投影技术的发展,基于投影的三维面型测量技术在多种场合得到广泛应用。基于相移的结构光投影测量技术以其算法简便精度较高得到较快发展。但投影仪为非线性仪器,会影响强度变化,进而影响相位测量精度;此外由于投影仪工作原理的投影速度受到限制。离焦投影技术的出现为高速测量和高精度测量提供了新的方法。总结了目前国内外对离焦投影技术的研究现状;从投影工作原理、相移算法、解包裹算法、误差补偿、条纹调制、标定技术及离焦投影技术的相关技术细节进行全面介绍,为数字离焦投影三维测量工作的研究提供参考。

    • 移动相机下基于三维背景估计的运动目标检测

      2017, 38(10):2573-2580.

      摘要 (6118) HTML (0) PDF 2.85 M (6976) 评论 (0) 收藏

      摘要:室内环境中的运动目标检测是计算机视觉领域的研究热点,而移动相机造成的动态背景是运动目标检测的难点。本文提出一种基于同步定位与地图创建(ORBSLAM)三维背景估计的运动目标检测算法,首先使用移动相机遍历整个室内环境,采用ORBSLAM技术建立当前全局环境的三维背景特征点云模型;然后基于局部视频建立局部三维特征点云,根据定位信息将当前局部三维特征点云与环境三维背景特征点云进行嵌入,基于环境背景信息,采用三维均值漂移(3DMS)算法,对局部三维特征点云进行前景特征点提取;运用深度卷积神经网络,对提取的前景特征点所在候选区域进行运动目标确认。通过多个室内场景的实际实验进行验证,结果表明本文方法具有较高的运动目标检测准确率和召回率,提出的运动目标检测算法充分利用了三维背景信息,采用深度卷积神经网络进行确认,有效地改善了检测的准确性和鲁棒性。

    • >信息处理技术
    • 应用虚拟像平面方法的圆柱表面单目重建*

      2017, 38(10):2581-2588.

      摘要 (3836) HTML (0) PDF 2.25 M (4259) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对圆柱表面重建问题,采用单面阵相机和线结构光构成视觉系统。该视觉系统采用虚拟像平面相机模型,通过构建虚拟像平面上的虚拟投影图像去除畸变的影响,通用虚拟像点和相机光心确定投影射线。提出该模型下相机光心的定位方法;利两个平行平面上的结构光条的虚拟图像实现结构光的标定。利用线结构光在圆柱表面的光条为空间中一条椭圆弧的特性,首先计算出光条点在结构光平面上的坐标,由此提取出椭圆特征;再利用椭圆的短轴长为圆柱直径的特性获得圆柱的空间方程,实现圆柱定位;最后利用光心和虚拟像点在标定平面的投影点确定投影射线,计算出虚拟像点在圆柱面上的投影点坐标,构成柱面点云,并恢复出圆柱表面图像。实际实验中该视觉系统的测量精度达到双目视觉系统的水平,说明了虚拟像平面方法的有效性。

    • >视觉检测与图像测量
    • 立体视觉和三维激光系统的联合标定方法

      2017, 38(10):2589-2596.

      摘要 (6836) HTML (0) PDF 2.27 M (8812) 评论 (0) 收藏

      摘要:双目立体视觉和三维激光扫描是移动机器人环境探测与建模的常见传感测量方法。为实现两个系统的数据融合应用,必须为二者的测量坐标系建立数学关系,即对其进行传感器之间的位姿联合标定。为此提出了一种基于三维特征点距离匹配的联合标定新方法,设计了一种镂空棋盘格作为标定板。使用双目立体相机提取棋盘格角点三维坐标信息,使用激光测距雷达扫描获取镂空区域中心点三维坐标,最终通过最小化两组特征点的理论与实际测量距离的平方差获取两传感器坐标系之间的旋转矩阵和平移向量。进行的联合标定测量实验结果表明了该方法的准确性和可靠性。

    • >交叉与前沿
    • 考虑自由弛豫的油纸绝缘拓扑分析及状态评估

      2017, 38(10):2597-2605.

      摘要 (3766) HTML (0) PDF 3.04 M (5054) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出一种考虑自由弛豫过程的变压器绝缘拓扑分析方法,该方法基于回复电压谱线的弛豫参数信息,从微观动力学出发,引入自由弛豫因子βi,从而获得包含不同介电弛豫响应信息的分支谱线,并确定变压器油纸绝缘弛豫拓扑结构。同时,对30多台变压器油纸绝缘弛豫参数与状态评估的关系进行研究,结果表明:弛豫机构数N、平均时间常数和自由弛豫因子βi均能反映油纸绝缘状态信息。随着变压器油纸绝缘老化程度加深,弛豫机构数N和自由弛豫因子βi增大,与之相反,平均时间常数减小。此外,自由弛豫因子βi在绝缘油劣化和绝缘纸老化的两种状态中具有不同的数值范围,可为变压器油纸绝缘老化评估提供新的思路。

    • 基于Stackelberg博弈的多V2M电力交易研究

      2017, 38(10):2606-2614.

      摘要 (4294) HTML (0) PDF 3.52 M (5847) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了采用Stackelberg博弈研究多V2M分时电价交易模式的一般模型及分析方法。根据分布式发电出力和系统负荷分布,以多个含有电动汽车的微电网为研究对象,对多V2M进行博弈方分类,在场景描述的电力交易环境下建立了两级Stackelberg博弈模型;严格证明了售电主导方和购电跟随方的两级Stackelberg博弈均衡的存在,并提出了相应的求解流程,求解24 h内系统分时电价。研究将传统价格模型和Stackelberg博弈模型进行对比,算例结果证明了博弈模型的有效性,所提出的模型和结论均具有一定普适性,为多V2M系统的发展方向和管理措施提供了理论依据。

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