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基于改进量子粒子群优化算法的机器人逆运动学求解

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中国机械工程 2024年第2期35卷 293-304页

作者：陈卓凡周坤秦菲菲王斌锐中国计量大学机电工程学院杭州310018

针对工业机器人在逆运动学求解过程中存在的位姿奇异、解不唯一、求解精度低等问题,提出了一种改进量子粒子群算法。首先,利用D-H参数法建立机器人运动学模型,以机械臂末端最小位姿误差为主要优化目标,加入运动前后关节角变化最小、行... 详细信息

针对工业机器人在逆运动学求解过程中存在的位姿奇异、解不唯一、求解精度低等问题,提出了一种改进量子粒子群算法。首先,利用D-H参数法建立机器人运动学模型,以机械臂末端最小位姿误差为主要优化目标,加入运动前后关节角变化最小、行程平稳连续的约束条件,设计了目标函数;其次,通过采用Levy飞行策略改进粒子更新方式、非线性地动态调整收缩膨胀因子、采用变权重方法计算最优平均位置等方法设计了一种改进量子粒子群优化(IQPSO)算法;然后,模拟单点位姿和连续轨迹两种不同的求解情况进行三种算法(IQPSO、APSO、QPSO)的仿真对比实验,结果表明IQPSO算法具有收敛速度快、求解精度高等优点;最后,将IQPSO算法用于机械臂本体进行实物验证,实验结果表明IQPSO算法求解出的插值点所组成的轨迹连续且平滑,进一步证明了该算法应用于实际运动控制中的稳定性和可行性。

关键词：工业机器人逆运动学求解目标函数改进量子粒子群优化算法

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仿真数据驱动的长期服役电梯导轨故障迁移诊断方法

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中国机械工程 2024年第1期35卷 125-135页

作者：肖刚顾海瑞董锦锦王琪冰陆佳炜中国计量大学机电工程学院杭州310018

现有的电梯导轨故障诊断研究存在水平振动分类数据稀缺,训练和测试数据集分布差异较大等问题。提出了一种仿真数据驱动的长期服役电梯导轨故障迁移诊断方法。首先构建电梯轿厢的水平动力学模型,将不同类型的导轨故障激励作为系统输入进... 详细信息

现有的电梯导轨故障诊断研究存在水平振动分类数据稀缺,训练和测试数据集分布差异较大等问题。提出了一种仿真数据驱动的长期服役电梯导轨故障迁移诊断方法。首先构建电梯轿厢的水平动力学模型,将不同类型的导轨故障激励作为系统输入进行仿真,获得丰富的轿厢水平异常振动数据;然后融合残差网络和卷积注意力机制来提取故障特征,采用子领域自适应方法实现无监督场景下源域与目标域条件分布的对齐;最后使用不同工况下的电梯水平振动数据作为目标域对所提方法进行验证。实验结果表明,所提方法在无监督跨域场景下具有较高的故障诊断精度,为解决长期服役电梯的故障数据稀缺问题提供了参考。

关键词：仿真数据驱动长期服役电梯水平振动子领域自适应故障诊断

基于多波长干涉的瞬态轮廓检测Mirau显微镜

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光子学报 2024年第1期53卷 57-65页

作者：龚玉婷吕鑫刘维孔明中国计量大学计量测试工程学院杭州310018

针对单波长Mirau干涉显微镜存在测量范围小和2π模糊等问题,提出了多波长Mirau偏振干涉显微镜,以实现微观轮廓的大动态范围测量的和表面粗糙度等显微结构的瞬态检测。系统利用R、G、B三个单色LED光源实现多波长干涉;利用彩色偏振相机获... 详细信息

针对单波长Mirau干涉显微镜存在测量范围小和2π模糊等问题,提出了多波长Mirau偏振干涉显微镜,以实现微观轮廓的大动态范围测量的和表面粗糙度等显微结构的瞬态检测。系统利用R、G、B三个单色LED光源实现多波长干涉;利用彩色偏振相机获取瞬态相移干涉条纹图,降低实时瞬态检测中复杂的环境扰动影响;利用线栅偏振片调节条纹对比度,满足不同被测对象的反射率检测要求。为验证系统方案的可行性,经过系统误差补偿校准后测量标称值为1.9939μm的标准微米台阶,结果与标称值的偏差约为5.4 nm。利用该方法与Wyko干涉仪对金刚石车削凸面反射镜表面微观轮廓和表面粗糙度进行测量,表面粗糙度测量结果均方根值偏差为3.7 nm,验证了该系统可实现高精度的大动态范围测量。

关键词：多波长干涉瞬态检测偏振成像 Mirau干涉显微镜误差校正

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双闭环比值控制系统传感器故障诊断方法

兵工学报 2024年第4期45卷 1252-1263页

作者：王伽豪那文波刘志威昝琪王铮中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018

双闭环比值控制系统由于主从回路滞后效应和闭环回路调节作用,使其故障诊断较为复杂。针对该系统传感器故障难以识别的问题,通过分析反映系统动态特性的实时数据,提出一种基于数据驱动的故障诊断方法。利用拉伊达准则标定检测阈值建立... 详细信息

双闭环比值控制系统由于主从回路滞后效应和闭环回路调节作用,使其故障诊断较为复杂。针对该系统传感器故障难以识别的问题,通过分析反映系统动态特性的实时数据,提出一种基于数据驱动的故障诊断方法。利用拉伊达准则标定检测阈值建立故障检测模型;利用传感器故障传播的滞后特性建立故障定位模型;利用突变故障的幅值特性建立了故障估计模型;利用故障调节动态过程的变化趋势建立了故障分离模型;通过在线数据标定获得了故障诊断动态模型。通过实验验证该方法的有效性和高精度。研究结果表明,所提方法适用于一般双闭环比值控制系统传感器的实时故障诊断,其中故障检测准确率可达98.5%,故障定位准确率可达98.5%,故障估计准确率可达99.28%,故障分离准确率可达98%。

关键词：传感器故障诊断双闭环比值控制系统数据驱动液位系统

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一种室内弱纹理环境下的视觉SLAM算法

机器人 2024年第3期46卷 284-293,304页

作者：蔡显奇王晓松李玮中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018

针对室内机器人在弱纹理环境下视觉SLAM(同步定位与地图构建)不鲁棒、不精确的问题,提出一种视觉惯性SLAM优化算法。首先,利用基于注意力机制的深度学习模块直接对相邻两帧图像进行特征匹配,结合传统特征检测方法,解决无法提取足够特征... 详细信息

针对室内机器人在弱纹理环境下视觉SLAM(同步定位与地图构建)不鲁棒、不精确的问题,提出一种视觉惯性SLAM优化算法。首先,利用基于注意力机制的深度学习模块直接对相邻两帧图像进行特征匹配,结合传统特征检测方法,解决无法提取足够特征点的问题;其次,建立相机深度置信模型,在计算相机帧间位姿变换关系前,引入空间点的深度置信概率来减小远距离特征的漂移误差;最后,将参与后端优化的所有匹配特征点的深度置信度作为动态鲁棒核函数的分段阈值,优化传统光束平差法,协调整体运动轨迹。实际场景实验表明,该算法在弱纹理环境下有明显的鲁棒性,相较于VINS-RGBD算法,该算法的绝对轨迹误差降低了50.38%,相对轨迹误差降低了85.75%。

关键词：视觉SLAM 弱纹理环境 RGB-D相机特征置信鲁棒核函数

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基于新型编码解码网络的复杂输电线识别

浙江大学学报（工学版） 2024年第6期58卷 1133-1141页

作者：李运堂李恒杰张坤王斌锐关山越陈源中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018

构建新型编码解码网络实现图像中多根交叉复杂输电线的高精度快速识别.为了减少网络参数,编码器取常规MobileNetV3的前16层,并且采用坐标注意力机制代替常规MobileNetV3的挤压和激励注意力机制,获取特征图的通道信息和位置信息;解码器... 详细信息

构建新型编码解码网络实现图像中多根交叉复杂输电线的高精度快速识别.为了减少网络参数,编码器取常规MobileNetV3的前16层,并且采用坐标注意力机制代替常规MobileNetV3的挤压和激励注意力机制,获取特征图的通道信息和位置信息;解码器通过金字塔池化模块获取输电线多尺度特征信息,提高识别精度;采用跳跃链接将编码器第2、4、7、11和13层特征图经锐化核卷积处理后分别与解码器的特征图堆叠,加强复杂输电线边缘特征提取;引入混合损失函数解决图像中输电线像素少、背景像素多的类别不平衡问题;利用迁移学习加快网络训练速度.实验结果表明,新型编码解码网络的平均像素精度(MPA)、平均交并比(MIOU)和识别速度分别为92.18%、84.27%和32帧/s,优于PSPNet、U2Net和其他输电线识别网络的.

关键词：复杂输电线编码解码网络 MobileNetV3 注意力机制损失函数

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基于多深度相机融合的机械臂抓取系统

计算机集成制造系统 2024年第2期30卷 435-444页

作者：洪诚康杨力江文松罗哉中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

针对单深度相机视角下获取的物体深度图像存在噪声干扰、遮挡等问题,使物体点云形状缺失或变形,3D特征存在不稳定性,提出一种多深度相机融合方法。利用多相机标定结果拼接各个相机视角下的点云数据,通过k邻域去噪算法除去点云中的噪声点... 详细信息

针对单深度相机视角下获取的物体深度图像存在噪声干扰、遮挡等问题,使物体点云形状缺失或变形,3D特征存在不稳定性,提出一种多深度相机融合方法。利用多相机标定结果拼接各个相机视角下的点云数据,通过k邻域去噪算法除去点云中的噪声点,再对去噪点云数据进行体素化降采样,使拼接后的点云在空间均匀分布,从而获取完整的物体形状。同时建立了一个端到端的神经网络,通过输入多相机拍摄的RGB-D图像来预测二指平行夹爪的3D位置和3D方向。为优化预测抓取结果,改进了神经网络中对预测结果的鲁棒性评估,提出力螺旋空间场评价方法,提高了4%的成功率。最后将该抓取系统应用于AR5机械臂,实现了91%的抓取成功率。

关键词：机械臂抓取深度学习点云拼接手眼标定

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基于GBDT的气液两相流相分布测量模型

化工进展 2024年第2期43卷 800-807页

作者：曾思睿孔明中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

双波长透射法是一种高精度的多相流相分布参数检测方法,为了进一步提高相分布测量的精度,本文提出用梯度提升决策树(GBDT)算法建立相分布测量模型。利用光学仿真,模拟气泡在不同相分布下波长为445nm和635nm的光线在气液两相流中的传播过... 详细信息

双波长透射法是一种高精度的多相流相分布参数检测方法,为了进一步提高相分布测量的精度,本文提出用梯度提升决策树(GBDT)算法建立相分布测量模型。利用光学仿真,模拟气泡在不同相分布下波长为445nm和635nm的光线在气液两相流中的传播过程,采集检测平面的光强分布,分析不同相分布情况下气泡中心位置和气泡半径对光强分布曲线的影响;用GBDT建立测量模型,以光强缺失宽度和缺失偏移为特征参数,建立特征参数与气泡相分布之间的对应数据库,利用数据库对GBDT模型进行训练;用训练好的模型预测气泡的相分布。建立的测量模型对气泡相分布预测的均方误差小于0.0008mm,均方误差减小了33.33%,证明了测量模型更适用于相分布的测量。搭建了实验平台,对竖直上升气泡流相分布参数进行预测,实现了对气泡中心位置运动轨迹的追踪。

关键词：气液两相流气泡上升管相分布梯度提升决策树

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含表面活性剂溶液的雾化特性及对细颗粒物的强化去除效果

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化工进展 2024年第2期43卷 865-871页

作者：顾海林陈斌康郭佳琪冯洁简青山王进卿张光学中国计量大学计量测试工程学院浙江杭州310018

喷雾技术在气体净化、粉尘控制、化学合成等领域应用广泛,其中液滴尺寸控制及提高喷雾均匀性是该技术面临的挑战。为此,本文拟利用表面活性剂对水雾的雾化特性进行调控,以提高喷雾均匀性,并进一步探究其对细颗粒物去除的促进作用。本文... 详细信息

喷雾技术在气体净化、粉尘控制、化学合成等领域应用广泛,其中液滴尺寸控制及提高喷雾均匀性是该技术面临的挑战。为此,本文拟利用表面活性剂对水雾的雾化特性进行调控,以提高喷雾均匀性,并进一步探究其对细颗粒物去除的促进作用。本文采用实验研究,首先对三种不同性质表面活性剂(十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、吐温80)溶液的雾化特性进行了分析,探究了表面活性剂的种类和浓度对于雾化特性的影响。结果表明,与去离子水相比,表面活性剂的加入可以显著提升喷雾的均匀性,喷雾总体粒径减小,并且非离子型表面活性剂吐温80雾化形成的小液滴数量占比最高。当表面活性剂溶液浓度达到临界胶束浓度(CMC)时,三种类型表面活性剂溶液的液滴数达到峰值,以此作为最佳雾化浓度。此外,通过喷雾去除细颗粒物实验表明,含表面活性剂溶液喷雾可以加快细颗粒物去除速率。

关键词：喷雾表面活性剂细颗粒物液滴粒径

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