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基于RGB图像的机械臂目标抓取位姿估计算法

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计算机集成制造系统 2023年第10期29卷 3296-3305页

作者：雷志明李勇双丰杜嘉龙刘熹王瑞琛黄瀚樟广西大学电气工程学院广西制造系统与先进制造技术重点实验室广西南宁530004 广西大学电气工程学院广西电力装备智能控制与运维重点实验室广西南宁530004

针对抓取过程中目标物体部分被遮挡的问题,设计了一种基于多尺度特征融合的深度卷积神经网络提取3D目标的投影特征点,并根据不同投影特征点数采用不同的多点透视成像算法。网络使用计算机自动生成的合成数据进行训练,经过验证,使用合成... 详细信息

针对抓取过程中目标物体部分被遮挡的问题,设计了一种基于多尺度特征融合的深度卷积神经网络提取3D目标的投影特征点,并根据不同投影特征点数采用不同的多点透视成像算法。网络使用计算机自动生成的合成数据进行训练,经过验证,使用合成数据训练的网络也能在真实场景中有效工作。最后,搭建了一个基于机器人操作系统的UR5机械臂抓取平台,将训练好的模型部署到该平台上进行抓取实验,结果表明所提方法能够估计出目标物体的位姿,并在实际场景中抓取位姿未知的物体。

关键词：深度学习位姿估计 PnP算法机械臂抓取

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联合力、声音信号的机器人钻骨操作

机器人 2022年第4期44卷 399-409页

作者：李少东杜志江于洪健广西大学电气工程学院广西电力装备智能控制与运维重点实验室广西南宁530004 哈尔滨工业大学黑龙江哈尔滨150001

在近些年临床机器人辅助骨科手术中,机器人主要用来实现钉道定位,而后续钻削操作依然需要医生完成,因此本文主要针对机器人自主钻削展开研究。首先基于双层自适应模糊控制器实现皮质骨层钻削力控制操作,解决了钻削过程中的非线性时变问... 详细信息

在近些年临床机器人辅助骨科手术中,机器人主要用来实现钉道定位,而后续钻削操作依然需要医生完成,因此本文主要针对机器人自主钻削展开研究。首先基于双层自适应模糊控制器实现皮质骨层钻削力控制操作,解决了钻削过程中的非线性时变问题,平衡了钻削进给速度和骨组织热损伤等问题。然后在机器人钻削过程中,分别基于时域和时频分析得到力特征和声音特征,并联合声音信号和力信号来实时感知钻削骨层状态,从而实现力控制到速度控制的切换,且保证了钻削安全,即钻削不会穿过内层皮质骨而损伤神经。最后以猪骨为实验对象,分别开展了力控制和钻骨状态感知实验。力控制实验结果表明双层自适应模糊控制器可以将钻削力误差控制在[−2N,2N],而钻削力通常大于20 N,表明误差对机器人钻削操作的影响很小;钻骨状态感知实验结果表明声音特征可以比力特征更早地感知内层皮质骨状态,而力特征可以提高感知鲁棒性。上述结果证明了本文的钻削控制和状态感知策略的有效性。

关键词：机器人辅助手术钻骨力控制操作双层自适应模糊控制器钻骨状态感知时频分析

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基于改进YOLOv7-tiny的多种类绝缘子检测算法

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仪器仪表学报 2024年第9期45卷 101-110页

作者：刘熹陈晨双丰广西大学电气工程学院、广西电力装备智能控制与运维重点实验室南宁530004

针对现有绝缘子检测算法识别种类单一、定位精度差、鲁棒性差等问题,提出了一种改进YOLOv7-tiny的多种类绝缘子检测算法。首先,使用K-means++算法对先验框进行重聚类,获得更适用于多种类绝缘子数据集的先验框尺寸;其次,采用了基于动态... 详细信息

针对现有绝缘子检测算法识别种类单一、定位精度差、鲁棒性差等问题,提出了一种改进YOLOv7-tiny的多种类绝缘子检测算法。首先,使用K-means++算法对先验框进行重聚类,获得更适用于多种类绝缘子数据集的先验框尺寸;其次,采用了基于动态非单调的聚焦机制设计的WIoUv3损失函数,解决训练过程中正负样本不均衡问题。在网络结构上,首先在骨干网络使用跨阶段特征融合模块(CFFCB)捕获更多的上下文信息,对一些受到遮挡的绝缘子实现精准检测;同时,在颈部网络,提出了空间金字塔池化模块SPPCSPF替换了原有的SPPCSP,有效提高绝缘子与背景接近时的检测成功率,有效改善漏检情况。经过实验测试,与YOLOv7-tiny相比,改进后的网络模型的mAP提高了2.1%,达到了97.6%,有效提高了多种类绝缘子的检测精度。最后,利用改进后算法的检测结果在UR5机械臂上进行了抓取实验,实际抓取的成功率在90%左右,验证了算法的可行性。

关键词：目标检测 YOLOv7-tiny 绝缘子检测损失函数

应用于光储系统中的改进型扰动观察MPPT算法

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控制理论与应用 2022年第3期39卷 491-498页

作者：郑含博杜齐郭文豪唐钰本崔耀辉覃团发广西电力装备智能控制与运维重点实验室(广西大学) 广西南宁530004 广西大学电气工程学院广西南宁530004 广西大学计算机与电子信息学院广西南宁530004

本文提出了一种改进的步长可变、稳态时无振荡的扰动观察MPPT算法,该改进算法在保持基本的扰动观察法简单以及便于实现特点的同时,还能停止稳态振荡并具备良好的追踪速度.该算法首先通过变步长实现快速跟踪最大功率点,当确定到达稳态之... 详细信息

本文提出了一种改进的步长可变、稳态时无振荡的扰动观察MPPT算法,该改进算法在保持基本的扰动观察法简单以及便于实现特点的同时,还能停止稳态振荡并具备良好的追踪速度.该算法首先通过变步长实现快速跟踪最大功率点,当确定到达稳态之后,停止人工扰动,实现无振荡稳定输出功率,从而减少因振荡造成的功率损耗,提高了整个系统的效率.当外界环境突变时,该算法运用三点测量法可以根据电压、电流值的突变检测出工作条件的变化,并重置参数,从而降低重新追踪最大功率点的时间.由于光伏发电的随机性与波动性,通常将储能电池与光伏组件相结合,构成光储混合系统.为了结合实际,本文在MATLAB/Simulink中进行了光储混合系统的仿真与试验,试验结果验证了所提算法的性能.

关键词：最大功率点跟踪可变步长稳态无振荡光储混合系统

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基于RGB-D图像的机械臂视觉抓取算法及系统

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激光与光电子学进展 2022年第14期59卷 263-273页

作者：曲睿李勇双丰黄瀚樟广西大学电气工程学院广西电力装备智能控制与运维重点实验室广西南宁530004 广西大学电气工程学院广西制造系统与先进制造技术重点实验室广西南宁530004

机械臂可以替代人工进行抓取等工作来提高生产效率与产品质量。当前基于数据驱动的算法需要大量样本训练模型,迁移性较弱,并要求一定的计算资源作为支撑。为解决上述问题,建立了一个基于RGB-D图像的高效机械臂视觉抓取算法和系统。首先... 详细信息

机械臂可以替代人工进行抓取等工作来提高生产效率与产品质量。当前基于数据驱动的算法需要大量样本训练模型,迁移性较弱,并要求一定的计算资源作为支撑。为解决上述问题,建立了一个基于RGB-D图像的高效机械臂视觉抓取算法和系统。首先提出一种最小包围矩形(MinBRect)目标检测算法,用以快速估计目标的位置信息;然后利用MinBRect通过计算最小包围矩形的短轴倾角来估计抓取任务的位姿信息;最后操纵UR5机械臂进行实际抓取实验。在实验中,所提算法对10种目标物体的位姿估计的精度均在85.7%以上,平均时间达0.7677 s。与两种位姿估计算法进行对比,所提算法的抓取精度和时间均有明显改善,这表明所提算法具有较强的准确性和鲁棒性。此外,由于无需构建数据集,所提算法能够应用到计算资源有限、工业生产中的结构化场景,在电力工件实验中验证了所提算法具有较好的可移植性。通过实际抓取实验进一步验证了所提机械臂系统抓取算法的有效性。

关键词：图像处理位姿估计机械臂抓取视觉定位目标检测

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面向无人机巡检场景图像的电力线提取算法

计算机集成制造系统 2024年第9期30卷 3232-3243页

作者：韦圣贤李勇双丰周子轩李培李志腾广西大学电气工程学院电力装备智能控制与运维重点实验室广西南宁530004 武汉工程大学智能机器人湖北省重点实验室湖北武汉430205

由于电力系统巡检涉及山区、森林、农村和城镇等众多场景,且缺乏面向无人机巡检的电力线数据集,给基于有监督学习的电力线提取任务带来了挑战。为此,构建了一套多场景航拍电力线数据,并针对现有算法提取的电力线精度有待提升以及移动端... 详细信息

由于电力系统巡检涉及山区、森林、农村和城镇等众多场景,且缺乏面向无人机巡检的电力线数据集,给基于有监督学习的电力线提取任务带来了挑战。为此,构建了一套多场景航拍电力线数据,并针对现有算法提取的电力线精度有待提升以及移动端巡检对算法效率的要求等,提出了一种新的电力线提取算法,所提算法对LinkNet框架进行改进,首先,在其Encoder部分使用轻量型网络,提高算法特征处理的效率,并降低模型的大小。然后,提出了基于深度可分离卷积和通道注意力机制的AD-block来提高网络的感受野,增强网络的特征提取能力。最后,通过引入双线性插值上采样方法等改进Decoder部分。实验结果表明,所提算法在服务器上精度优于对比算法,具有较好的鲁棒性。在Jetson TX2上验证所提算法的精度和效率优于对比算法,能实现每张图像115 ms的处理速度。

关键词：机器视觉深度学习语义分割电力线提取无人机

一种适用于隧道场景的激光点云地面滤波和隧道壁及标靶球提取方法

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中国激光 2023年第13期50卷 175-186页

作者：李勇罗尹政濮启鹏韩鸣飞双丰广西大学电气工程学院广西电力装备智能控制与运维重点实验室广西南宁530004 河北对外经贸职业学院数字信息系河北秦皇岛066311 人工智能四川省重点实验室四川宜宾644000

从扫描的隧道激光点云场景中分割出隧道壁和标靶球是隧道三维重建的重要环节,同时也是实现隧道场景自动化监测的关键技术。然而,激光扫描获取的隧道三维点云中常包含着噪声点和离群点,隧道点云场景中的地面点占比较高且与隧道壁相连,直... 详细信息

从扫描的隧道激光点云场景中分割出隧道壁和标靶球是隧道三维重建的重要环节,同时也是实现隧道场景自动化监测的关键技术。然而,激光扫描获取的隧道三维点云中常包含着噪声点和离群点,隧道点云场景中的地面点占比较高且与隧道壁相连,直接对隧道点云数据进行标靶球和隧道壁的提取和识别具有一定挑战性。针对现有点云滤波算法不适用于隧道点云场景的问题,本文提出了基于法线评估的RANSAC平面拟合与直通滤波相结合的地面滤波算法。针对隧道壁和标靶球难以提取的问题,本文基于隧道点云地面的滤波结果,提出了一种基于DBSCAN聚类分割和条件约束的标靶球提取算法和隧道壁提取方案,利用非线性最小二乘球拟合方法对提取的标靶球点云进行处理,实现标靶球信息的提取及定位。本文在不同隧道场景点云上进行了实验,结果表明:本文地面滤波方法的总误差/Kappa系数在两个场景中分别为0.54%/97.75%和1.16%/96.71%,而且本文提出的标靶球拟合方法在3个标靶球上分别达到了99.8583%、99.5304%和92.9250%的精度。

关键词：遥感隧道场景激光点云地面滤波隧道壁提取标靶球提取

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基于多传感器融合的菌剂投放船

广西大学学报（自然科学版） 2022年第2期47卷 406-416页

作者：李勇顾夏罗尹政双丰广西大学电气工程学院广西南宁530004 广西电力装备智能控制与运维重点实验室广西南宁530004

微生物菌剂在环境生态治理应用场景中应用越来越广泛,但目前微生物菌剂的投放工作通常采用人工的方式,这种方式不仅存在一定的安全隐患且工作效率与精度不高,往往难以实现高效均匀的定量投放。针对现有菌剂投放方式的不足,设计了一种用... 详细信息

微生物菌剂在环境生态治理应用场景中应用越来越广泛,但目前微生物菌剂的投放工作通常采用人工的方式,这种方式不仅存在一定的安全隐患且工作效率与精度不高,往往难以实现高效均匀的定量投放。针对现有菌剂投放方式的不足,设计了一种用于菌剂投放的无人船,采用图像、液位、惯性传感器等外围部件构建无人船系统,结合WiFi与LoRa通讯完成远程监控船体、数据交互功能,使用GPS与惯性传感器实现船体的精确定位以完成菌剂投放任务。对搭建的无人菌剂投放船平台进行了实验,实验结果表明设计的投放无人船可以完成巡航投放、环境监测、远程控制、菌剂投放等功能,满足替代传统菌剂投放的基本功能需求。

关键词：无人船环境治理菌剂投放多传感器数据融合

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基于深度学习的大规模点云语义分割方法综述

测绘科学 2023年第2期48卷 195-209页

作者：双丰黄兴文李勇刘修宁覃建川李旭广西大学电气工程学院广西电力装备智能控制与运维重点实验室南宁530004 人工智能四川省重点实验室四川宜宾644000

为了展示深度学习在点云处理上最新进展,同时促进对点云语义分割方法的研究,该文对基于深度学习的大规模点云语义分割方法进行了综述。在介绍8个室内和室外语义分割数据集的基础上,重点对近几年的深度学习点云语义分割方法进行了归纳和... 详细信息

为了展示深度学习在点云处理上最新进展,同时促进对点云语义分割方法的研究,该文对基于深度学习的大规模点云语义分割方法进行了综述。在介绍8个室内和室外语义分割数据集的基础上,重点对近几年的深度学习点云语义分割方法进行了归纳和分析,并在S3DIS、Semantic3D、Toronto3D、ISPRS Vaihingen 3D和SemanticKITTI数据集上对不同方法进行了比较,并构建了相应的基准。最后对目前点云语义分割算法存在的问题和未来趋势进行了分析。

关键词：深度学习激光点云语义分割综述