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仿人眼双目图像特征点提取与匹配方法

哈尔滨工业大学学报 2024年第4期56卷 92-100页

作者：向浩鸣夏晓华葛兆凯曹雨松道路施工技术与装备教育部重点实验室(长安大学) 西安710064

模仿人眼的视觉特性已成为机器迈向智能感知、智能认知的研究热点和难点。图像边缘蕴含着丰富的信息,因此人眼对场景中物体的边缘更加敏感。为在机器上实现这一视觉特性,提出了一种仿人眼双目图像特征点提取与匹配方法。首先选择边缘特... 详细信息

模仿人眼的视觉特性已成为机器迈向智能感知、智能认知的研究热点和难点。图像边缘蕴含着丰富的信息,因此人眼对场景中物体的边缘更加敏感。为在机器上实现这一视觉特性,提出了一种仿人眼双目图像特征点提取与匹配方法。首先选择边缘特征提取能力突出的SUSAN(small univalue segment assimilating nucleus)算子作为特征检测器;然后改进尺度不变特征变换(scale-invariant feature transform,SIFT)描述子的采样邻域,减少远离特征点的梯度信息因视点和视角差异带来的匹配误差,保留靠近特征点的主要梯度信息;随后对输入图像建立多尺度结构,在不同尺度上计算同一特征的主要梯度信息;最后利用平方根核比较梯度信息的相似性,生成多尺度描述子,增强描述向量的独特性。实验采用多种评价指标分别对提出的多尺度描述子和整体算法进行评估,并与经典的SIFT、SURF(speeded up robust features)、Root-SIFT等算法和先进的BEBLID (boosted efficient binary local image descriptor)、SuperGlue、DFM等算法进行对比。结果表明:提出的多尺度描述子能够提高边缘特征点的匹配准确率,并对光照变化具有更强的适应能力,体现出更好的匹配稳定性;与其他算法相比,本算法具有更高的匹配准确性。

关键词：特征点提取特征点匹配仿人眼双目图像多尺度结构特征描述子

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负载口独立控制系统非线性滤波振动抑制方法

西安交通大学学报 2024年第4期58卷 200-210页

作者：程敏侯严迪丁孺琦重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044 华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室南昌330013

针对负载口独立控制系统在作业过程中时常因控制信号突变而造成执行器速度振荡及液压缸两腔压力波动,从而导致操作舒适性和机器可靠性降低甚至引发安全事故的问题,首先,分析了负载口独立控制系统压力流量复合控制策略以及传统阻尼补偿... 详细信息

针对负载口独立控制系统在作业过程中时常因控制信号突变而造成执行器速度振荡及液压缸两腔压力波动,从而导致操作舒适性和机器可靠性降低甚至引发安全事故的问题,首先,分析了负载口独立控制系统压力流量复合控制策略以及传统阻尼补偿方法抑振的局限性,阐明了引发速度振荡与压力波动的原因;然后,基于该控制系统,提出了采用非线性滤波器修改突变控制信号的抑振方法,并给出了非线性滤波器的边界选取原则;最后,设计了负载口独立控制系统的进出口阀控制器,通过修改参考流量信号,降低了不同突变信号对执行器速度带来的影响。基于20 t挖掘机负载口独立控制系统开展数值仿真,结果表明:相较于传统阻尼补偿方法,采用所提方法能够有效降低阶跃、斜坡信号引起的执行器速度振荡与压力波动,且在动臂液压缸全伸、全缩典型工况下压力波动较小,并使速度振荡降低了32.5%~64.7%,从而有效改善了系统的动态特性。

关键词：负载口独立压力流量复合控制非线性滤波突变信号振动抑制

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气动软体致动器研究综述

机械科学与技术 2024年

作者：肖伟胡国良肖毅华胡德安湖南大学特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室

气动软体致动器与生俱来的适应性、柔顺性和安全性，使得其在仿生运动、柔性抓取等领域中有着广泛的应用前景。本文从结构设计和驱动原理综述了气动软体致动器的研究现状，并讨论了不同致动器的性能特点。随后介绍了气动软体致动器在力... 详细信息

气动软体致动器与生俱来的适应性、柔顺性和安全性，使得其在仿生运动、柔性抓取等领域中有着广泛的应用前景。本文从结构设计和驱动原理综述了气动软体致动器的研究现状，并讨论了不同致动器的性能特点。随后介绍了气动软体致动器在力学建模和应用方面的研究。最后，总结了气动软体致动器在气源供给、可靠性和力学建模方面所面临的挑战，并指出了该领域今后的研究方向，有望为气动软体致动器的未来发展提供参考，进而促进软体机器人的实用化。

关键词：气动软体致动器结构设计力学建模软体机器人

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智能化阀口独立电液控制系统安全性能评估

机械工程学报 2024年第4期60卷 101-112页

作者：丁孺琦熊文杰程敏徐兵华东交通大学载运工具与装备教育部重点实验室南昌330013 重庆大学高端装备机械传动全国重点实验室重庆400044 浙江大学流体动力基础件与机电系统全国重点实验室杭州310027

阀口独立电液控制系统通过电子化反馈与复杂进出口独立控制策略提高系统智能化水平,但高安全风险也制约了其大规模市场化应用。为此,提出一种面向ISO 13849机器安全标准的阀口独立控制系统安全性能评估方法。针对阀口独立控制系统特有... 详细信息

阀口独立电液控制系统通过电子化反馈与复杂进出口独立控制策略提高系统智能化水平,但高安全风险也制约了其大规模市场化应用。为此,提出一种面向ISO 13849机器安全标准的阀口独立控制系统安全性能评估方法。针对阀口独立控制系统特有的多自由度控制、多变量反馈、多模式切换特点,结合故障树分析法和布尔代数运算建立系统四象限工况安全性模型,构建该模型至ISO13849中预定义安全结构类别的映射,推导系统安全性能等级PL值及其每小时发生引起危险的停机故障概率(PFHd)的量化方法。考虑常规控制、故障诊断与主动容错控制器三类控制方法,分析系统安全结构由类型1单通道至类型3双通道的变换。评估结果表明,系统PL仅为b级,难以满足移动机器d级要求;引入故障诊断后,PL仅提高至c级;增加故障主动容错后,不增加额外硬件冗余情况下PL可增加至d级甚至最高e级。研究工作为智能化电液系统控制、诊断、容错设计构建遵循机器功能安全的评估与指导。

关键词：阀口独立控制安全性能 ISO 13849 故障树分析故障诊断与容错

基于灰狼优化算法的变截面点阵结构设计及性能优化

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力学学报 2024年第6期56卷 1702-1712页

作者：张树佰丁喆黄垲轩张严武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉430081

点阵结构因其比强度高、比刚度高,减振降噪性好和隔热吸能能力强等特点,已被广泛应用于航空航天和交通运输等领域主承力零部件设计.但现有的点阵结构设计大都基于等截面假设开展,严重制约了材料分布优化的寻优空间,无法满足质量敏感领... 详细信息

点阵结构因其比强度高、比刚度高,减振降噪性好和隔热吸能能力强等特点,已被广泛应用于航空航天和交通运输等领域主承力零部件设计.但现有的点阵结构设计大都基于等截面假设开展,严重制约了材料分布优化的寻优空间,无法满足质量敏感领域极致轻量化设计的迫切需求.而目前关于变截面点阵结构设计的研究大都基于实验的“试错式”经验调配模式,其相应的理论设计方法尚不完善.文章基于灰狼智能优化算法,提出了一种高效的变截面点阵结构设计方法.首先,基于水平集函数构建变截面点阵的显式几何描述模型,以实现变截面点阵几何形状的自由描述;其次,采用能量均匀化方法预测变截面点阵单胞的宏观等效力学属性,建立宏观点阵结构与变截面单胞构型间的内在联系;然后,以变截面点阵的几何描述参数为设计变量,材料用量为约束条件,最小化柔度为目标函数,构建变截面点阵优化数学模型,并采用灰狼优化算法实现上述模型的高效求解,得到性能优化的变截面点阵结构;最后,通过二维和三维数值算例和仿真分析共同验证了所提方法的正确性和有效性,并与相同条件下等截面点阵结构的承载能力进行了比较.结果表明:优化后变截面点阵结构的柔度相较于相同条件下的等截面点阵结构可降低30%以上,具有更优异的承载能力.研究结果丰富了变截面点阵结构设计理论,在高端装备极致轻量化设计领域具有重要应用前景.

关键词：点阵结构变截面显式拓扑描述灰狼优化算法柔度

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智能农机多机协同收获作业控制方法与试验

农业工程学报 2024年第1期40卷 17-26页

作者：满忠贤何杰刘善琪岳孟东胡炼黄培奎汪沛罗锡文华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室广州510642 广东省农业人工智能重点实验室广州510642

为提高多台无人化智能收获机和运粮车协同作业效率,该研究以2台不同型号水稻收获机和1台运粮车为研究对象,开展了智能农机多机协同收获作业控制方法研究。根据协同作业控制决策约束条件,建立协同收获作业中有限个状态过程的改进型连续... 详细信息

为提高多台无人化智能收获机和运粮车协同作业效率,该研究以2台不同型号水稻收获机和1台运粮车为研究对象,开展了智能农机多机协同收获作业控制方法研究。根据协同作业控制决策约束条件,建立协同收获作业中有限个状态过程的改进型连续时间马尔科夫链模型。以减少非作业时间为优化目标,通过模型预测未来一段时间内每台收获机的卸粮时间,动态更新每台收获机的卸粮顺序和时间。仿真试验结果表明:该研究控制方法相对于仓满后再召唤运粮车的卸粮方式有效减少了作业时间,协同收获任务的农机平均作业时间减少了13.58%。田间试验结果表明:智能农机多机协同作业控制方法实现了2台水稻收获机和1台运粮车协同自主作业,在场景1中,相对于仓满召唤卸粮模式,收获机1和收获机2非作业时间分别减少了71.25%和42%,收获效率提高了6.65%和5.22%;在场景2中,相对于仓满召唤卸粮模式,收获机1和收获机2非作业时间分别减少了77.64%和37.09%,收获效率提高了12.07%和5.78%。该文提出的控制方法可以实现收获-卸粮转运自主作业,减少了收获机的非作业时间,提高了作业效率,可为无人农场智能收获协同作业提供支撑。

关键词：农业机械无人农场收获多机协同策略运粮

上浮气泡与自由表面相互作用的ISPH-FVM耦合方法模拟

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力学学报 2024年第5期56卷 1261-1270页

作者：徐义祥杨刚邢钰林胡德安湖南大学机械与运载工程学院特种装备先进设计技术与仿真教育部重点实验室长沙410082

上浮气泡与自由表面相互作用的过程涉及复杂的界面拓扑演化,该过程一直是气泡流研究领域广为关注的问题之一.为探究上浮气泡与自由表面相互作用动力学行为,将不可压缩光滑粒子流体动力学(incompressible smooth particle hydrodynamics,... 详细信息

上浮气泡与自由表面相互作用的过程涉及复杂的界面拓扑演化,该过程一直是气泡流研究领域广为关注的问题之一.为探究上浮气泡与自由表面相互作用动力学行为,将不可压缩光滑粒子流体动力学(incompressible smooth particle hydrodynamics,ISPH)方法与有限体积法(finite volume method,FVM)相结合提出了一种ISPH-FVM耦合方法.在ISPH-FVM耦合方法中,粒子和网格之间的信息交互是通过核近似插值技术实现,并将连续表面应力模型(continuous surface stress,CSS)引入当前耦合框架中以评估相界面处表面张力效应.此外,CSS模型通过FVM网格上定义的体积分数进行离散和计算,并且网格上的体积分数是通过网格支持域内ISPH粒子的核近似插值获得的.随后,利用ISPH-FVM耦合方法模拟了平衡状态下圆形气泡振荡以及单气泡上升,并将模拟结果与其他数值方法结果进行比较,验证了当前耦合方法中表面张力模型的收敛性以及界面追踪的准确性.为测试ISPH-FVM耦合方法模拟涉及复杂拓扑变化气泡流的性能,对上浮气泡与自由表面相互作用的动力学行为进行了分析,并且研究了不同韦伯数(We)以及雷诺数(Re)对气泡与自由表面相互作用的影响.研究发现,随着We数增加上浮气泡与自由表面相互作用时界面将发生大的畸变并且产生的夹带液滴数量也相应增加,然而上浮气泡与自由表面相互作用的过程并没有随Re数的增加而发生明显差别.

关键词：耦合方法不可压缩光滑粒子流体动力学方法有限体积法气泡上升自由表面相互作用

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考虑激电效应的三维时移大地电磁法正演研究

地球物理学进展 2024年

作者：代博帅黄鑫曹晓月严良俊谢兴兵油气资源与勘探技术教育部重点实验室(长江大学)

大地电磁法是一种广泛应用于油气资源领域的勘探方法，时移大地电磁法通过观测地下电性构造和界面，随时间的变化引起的时变大地电磁响应，进而实现对油藏动态分布和界面变化监测。传统时移大地电磁法监测模拟是基于各向同性理论和规则... 详细信息

大地电磁法是一种广泛应用于油气资源领域的勘探方法，时移大地电磁法通过观测地下电性构造和界面，随时间的变化引起的时变大地电磁响应，进而实现对油藏动态分布和界面变化监测。传统时移大地电磁法监测模拟是基于各向同性理论和规则网格，然而储层的激电效应广泛存在，忽略激电效应会对油藏动态监测带来解释误差和困难，对复杂地形和油藏开发后期高含水具有激电效应的非常规油气储层适用性差。为了解决以上问题，本文首先引入Cole-Cole复电阻率模型表征储层介质的激电效应，结合基于非结构四面体单元的有限元实现了考虑激电效应的三维时移大地电磁算法。然后，通过考虑激电效应的一维模型解析解验证了本文三维算法正确性。其次，设置并分析了不同的激电参数变化对油气储层的特征响应，讨论了时移电磁监测的分辨能力。最后，设置理论模型和涪陵地区油藏模型分析储集油层驱替前后产生的时移电磁异常。研究表明：储层激电参数变化导致时移大地电磁测深响应差值明显，可用于推断出储集油层的时移变化过程。在油藏驱替的增进过程中不同模式的响应差值对驱替波及区边界的灵敏性不同，其中△ρxya可以有效反映界面的x方向的变化，而△ρyxa则反之。

关键词：时移大地电磁法三维有限元法激电效应动态监测

普阳煤矿新近纪M3煤层中钨的赋存状态与富集成因

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煤炭学报 2024年

作者：郭星星汪小妹程海见杨浩然潘思东中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室

煤中战略性金属资源越来越受到人们的关注。随着传统钨矿储量的减少，煤中富集的钨极有可能成为一种新型的钨矿来源。沉积源区物质的输入和流体作用是煤中战略性金属元素富集的重要影响因素。在云南普阳煤矿新近纪M3煤层中发现了钨(W)... 详细信息

煤中战略性金属资源越来越受到人们的关注。随着传统钨矿储量的减少，煤中富集的钨极有可能成为一种新型的钨矿来源。沉积源区物质的输入和流体作用是煤中战略性金属元素富集的重要影响因素。在云南普阳煤矿新近纪M3煤层中发现了钨(W)的异常，但是缺乏对异常的成因以及元素赋存状态的研究。运用X射线衍射分析(XRD)、带能谱的扫描电镜(SEM-EDS)、X射线荧光光谱(XRF)、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)等技术对普阳煤矿新近纪M3煤层样品进行了矿物学和元素地球化学特征研究，通过逐级化学提取对W的赋存状态进行了研究，并通过碱萃取实验对比腐植酸、原煤中W元素的含量，来探究W与有机质(腐植酸)的结合能力。并探讨了物源区供给和流体作用对M3煤中战略性金属钨(W)的控制作用。结果表明：(1)普阳M3煤属于低-中灰分、中高-高挥发分褐煤；(2)M3煤的主要组成矿物包括石英、黄铁矿、方解石，以及少量的高岭石、伊利石、菱铁矿；(3)M3煤中常量元素以Al2O3和SiO2为主；与世界低阶煤相比，M3煤中高度富集W元素(富集系数CC=59)，钨平均含量为70μg/g(最高达到325μg/g)，在煤灰中含量平均可达359.76μg/g(最高达到1432.35μg/g)。(4)逐级提取实验以及相关性分析表明，M3煤中W可能主要赋存在有机质中，其次为硅酸盐和铝硅酸盐，少量的W可能赋存在黄铁矿中，还有一小部分W可能赋存在不溶性矿物或被有机质包裹的矿物中；通过碱萃取实验发现，腐植酸中W的含量范围在58.8-123μg/g，平均含量为86.4μg/g，是原煤中W含量的1.37倍，表明M3煤中W与有机质(腐植酸)的结合能力较强。(5)普阳M3煤主要物源为文山地区酸性花岗岩，由于源岩的碎屑物质供给与流体作用，M3煤中W元素高度富集。

关键词：钨赋存状态物源区流体作用新近系煤普阳矿区