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基于纹理图像和用户动作信息的纹理触觉再现方法研究

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仪器仪表学报 2024年第4期45卷 145-154页

作者：陈大鹏陈庚刘佳方映平张运杰南京信息工程大学自动化学院南京210044 江苏省智能气象探测机器人工程研究中心南京210044 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京210044

近年来,对虚拟表面纹理进行工具介导的振动触觉再现已经成为触觉领域的一个研究热点。针对已有的纹理触觉渲染方法还存在适用范围窄、泛化能力弱、交互真实感低等问题,以改进后的MelGAN为基本网络,构建了一种新的纹理触觉渲染模型。该... 详细信息

近年来,对虚拟表面纹理进行工具介导的振动触觉再现已经成为触觉领域的一个研究热点。针对已有的纹理触觉渲染方法还存在适用范围窄、泛化能力弱、交互真实感低等问题,以改进后的MelGAN为基本网络,构建了一种新的纹理触觉渲染模型。该模型以纹理图像和用户的实时动作信息为输入,在能够高保真地生成振动触觉信号的同时,对常见纹理图像拥有更好的泛化能力。此外,设计了一款具有动作信息实时采集和振动触觉表达功能的笔式装置。在采集了数据库之外的真实纹理表面的振动触觉信号后,比较了提出的模型与已有方法在信号生成方面的性能差异。结果表明,模型实现了最低的均方根误差(0.173),验证了其对未建模纹理进行触觉渲染的能力。最后,使用笔式装置进行了两项用户实验。平均6.01的主观相似度评分说明,即使是数据库之外的新纹理,模型也能为用户提供较高的纹理交互真实感。

关键词：纹理触觉渲染深度学习动作信息笔式交互振动触觉反馈

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基于多智能体强化学习的滑模控制器参数整定

机床与液压 2024年第11期52卷 160-166页

作者：缪刘洋朱其新朱永红苏州科技大学电子与信息工程学院江苏苏州215009 苏州科技大学机械工程学院江苏苏州215009 江苏省智能共融机器人工程技术中心江苏苏州215009 苏州市共融机器人技术重点实验室江苏苏州215009 景德镇陶瓷大学机电工程学院江西景德镇333001

针对永磁同步电机系统中滑模控制器参数多且范围大难以整定,从而导致永磁同步电机控制效果不佳的问题,提出利用多智能体强化学习对滑模控制器参数进行整定的方法。该方法通过多个智能体共享奖赏的方式对控制器每个参数进行独立寻优,有... 详细信息

针对永磁同步电机系统中滑模控制器参数多且范围大难以整定,从而导致永磁同步电机控制效果不佳的问题,提出利用多智能体强化学习对滑模控制器参数进行整定的方法。该方法通过多个智能体共享奖赏的方式对控制器每个参数进行独立寻优,有效避免了不同参数选取范围差别较大而导致智能算法多参数同步寻优时产生的维度灾难问题。通过Python与MATLAB联合仿真,并与采用遗传算法整定参数的控制器进行比较,结果表明:多智能体的多臂老虎机算法较遗传算法整定的速度滑模控制器在超调量、响应速度、抗干扰能力和鲁棒性方面具有明显的优势,验证了该方法能够有效地解决滑模控制器参数难以整定的问题。

关键词：多智能体强化学习滑模控制参数整定

风作用下含磁流变阻尼器的拉索攀爬机器人动力学建模与分析

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中国科学：技术科学 2024年第2期54卷 351-364页

作者：马凯威王宁周洋如徐丰羽王兴松南京邮电大学自动化学院人工智能学院南京210023 江苏省物联网智能机器人工程研究中心南京210023 东南大学机械工程学院南京211189

为增强拉索攀爬机器人在不同风载环境下的适应能力,提出了一种机器人-拉索-风耦合系统的动力学建模与分析方法.首先,利用磁流变液体的固液转换特性,设计了具有输出力连续可调功能的阻尼器,并将其应用于拉索攀爬机器人.其次,分析拉索载荷... 详细信息

为增强拉索攀爬机器人在不同风载环境下的适应能力,提出了一种机器人-拉索-风耦合系统的动力学建模与分析方法.首先,利用磁流变液体的固液转换特性,设计了具有输出力连续可调功能的阻尼器,并将其应用于拉索攀爬机器人.其次,分析拉索载荷,建立了机器人-拉索-风耦合动力学模型.然后,通过有限元分析,获得阻尼器中磁流变液产生的阻尼力变化范围为0~153.45 N,与理论模型一致.同时,利用动力学模型的数值仿真得到了阻尼器的建议工作电流分别为0.1 A (3级风)和0.3 A (6级风).最后,为了验证以上理论,分别对阻尼器和拉索攀爬机器人进行了性能测试实验.结果表明,与理论值相比,该阻尼器实际输出力的平均相对误差不超过3.22%.将其安装到机器人上,可将速度波动范围降低83.7%,能显著提高机器人的爬升稳定性.

关键词：磁流变阻尼器拉索攀爬机器人机器人-拉索-风耦合动力学建模与分析爬升稳定性

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基于连续可微采样的无人机多向视点规划

计算机集成制造系统 2024年第3期30卷 1161-1170页

作者：吴华徐肖顺白晓静华北电力大学控制与计算机工程学院电力智能机器人工程技术研究中心北京102206

无人机在各种工业基础设施的自主巡检中,需要为大型复杂待巡检对象设计大量的数据采集航点,以获取高质量的全覆盖影像数据。逐点飞行作业能耗高采集效率低,限制了无人机大规模的工业应用。为了优化飞行作业模式,有效提升巡检效率,针对... 详细信息

无人机在各种工业基础设施的自主巡检中,需要为大型复杂待巡检对象设计大量的数据采集航点,以获取高质量的全覆盖影像数据。逐点飞行作业能耗高采集效率低,限制了无人机大规模的工业应用。为了优化飞行作业模式,有效提升巡检效率,针对已知待巡检复杂设备结构提出一种全新的多向视点规划算法——连续可微采样的无人机多向视点规划算法(MD-VPP)。该方法在满足全面覆盖巡视目标以及数据采集质量要求的前提下,大幅减少航点数量。首先,将云台俯仰角、偏航角和相机成像面积作为约束条件,构建视点采集连续可微的视图质量目标函数,优化求解候选视点集;然后利用贪心算法求解全覆盖待巡检对象的航点位姿。通过实验对比分析了针对不同巡检对象的航点数量和航点数减少率,相比领域内其他优秀方法,所提方法在确保全覆盖的前提下航点数量至少降低77%,极大地提升了无人机单次作业的数据采集效率。

关键词：多视角视点规划全覆盖无人机巡检

非语言信息增强和对比学习的多模态情感分析模型

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电子与信息学报 2024年第8期46卷 3372-3381页

作者：刘佳宋泓陈大鹏王斌张增伟南京信息工程大学天长研究院滁州239356 南京信息工程大学自动化学院南京210044 江苏省智能气象探测机器人工程研究中心南京210044 江苏省大气环境与装备技术协同创新中心南京210044

因具有突出的表征和融合能力,深度学习方法近年来越来越多地被应用于多模态情感分析领域。已有的研究大多利用文字、面部表情、语音语调等多模态信息对人物的情绪进行分析,并主要使用复杂的融合方法。然而,现有模型在长时间序列中未充... 详细信息

因具有突出的表征和融合能力,深度学习方法近年来越来越多地被应用于多模态情感分析领域。已有的研究大多利用文字、面部表情、语音语调等多模态信息对人物的情绪进行分析,并主要使用复杂的融合方法。然而,现有模型在长时间序列中未充分考虑情感的动态变化,导致情感分析性能不佳。针对这一问题,该文提出非语言信息增强和对比学习的多模态情感分析网络模型。首先,使用长程文本信息去促使模型学习音频和视频在长时间序列中的动态变化,然后,通过门控机制消除模态间的冗余信息和语义歧义。最后,使用对比学习加强模态间的交互,提升模型的泛化性。实验结果表明,在数据集CMU-MOSI上,该模型将皮尔逊相关系数(Corr)和F1值分别提高了3.7%和2.1%;而在数据集CMU-MOSEI上,该模型将“Corr”和“F1值”分别提高了1.4%和1.1%。因此,该文提出的模型可以有效利用模态间的交互信息,并去除信息冗余。

关键词：多模态情感分析多模态融合信息增强多层感知器

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不同防爆型式对煤矿机器人设计的影响分析

机械设计与制造 2024年

作者：李雨潭张传金江苏建筑职业技术学院智能制造学院江苏省特种机器人工程研究中心

为了减轻煤矿机器人的体积和重量，增加机器人的行走和续航能力，从防爆设计的角度出发，分别探究了正压、隔爆、油浸和充砂四种常用防爆型式对机器人设计的影响，并进行了对比分析。以10组随机设定的典型矩形机器人箱体为研究对象，采... 详细信息

为了减轻煤矿机器人的体积和重量，增加机器人的行走和续航能力，从防爆设计的角度出发，分别探究了正压、隔爆、油浸和充砂四种常用防爆型式对机器人设计的影响，并进行了对比分析。以10组随机设定的典型矩形机器人箱体为研究对象，采用正压、隔爆、油浸和充砂四种方法进行防爆设计，比较和分析相同箱体经不同防爆设计后的体积和重量变化。结果表明，四种防爆型式的防爆箱体体积相近，但当机器人箱体尺寸较小时，采用隔爆、油浸和充砂方法设计的防爆箱体重量相对较小，随着机器人箱体尺寸增加，正压型箱体重量最小，隔爆型重量最大。

关键词：煤矿移动机器人防爆箱体防爆型式适用性

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复杂背景下草莓点云语义分割优化方法

南京农业大学学报 2024年

作者：谢元澄陈自强许忠义严心悦姜海燕梁敬东南京农业大学人工智能学院南京农业大学国家信息农业工程技术中心

[目的]以草莓为代表的浆果果实收获方式仍然以人力为主，随着近年来农业生产人员老龄化及人工费用的激增，机器（人）全自动采摘已是必然趋势，目前的难点在于机器视觉的识别与定位，相比2D视觉，3D视觉不仅具有更丰富的语义信息，而且... 详细信息

[目的]以草莓为代表的浆果果实收获方式仍然以人力为主，随着近年来农业生产人员老龄化及人工费用的激增，机器（人）全自动采摘已是必然趋势，目前的难点在于机器视觉的识别与定位，相比2D视觉，3D视觉不仅具有更丰富的语义信息，而且在空间定位上有着明显的优势。本文旨在利用3D视觉技术实现草莓的准确识别和定位，为机器人自动采摘提供技术支持。针对田间背景噪声干扰、草莓果实体积小且伴随遮挡的难点，本文采用点云滤波技术进行点云降噪，利用3D视觉技术实现了草莓与复杂背景的语义分割。[方法] 使用IntelRealsenseD435i深度相机采集了不同光照、不同季节和遮挡条件下的草莓点云数据，构建了一个包含三个类别的数据集，分别为无遮挡、低遮挡、高遮挡。首先结合多阈值统计滤波和ROI提取技术对点云数据进行预处理，过滤噪声；以PointNet++为基础模型，对点云数据直接提取特征，并在PointNet++的基础上提出了一种针对复杂背景下小尺度目标的语义分割模型SS-PointNet++，利用点云的多种特征信息作为网络的输入特征，构建采样层、分组层，并通过PointNet提取局部特征，使用最远点采样法对点云取样并最大程度的覆盖到整个点集，针对小尺度目标设计了三种不同半径的球查询(BallQuery)来获取局部特征，改进了SA层和FP 层的结构，使其能够适应低密度点云。[结果]对未经预处理的点云进行分割时，有 0.74%的概率出现离群点的误判问题，而对预处理后的单张点云图像进行语义分割的用时平均减少了 3.47 s。点云图像测试结果表明，SS-PointNet++模型的平均准确率达到了 86.95%，比优化前提升了 19.54百分点，平均交并比为 0.740。在光照充足且无遮挡的草莓上，该模型的语义分割准确率高达 95.36%，而在暗光环境下，该模型的平均准确率也能达到 81.34% 。[结论] SS-Pointnet++模型提升了小尺度目标点云的语义分割效果，对不同光照条件具有较强的鲁棒性，为基于 3D 点云的小物体和遮挡物体的分割提供了一种有效的方法；本文提出的草莓遮挡类型的划分，对后续草莓遮挡问题提供了数据分析支持，对其他基于3D点云的小尺度物体的目标检测和遮挡问题也起到借鉴作用。

关键词：草莓点云采摘机器人计算机视觉语义分割深度相机

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基于仿生学的纺织全产业链设计与应用

针织工业 2024年第1期 25-30页

作者：黄旭张炜栋江苏工程职业技术学院纺织服装学院江苏南通226007 江苏省先进纺织工程技术中心江苏南通226007

仿生学是对在大自然中发现的生物方法、系统和良好设计的提取和应用,仿生学或仿生方法被认为是最有前途的领域之一。生物仿生可以用于纺织产业链的所有环节,从纤维、织造、染整到服装设计,仿生学在纺织领域全面开花。仿生创新是系统研... 详细信息

仿生学是对在大自然中发现的生物方法、系统和良好设计的提取和应用,仿生学或仿生方法被认为是最有前途的领域之一。生物仿生可以用于纺织产业链的所有环节,从纤维、织造、染整到服装设计,仿生学在纺织领域全面开花。仿生创新是系统研究的产物,到目前为止,商业化的仿生纺织技术还不多;从纤维仿生、面料仿生、色彩仿生、设计仿生和低能耗生产5个方面介绍近年来的成果,分析各方面不足,并对未来进行展望。可以看出,纺织仿生领域前期的研究重点在通过组织结构设计仿生实现面料功能性,随着微纳米尺度科技和可穿戴技术的发展,更多研究集中在材料仿生领域以及仿生学和智能纺织品的结合。在可预见的未来,服装将真正成为人类的第二皮肤。

关键词：纺织产业链材料仿生结构仿生微纳米尺度低能耗生产

高光谱成像的黄瓜病虫害识别和特征波长提取方法

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光谱学与光谱分析 2024年第2期44卷 301-309页

作者：李杨李翠玲王秀范鹏飞李余康翟长远江苏大学农业工程学院江苏镇江212013 北京市农林科学院智能装备技术研究中心北京100097 国家农业智能装备工程技术研究中心北京100097

黄瓜霜霉病和斑潜蝇是制约黄瓜产业发展的严重病虫害。为实现黄瓜病虫害快速在线识别,采用高光谱成像和机器学习研究快速识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的方法,为开发实用的基于多光谱成像的黄瓜病虫害快速识别设备奠定基础。使用高光谱成... 详细信息

黄瓜霜霉病和斑潜蝇是制约黄瓜产业发展的严重病虫害。为实现黄瓜病虫害快速在线识别,采用高光谱成像和机器学习研究快速识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的方法,为开发实用的基于多光谱成像的黄瓜病虫害快速识别设备奠定基础。使用高光谱成像系统采集黄瓜无症状叶片、霜霉病叶片、斑潜蝇虫害叶片的高光谱图像,在病斑区域选择若干个感兴趣区域(ROI),计算每个ROI的平均反射率数据作为叶片原始光谱数据。使用Kennard-Stone算法将光谱数据按照3∶1的比例划分为训练集和测试集。使用直接正交信号校正(DOSC)、多元散射校正(MSC)、移动窗口平均平滑(MA)3种方法对原始光谱数据进行预处理。采用空间迭代收缩法(VISSA)、竞争性自适应重加权算法(CARS)、迭代保留信息变量法(IRIV)、随机蛙跳算法(SFLA)对MA预处理后的光谱数据进行特征波长提取,分别提取出53、20、26、10个特征波长。然后使用连续投影算法(SPA)分别对特征波长光谱数据进行二次降维,最终VISSA-SPA提取的特征波长为455、536、615和726 nm;CARS-SPA提取的特征波长为452、501、548和578 nm;IRIV-SPA提取的特征波长为452、513、543和553 nm;SFLA-SPA提取的特征波长为462、484、500和550 nm。分别对全波段光谱数据、一次降维光谱数据、二次降维光谱数据进行支持向量机(SVM)、Elman神经网络、随机森林(RF)建模,结果表明,MA预处理后的全波段光谱数据所建模型识别效果最好,其中MA-RF模型测试集总分类精度(OA)达到97.89%,Kappa系数为0.97。采用一次降维光谱数据所建模型中,MA-VISSA-RF模型效果最好,测试集OA为98.19%,Kappa系数为0.97。采用二次降维光谱数据所建模型中,MA-IRIV-SPA-SVM模型效果最好,测试集OA为96.23%,Kappa系数为0.95。研究结果表明,使用高光谱成像技术识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害具有良好的效果,452、513、543和553 nm可以作为识别黄瓜霜霉病和斑潜蝇虫害的特征波长,为开发黄瓜病虫害快速识别设备提供了理论依据。

关键词：高光谱成像机器学习特征波长霜霉病斑潜蝇虫害