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仿生手指的触觉感知系统设计及性能

清华大学学报（自然科学版） 2024年第3期64卷 421-431页

作者：唐超权唐玮李聪余婉婷中国矿业大学机电工程学院徐州221116 浙江科技学院自动化与电气工程学院杭州310000

机器人的类人能力离不开完善的感知系统,而触觉感知系统能极大地扩展机器人的应用范围。该文以人手指为仿生对象,基于液体压强传导原理研制了一种具有柔性外壳、指甲、指骨、液体、压敏元件和温度敏感元件的仿生手指,并研究了仿生手指... 详细信息

机器人的类人能力离不开完善的感知系统,而触觉感知系统能极大地扩展机器人的应用范围。该文以人手指为仿生对象,基于液体压强传导原理研制了一种具有柔性外壳、指甲、指骨、液体、压敏元件和温度敏感元件的仿生手指,并研究了仿生手指的触觉感知能力。结果表明:仿生手指的触摸压力曲线变化率和接触温度曲线变化率能够反映物体的硬度和导热性能,表明仿生手指具有硬度和温度感知能力。由仿生手指触摸振动信号提取的峰值均值和平均功率特征值能够表征织物粗糙感,由仿生手指触摸振动信号频谱图提取的主频率和功率谱重心频率特征值能够表征织物细密感,表明仿生手指具有纹理粗糙度和细密度的感知功能。基于支持向量机模型,使用仿生手指触摸振动信号的峰值均值、平均功率、主频率、功率谱重心频率及6个频段强度作为特征参数,进行织物表面纹理识别,平均识别准确率为92.8%,高于人主观分类的平均识别准确率(88.8%),表明仿生手指能够对织物表面纹理进行有效识别与分类,且优于人主观分类识别织物能力。研究成果可为触感智能机器人、触肤产品质感量化评定等提供技术支持和理论支撑。

关键词：仿生手指触觉感知触感特征参数分类识别

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基于图像融合的珐琅礼盘细小杂质检测

中国测试 2024年第4期50卷 24-30页

作者：项新建尤钦寅郑雨黄炳强浙江科技学院自动化与电气工程学院浙江杭州310023

针对高端珐琅礼盘对美观度要求高,人工目检对尺寸大于100μm的表面可视杂质识别困难等问题,该文提出一种珐琅礼盘细小杂质视觉检测方法。将采集到的灰度图像分为中心区域与边缘区域两类,对边缘区域图像进行阈值分割、最小二乘曲线拟合,... 详细信息

针对高端珐琅礼盘对美观度要求高,人工目检对尺寸大于100μm的表面可视杂质识别困难等问题,该文提出一种珐琅礼盘细小杂质视觉检测方法。将采集到的灰度图像分为中心区域与边缘区域两类,对边缘区域图像进行阈值分割、最小二乘曲线拟合,提取出感兴趣区域;使用指定截止频率的傅里叶变换抑制两类图像中的细小噪声,获得检测区域图像;根据杂质的形态学特点设计基于图像融合的迭代算法,并通过测量最小外界矩形长边长度实现尺寸提纯,提高杂质的检测精度。实验结果表明:该方法对含有细小杂质缺陷样本的检出率为91.43%,单幅样本的平均检测耗时为577.4 ms,目标杂质漏检率为3.58%,可满足实际使用需求。

关键词：珐琅礼盘缺陷检测曲线拟合图像融合

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基于CEEMDAN-VMD-TCN-lightGBM模型的水质预测研究

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中国农村水利水电 2024年第3期 86-95页

作者：项新建张颖超许宏辉厉阳王世乾郑永平浙江科技学院自动化与电气工程学院浙江杭州310023

针对目前水质预测模型中因为数据本身的复杂性、在信号处理过程中存在的噪声干扰以及分解深度不够导致单一分解难以全面捕捉信号非线性特征的问题,提出了一种基于二次分解的水质预测模型。该模型采用完全自适应噪声集合经验模态分解(CEE... 详细信息

针对目前水质预测模型中因为数据本身的复杂性、在信号处理过程中存在的噪声干扰以及分解深度不够导致单一分解难以全面捕捉信号非线性特征的问题,提出了一种基于二次分解的水质预测模型。该模型采用完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)对原始数据进行分解,再利用变分模态分解(VMD)对熵值最高的模态分量进行二次分解,最终将处理后的时间序列输入到TCN-lightGBM多特征预测模型中。同时,采用麻雀算法(SSA)对预测模型进行优化。以山东省玉符河水质为例,本模型的均方根误差(RMSE)是0.1053,平均绝对误差(MAE)是0.0815,决定系数(R2)是0.9471,与GRU、LSTM、LightGBM、TCN等当下较为流行的模型的预测指标进行比较。结果显示,在R2上本模型提升了53.04%、70.41%、66.07%、65.20%等,在RMSE上减少了62.76%、65.50%、64.93%、64.80%等,在MAE上降低了62.76%、66.24%、63.80%、65.24%等。由此可知,基于CEEMDAN-VMD-TCN-lightGBM的模型具有更好的预测性能、泛化能力和捕捉信号非线性特征的能力。

关键词：二次分解 TCN lightGBM 多特征预测水质预测麻雀算法

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一种基于多分类器和证据理论融合的水质分类方法

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人民黄河 2024年第1期46卷 109-113页

作者：项新建颜超龙费正顺郑永平李可晗浙江科技学院自动化与电气工程学院浙江杭州310000

针对单分类器对不同水质类别识别不均衡、水质分类准确率较低、适应性较差的问题,提出一种基于多分类器和证据理论融合的水质分类方法。选取深度神经网络分类器、改进支持向量机分类器和贝叶斯分类器3种分类器,通过全概率公式构建信度函... 详细信息

针对单分类器对不同水质类别识别不均衡、水质分类准确率较低、适应性较差的问题,提出一种基于多分类器和证据理论融合的水质分类方法。选取深度神经网络分类器、改进支持向量机分类器和贝叶斯分类器3种分类器,通过全概率公式构建信度函数,基于证据理论对信度函数进行融合,获得多分类器融合模型。从国家地表水水质自动站发布的2022年3月1—22日水质数据中选取3 558条数据为样本集,采用DNN水质分类模型、PSO-SVM水质分类模型、贝叶斯水质分类模型和多分类器融合模型对待测样本进行测试。结果表明:多分类器融合模型对水质类别判定的平均准确率、精确率、召回率和F1值分别为94.2%、93.8%、94.2%和94.0%。相较于DNN水质分类模型、PSO-SVM水质分类模型、贝叶斯水质分类模型,多分类器融合模型准确率分别提高5.6%、9.8%和13.6%,精确率分别提高5.2%、10.0%和10.9%,召回率分别提高5.6%、9.8%和13.6%,F1值分别提高5.4%、10.2%和12.3%,多分类器融合模型在水质分类方面的准确性和适应性更高。

关键词：水质分类多分类器神经网络证据理论融合

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计及光伏和储能接入的牵引供电系统能量管理策略

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电工技术学报 2024年第3期39卷 745-757页

作者：高锋阳宋志翔高建宁高翾宇杨凯文兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070

近年来,为实现电气化铁路“双碳”目标,多项铁路用能优化举措投入实施并取得一定成效,然而,单靠能耗优化治标不治本。为根治电气化铁路碳排放问题,在保证系统稳定运行的基础上,基于智能电网理念,提出计及光伏和储能接入的牵引供电系统... 详细信息

近年来,为实现电气化铁路“双碳”目标,多项铁路用能优化举措投入实施并取得一定成效,然而,单靠能耗优化治标不治本。为根治电气化铁路碳排放问题,在保证系统稳定运行的基础上,基于智能电网理念,提出计及光伏和储能接入的牵引供电系统能量管理策略。首先,构建计及光伏和储能接入的牵引供电系统;然后,基于电力市场电价及新能源出力,采用日前联合调控、日内滚动调节和实时优化控制铁路用能,并通过分层分级优化,打破各“源”端相对独立、各自为政的壁垒,实现多能互补;最后,通过共享储能模式,降低储能装置闲置率并提高新能源利用率。仿真结果表明,该能量管理策略可在保障系统运行稳定和安全的基础上有效地降低系统的运行成本,同时保持良好的电能质量。

关键词：电气化铁路牵引供电系统共享储能电力市场

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高速铁路信号系统碳排放边界划分及分析

交通运输系统工程与信息 2024年第2期24卷 293-303页

作者：苏鹏飞王果闵永智陶金豆李旭东刘昕玥兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070

准确量化高速铁路信号系统的碳排放量,对高速铁路碳排放核算及低碳化发展有重要意义。本文提出在计算其碳排放时需要综合考虑信号系统相关关联活动的思路,并划分信号系统的碳排放边界;提出基于能源消耗的信号系统碳排放计算方法,进一步... 详细信息

准确量化高速铁路信号系统的碳排放量,对高速铁路碳排放核算及低碳化发展有重要意义。本文提出在计算其碳排放时需要综合考虑信号系统相关关联活动的思路,并划分信号系统的碳排放边界;提出基于能源消耗的信号系统碳排放计算方法,进一步利用碳流理论分析计算信号系统内各设备的相关碳流指标;最后以甘肃省兰州西高铁站为例进行分析,验证本文所提方法的可行性和有效性。结果显示,控制及监测系统的碳排放主要与电力碳排放因子有关,维护保养电码化设备所产生的碳排放平均仅有0.12 kgCO_(2)·d^(-1);信号系统各设备间的平均支路碳流密度为0.0076 kgCO_(2)·kWh^(-1),各设备的节点碳势与支路碳流密度相等。结论表明,各子系统的碳排放量主要和其能耗类型有关,电能消耗引起的间接碳排放是信号系统碳排放的主要组成部分,信号系统相关活动引起的直接碳排放与一次能源消耗成正比。

关键词：铁路运输碳排放边界划分碳流理论信号系统碳排放量计算碳流指标

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计及光伏和储能接入的牵引供电系统日前调度

上海交通大学学报 2024年第5期58卷 760-775,I0009页

作者：高锋阳宋志翔高建宁高翾宇杨凯文兰州交通大学自动化与电气工程学院兰州730070

近年来,为实现电气化铁路“双碳”目标,多项铁路用能优化举措投入实施,但收效甚微.为进一步降低电气化铁路碳排放,改变其供能结构,将光伏和储能装置接入牵引供电系统.首先,构建复合牵引供电系统,并根据系统供能组成将其工况分类;其次,... 详细信息

近年来,为实现电气化铁路“双碳”目标,多项铁路用能优化举措投入实施,但收效甚微.为进一步降低电气化铁路碳排放,改变其供能结构,将光伏和储能装置接入牵引供电系统.首先,构建复合牵引供电系统,并根据系统供能组成将其工况分类;其次,基于系统运行约束的轻重缓急设定优先级,并通过分层分级优化,实现不同运行工况下的系统最优状态;最后,通过合理优化变流器容量,实现系统运行性能和经济效益双赢下的最小碳排放.仿真结果表明,复合牵引供电系统保障系统稳定运行的同时,也大幅降低系统碳排放并实现性能最优.

关键词：电气化铁路牵引供电系统光伏发电储能装置铁路碳排放

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足式机器人触地检测方法的研究综述

浙江大学学报（工学版） 2024年第2期58卷 334-348页

作者：姜晓勇应凯健吴起威魏璇浙江科技学院机械与能源工程学院浙江杭州310000 浙江大学机械工程学院浙江杭州310058

基于现有足式机器人触地检测方法的研究,综合论述了腿部结构设计、足端设计、传感器设计对触地检测的影响.总结外部传感器直接检测的触地检测方法、基于运动学与动力学的触地检测方法以及基于学习的触地检测方法.归纳地面湿滑、地面松... 详细信息

基于现有足式机器人触地检测方法的研究,综合论述了腿部结构设计、足端设计、传感器设计对触地检测的影响.总结外部传感器直接检测的触地检测方法、基于运动学与动力学的触地检测方法以及基于学习的触地检测方法.归纳地面湿滑、地面松软以及非足端触地这3种特殊场景中的触地检测方法.分析触地检测技术的应用场景,具体包括运动控制的需要、导航中的应用、地形与地质的感知这三大应用场景.指出硬件改进和集成、多模态触地检测、多传感器融合化触地检测以及智能化触地检测这四大触地检测方法相关的发展趋势,总结各触地检测算法之间的具体关联,为触地检测后续技术的发展及触地检测的具体应用提供指导.

关键词：足式机器人触地检测力传感器状态估计足端力估计

基于IDBO-LightGBM的光伏阵列故障诊断方法

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电源学报 2024年

作者：吴亚钧王璐张金江浙江科技大学自动化与电气工程学院

为提高光伏阵列故障诊断的准确率，提出一种基于改进蜣螂优化算法(IDBO)优化轻量级梯度提升机(LightGBM)的光伏故障诊断方法。通过IDBO对LightGBM中的特定超参数进行寻优，建立基于IDBO-LightGBM的光伏阵列故障诊断模型。为有效区分各... 详细信息

为提高光伏阵列故障诊断的准确率，提出一种基于改进蜣螂优化算法(IDBO)优化轻量级梯度提升机(LightGBM)的光伏故障诊断方法。通过IDBO对LightGBM中的特定超参数进行寻优，建立基于IDBO-LightGBM的光伏阵列故障诊断模型。为有效区分各种故障，使用从电流-电压(I-V)曲线中提取的特征点。为验证所提方法的效果，对模型进行仿真分析，将所提方法与LightGBM算法、DBO-LightGBM算法、其他决策树算法和支持向量机算法(SVM)进行对比，验证了所提方法的稳定性与准确率。

关键词：光伏阵列故障诊断改进蜣螂优化算法轻量级梯度提升机