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  • 1  基于深度学习模型融合的铸件缺陷自动检测
    杨 珂,方 诚,段黎明
    2021(11):150-159.
    [摘要](449) [HTML](0) [PDF 11.93 M](50696)
    摘要:
    针对目前铸件缺陷检测漏检率高的问题,提出一种基于深度学习模型融合的铸件缺陷检测方法。 首先对 Faster RCNN 网络进行改进,利用特征金字塔结构改进特征提取网络模块,实现多尺度的特征融合,完成铸件缺陷的特征提取;然后,基于 ROI Align 对网络中的 ROI 池化层进行改进,将 IOU 分数引入 NMS 算法判定过程;再将改进后的网络与 Cascade RCNN 以及 YOLOv3 进行融合;最后进行实验研究,验证了融合模型能够有效降低铸件缺陷的漏检率。 实验结果表明,将感兴趣区域池化 改进后,在 Faster RCNN 模型中的缺陷召回率提升了 1. 73% ,在本文网络模型中的缺陷召回率提升了 4. 08% ;采用模型融合的 方法在不考虑分类准确度的情况下,整个模型的缺陷识别率达到 95. 71% ,与单个模型相比,在保证铸件缺陷检测准确率的同 时,提高了缺陷检测的召回率,满足了工业应用的要求。
    2  动态调整灰色关联分析方法在轴承早期退化在线识别中的应用
    裴雪武,董绍江,方能炜,邢 镔,胡小林
    2023, 44(5):61-70.
    [摘要](399) [HTML](0) [PDF 9.68 M](39268)
    摘要:
    针对现有数据驱动型方法在滚动轴承早期退化识别中存在敏感度低、误警率高的问题,提出一种面向瞬态机械装备健 康监测的动态调整灰色关联分析(DAGIA)方法。 该方法首先采用希尔伯特(Hilbert)变换对滚动轴承振动数据进行幅度解调得 到包络信号。 为了削弱分辨系数取值的影响以凸显关联度值的区分程度,将可以表征轴承退化信息强弱的特征噪声能量比 (FNER)指标引入传统灰色关联分析(TGIA)中动态调整分辨系数。 然后,提取轴承运行初期的第一组数据作为参考数据,计算 其余数据和参考数据的动态灰色关联度并构建轴承性能衰退指标。 最后,根据正常样本并结合切比雪夫不等式设置控制线瞬 态识别滚动轴承早期退化起始位置。 利用 IMS 和 XJTU-SY 数据库完成对轴承早期退化瞬态识别,结果表明,所提方法可以瞬 态识别轴承早期退化位置,误报警逼近于 0,兼具敏感性和鲁棒性,有利于设备维护人员更好掌握滚动轴承的运行状态。
    3  基于优化自适应阈值的非线性机电系统传感器 故障检测和主动容错控制
    郁 明,李旺林,蓝 盾
    2022, 43(4):26-37.
    [摘要](452) [HTML](0) [PDF 7.19 M](32690)
    摘要:
    针对具有参数不确定性和传感器故障的非线性机电系统,提出一种基于优化自适应阈值和故障重构策略的主动容错控 制方法。 首先,利用线性分式变换理论对存在参数不确定性的非线性机电系统进行建模,并提出基于粒子群优化算法的优化自 适应阈值以提高参数不确定条件下的故障检测性能。 其次,通过解析冗余关系推导出系统的动力学方程,并提出一种基于递归 终端滑模的跟踪控制策略,以实现系统健康状态下的负载位置跟踪。 当系统发生故障时,构建自适应滑模观测器进行传感器故 障重构,根据重构结果设计自适应主动容错控制律,并利用故障检测结果进行控制律的实时切换。 实验结果表明,所提出的故 障检测和主动容错控制方法能在 0. 06 s 内准确的实现传感器故障检测和容错控制,验证了该方法的可行性。
    4  基于原子体系的量子惯性传感器研究现状
    邓 敏,张 燚,钱天予,罗 晖,汪之国
    2023, 44(9):16-40.
    [摘要](31) [HTML](0) [PDF 26.68 M](29229)
    摘要:
    惯性传感器的性能直接决定了惯性导航系统的精度。 基于原子体系的量子惯性传感器有望在更小体积和更低成本下 达到传统惯性传感器的性能,且理论上可以获得比现有技术更高的测量灵敏度和长期稳定性。 近些年随着量子精密测量领域 的快速发展,量子惯性传感器的实用化和工程化方面研究进展显著,未来通过替代传统加速度计和陀螺仪,有可能形成高度集 成、低功耗和低漂移的量子惯性导航系统。 文章简要介绍了基于原子体系的量子惯性传感器的基本原理,总结了以原子干涉陀 螺仪、原子自旋陀螺仪、原子干涉加速度计、原子干涉重力仪和重力梯度仪为主的量子惯性传感器研究现状,并对有待解决的关 键技术问题进行了梳理和分析,可为量子惯性传感器的发展提供参考。
    5  用于铝电解电流精确测量的手持式光纤电流传感器研究
    李建光,肖 浩,刘东伟,李 芳,刘育梁
    2022, 43(12):39-48.
    [摘要](615) [HTML](0) [PDF 11.08 M](19880)
    摘要:
    电流强度是电解铝工艺的基本参数,精确测量电解槽分布电流可提高铝电解生产效率和工作稳定性。 本文分析了光纤 电流传感器相比于传统电流测量技术在电解槽电流测量中的原理性优势,针对目前光纤电流传感器在现场应用中存在的重复 拆装和大电流条件下温度误差问题,创新提出了基于柔性封装的传感光纤插接方案和温度误差与非线性误差二维补偿技术,首 次设计研制了手持式光纤电流传感器,测试结果表明:传感器的重复拆装误差小于 0. 12% ,在-40℃ ~ 70℃ 温度范围内测量 0. 5~ 30 kA 电流时的误差小于 0. 2% ,在某电解槽现场测量立柱母线电流时与控制室显示值的误差小于 0. 4% ,并通过对阴极钢 棒分布电流的连续监测和分析,实现了电解槽破损的提前预警。
    6  基于虚拟视野的结构光条纹投影像素精准映射方法
    李茂月,张明垒,吕虹毓,徐敬之
    2023, 44(8):63-73.
    [摘要](72) [HTML](0) [PDF 11.06 M](19324)
    摘要:
    针对像素尺寸差异、相位误差等导致相机与投影仪同名点像素坐标匹配错误、有效像素点缺失问题,提出一种基于虚拟 视野的改进包裹相位-坐标映射方法。 首先,对不同重叠视场下的条纹信息进行分析,确定较优投影模式;其次,设计两组高低 频率的横纵条纹,提取低频相位极值计算虚拟投影视野、高频周期对真实和虚拟视野逐级编号,实现视野小范围匹配;最后,改 进包裹相位坐标映射方法和相位差阈值判别准则,逐编号求解投影像素坐标,获得像素间的精准映射关系。 实验结果表明,相 位中相同像素区间的包裹相位均方根误差,相较于连续相位降低了 78. 6% 。 在平面和复杂表面实验中,有效像素数量相较于传 统匹配增长了 9. 21 倍和 9. 43 倍,像素误匹配坐标比例由传统相位匹配的 80. 55% 、59. 4% 降低至 14. 26% 、12. 56% ,为自适应条 纹测量技术中像素同名点匹配提供了可行的解决方案。
    7  基于伪逆的冗余度机械臂关节速度约束方案
    李克讷,马玉如,王温鑫,刘 超
    2022, 43(2):225-233.
    [摘要](1191) [HTML](0) [PDF 6.74 M](16599)
    摘要:
    针对冗余度机械臂逆运动学求解结果可能超出机械臂物理限制的问题,提出两种基于伪逆算法的冗余度机械臂关节速 度约束方案。 首先,根据冗余度机械臂末端执行器的跟踪任务,运用伪逆算法在速度层上进行冗余度解析。 其次,分别利用设 计的两种约束方案对指定的关节速度进行限制与压缩,获得新的速度解并用以执行指定的轨迹跟踪任务。 接着,针对末端执行 器出现的位置误差,设计误差补偿函数以保证跟踪任务的顺利执行。 最后,利用 MATLAB 软件对六自由度机械臂进行了运动 规划仿真实验,并利用 Arduino 平台对六自由度机械臂进行算法实验验证。 实验结果表明,两种约束方案下机械臂的最大跟踪 误差均不超过 3×10 -4 m,且时变函数约束方案在限制关节速度时获得更好的速度平稳性。
    8  基于虚拟现实的机器人遥操作关键技术研究
    倪得晶 宋爱国 李会军
    2017, 38(10):2351-2363.
    [摘要](15817) [HTML](0) [PDF 2.17 M](16295)
    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。
    9  基于全相位快速傅里叶变换的主轴不平衡特征提取及实验*
    王展 ,杜思远,贺文治,张珂
    2020, 41(4):138-146.
    [摘要](1020) [HTML](0) [PDF 17.58 M](15757)
    摘要:
    摘要:主轴作为数控机床的核心部件,因其质量不平衡而产生的振动严重影响机床的加工精度。对主轴不平衡振动进行有效抑制的前提是需要准确提取振动信号特征。为了准确提取主轴系统的不平衡振动特征,获取振动幅值和相位,提出基于全相位快速傅里叶变换的主轴不平衡振动特征提取方法,全相位快速傅里叶变换利用自身的频谱分析功能实现对信号相位和振幅的准确提取。分别通过仿真与实验的方式将该方法与其他3种方法进行振动特征提取对比,全相位傅里叶变换提取振动幅值和相位准确度和稳定性更好,提取后的振动相位准确性可达97%,而提取后进行动平衡振动抑制实验,振动量下降6521%,进一步验证了该方法的有效性。
    10  基于改进 Blob 分析的机器人批量搬运纠偏研究
    陈 鹏,陈彦秋,彭 俊,马成龙,刘 禹
    2023, 44(8):41-50.
    [摘要](59) [HTML](0) [PDF 18.58 M](12336)
    摘要:
    为了解决工业机器人在快节拍搬运任务中因为机械定位误差导致无法正确放置产品的问题,提出了一种基于改进 Blob 分析的两点纠偏定位的两步法策略。 第 1 步基于机器视觉与图像处理技术利用改进的 Blob 分析方法识别出定位点, 第 2 步利用平面仿射变换原理快速定位大量产品的位置。 其中改进的 Blob 分析方法基于图像灰度反转、直方图均衡化、图 像滤波技术结合阈值分水岭分割算法实现了对有限光照条件下不易成像的黑色托盘图像中定位圆形特征的可靠分割与圆 心坐标提取。 从而第 2 步的两点定位的托盘定位策略根据可靠的托盘圆心位置结果来计算托盘偏移前后的平面仿射变换 矩阵以完成托盘的纠偏功能。 最后通过在实际生产线的搬运工站实验证明基于改进 Blob 分析的两点纠偏定位的两步法策 略的托盘识别准确性和召回率分别为 99. 75% 和 99. 75% ,同时产品的搬运时间降低了 20. 52% ,提高了机器人下料系统的可 靠性和效率。
    11  融合注意力和多尺度特征的典型水面小目标检测
    童小钟,魏俊宇,苏绍璟,孙 备,左 震
    2023, 44(1):212-222.
    [摘要](357) [HTML](0) [PDF 10.67 M](10661)
    摘要:
    为解决多场景复杂海况背景水面小目标检测存在的可利用特征少、纹理信息弱等问题,提升无人艇的环境感知能力,本 文提出一种融合注意力和多尺度特征的典型水面小目标检测算法。 首先,在网络的深层使用空洞空间金字塔池化模块融合目 标的全局先验信息。 其次,通过注意融合模块自适应地增强目标浅层空间位置和深层语义信息特征,提高网络的特征表示能 力。 最后,通过多尺度特征融合实现高性能的目标检测。 本文构建了典型水面小目标数据集,并基于无人艇开展了真实海况下 水面小目标检测的算法验证。 实验结果表明,该算法在无人艇 NVIDIA 平台检测速率达到 17 FPS,能准确识别水面小目标, mIoU 比原始特征金字塔网络算法提升 7. 58% ,平均检测精度提升 11. 41% ,达到 82. 36% 。
    12  板壳结构物体计算机分层成像检测技术研究进展*
    蔡玉芳 ,李屏懿 ,王珏 ,刘丰林
    2020, 41(1):11-25.
    [摘要](2848) [HTML](0) [PDF 19.36 M](8946)
    摘要:
    摘要:由于成像视场或X射线穿透能力的限制,计算机层析成像技术难以实现大型板壳类对象的无损检测和质量评价,而通过扫描几何结构调整和重建算法改进,计算机分层成像(CL)技术可为板壳类对象的内部结构分析提供有效技术手段。随着医疗、电子、材料等领域无损检测需求的日益迫切,CL技术引起广泛关注。以板壳结构对象的无损检测需求为背景,综述了CL技术国内外研究现状,介绍了几种典型CL系统结构,重点分析了CL图像重建算法和产品开发及应用情况。最后,展望了CL技术的应用前景和发展趋势。
    13  人机智能协同在医疗康复机器人领域的应用
    郑悦 景晓蓓 李光林
    2017, 38(10):2373-2380.
    [摘要](7776) [HTML](0) [PDF 1.66 M](8922)
    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。
    14  电子鼻富集装置温度补偿方法*
    程录,孟庆浩
    2020, 41(1):56-63.
    [摘要](2053) [HTML](0) [PDF 18.20 M](8791)
    摘要:
    摘要:为解决电子鼻难以检测到十亿分之一量级(parts per billion, ppb)低浓度气味的问题,给出了一种电子鼻富集方案以及3种温度补偿方法。首先,设计了电子鼻富集装置以提高电子鼻检测下限。然后,针对富集后气体温度过高导致电子鼻检测和识别效果降低这一问题,给出了多元回归法、神经网络回归法以及基于这两种方法的温度补偿集成学习方法。最后,进行了电子鼻检测车内ppb级低浓度内饰材料气味的实验,用聚氨基甲酸酯(PU)皮和聚氯乙烯(PVC)皮两种材料制备实验待测气体,富集前、富集后未经温度补偿以及富集后经上述3种方法温度补偿后的平均识别正确率分别为6114%、8064%、9167%、9121%以及9506%,验证了电子鼻富集装置以及温度补偿方法的有效性。
    15  刺激频率耳声发射的研究进展*
    宫琴
    2020, 41(1):1-10.
    [摘要](3583) [HTML](0) [PDF 2.73 M](8783)
    摘要:
    摘要:为了推动对刺激频率耳声发射(SFOAEs)的产生机制和检测方法的深入研究并推动SFOAEs的临床应用,综述了刺激频率耳声发射的研究进展,包括SFOAEs的产生机制、SFOAEs的检测方法、SFOAEs的检测评估与听力损失的关系、SFOAEs对听觉系统频率选择特性的评估潜力。在SFOAEs的产生机制的介绍中,分别从SFOAEs的产生源、SFOAEs的传输通路、SFOAEs信号的成分特征等几方面进行了论述。在SFOAEs的检测方法中,重点介绍了经常涉及到的双音抑制、非线性压缩、频谱平滑和扫频音等方法。最后,对SFOAEs的临床应用进行了展望。
    16  基于焦虑情绪与混杂控制的机器人辅助临床康复实验
    徐国政 宋爱国 高翔 陈盛 徐宝国
    2017, 38(10):2364-2372.
    [摘要](7270) [HTML](0) [PDF 4.58 M](8767)
    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。
    17  基于深度学习的电机轴承微小故障智能诊断方法*
    宫文峰 ,陈辉,张美玲,张泽辉
    2020, 41(1):195-205.
    [摘要](2258) [HTML](0) [PDF 12.30 M](8757)
    摘要:
    摘要:运用深度学习技术对滚动轴承微小故障发生的位置、类别和严重程度进行精准自动的辨识是当前故障诊断领域研究的热点。传统的故障诊断方法过度依赖于工程师凭经验进行手工特征提取,难以有效提取微小故障特征。提出了一种改进的CNNsSVM的新方法用于电机轴承的故障快速智能诊断,该方法采用1×1的过渡卷积层与全局均值池化层的组合代替传统CNN的全连接网络层结构,有效减少CNN的训练参数量,在测试阶段采用支持向量机代替Softmax分类器进一步提升诊断准确率。最后将提出的方法用于电机支撑滚珠轴承的故障实验数据并与多种算法对比验证。结果表明,改进CNNsSVM算法的故障识别准确率高达9986%,同时在不同负载下具有良好的迁移泛化能力,具备实际工程应用的可行性。其诊断准确率和测试时间明显优于其他智能算法。
    18  基于阵列式触觉传感器的操作意图实时感知*
    李铁军,刘应心,刘今越,杨冬
    2020, 41(1):100-112.
    [摘要](2245) [HTML](0) [PDF 26.22 M](8630)
    摘要:
    摘要:针对协作型机器人,自主研发了一款柔性阵列式触觉传感器,将其封装为可感知人手抓握姿态与力大小的触觉手柄,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的可区分人手松抓握、紧抓握与无意间触碰触觉手柄3种模式状态的方法,识别准确率达到982%。提出一种可变导纳控制策略,利用人手抓握手柄状态,实时调节机械臂虚拟阻尼,基于此触觉手柄可实时感知人手局部变换姿态,准确估计操作者操作意图,并将局部感知信息传输给机器人控制其运动,以UR协作型机器人为实验平台,以触觉手柄为感知输入并进行人机交互实验,对机械臂运动精度做了评价。实验表明触觉手柄具有良好的意图感知能力。
    19  一种同/异步四肢联动康复机器人的研究
    姜礼杰 张方双 任刚跃 王勇
    2017, 38(10):2381-2390.
    [摘要](5915) [HTML](0) [PDF 4.66 M](8502)
    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。
    20  基于示教编程的共融机器人技能学习方法的研究进展*
    迟明善 ,姚玉峰 ,刘亚欣
    2020, 41(1):71-83.
    [摘要](2383) [HTML](0) [PDF 12.72 M](8318)
    摘要:
    摘要:示教编程方法为共融机器人完成复杂、多样的日常任务提供了一个便捷、可行的解决途径。借助该方法,即使是非专业人士也能轻易地教机器人学会新的运动技能来完成各种日常家居任务。其中,技能学习方法是示教编程方法的核心。首先介绍了示教编程方法,并对其学习框架进行简要分析;随后结合当前研究现状,按技能学习和表示方法的不同将当前研究分成两大类并分别进行详细介绍;最后对上述技能学习方法进行分析与讨论,并探讨了该方向未来的发展趋势。

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