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基于改进YOLO v5的复杂环境下花椒簇识别与定位方法

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农业机械学报 2024年第3期55卷 243-251页

作者：黄华张昊胡晓林聂兴毅兰州理工大学机电工程学院兰州730050

花椒树产果量大,枝干纵横交错,树叶茂密,给花椒的自动化采摘带来了困难。因此,本文设计一种基于改进YOLO v5的复杂环境下花椒簇的快速识别与定位方法。通过在主干提取网络CSPDarknet的CSPLayer层和Neck的上采样之后增加高效通道注意力EC... 详细信息

花椒树产果量大,枝干纵横交错,树叶茂密,给花椒的自动化采摘带来了困难。因此,本文设计一种基于改进YOLO v5的复杂环境下花椒簇的快速识别与定位方法。通过在主干提取网络CSPDarknet的CSPLayer层和Neck的上采样之后增加高效通道注意力ECA(Efficient channel attention)来简化CSPLayer层的计算量,提升了特征提取能力。同时在下采样层增加协同注意力机制CA(Coordinate attention),减少下采样过程中信息的损失,强化特征空间信息,配合热力图(Grad-CAM)和点云深度图,来完成花椒簇的空间定位。测试结果表明,与原YOLO v5相比较,改进的网络将残差计算减少至1次,保证了模型轻量化,提升了效率。同帧数区间下,改进后的网络精度为96.27%,对比3个同类特征提取网络YOLO v5、YOLO v5-tiny、Faster R-CNN,改进后网络精确度P分别提升5.37、3.35、15.37个百分点,连株花椒簇的分离识别能力也有较大提升。实验结果表明,自然环境下系统平均识别率为81.60%、漏检率为18.39%,能够满足花椒簇识别要求,为移动端部署创造了条件。

关键词：花椒簇识别农业机器人深度学习目标检测 YOLO v5

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基于电磁超声SH导波的钢管外水泥固化状态监测方法研究

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机械工程学报 2024年第2期60卷 36-49页

作者：殷晓康朱鹏飞赵雨生邵鑫宇石昆三张宏远李伟中国石油大学(华东)机电工程学院青岛266580

钢管水泥胶结结构被广泛应用于工业界,其中钢管与水泥的胶结质量可直接影响结构的服役安全。超声检测技术是评价钢管与水泥胶结质量最主要的手段,然而目前的多数研究均致力于检测水泥固化后出现的胶结缺陷,对可直接影响水泥最终质量的... 详细信息

钢管水泥胶结结构被广泛应用于工业界,其中钢管与水泥的胶结质量可直接影响结构的服役安全。超声检测技术是评价钢管与水泥胶结质量最主要的手段,然而目前的多数研究均致力于检测水泥固化后出现的胶结缺陷,对可直接影响水泥最终质量的固化过程关注较少。在此基础上,提出一种基于电磁超声SH导波的钢管外水泥固化状态的监测方法,该方法利用SH导波对钢管外水泥剪切特性的敏感性,通过测量并计算不同位置处接收信号幅值的衰减来判断钢管外水泥的剪切特性,从而监测其固化状态。首先,建立钢管周向SH导波的频散方程并绘制频散曲线,选取激励频率并设计电磁声换能器;其次,在COMSOL软件中建立单一钢管和带管外水泥环钢管的有限元模型,通过对比研究了SH导波在钢管外水泥层中传播及衰减情况;最终,搭建电磁超声监测系统并配制水泥进行模拟监测试验。仿真和试验结果表明,SH导波在单一钢管中衰减较小,且传播距离长,但在带管外水泥环钢管中衰减明显,且随着水泥固化过程衰减越来越大,验证了SH导波对钢管外胶结介质剪切特性的敏感性,进而验证了在不耦合条件下利用SH导波监测钢管外水泥固化状态的可行性。

关键词：电磁声换能器 SH导波钢管水泥胶结结构水泥固化监测

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综放工作面煤矸识别技术及其应用

仪器仪表学报 2024年第1期45卷 1-15页

作者：李嘉豪司垒王忠宾魏东顾进恒中国矿业大学机电工程学院徐州221116

综放工作面煤矸识别技术作为智能放煤开采的关键技术,已经成为煤炭智能开采领域的技术难题。首先介绍了综放工作面煤矸识别技术的重要性及其对生产安全和经济效益的影响。随后,指出了该技术目前存在的问题和挑战,如难以识别不同形状、... 详细信息

综放工作面煤矸识别技术作为智能放煤开采的关键技术,已经成为煤炭智能开采领域的技术难题。首先介绍了综放工作面煤矸识别技术的重要性及其对生产安全和经济效益的影响。随后,指出了该技术目前存在的问题和挑战,如难以识别不同形状、颜色和深度的煤块和岩层;识别过程中噪声和复杂背景的影响等。详细阐述了综放工作面煤矸识别技术的主要方法如射线法、视觉法和振动与声音信号法。通过对煤矸识别方法的原理、技术特点和优缺点等方面进行分析,全面评估了当前综放工作面煤矸识别技术的应用现状以及各种方法的适用条件和存在的问题。最后,探讨了该技术的未来发展趋势,强调了多传感器融合、深度学习和智能决策与实时监测作为当前技术发展的主要方向。

关键词：综放工作面煤炭开采煤矸识别煤矸混合物

基于改进YOLOv5s的CNN-Swin Transformer森林野生动物图像目标检测算法

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林业科学 2024年第3期60卷 121-130页

作者：杨文翰刘天宇周俊池胡文武蒋蘋湖南农业大学机电工程学院长沙410128

【目的】为提高野生动物在复杂森林环境中的检测精度,促进森林野生动物保护技术发展,提出一种基于YOLOv5s网络模型、针对陷阱相机所摄取森林野生动物图像的改进检测算法。【方法】以包含湖南壶瓶山国家级自然保护区几种典型森林野生动... 详细信息

【目的】为提高野生动物在复杂森林环境中的检测精度,促进森林野生动物保护技术发展,提出一种基于YOLOv5s网络模型、针对陷阱相机所摄取森林野生动物图像的改进检测算法。【方法】以包含湖南壶瓶山国家级自然保护区几种典型森林野生动物在内的数据集为研究对象,首先,对真实标注框图像进行裁剪、归一化和缩放处理,随机将2~4张裁剪图像拼贴组成新的数据集元素,以丰富和增强数据集图像信息;其次,使用一种基于通道注意力思想的加权通道拼接方法,在通道拼接时引入权重改变通道数量,通过反向传播训练方法不断更新权重以增加重要特征信息的通道层数;接着,引入Swin Transformer模块与CNN网络相结合,为卷积神经网络特征提取加入自注意力机制,融合2种网络特征提取层的优势,提高特征提取的感受野;最后,选择更优的α-DIoU损失函数替代GIoU损失函数,针对边界框重叠面积和中心点距离造成的损失,引入新的几何因素惩罚项。【结果】在相同试验条件和数据集下,相比原YOLOv5s网络模型,改进算法极大提高检测的平均准确率和平均回归率,均值平均精度由74.1%提升至88.4%,获得14.3%的精度提升,同时也超过YOLOv3、YOLOXs、RetinaNet、Faster R-CNN等其他流行目标检测算法。【结论】针对陷阱相机所摄取森林野生动物图像背景与目标对比度低、遮挡重叠严重,致使检测误检率、漏检率高等问题,在检测算法中提出一系列改进措施,为我国森林野生动物的保护和数据获取提供一种新的可行性方案和思路。

关键词：森林野生动物检测算法 YOLOv5s Swin Transformer 网络融合

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轴向振动对近水平孔管柱减摩及屈曲的影响

振动．测试与诊断 2024年第2期44卷 232-238,405,406页

作者：徐保龙刘送永李洪盛中国矿业大学机电工程学院徐州221116

为了解决近水平长钻孔孔内管柱受压后摩阻增大甚至管柱屈曲变形的问题,提出了轴向振动减摩和防屈曲方法。首先,建立了轴向振动减摩的力学分析模型,分析了振动减摩的内在力学机制;其次,建立了振动减摩的有限元模型,研究了激振力、激振频... 详细信息

为了解决近水平长钻孔孔内管柱受压后摩阻增大甚至管柱屈曲变形的问题,提出了轴向振动减摩和防屈曲方法。首先,建立了轴向振动减摩的力学分析模型,分析了振动减摩的内在力学机制;其次,建立了振动减摩的有限元模型,研究了激振力、激振频率对于减摩效果的影响关系,并通过现场试验进行了验证。研究结果表明:单个振动周期内管柱与孔壁摩阻存在方向变换现象,降低了单个振动周期内的平均摩阻;激振力越大,减摩效果越好;轴向振动的幅值和频率达到一定门限值后能够有效防止管柱屈曲变形,降低管柱摆动;对于长为200 m、直径为89 mm的通缆钻杆管柱,当激振力大于等于5 kN时,能够大幅度减小管柱与孔壁摩阻,防止管柱屈曲;平均摩阻与振动频率呈倒对数关系,随着激振频率的增大,平均摩阻先减小而后趋于稳定,当激振频率大于等于6 Hz后减摩效果趋于稳定。该研究结果对于减摩防屈曲钻具的研制以及钻孔工程施工具有指导意义。

关键词：轴向振动管柱摩阻屈曲特性影响因素

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仿生蜻蜓脉膜折纸结构的压缩性能研究

中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 678-689页

作者：朱一然张海鹏翟思琦李静中国石油大学(华东)机电工程学院青岛266580

折纸结构具有折叠诱发的独特力学特性,在机器人、航空航天、材料科学等诸多工程领域有广泛的应用前景.基于膜结构设计的Kresling折纸承载能力小、折叠路径不稳定的不足,本研究利用蜻蜓脉膜的刚柔耦合结构进行仿生设计.以软质硅胶为膜、... 详细信息

折纸结构具有折叠诱发的独特力学特性,在机器人、航空航天、材料科学等诸多工程领域有广泛的应用前景.基于膜结构设计的Kresling折纸承载能力小、折叠路径不稳定的不足,本研究利用蜻蜓脉膜的刚柔耦合结构进行仿生设计.以软质硅胶为膜、硬质树脂内嵌为脉,形成柔性软膜与刚性内嵌互相包被的二级刚柔耦合类Kresling折纸结构.该折纸结构具有变刚度特性,有优异的折叠特性和较高的折叠比.准静态压缩试验结果表明,有内嵌折纸结构折叠路径单一稳定,轴向压缩量与层间转角呈现单自由度结构的特征.相对于无内嵌折纸结构,刚性内嵌限制了峰折折痕的屈曲,可显著提升其力学性能,其中n=4的构型中有内嵌结构支反力极大值提高了60.87%.同时,其支反力具有迟滞性,折纸结构具有稳定的滞回耗能特性,在1000次加载-回复循环后仅下降3.60%,未发生显著降低.

关键词：折纸仿生准静态压缩变刚度滞回耗能

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多光谱图像融合的IC器件表面缺陷检测

光学精密工程 2024年第5期32卷 740-751页

作者：邓耀华黄志海广东工业大学机电工程学院广东广州510006

针对单可见光或单红外条件下的IC器件表面缺陷对比度不足,缺陷检测精度低的问题,提出多光谱图像融合的IC器件表面缺陷检测方法。针对IC器件可见光与红外图像配准中存在尺度不一致和对比度反转问题,引入拉普拉斯金字塔和特征描述符重组... 详细信息

针对单可见光或单红外条件下的IC器件表面缺陷对比度不足,缺陷检测精度低的问题,提出多光谱图像融合的IC器件表面缺陷检测方法。针对IC器件可见光与红外图像配准中存在尺度不一致和对比度反转问题,引入拉普拉斯金字塔和特征描述符重组策略改进ORB(Oriented FAST and Rotated BRIEF)图像配准算法。在图像配准的基础上,提出NSST_VP图像融合方法,以非下采样剪切波变换(Non-Subsample Shearlet Transform, NSST)得到红外图像和已配准可见光图像的低频和高频子带,对低频子带采用视觉显著图(Visual Significance Map, VSM)加权融合规则,高频子带则采用自适应脉冲耦合神经网络(PA-Pulse Coupled Neural Network, PA-PCNN)决策融合规则,进而通过NSST逆变换得到高质量多光谱融合图像。最后,将融合图像输入YOLOv8s模型进行检测。实验结果表明,改进ORB的图像配准平均精度为87.8%,比ORB图像配准精度提高了62%,NSST_VP图像融合算法在主观视觉效果和客观评价指标上均有所提高。在缺陷检测实验中,NSST_VP融合方法的均值平均精度(mean Average Precision, mAP)达到83.15%,比单可见光、单红外缺陷图像检测的mAP分别提高了22.97%,28.31%,比双树复小波变换融合、曲线变换融合、非下采样轮廓波变换融合方法的mAP分别提高了13.14%,15.01%,20.35%。

关键词：缺陷检测 IC器件多光谱图像融合图像配准非下采样剪切波变换 YOLOv8s

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形状记忆合金驱动的人工逼尿肌系统

华南理工大学学报（自然科学版） 2024年第6期52卷 73-80页

作者：李笑李亚鹏广东工业大学机电工程学院广东广州510006

针对神经源性、肌源性膀胱缺乏有效治疗手段的现状,从工程学角度提出了一种新的解决方案——人工逼尿肌系统。基于形状记忆合金(SMA)弹簧的形状记忆效应,设计了由无线能量传输模块、控制模块、反馈模块和执行模块组成的系统结构,旨在实... 详细信息

针对神经源性、肌源性膀胱缺乏有效治疗手段的现状,从工程学角度提出了一种新的解决方案——人工逼尿肌系统。基于形状记忆合金(SMA)弹簧的形状记忆效应,设计了由无线能量传输模块、控制模块、反馈模块和执行模块组成的系统结构,旨在实现符合人体尿动力学规律的辅助排尿。文中首先建立了人体膀胱的有限元模型,仿真分析了人体膀胱的储尿和辅助排尿过程,在仿真结果的基础上结合SMA弹簧的数学模型,对SMA弹簧致动器的结构参数进行了优化设计;其次,结合实验数据推导了SMA弹簧温度-自由高度方程;然后,结合热力学公式和弹簧数学模型推导了系统控制方程,并在此基础上提出了系统开环控制策略;最后,基于系统的反馈模块,设计了比例积分微分(PID)闭环控制策略,并搭建模拟实验平台研究了系统的尿流率特性。结果表明:系统原理可行,辅助排尿过程连续可控,在应对不同尿液容量时两种控制策略均能实现符合人体尿动力学规律的辅助排尿。文中结果可为设计适用于临床的人工逼尿肌系统提供指导,也可为其他以SMA弹簧作为致动器的植入装置的设计提供借鉴和参考。

关键词：人工逼尿肌形状记忆合金弹簧连续控制尿动力学

基于图像处理的小麦微量沉淀值自动读取方法研究

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中国农机化学报 2024年第4期45卷 149-154页

作者：王玲张晋雄田辉张驻军赵书涵河南农业大学机电工程学院郑州市450053 郑州大学电气与信息工程学院郑州市450066

为实现十二烷基硫酸钠(Sodium Dodecyl Sulfate,SDS)沉淀值读取的自动化、智能化,在SDS沉淀值自动化测定摇床上,设计一种图像自动识别沉淀值系统。通过对3种图像处理方法的可行性分析后,选定一种基于标签比对的图像识别方法。该方法包... 详细信息

为实现十二烷基硫酸钠(Sodium Dodecyl Sulfate,SDS)沉淀值读取的自动化、智能化,在SDS沉淀值自动化测定摇床上,设计一种图像自动识别沉淀值系统。通过对3种图像处理方法的可行性分析后,选定一种基于标签比对的图像识别方法。该方法包含图像前处理和体积值转换两大模块,主要步骤包括RGB转换成HSV、多通道二值化、提取标签和沉淀值前景,找标签和沉淀值轮廓等。该方法可以同时处理多个试管,并给出每个试管的体积。试验结果表明,平均识别准确率为98.945%。因图像处理光源固定,相对于人工读取示值,不仅提高试验效率,也降低每次读取示值时,因视线不同而造成的主观人为干扰,有效提高准确性,实现沉淀值读取的自动化与智能化。

关键词：小麦十二烷基硫酸钠沉淀值图像识别体积值转换标签