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基于机器人手眼系统的无纹理工业堆叠零件识别与定位研究

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基于机器人手眼系统的无纹理工业堆叠零件识别与定位研究

作者：国正上海交通大学

学位级别：硕士

工件装配是智能制造领域中不可缺少的组成部分,如今小批量与多样化的生产模式对装配工作的快速性、准确性以及灵活性均提出了更高的要求。与传统方式相比,基于协作机器人的智能化装配在保证产品质量的同时,能够最大限度地提高生产过程... 详细信息

工件装配是智能制造领域中不可缺少的组成部分,如今小批量与多样化的生产模式对装配工作的快速性、准确性以及灵活性均提出了更高的要求。与传统方式相比,基于协作机器人的智能化装配在保证产品质量的同时,能够最大限度地提高生产过程的柔性与效率。国内外对于智能装配技术的研究主要集中在工件的识别与定位问题上。本文以包含平面特征的无纹理工业零件为研究对象,以复杂背景下工件识别与高性能位姿估计为研究切入点,提出将堆叠场景的工件识别问题分步转化为平面提取以及基元重组的研究思路。本文的主要研究工作如下:(1)针对堆叠背景下深度平面分割的局限性,提出一种融合彩色图线特征的优化分割算法,并结合手眼系统的多视角优势实现平面特征的高性能提取。首先利用低成本RGB-D相机获取场景的图像信息,并实现彩色图的去高光处理与深度图的平滑去噪,减少图像中的噪声干扰;然后在深度图MSE平面分割算法的基础上,融合彩色图的Canny线特征,将图像节点的层次聚类过程优化为基于梯度边界的快速聚类过程,从而减少平面分割算法的运行时间,并提高工件边界的分割精度;最后借助手眼系统的优势,融合多视角下的场景平面基元,改善堆叠场景中点云遮挡或残缺的问题。(2)针对堆叠场景中遮挡导致的平面特征失真的情况,提出一种基于数据驱动的工件识别算法,通过训练工件的基元关系特征,实现复杂背景下工件基元的识别重组。首先利用Gazebo仿真软件生成虚拟堆叠场景的数据集,并研究工件基元特征的构造方法;然后利用特征选择和预处理方法实现特征数据的降维,并将处理后的数据分别代入随机森林、K-近邻和支持向量机等3种分类器模型进行训练,同时采用交叉验证的实验方案对分类器的性能进行定量评价;最终基于识别性能最好的随机森林分类器,设计堆叠工件的快速识别算法,对工件平面基元进行识别重组,并输出单个工件的实例点云。(3)针对堆叠场景下位姿估计的高性能需求,提出基于全局搜索的由粗到精位姿估计策略,从而在保证精度的前提下,提升位姿估计算法的运行速度。在位姿粗估计阶段,提出一种结合Harris关键点的Super Key-4PCS位姿粗配准算法,该算法能够在关键点集上利用智能索引方案实现快速的配准,并生成全局范围内的工件初始位姿;在位姿精估计阶段,以位姿准确度为主要需求,在初始位姿的基础上利用迭代最近点法获得工件的精确位姿;最后,本文在Linemod公开数据集上对提出的由粗到精位姿估计策略进行定量评价,并开展本文算法与其他优秀算法的性能对比实验。(4)为了将平面提取算法、工件识别算法以及位姿估计算法与实际的机器人控制相结合,完成工件的自动抓取任务,本文基于ROS框架设计堆叠工件的识别与定位综合实验。首先搭建了系统的硬件平台,完成对深度相机和机械臂的选型,并设计了末端执行器;然后设计位姿测量系统的整体架构,利用ROS实现三大算法模块的互联;最后分别在虚拟和真实场景下开展识别与定位综合实验,并利用手眼矩阵将成功定位的工件位姿转换到机器人坐标系下,实现无堆叠和强堆叠环境的抓取验证实验。

关键词：手眼系统堆叠工件识别与定位平面提取位姿估计

纳米银/墨鱼骨衍生有机质SERS基底在芽孢生物标志物检测中的应用

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纳米银/墨鱼骨衍生有机质SERS基底在芽孢生物标志物检测中的应用

作者：蒋光正广东海洋大学

学位级别：硕士

近年来,由食源性致病菌引起的食品安全问题在全球范围内受到广泛关注。其中,芽孢杆菌由于其致病性以及可形成抗逆性极强的芽孢休眠体,成为污染食品的主要微生物之一。据此,研发灵敏、快速的方法检测芽孢对食品安全具有重要意义。表面增... 详细信息

近年来,由食源性致病菌引起的食品安全问题在全球范围内受到广泛关注。其中,芽孢杆菌由于其致病性以及可形成抗逆性极强的芽孢休眠体,成为污染食品的主要微生物之一。据此,研发灵敏、快速的方法检测芽孢对食品安全具有重要意义。表面增强拉曼散射（surface-enhanced Raman scattering,SERS）技术具有操作简单、耗时短等优点,因此被广泛应用于微生物检测领域。墨鱼骨衍生有机质（Cuttlebone-derived organic matter,CDOM）是一种含有还原基团,并具有多孔结构的天然生物衍生材料,有利于银纳米粒子（AgNPs）的负载和组装。本研究利用CDOM负载AgNPs制备SERS基底（AgNPs/CDOM基底）,用于快速检测芽孢生物标志物2,6-吡啶二羧酸（DPA）。此外,该基底结合电化学富集技术使得SERS检测效率显著提升。主要研究内容如下:主要研究内容如下:1、AgNPs/CDOM基底的制备通过原位还原法制备基底,利用两步升温的方式,成功在CDOM上负载粒径约50 nm的AgNPs。利用扫描电镜、X射线光电子能谱等对基底进行表征。同时,对原位还原合成AgNPs的机理进行了探讨。通过有限元法模拟电磁场分布模型,进一步探究了基底的光学性质及SERS性能。结果表明,CDOM可为AgNPs的原位合成提供还原基团,使AgNPs均匀、分散地负载于CDOM。此外,在反应体系中添加Na OH,能提升基底上AgNPs含量和均匀性,而致密、均匀的AgNPs能显著提高“热点”密度。综上,CDOM作为一种天然生物衍生材料,通过负载均匀的贵金属纳米粒子,可制备成良好的SERS基底。2、AgNPs/CDOM基底在DPA检测中的应用基于原位还原法制备的基底,利用SERS技术对蜡样芽孢杆菌产生的芽孢中的DPA进行检测。DPA分子上的吡啶或羧基作用于AgNPs的表面,产生拉曼特征峰,作为DPA定性和定量的依据。此外,本实验还探究了基底对于DPA的SERS检测性能。结果表明,该基底对DPA分子具有SERS增强效果,增强因子为6.82×10～5。研究通过添加内标物质,优化DPA在该基底上的SERS信号数据。在最佳实验条件下,1h内即可完成对芽孢DPA的提取与检测。在40 n M～1000 n M浓度范围内,拟合曲线方程为y=0.00114294x-0.00286816,R=0.992,检测限为8.62 n M。以线性范围内最低检测浓度40 n M的DPA含量计算芽孢数量,相当于芽孢浓度为3.7×10～3 CFU/m L。3、基于AgNPs/CDOM基底多孔通道在电化学富集和检测DPA中的应用利用SERS技术结合电化学富集的方法,提升基底对DPA的检测性能。优化原位还原法制备基底的条件,调控制备基底的反应体系中Na OH的浓度,使基底的孔隙得以扩充,从而得到合适孔隙的多孔通道。结果表明,采用Na OH浓度为2.30 m M的银氨溶液制备的基底可达到最佳孔径。此外,基底在电化学富集DPA时的最佳电压为2.0 V,最佳富集时间为40 s,同时SERS信号得到显著性增强。在SERS检测中,同一片基底10次测量结果,RSD=3.92%;30片基底相同条件下测量结果,RSD=4.54%;基底保存30天,拉曼信号仅衰减5.09%,表现出了良好的均匀性、重复性、稳定性。在最佳条件下,该基底在5 n M～200 n M范围内的拟合曲线方程为y=7755.48x-5985.33,R=0.965,检测限为0.3 nM。

关键词：墨鱼骨表面增强拉曼散射银纳米粒子芽孢电化学富集

边缘缓存网络中的个性化内容调度模型研究与实现

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边缘缓存网络中的个性化内容调度模型研究与实现

作者：熊光正北京邮电大学

学位级别：硕士

互联网产业急速发展,互联网流量亦日渐上涨。较本世纪初的流行的、传统的互联网网站而言,现代互联网应用往往需要大量分发个性化的内容,并需要极低的请求时延。传统的内容分发网络(content delivery network,CDN)难以缓存稀疏的个性化内... 详细信息

互联网产业急速发展,互联网流量亦日渐上涨。较本世纪初的流行的、传统的互联网网站而言,现代互联网应用往往需要大量分发个性化的内容,并需要极低的请求时延。传统的内容分发网络(content delivery network,CDN)难以缓存稀疏的个性化内容,亦难以满足这些应用的时延要求。对此,本文针对性地建立了适用于个性化内容的边缘缓存模型,其针对性调度个性化的内容,即对其执行缓存预取与逐出等动作,以取得更高的缓存命中率。本文的主要工作包括:(1)针对互联网视频应用分发的个性化视频内容,本文提出了适用于个性化视频表示(representation)的视频边缘缓存模型。互联网视频应用为不同用户分发具有不同视频表示的视频文件,这些视频文件具有不同的视频编码格式、分辨率及帧率。此模型创新性地融合视频编码转换、视频超分辨率、视频插帧、视频压缩等视频转换动作,用单一或少量视频文件响应大量需要不同视频表示的请求。借助于闲时主动式缓存整理方法,本文所述模型亦充分利用请求的峰谷性,以利用剩余资源完成内容调度,即视频文件的预下载及预转换。此模型的缓存命中率显著高于主流仅执行视频超分辨率转换的边缘缓存模型。(2)针对流式分发的个性化内容,本文提出了流式推荐系统辅助下的通用个性化边缘缓存模型,其适用于视频及图文等各类个性化内容。此模型创新性地引入流式推荐系统的输出,进而预知用户将要请求的内容。基于时序预测技术,此模型利用用户的请求历史,个性化地预测其发出后续请求的时间。最后,此模型对全部内容排序,主动执行内容预下载与缓存逐出动作,以调度个性化的内容。相较于主流的推荐系统-边缘缓存联合优化模型,此模型在稀疏的用户兴趣下,依然可以取得较高的缓存命中率。除此之外,此流式推荐系统辅助方法亦可与上述视频边缘缓存模型级联,进而实现更高性能的视频边缘缓存。(3)针对众包式边缘缓存网络,本文提出了基于用户行为预测的个性化边缘缓存模型。此模型建立了自有边缘网络-众包式边缘缓存网络双层结构,其向用户分配用户临时标识符,以供众包式边缘缓存节点关联同一用户的不同请求,而又避免恶意节点跨节点追踪用户。其亦创新性地观测并交换可用内容列表,以更准确地预测稀疏而时变的用户兴趣。最后,边缘缓存节点观测各用户的持续在线状态,借此预测其后续活跃状态。此模型既不依赖外部信息源,又可以保护用户隐私,还能取得较基准模型的性能上界更高的缓存命中率。

关键词：边缘缓存个性化视频转换请求预测

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关于我国高等教育公平问题的研究

关于我国高等教育公平问题的研究

作者：芮光正电子科技大学

学位级别：硕士

中共十六届四中全会提出了建设和谐社会的思想,和谐社会的内涵很丰富,但其中的公平是建设和谐社会的必要条件,没有社会的公平就没有社会的和谐。公平是人类社会孜孜以求的理想,教育公平作为公平概念的延伸和扩展,是国际教育界教育改革... 详细信息

中共十六届四中全会提出了建设和谐社会的思想,和谐社会的内涵很丰富,但其中的公平是建设和谐社会的必要条件,没有社会的公平就没有社会的和谐。公平是人类社会孜孜以求的理想,教育公平作为公平概念的延伸和扩展,是国际教育界教育改革和运动中最让人关心的问题之一,也是世界各国教育政策的基本出发点。教育公平之所以成为教育现代化的基本价值,除了接受教育已经成为现代社会公民的基本人权外,教育能够显著地改善人的生存状态,增进社会公平,因而被视为实现社会平等“最伟大的工具”。教育不公不仅危及社会公平,而且危及社会稳定。近年来,各国都在通过教育改革减少不公平。高等教育的公平是社会公平的重要内容之一,在构建和谐社会中具有不可替代的基础性推动作用。改革开放以来,我国高等教育从“社会的边缘”逐步走向“社会的中心”,开始迈入大众化阶段,然而,高等教育公平问题不但没有随着高等教育规模的扩大而得到有效的解决,而且还有不断凸现的趋势,越来越成为社会各界关注的话题。鉴于此,研究如何实现高等教育公平的对策和措施,是当前社会现实提出的迫切要求,对于推动我国高等教育健康发展、和谐社会的顺利实现都有着重要的理论意义和现实意义。本文对我国高等教育公平问题进行了系统全面地分析,论文共分六章。第一章主要论述了选题背景、意义、课题的研究状况,提出本文的研究方法和主要思路。第二章主要对公平和高等教育公平相关概念进行了界定。第三章对我国高等教育公平问题进行调研和归纳总结,找出目前我国高等教育公平存在的问题。第四章分析了影响我国高等教育公平产生的因素。第五章提出了操作性较强的解决高等教育不公的对策。最后一章对全文的主要内容进行了总结。

关键词：公平高等教育公平高等教育大众化

高磷钾大量元素水溶肥在水稻和玉米上的应用效果及推广方案设计

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高磷钾大量元素水溶肥在水稻和玉米上的应用效果及推广方案设计

作者：光正嘉吉林农业大学

学位级别：硕士

高磷钾大量元素水溶肥以其高磷钾含量、速溶性和更容易被作物吸收利用等优势,目前被广泛应用于不同类型的作物生产中,为验证实验室自制的高磷钾水溶肥(固体)对水稻、玉米等作物中后期生长发育和产量的影响,本研究在三省四地对两种作物... 详细信息

高磷钾大量元素水溶肥以其高磷钾含量、速溶性和更容易被作物吸收利用等优势,目前被广泛应用于不同类型的作物生产中,为验证实验室自制的高磷钾水溶肥(固体)对水稻、玉米等作物中后期生长发育和产量的影响,本研究在三省四地对两种作物进行了田间试验并进行对比分析,以当地常规水稻和玉米品种为研究对象,客观评价高磷钾大量元素水溶肥的施用效果,同时确定对水稻、玉米最适宜的施用量;针对目前市场产品特点和销售情况,设计了该产品的推广方案。主要研究结论如下:(1)高磷钾大量元素水溶肥对作物中后期生长具有促进作用。两地水稻试验结果表明,在当地常规施肥的基础上,增施由实验室自制的大量元素水溶肥料,按照1050g/hm进行叶面喷施,对水稻生长具有一定的促进作用。吉农试验中,株高、叶面积、地上部鲜重、穗粒数分别提高了10%、22.5%、25.53%、9.5%。洮南试验中,株高、叶面积、地上部鲜重、穗数、穗粒数、结实率分别提高了5.3%、17.9%、30.6%、34.1%、17.2%、6.1%,减少了水稻秃尖,水稻叶片浓绿,生长优势明显。两地玉米试验结果表明,在常规施肥的基础上,增施由实验室自制的大量元素水溶肥料,按照1050g/hm进行叶面喷施,对玉米中后期生长具有促进作用。阳泉试验中,提高了株高10.9%、茎粗4.4%、穗粗3.4%,减少了玉米秃尖69%,玉米叶片浓绿,植株生长健壮。曲阜试验中,提高了株高3.6%、茎粗7.3%,减少了秃尖54%。(2)高磷钾大量元素水溶肥能够促进作物的光合作用,体现在能够提高水稻叶绿素,提高玉米叶片SPAD值。在水稻试验中,吉农与洮南试验分别提高了叶绿素5.6%、7.5%。在玉米试验中,阳泉与曲阜试验分别提高了叶片SPAD9.2%、14.2%。(3)高磷钾大量元素水溶肥能增加作物产量。在吉农水稻试验中,当地施肥+1050g/hm水溶肥施肥处理产量较清水、当地常规施肥、当地施肥+清水三个对照处理分别增产19.6%、、14.4%、10.7%。在洮南水稻试验中,较清水对照、当地常规施肥对照、当地施肥+清水对照三个处理分别增产20.3%、11.1%、9.8%。在阳泉玉米试验中,当地施肥+70g/亩水溶肥处理较清水、当地常规施肥、当地常规施肥+清水三个对照处理产量分别增长了11.2%、6.3%、4.5%。在曲阜玉米试验中,较清水、当地常规施肥、当地常规施肥+清水三个处理分别增长了11.5%、8%、7.1%。(4)高磷钾大量元素水溶肥具有较好的市场前景和市场推广价值。将从前期推广工作分析、区域管理、客户信息管理、开好订货会与观摩会,线下与线上营销模拟推广方案。

关键词：高磷钾水溶肥水稻玉米产量推广应用

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地铁隧道施工引起地层变形的反分析预测系统

中国矿业大学学报 2004年第3期33卷 277-282页

作者：刘波陶龙光叶圣国李希平丁城刚中国矿业大学力学与建筑工程学院北京100083

地铁施工诱发地层环境损伤的众多问题中,地层沉降的预测与控制是急待深入研究的重要课题。为此,研究开发出了地铁隧道沉降预测(STSP)系统;给出了随机介质理论预测隧道施工诱发地表横向和纵向变形的计算公式;基于最优化理论的共轭方向加... 详细信息

地铁施工诱发地层环境损伤的众多问题中,地层沉降的预测与控制是急待深入研究的重要课题。为此,研究开发出了地铁隧道沉降预测(STSP)系统;给出了随机介质理论预测隧道施工诱发地表横向和纵向变形的计算公式;基于最优化理论的共轭方向加速法,研究了地铁隧道施工引起地面沉降的Peck法与随机介质法各自的多参数反分析方法;并将理论公式与反分析法编程实现;实例分析证明了理论方法与程序系统的科学性和可靠性.

关键词：地铁隧道施工地层环境损伤地层变形反分析最优化

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模糊双曲正切模型研究综述

自动化学报 2013年第11期39卷 1849-1857页

作者：会国涛张化光汪刚解相朋吴振宁东北大学信息科学与工程学院沈阳110819 东北大学流程工业综合自动化国家重点实验室沈阳110819 华中科技大学控制系武汉430074

模糊双曲正切模型(Fuzzy hyperbolic tangent model,FHM)是一种全局模糊模型也是一种神经网络模型.根据此模型设计的控制器能够实现系统的性能指标达到最优.FHM与其他模糊模型相比,更加适用于对多变量及系统内部信息所知有限的非线性系... 详细信息

模糊双曲正切模型(Fuzzy hyperbolic tangent model,FHM)是一种全局模糊模型也是一种神经网络模型.根据此模型设计的控制器能够实现系统的性能指标达到最优.FHM与其他模糊模型相比,更加适用于对多变量及系统内部信息所知有限的非线性系统进行建模.本文依据FHM的模型发展历程对现有的研究成果加以总结,并对这一研究领域内待解决的问题和未来发展方向作了进一步的展望.

关键词：模糊双曲正切模型广义模糊双曲正切模型时滞模糊双曲正切模型神经网络

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激波后高温高速流场中的传热特性研究

航空动力学报 2010年第5期25卷 963-980页

作者：王保国李翔黄伟光北京理工大学宇航学院北京100081 中国科学院工程热物理研究所北京100190

激波后高温、高速流场中的热力学与传热特性分析是直接涉及到飞行器热防护设计与传热分析的关键问题之一,借助于多组分、考虑非平衡态气体的振动以及激波与热化学非平衡态效应的守恒积分型Navier-Stokes方程组,并用高分辨率总变差减小(T... 详细信息

激波后高温、高速流场中的热力学与传热特性分析是直接涉及到飞行器热防护设计与传热分析的关键问题之一,借助于多组分、考虑非平衡态气体的振动以及激波与热化学非平衡态效应的守恒积分型Navier-Stokes方程组,并用高分辨率总变差减小(TVD)格式进行求解,计算与研究了Apollo工程AS-202返回舱再入地球大气层的6个飞行工况(飞行马赫数15.52～22.63)以及Huygens飞行器再入土卫六大气层的6个工况(飞行马赫数17.29～24.47),分析了不同工况下弓形脱体激波后高温高速流场的热力学与传热特性,计算得到了沿壁面的热流密度分布、温度分布以及Stanton数分布,并与国外相关飞行数据进行了比较,两者吻合较好.相关计算可以指导有关飞行器的热防护设计.

关键词：高温传热分析高温热化学热防护设计非平衡态流动再入飞行

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动圈式永磁平面电机无位置传感器控制研究

动圈式永磁平面电机无位置传感器控制研究

作者：阮光正安徽工程大学

学位级别：硕士

永磁平面电机在结构多样性、推力密度、控制精度、低速性能、能量损耗等方面较传统电机具有较大的综合优势,因此一直吸引着国内外学术界和工程界进行不断的研制和更新。本文以动圈式永磁平面电机为研究对象,在建立受力模型、解耦运动控... 详细信息

永磁平面电机在结构多样性、推力密度、控制精度、低速性能、能量损耗等方面较传统电机具有较大的综合优势,因此一直吸引着国内外学术界和工程界进行不断的研制和更新。本文以动圈式永磁平面电机为研究对象,在建立受力模型、解耦运动控制、z轴上动子的起浮和下降运动控制、xy平面上的动子无位置传感器运动控制等方面进行了研究,具体内容如下:1.介绍了动圈式永磁平面电机的基本结构、定子Halbach永磁阵列的磁场解析数学模型,推导出动子线圈的受力解析数学模型,总结了动圈式永磁平面电机的平面运动下的基本方程,提出了动圈式永磁平面电机的静止三相/移动两相坐标变换矩阵,做功电流和去耦电流新理论,并基于此概念推导了电磁力电流分配方程及其他相关变换矩阵,在数学化的总结后,将动圈式永磁平面电机的控制引入到做功和去耦域进行讨论,并进行电压型电磁力控制系统的设计。2.分析了动子在移动坐标系下电磁力控制方法下在z轴上的运动过程,提出了“假气隙点”概念,推导出了“假气隙点”位置与期望气隙点位置的数学关系表达式和动子起浮至期望气隙点和下降至零高度的时间计算积分公式,并给出了平稳起浮和下降控制策略。“假气隙点”现象表现为:动子停留在零位置时,对线圈分配“假气隙点”恒定电流,在此电流驱动下动子运行至期望气隙点处速度为零;动子悬浮在期望气隙点位置时,对线圈分配“假气隙点”恒定电流,在此电流驱动下动子运行至零位置处速度为零。利用上述现象,通过切换电流使动子在零位置和气隙点之间平稳移动。仿真结果表明动子运行误差、抖动很小,证明了控制策略的正确性。3.结合电路能量守恒定律,提出了利用卡尔曼滤波算法进行状态估计得到的动子位置信息来进行电磁力控制产生作用于动子的悬浮力和水平推力的无位置传感器控制策略。该策略通过实时获取动子线圈端电压和端电流计算得出总功率,减去动子线圈消耗热功率得到推力作用于动子的机械功率,此机械功率在恒定推力控制下反应动子采样时间间隔内位移的大小,以此建立动子位置、速度、加速度的卡尔曼滤波估计算法模型。在此基础上,针对控制算法以及控制策略的所产生的推力进行仿真,仿真结果验证了控制策略的正确性。

关键词：动圈式永磁平面电机 Halbach永磁阵列矢量控制做功电流去耦电流电压型电磁力控制系统卡尔曼滤波无位置传感器控制