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下肢外骨骼机器人交互力激励估计与稳定性分析

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机器人 2024年第1期46卷 54-67页

作者：汪步云李正正许德章程军梁艺杨鸥安徽工程大学人工智能学院安徽芜湖241000 安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000 芜湖云擎机器人科技有限公司安徽芜湖241007

为解决下肢外骨骼助行稳定性判据忽略人机交互需求的问题,提出了一种考虑人机交互力的助行稳定性判别和助行速度优化方法。首先,建立并分析了人行走和人-机协同行走的倒立摆模型,并融合质心加速度和足底压力信息来间接表达难以测量的人... 详细信息

为解决下肢外骨骼助行稳定性判据忽略人机交互需求的问题,提出了一种考虑人机交互力的助行稳定性判别和助行速度优化方法。首先,建立并分析了人行走和人-机协同行走的倒立摆模型,并融合质心加速度和足底压力信息来间接表达难以测量的人机交互力,进而给出了CoM-CoP-CoA(质心-足压中心-加速度合成点)数学表达式,探究了人机交互力对外骨骼助行稳定性的影响。其次,在上述数学表达式的基础上,采用区域比较法,提出了基于矩阵不等式的外骨骼助行稳定性判据。再次,为探究助行速度与稳定裕度的关联关系,通过改进的稳定裕度描述法,提出了一种稳定裕度评价函数,用以优化外骨骼的助行速度。最后,开展了3种助行速度下的人机协同行走对比实验,分析了实验结果,并优化了人机协同行走时的速度。实验结果表明,所提出的稳定性判据和评价函数能够实现对外骨骼助行稳定性的判别及助行速度的优化。

关键词：下肢外骨骼机器人人机交互多模信息融合助行稳定性稳定裕度优化

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肌电和足压信息融合的外骨骼步态识别

兵器装备工程学报 2024年第1期45卷 278-287页

作者：汪步云缪龙吴臣杨鸥张振许德章安徽工程大学人工智能学院安徽芜湖241000 安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000 芜湖云擎机器人科技有限公司安徽芜湖241007

为解决基于单一信号识别步态相位不够精准的问题,开展了动态交互力激励下的人机协同行走的步态识别研究。设计了肌电和足压信息采集的多模态传感器检测硬件平台;分别对单一信号开展滤波降噪、特征提取与降维等预处理;将表征下肢生理信... 详细信息

为解决基于单一信号识别步态相位不够精准的问题,开展了动态交互力激励下的人机协同行走的步态识别研究。设计了肌电和足压信息采集的多模态传感器检测硬件平台;分别对单一信号开展滤波降噪、特征提取与降维等预处理;将表征下肢生理信息的肌电信号与运动信息的足压信号相融合,构建了支持向量机-模糊C均值(support vector machine-fuzzy C-mean algorithm,SVM-FCM)多模信息融合的外骨骼助行步态识别算法;开展了人机协同助行实验,实验结果表明:信息融合后的人机步态相位平均识别率达到82.49%,优于使用单一信号的识别效果,验证了多模信息融合算法识别人机协同步态的有效性。本研究可用于下肢外骨骼机器人运动控制,为人机运动相融奠定基础。

关键词：外骨骼机器人多模态信息感知人机步态识别 SVM-FCM融合算法

卡车刹车鼓温度及差速器油温监控预测系统设计

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合肥工业大学学报（自然科学版） 2024年第7期47卷 893-899页

作者：黄丽源陈奇王良健张道成夏同良合肥工业大学机械工程学院安徽合肥230009 方盛车桥(合肥)有限公司安徽合肥230071

为防止卡车在长时间刹车后,刹车鼓温度过热或高负载情况下差速器油温过高而发生事故,文章设计一种基于STM32F429和STM32F103单片机协同工作的卡车刹车鼓温度、差速器油温监控与预测系统。该系统以STM32F429单片机为主处理器,利用控制器... 详细信息

为防止卡车在长时间刹车后,刹车鼓温度过热或高负载情况下差速器油温过高而发生事故,文章设计一种基于STM32F429和STM32F103单片机协同工作的卡车刹车鼓温度、差速器油温监控与预测系统。该系统以STM32F429单片机为主处理器,利用控制器局域网(controller area network,CAN)总线和以STM32F103为核心的从处理器进行及时数据传输和存储,并融入STemWin系统设计人机交互界面,基于自回归求积移动平均理论建立温度预测模型。仿真结果表明:该系统稳定可靠、预测精准,能有效减少因刹车鼓温度或差速器油温过高而引起的事故。

关键词： STM32单片机控制器局域网(CAN)总线人机交互界面刹车鼓温度温度预测模型

液态金属柔性导线跨尺度制备技术和应用研究进展

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汕头大学学报（自然科学版） 2024年第3期39卷 24-37页

作者：王青周洲施伟钱文杰宋博安徽工程大学机械与汽车工程学院安徽芜湖241000

填充式液态金属电路是解决传统液态金属电路高电阻、低导热和可靠性不足问题的关键,其中填充式液态金属电路的关键在于基体中微流道的构建和液态金属复合物的组分控制.本文总结了液态金属的物化性质、填充式液态金属电路的制备方式以及... 详细信息

填充式液态金属电路是解决传统液态金属电路高电阻、低导热和可靠性不足问题的关键,其中填充式液态金属电路的关键在于基体中微流道的构建和液态金属复合物的组分控制.本文总结了液态金属的物化性质、填充式液态金属电路的制备方式以及可穿戴设备、人机交互和软体机器人领域的应用,重点介绍了微流管注入法、基体中微流管构建技术、可穿戴设备的应用,探讨液态金属柔性导线的制备方式,揭示其在应用中存在的局限性,并提出相应的优化方向,为柔性电子器件向高功率、高可靠性及集成度方向发展提供技术参考.

关键词：柔性电子镓基液态金属微流管注入法穿戴电子

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元宇宙环境下玉米免耕播种机作业机组仿真与试验

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农业机械学报 2024年第5期55卷 53-62页

作者：万玲胡培钰吴俊杰陈黎卿安徽农业大学工学院合肥230036 安徽省智能农机装备工程研究中心合肥230036

针对玉米免耕播种机研发周期长和研发成本高等问题,本文将元宇宙技术应用于玉米免耕播种机作业机组的仿真试验。基于元宇宙系统架构构建仿真平台,在元宇宙环境下,采用标线法和转换法对虚拟农场中场景进行高度还原,构建沉浸式玉米免耕播... 详细信息

针对玉米免耕播种机研发周期长和研发成本高等问题,本文将元宇宙技术应用于玉米免耕播种机作业机组的仿真试验。基于元宇宙系统架构构建仿真平台,在元宇宙环境下,采用标线法和转换法对虚拟农场中场景进行高度还原,构建沉浸式玉米免耕播种机驾驶平台并进行交互性能测试,验证沉浸式玉米免耕播种机驾驶平台交互性能。在此基础上,在不同行驶速度下进行播种性能仿真试验,当玉米免耕播种作业机组前进速度不断增大时,播种质量整体呈下降趋势,趋势接近实际田间试验结果,株距合格率大于88.52%、重播率小于6.97%、漏播率小于4.51%。试验结果表明,本文设计实现的元宇宙虚拟播种仿真平台能够用于玉米播种试验,对降低玉米免耕播种机研发成本、缩短玉米免耕播种机研发周期具有重要意义。

关键词：玉米免耕播种机作业机组元宇宙仿真试验

基于EEMD-PSO-ELM的RV减速器故障诊断模型

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计算机集成制造系统 2023年第1期29卷 224-235页

作者：刘永明叶国文赵转哲张振安徽工程大学机械工程学院安徽芜湖241000 安徽工程大学人机自然交互和高效协同技术研究中心安徽省新型研发机构安徽芜湖241000

为了准确评估旋转矢量(RV)减速器的工作状态,针对RV减速器故障不明显、样本数据少、难诊断的问题,首先从理论上证明RV减速器正常运行时扭矩传递时具有周期性,利用旋转机械测试信号周期演变特征和集成经验模态分解(EEMD)可以有效反映数... 详细信息

为了准确评估旋转矢量(RV)减速器的工作状态,针对RV减速器故障不明显、样本数据少、难诊断的问题,首先从理论上证明RV减速器正常运行时扭矩传递时具有周期性,利用旋转机械测试信号周期演变特征和集成经验模态分解(EEMD)可以有效反映数据周期性的特点,提出一种基于EEMD的粒子群优化(PSO)算法的极限学习机(ELM)故障诊断模型,同时采用西安交通大学轴承实验数据集验证了模型性能。在此基础上,将RV减速机测试平台所测得的数据代入所提模型,最后与其他模型进行对比,结果显示所提模型能够更有效地判断出RV减速机的工作状态。

关键词：旋转矢量减速器集成经验模态分解粒子群优化算法极限学习机故障诊断

用于小麦多生长阶段倒伏边界精准检测的分层交互特征金字塔网络

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智慧农业（中英文） 2024年第2期6卷 128-139页

作者：庞春晖陈鹏夏懿章军王兵邹岩陈天娇康辰瑞梁栋安徽大学农业生态大数据分析与应用技术国家地方联合工程研究中心/信息材料与智能感知安徽省实验室/安徽大学互联网学院安徽合肥230601 安徽财经大学管理科学与工程学院安徽蚌埠233030 中国科学院合肥物质科学院智能机械研究所安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230031 西南科技大学四川绵阳621010 农业传感器与智能感知安徽省技术创新中心中科合肥智慧农业协同创新研究院安徽合肥231131 安徽鹏视智能科技有限公司安徽合肥230000

[目的/意义]传统的小麦倒伏检测方法需要人工进行田间观测和记录,这种方法存在主观、效率低、劳动强度大等问题,难以满足大规模的小麦倒伏检测的需求。基于深度学习的小麦倒伏检测技术虽已在一定程度上得到应用,但普遍局限于对小麦单一... 详细信息

[目的/意义]传统的小麦倒伏检测方法需要人工进行田间观测和记录,这种方法存在主观、效率低、劳动强度大等问题,难以满足大规模的小麦倒伏检测的需求。基于深度学习的小麦倒伏检测技术虽已在一定程度上得到应用,但普遍局限于对小麦单一发育阶段的倒伏识别,而倒伏可能发生在小麦生长的各个时期,不同时期倒伏特征变化复杂,这给模型特征捕捉能力带来考验。本研究旨在探索一种基于深度学习技术的多生育期小麦倒伏区域检测方法。[方法]用无人机采集小麦灌浆期、早熟期、晚熟期这三个关键生长阶段的RGB图像,通过数据增强等技术构建出多生育期小麦倒伏数据集。提出一种小麦倒伏提取模型Lodging2Former,该模型在Mask2Former的基础上加以改进,引入分层交互式特征金字塔网络(Hierarchical Interactive Feature Pyramid Network,HI-FPN),用于提高模型在复杂田间背景干扰下对于多个生长阶段小麦倒伏特征的捕捉能力。[结果和讨论]所提出的Lodg⁃ing2Former模型相较于现存的多种主流算法,如Mask R-CNN(Mask Region-Based Convolutional Neural Network)、SOLOv2(Segmenting Objects by Locations,Version 2)以及Mask2Former,在平均精度均值(mean Average Precision,mAP)上展现出显著优势。在阈值分别为0.5、0.75以及0.5~0.95的条件下,模型的mAP值分别达到了79.5%、40.2%和43.4%,相比Mask2Former模型,mAP性能提升了1.3%~4.3%。[结论]提出的HI-FPN网络可以有效利用图像中的上下文语义和细节信息,通过提取丰富的多尺度特征,增强了模型对小麦在不同生长阶段倒伏区域的检测能力,证实了HI-FPN在多生育期小麦倒伏检测中的应用潜力和价值。

关键词：无人机深度学习小麦倒伏检测特征金字塔网络 Mask2Former

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农业知识图谱构建数据集

农业大数据学报 2024年第1期6卷 1-8页

作者：陈雷周娜朱芃璇袁媛安徽建筑大学电子与信息工程学院合肥230601 中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所合肥230031

通过信息技术提高农业生产的效率、优化农业生产中的问题对我国农业发展至关重要。目前,信息技术的发展产生了海量数据,这些数据大多以碎片化、非结构化的形式分布在网络上。尤其在农业领域,使用传统搜索引擎进行信息检索难以高效准确... 详细信息

通过信息技术提高农业生产的效率、优化农业生产中的问题对我国农业发展至关重要。目前,信息技术的发展产生了海量数据,这些数据大多以碎片化、非结构化的形式分布在网络上。尤其在农业领域,使用传统搜索引擎进行信息检索难以高效准确地获取其中有价值的农业信息,往往需要消耗大量的时间和精力从海量无组织的数据中进行二次收集和整理。针对上述问题,本文通过网络爬虫技术挖掘公开的农业网站中的数据,经过自动化或半自动化数据清洗、去噪等过程,将非结构化的数据重新组合成结构化的数据,最终以知识图谱的方式进行存储。所构建的农业知识图谱数据集包括粮食作物、经济作物、水果、蔬菜等11个农业大类、共计8 481个小类的条目数据,每个小类条目对应一种农业生物或药物。具体包括粮食作物461种、经济作物2 208种、水果1 294种、蔬菜257种、食用菌118种、花木1 161种、水产142种、农药113种、农作物病虫害1 605种、兽药519种、中草药603种。根据该数据集构建的农业知识图谱三元组达到90 508条,规模较大、覆盖品类较为广泛,能够为农业知识问答、推荐系统等人机交互友好的智能应用研发提供基础数据支撑;同时,在生成式大模型中融入农业领域知识图谱,有助于在垂直领域上实现更为高效、精准的信息检索和智能决策。

关键词：农业数据网络挖掘知识图谱数据集

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下肢外骨骼助力机器人动力学建模及实验研究

工程设计学报 2022年第3期29卷 358-369,383页

作者：王月朋汪步云安徽信息工程学院机械工程学院安徽芜湖241199 安徽工程大学人工智能学院安徽芜湖241000 安徽工程大学机器人产业技术研究院安徽芜湖241007

下肢外骨骼助力机器人存在人-机关节是否匹配、主动关节设计是否满足人体关节运动的驱动力要求等问题。为解决上述问题,基于所设计的电液伺服驱动下肢外骨骼助力机器人,将其简化为七连杆结构,并结合步态平衡理论,采用牛顿-欧拉法构建了... 详细信息

下肢外骨骼助力机器人存在人-机关节是否匹配、主动关节设计是否满足人体关节运动的驱动力要求等问题。为解决上述问题,基于所设计的电液伺服驱动下肢外骨骼助力机器人,将其简化为七连杆结构,并结合步态平衡理论,采用牛顿-欧拉法构建了其摆动相与支撑相瞬时动力学模型。然后,将不同步态相位下人体运动时的角度数据、速度数据及机器人结构参数代入牛顿-欧拉动力学迭代方程,求得机器人各关节的理论驱动力矩。最后,开展ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems,机械系统动力学自动分析)仿真实验和人机协同助行实验,通过对机器人各关节的驱动力矩峰值进行比较,验证了所构建动力学迭代方程的正确性和有效性。结果表明,通过采用牛顿-欧拉法来求解下肢外骨骼助力机器人关节的驱动力矩,可为其结构优化与控制策略制定提供重要的理论支撑。

关键词：下肢外骨骼助力机器人动力学分析牛顿-欧拉法人机协同助行实验