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一种基于DTW-DP-GMM的工业机器人轨迹学习策略

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2025年第1期58卷 68-80页

作者：肖洒陈旭阳叶锦华吴海彬福州大学机械工程及自动化学院福州350108 福建省特种智能装备安全与测控重点实验室福州350108

针对机器人示教编程过程中使用高斯混合模型(GMM)规划运动轨迹时存在的高斯分布个数难以选择、复现轨迹精度较低等问题,提出了一种复合的机器人运动轨迹学习策略.该策略包含动态时间规整(DTW)算法、高斯混合模型与道格拉斯-普克(DP)算法... 详细信息

针对机器人示教编程过程中使用高斯混合模型(GMM)规划运动轨迹时存在的高斯分布个数难以选择、复现轨迹精度较低等问题,提出了一种复合的机器人运动轨迹学习策略.该策略包含动态时间规整(DTW)算法、高斯混合模型与道格拉斯-普克(DP)算法.首先,针对示教过程中采集的多条轨迹在时间长度上存在差异的问题,采用DTW算法来统一示教轨迹在时域上的变化.其次,使用GMM算法对示教轨迹的特征进行提取,并利用高斯混合回归(GMR)算法将其重构为复现轨迹.在这个过程中采用DP算法来预估GMM算法的关键参数高斯分布的数量,与传统方法相比,能够简单直观地得到相对准确的参数值.利用DP算法对复现轨迹的数据点进行稀疏化并优化,不仅确保了机器人最终运动轨迹的精度,而且大幅减少了最终轨迹数据点的数量.最后,进行了不同形状的模拟焊接轨迹学习规划实验.结果表明:经由DTW对齐后的示教轨迹具有更加明显的运动特征,经过GMM-GMR学习输出的复现轨迹具有良好的表征结果;在使用GMM-GMR算法学习示教轨迹的过程中,采用DP算法可以有效预估高斯分布个数;经过DP算法稀疏化并优化的最终轨迹的平均位置误差均在0.500 mm以内,其最大误差可以控制在0.800 mm以内,可以满足焊接轨迹规划的精度要求,验证了该策略的有效性和优越性.

关键词：工业机器人示教编程高斯混合模型道格拉斯-普克算法动态时间规整轨迹复现

基于改进RT-Detr的黄瓜果实选择性采摘识别方法

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农业工程学报 2025年

作者：董适赵国瑞苟豪文剑林晨北京林业大学工学院林业装备与自动化国家林业和草原局重点实验室

为了实现光照变化等复杂环境下果实的选择性采摘，该研究以黄瓜为研究对象，以RT-Detr为基线网络，提出了RT-Detr-EV模型。首先在主干网络中添加RepVGG模块，以加强网络特征提取能力，并减少推理时计算量；加入轻量化自注意力机制，减... 详细信息

为了实现光照变化等复杂环境下果实的选择性采摘，该研究以黄瓜为研究对象，以RT-Detr为基线网络，提出了RT-Detr-EV模型。首先在主干网络中添加RepVGG模块，以加强网络特征提取能力，并减少推理时计算量；加入轻量化自注意力机制，减少计算量，增加网络深度；最后使用MPDIoU（minimum point distance based intersection over union）替换原模型中的损失函数，加快模型的收敛，提高模型的检测准确率。研究表明，改进RT-Detr-EV的平均精度均值mAP50相较于原模型提升了3.2个百分点，检测速度相较原模型提升了17.4帧/s。与YOLOv7-X、YOLOv8-l相比，对非适宜采摘的黄瓜识别准确率分别提升4.6、6.5个百分点，检测速度分别提升了40.6、25帧/s，参数量分别减少了55.5%、27.3%。同时试验证明，模型对光照条件多种变化的采摘场景也具有一定的鲁棒性与泛化能力。该研究提出的RT-Detr-EV模型能够满足复杂生长环境黄瓜果实的实时检测需求，可为后续移动式选择性采摘的研究提供技术支持。

关键词：图像识别目标检测黄瓜选择性采摘 RT-Detr 级联群组自注意力机制

柔直构网新能源送端系统故障响应特性计算方法

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电力系统自动化 2025年第1期49卷 69-79页

作者：何佳伟周博昊李斌闫旭李岩曹润彬电网运行风险防御技术与装备全国重点实验室江苏省南京市211106 智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津市300072 直流输电技术国家重点实验室(中国南方电网科学研究院有限责任公司) 广东省广州市510080

故障等值建模是系统级响应特性计算的基础。然而,现有研究较少涉及构网型换流器的故障等值建模。传统针对跟网型电力电子设备接入交流电网的短路电流计算方法,在柔直构网系统中容易出现结果失稳发散的问题。因此,文中考虑构网型柔直换... 详细信息

故障等值建模是系统级响应特性计算的基础。然而,现有研究较少涉及构网型换流器的故障等值建模。传统针对跟网型电力电子设备接入交流电网的短路电流计算方法,在柔直构网系统中容易出现结果失稳发散的问题。因此,文中考虑构网型柔直换流器的电压-频率构网控制策略、主动降压策略以及跟网型新能源的低压穿越控制策略,建立了不同类型电力电子设备的故障等值模型。基于此,考虑不同电力电子设备电压源、电流源等值模型的频繁切换,提出了一种适用于柔直构网新能源送端系统的全网链式迭代故障响应特性计算方法,实现了短路电流计算的快速可靠收敛。基于PSCAD/EMTDC仿真平台,搭建了柔直构网新能源送端系统仿真模型,以进行多种故障类型和影响因素的大量仿真测试,充分验证了所提计算方法的可行性、精确性和优越性。

关键词：柔直换流器构网控制故障等值模型故障响应特性链式迭代

餐饮业食物浪费及其碳足迹研究——以杭州市临安区为例

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食品工业 2025年第1期46卷 286-291页

作者：杜栖钰胡军国朱超刘正丰胡子龙吕旭煌浙江农林大学数学与计算机科学学院杭州311300 国家林草局林业感知技术与智能装备重点实验室杭州311300

低碳生活已成为国家治理体系的重要组成部分,尤其是在浪费较为严重的餐饮行业。政府各部门积极采取措施并出台相关政策,以减少餐饮浪费。以浙江省杭州市临安区为例,结合问卷调查与称重数据,采用生命周期评价法,核算农业生产、加工处理... 详细信息

低碳生活已成为国家治理体系的重要组成部分,尤其是在浪费较为严重的餐饮行业。政府各部门积极采取措施并出台相关政策,以减少餐饮浪费。以浙江省杭州市临安区为例,结合问卷调查与称重数据,采用生命周期评价法,核算农业生产、加工处理、运输及垃圾处理阶段的碳足迹,并通过OLS回归与分位数回归方法对结果进行对比分析。结果显示,2022年杭州市临安区人均食物浪费量为66.7 g,产生的碳足迹为0.36 kg CO_(2)/(人·餐)。性别、年龄、就餐人数及满意度对食物浪费具有显著影响。基于回归分析结果,提出各阶段减少食物浪费的具体建议,以提高餐饮行业的低碳化水平,推动绿色可持续发展,并为其他地区制定减排方案提供参考与数据支持。

关键词：碳足迹生命周期评价食物浪费回归分析

散热工况下永磁同步电机转子温度的卷积神经网络预测

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电机与控制学报 2025年第1期29卷 15-24,36页

作者：倪未希刘宇阳陈俐上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学海洋智能装备与系统教育部重点实验室上海200240

为了实现永磁同步电机(PMSMs)转子温度的实时监测,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的预测方法。基于导热微分方程迭代求解瞬态温度场须依赖初始温度,而转子初始温度难以获得导致无法用于工程实际。针对该问题,提出以热电偶直接测量得到的... 详细信息

为了实现永磁同步电机(PMSMs)转子温度的实时监测,提出一种基于卷积神经网络(CNN)的预测方法。基于导热微分方程迭代求解瞬态温度场须依赖初始温度,而转子初始温度难以获得导致无法用于工程实际。针对该问题,提出以热电偶直接测量得到的5个不同位置定子温度序列为输入,建立卷积神经网络模型,预测电机散热工况下的转子温度。采用某额定功率70 kW的水冷内置式永磁同步电机的台架试验数据,分析数据特性确定模型输入量,构建训练集、验证集和测试集,给出模型超参数调校方法。测试结果表明,平均绝对误差为2.03℃,均方误差为8.47℃2,优于先进的时间卷积网络模型。多组不同输入序列的比较表明,采用提出的5个温度序列作为输入,模型具有较高的预测精度和工况适应性。

关键词：永磁同步电机转子温度预测散热工况机器学习卷积神经网络

基于改进RT-Detr的黄瓜果实选择性采摘识别方法

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农业工程学报 2025年第1期41卷 212-220页

作者：董适赵国瑞苟豪文剑林晨北京林业大学工学院北京100083 林业装备与自动化国家林业和草原局重点实验室北京100083

为了实现光照变化等复杂环境下果实的选择性采摘,该研究以黄瓜为研究对象,以RT-Detr为基线网络,提出了RT-Detr-EV模型。首先在主干网络中添加RepVGG模块,以加强网络特征提取能力,并减少推理时计算量;加入轻量化自注意力机制,减少计算量... 详细信息

为了实现光照变化等复杂环境下果实的选择性采摘,该研究以黄瓜为研究对象,以RT-Detr为基线网络,提出了RT-Detr-EV模型。首先在主干网络中添加RepVGG模块,以加强网络特征提取能力,并减少推理时计算量;加入轻量化自注意力机制,减少计算量,增加网络深度;最后使用MPDIoU(minimum point distance based intersection over union)替换原模型中的损失函数,加快模型的收敛,提高模型的检测准确率。研究表明,改进RT-Detr-EV的平均精度均值mAP50相较于原模型提升了3.2个百分点,检测速度相较原模型提升了17.4帧/s。与YOLOv7-X、YOLOv8-l相比,对非适宜采摘的黄瓜识别准确率分别提升4.6、6.5个百分点,检测速度分别提升了40.6、25帧/s,参数量分别减少了55.5%、27.3%。同时试验证明,模型对光照条件多种变化的采摘场景也具有一定的鲁棒性与泛化能力。该研究提出的RT-Detr-EV模型能够满足复杂生长环境黄瓜果实的实时检测需求,可为后续移动式选择性采摘的研究提供技术支持。

关键词：图像识别目标检测黄瓜选择性采摘 RT-Detr 级联群组自注意力机制

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一种多模式轮腿移动机器人的设计与分析

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2025年第1期58卷 12-23页

作者：李晋馥于泽连宾宾天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300350

移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.轮腿式移动机器人因具有良好的机动性与越障能力而受到青睐.然而现有轮腿式移动机器人机身大多不可变形,导致机器人运动模式较少,地形适应性一... 详细信息

移动机器人作为智能勘探与侦察的自动化装备,在航天探测、抢险救灾等领域具有广阔的应用前景.轮腿式移动机器人因具有良好的机动性与越障能力而受到青睐.然而现有轮腿式移动机器人机身大多不可变形,导致机器人运动模式较少,地形适应性一般.且机身易与障碍物发生碰撞,无法在具备良好的爬坡能力的同时保证跨越障碍物的效率.针对上述问题,本文提出了一种采用多连杆可变形机构作为机身的轮腿式移动机器人.在设计机器人轮腿及可变形机身的基础上,建立机器人整体运动学模型,据此规划机器人3种运动模式:同步步态、翻滚步态和蜷曲-伸展步态.开展机器人在典型地形(平坦地面、松软地形、上升坡度、下降坡度、障碍物)下的运动性能分析,揭示机器人结构参数与地形特征(爬坡角度、障碍物高度)映射关系.最后基于理论分析结果搭建物理样机并开展实验.实验结果表明,本文所设计的多模式轮腿移动机器人的最大爬坡角度和越障高度分别为44°和28 mm,具有良好的爬坡能力与越障性能.此外,得益于多模式运动特点,机器人在包含平坦地面及松软地形在内的多地形下均具有良好的通过性,验证了机器人方案的可行性.本文为多模式轮腿运动机器人的设计与应用提供有益参考.

关键词：多模式移动机器人轮腿式移动机器人运动学建模实验研究

Mecanum轮全向AGV轨迹跟踪级联控制器设计

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华南理工大学学报(自然科学版) 2025年第1期53卷 49-61页

作者：文生平苏毅龙瞿弘毅华南理工大学广东省高分子先进制造技术及装备重点实验室/聚合物成型加工工程教育部重点实验室广东广州510640 广东省科学院智能制造研究所/广东省现代控制技术重点实验室广东广州510070

针对四Mecanum轮驱动的自动导引车(AGV)的轨迹跟踪控制问题,设计了一种模型预测控制(MPC)和自适应滑模控制(SMC)级联的控制器,来改善控制精度和稳定性,提高控制过程的层次性、针对性和有效性。在运动学层面,建立了AGV轨迹跟踪误差模型,... 详细信息

针对四Mecanum轮驱动的自动导引车(AGV)的轨迹跟踪控制问题,设计了一种模型预测控制(MPC)和自适应滑模控制(SMC)级联的控制器,来改善控制精度和稳定性,提高控制过程的层次性、针对性和有效性。在运动学层面,建立了AGV轨迹跟踪误差模型,将其转化为二次规划问题,并加入约束条件,配合模型预测控制的滚动优化来在线求解二次规划的最优解,将AGV位姿误差转化为轮子转速的期望输出;在动力学层面,采用滑模控制得到轮子的输出力矩,实现轮子对期望转速的跟踪,引入具有快速准确逼近能力的极限学习机(ELM)神经网络对模型不确定性和未知干扰进行在线观测,并与滑模控制相结合自适应抵消干扰,进一步提高控制器的鲁棒性。在余弦扰动和脉冲干扰下对控制器进行仿真验证,并将结果与PID控制结果进行对比,发现MPC+SMC级联控制器的跟踪效果具有明显优势;与采用径向基函数(RBF)神经网络观测的级联控制器的对比表明,采用ELM观测器的控制器对干扰的鲁棒性更强,在各转速条件下与干扰曲线的拟合度均超过95%,其跟踪误差在多项指标上相比其他方法小1个数量级,最大位置偏差仅为毫米级。轨迹跟踪样机实验结果验证了该控制器的实用性和可行性。

关键词： Mecanum轮轨迹跟踪模型预测控制滑模控制极限学习机

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径向楔形挤压磁流变缓冲器冲击动力学行为

振动与冲击 2025年第2期44卷 30-39页

作者：李祝强付本元古毅廖昌荣重庆工商大学智能装备绿色设计与制造重庆市重点实验室重庆400067 重庆理工大学机械工程学院重庆400054 重庆五一职业技术学院重庆400054 重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室重庆400044

多级径向结构可以延长有效阻尼流道长度,但同时也带来流动困难引起的阻塞问题,结合磁流变液在挤压作用下的增强效应,在不改变多级径向基本结构及磁流变阀外观尺寸的基础上,设计了一种磁流变液径向楔形挤压流动型磁流变阀。通过定义“楔... 详细信息

多级径向结构可以延长有效阻尼流道长度,但同时也带来流动困难引起的阻塞问题,结合磁流变液在挤压作用下的增强效应,在不改变多级径向基本结构及磁流变阀外观尺寸的基础上,设计了一种磁流变液径向楔形挤压流动型磁流变阀。通过定义“楔形角”并采用微分思想将楔形阻尼通道分为若干微单元,建立微单元模型与“楔形角”的函数关系;基于HB(Herschel Bulkley)本构模型推导“楔形角”与楔形流道内压降的关系;考虑惯性效应和局部损耗,构建了HBMI(HB-minor losses-inertia)一般力学模型;进一步分析了“楔形角”对楔形阻尼流道截面流速、压力梯度、局部损耗的影响;搭建落锤式冲击试验平台开展不同冲击速度和电流下的动力学行为试验研究。结果显示,“楔形角”设定在Δδ=2 mm以内缓冲器具有良好的可控性,其动态范围达1.45,最大缓冲力高达236 kN。将试验结果与理论模型进行比较,发现HBMI模型能够准确预测径向楔形挤压磁流变缓冲器冲击载荷下的动力学行为。

关键词：磁流变缓冲器楔形流道挤压流动动力学行为