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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

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

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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

基于等效电路模型参数计算的光伏组件隐裂故障诊断方法

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太阳能学报 2024年第5期45卷 481-489页

作者：高剑郭倩卫东顾鑫磊中国计量大学机电工程学院杭州310018 中国计量大学现代科技学院杭州310018

基于等效电路模型参数计算,提出一种光伏组件隐裂故障诊断方法。通过分析隐裂、热斑、电势诱导衰减(PID)和老化故障的产生和演化机理,研究不同故障对光伏组件输出特性的影响作用、模型参数的变化规律及其差异性。建立包含正/反向特性的... 详细信息

基于等效电路模型参数计算,提出一种光伏组件隐裂故障诊断方法。通过分析隐裂、热斑、电势诱导衰减(PID)和老化故障的产生和演化机理,研究不同故障对光伏组件输出特性的影响作用、模型参数的变化规律及其差异性。建立包含正/反向特性的光伏组件等效电路模型,根据模型参数计算结果,确定故障诊断特征量,提出隐裂故障的诊断方法。实验结果表明:所得光伏组件等效电路模型参数计算结果能够较高精度地拟合实验获得的I-V特性曲线;所确定的故障诊断特征量能够有效表征隐裂的发生和演化过程;所提故障诊断方法能够实现可靠的隐裂故障原因判定和程度估算。

关键词：光伏组件故障诊断参数提取等效电路模型隐裂

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基于FMCW雷达的多目标生命体征信号检测

计量学报 2024年第1期45卷 112-120页

作者：潘良刘康张远辉中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018

应用雷达在复杂场景下检测生命体征时,为了解决现有的多人体目标检测和干扰滤除以及心跳信号干扰滤除的问题,提出了一种应用调频连续波(FMCW)雷达检测多目标生命体征信号的方法。首先,介绍了雷达检测原理与信号模型,阐述了整个雷达信号... 详细信息

应用雷达在复杂场景下检测生命体征时,为了解决现有的多人体目标检测和干扰滤除以及心跳信号干扰滤除的问题,提出了一种应用调频连续波(FMCW)雷达检测多目标生命体征信号的方法。首先,介绍了雷达检测原理与信号模型,阐述了整个雷达信号的处理流程,即多目标距离单元检测、相位提取、生命体征信号提取。其中在多目标距离检测过程中,提出1种改进的单元平均恒虚警率(CA-CFAR)算法,该方法具有自适应检测门限特点的同时,解决了传统CA-CFAR算法目标附近距离门重复检测的问题,实现多目标检测;在生命体征信号提取过程中,运用自动多尺度峰值检测(AMPD)算法估计呼吸率与心率,过滤无效的波峰干扰,提高对心跳检测的鲁棒性。最后,通过多组测试,相较于常用的频谱分析估算方法,呼吸速率和心率检测的平均误差率分别降低了3.67%和3.31%,验证了所提方法的可行性和准确性。

关键词：生命体征检测非接触测量调频连续波雷达自动多尺度峰值检测心率呼吸速率

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基于WOSA-BP的车辆动态称重算法研究

传感技术学报 2024年第1期37卷 50-57页

作者：袁科许素安富雅琼徐红伟中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018

测量精度一直是影响车辆动态称重系统有效可靠性的主要因素。针对车辆动态称重系统测量精度较低这个问题,提出了一种基于鲸鱼优化(Whale Optimization Algorithm,WOA)算法和模拟退火(Simulated Annealing,SA)算法混合优化的BP神经网络(B... 详细信息

测量精度一直是影响车辆动态称重系统有效可靠性的主要因素。针对车辆动态称重系统测量精度较低这个问题,提出了一种基于鲸鱼优化(Whale Optimization Algorithm,WOA)算法和模拟退火(Simulated Annealing,SA)算法混合优化的BP神经网络(Back Propagation Neural Network)动态称重模型。首先,简单介绍了动态称重系统的结构和原理。然后,通过小波变换对动态称重系统的采样信号进行过滤重构处理,经过计算得到的动态车重、车速和轴数作为BP神经网络模型的输入参数。其次,建立了一个由WOSA算法优化的BP神经网络来预测实际车辆总重和轴重。最后,比较了WOSA算法优化的BP神经网络模型的预测能力并得出结论。仿真结果表明,WOSA-BP车辆动态称重模型收敛速度快,精度高,最大总重的相对误差为0.58%,最大轴重相对误差为6.73%。

关键词：动态称重 BP神经网络小波变换鲸鱼优化算法模拟退火算法

基于3D毫米波雷达与相机的改进联合标定方法

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计量学报 2024年第5期45卷 631-638页

作者：邵剑浩张远辉陈科峰刘康中国计量大学机电工程学院浙江杭州310018

针对传统的相机和毫米波雷达联合标定方法只能在某一固定平面标定存在数据采集繁琐的问题,基于传统方法提出一种适用于三维空间内的快速标定改进方法。首先进行雷达与图像预处理;其次通过时间同步策略在短时间内完成大量数据的采集与匹... 详细信息

针对传统的相机和毫米波雷达联合标定方法只能在某一固定平面标定存在数据采集繁琐的问题,基于传统方法提出一种适用于三维空间内的快速标定改进方法。首先进行雷达与图像预处理;其次通过时间同步策略在短时间内完成大量数据的采集与匹配;然后在空间标定上使用随机采样一致性算法(RANSAC)减少离群点的干扰,完成初步的粗标定;最后使用列文伯格-马夸尔特(LM)算法对粗标定结果进一步迭代完成精标定。实验表明:改进的标定方法使整体均方根误差收敛约10 pixels,与使用传统联合标定算法相比,标定精度显著提升;整体标定过程时间约12 min完成。

关键词：机器视觉时空标定 3D毫米波雷达随机采样一致性联合标定