基于多传感器的移动机器人安全区域研究

针对移动机器人导航中因障碍物信息复杂的不确定性,为了成功实现自主导航,应用一种多超声波传感器对障碍物进行信息采集,并通过BP神经网络对超声波传感器采集的信息进行处理。根据BP神经网络输出层的结果可确定机器人移动的安全区域。通过实验证明了多传感器信息处理法获得的移动机器人安全区域的可行性,为今后移动机器人避障提供了新的思路。     

基于双目视觉的移动机器人障碍物检测研究

针对移动机器人立体视觉障碍检测的两个难点:匹配精度以及匹配算法的实时性问题,提出了一种基于图像分割和立体视觉相结合的障碍物检测方法.通过分割提取出了障碍物的大致形体并滤去地面上的冗余信息,这样就把立体视觉避障中匹配区域缩小到有用的障碍物区域中,提高了匹配速度和精度.同时,采用德州仪器的DSP-TMSDM642实现了该算法在移动机器人上的嵌入式实现.实验结果表明了该方法能够在室内环境下较好地分割出障碍物目标大致区域,计算出障碍物特征点的三维信息精度高,具有较强的自适应性.     

室内移动机器人自主导航系统设计与方法

针对移动机器人室内自主导航中环境检测、动态目标定位跟踪和路径规划,设计了"双目+单目"多信息融合的视觉系统。提出一种自适应环境、融合色彩饱和度信息的单尺度Retinex室内阴影消除算法,以有效提取障碍物信息及可行路面区域。研究了一种特征点辅助的时空上下文目标跟踪算法,运用目标特征点进行目标粗定位;引入特征点变化率信息,自动调节时空上下文模型更新,以有效提高复杂环境下动态目标定位的准确性。改进了传统速度向量场吸引速度、排斥速度和切向速度函数,解决了路径规划中机器人轨迹抖动、目标点附近震荡和目标处于障碍物排斥场不可到达等问题。移动机器人室内环境下自主导航实验实现了障碍物、机器人和目标特征提取及其实时定位,移动机器人以最短的避碰路径完成动态目标的有效跟踪。     

基于单目视觉的障碍物定位和测量

障碍物定位与测量是智能移动机器人自主运动的核心问题之一。研究了一种结合障碍物色彩属性和接触边缘属性的算法,通过单个视觉传感器实现平坦路面中障碍物的定位和测量。该算法以图像中已知路面范围的外观属性为基准对图像进行初步处理,依据障碍物和地面接触边缘属性对障碍物进行初步定位,在障碍物上选择区域,以该区域外观属性为基准对图像进行二次处理,得到障碍物在图像中占据范围,结合视觉传感器成像原理,对障碍物位置和尺寸进行标定和测量。以轮式移动机器人为实验平台,验证所提算法的可行性和精度,最终测得其定位误差为1.6%,测量误差为1.5%。     

基于激光测距雷达和机器视觉的障碍物检测

障碍物检测问题一直是移动机器人的研究热点之一,也是机器人实现安全可靠导航的前提。文章利用激光测距雷达和机器视觉对障碍物进行联合检测,首先对摄像机标定,然后进行摄像机和激光测距雷达之间的联合标定,最后通过激光点数据将检测图像划分为几个小区域并进行图像处理。实验结果表明该方法能够有效检测出障碍物的大小信息,将检测图像划分为小区域也提高了图像处理的运算速度。     

移动机器人对障碍物运动轨迹预测方法的研究

确定了移动机器人在移动平面上的2个坐标系,并在其中一个坐标系中建立了机器人与障碍物相对位置变化的动态方程,运用Kalman理论障碍物动态轨迹进行预测,仿真实验表明该方法可对障碍物位置变化进行有效的预测。     

移动机器人运动过程中的障碍物识别避让

移动过程中障碍物识别是机器人导航和路径规划的重要基础,也是提升机器人智能化水平的重要体现。现以自行开发的四轮固定式移动机器人作为开发平台,基于图像不变矩和RBF神经网络实现智能移动机器人运动中的障碍物识别避让,并在对障碍物识别之前对其图像进行预处理。设计主旨在于对智能机器人在行进过程中通过摄像设备采集的图像进行预处理,采集障碍物物体边缘,并用神经网络对物体进行识别。对于特殊障碍物使用基于颜色的识别方式,以提高实时性,为机器人的避障以及地图构建等工作打好基础,为场馆移动导览机器人研发提供帮助和支持。     

基于模糊逻辑的移动机器人避障研究

为了提高移动机器人在未知障碍物环境下的避障性能,使用超声波感器,结合模糊逻辑对移动机器人避障进行了研究。针对传统模糊逻辑避障规则较多,运算量大以及在较大的转弯处不能成功避障的缺点,给不同距离的障碍物赋予不同的权值,添加有效障碍物范围搜索框,使得移动机器人避障效率得到提升,在通过较大的转弯处能够成功避障。通过Lab VIEW仿真实验证明,该方法能够使移动机器人成功避障。与传统的模糊逻辑避障算法相比,改进后的避障算法避障成功率提升45%~70%。     

未知环境的移动机器人路径规划研究

为了提高移动机器人在未知环境中的路径规划的性能,提出了改进人工势场法.首先分析了传统人工势场法的优缺点,据此,提出了一种由模糊智能控制与改进人工势场法相结合算法.由模糊算法对静态障碍物进行避障,并改进引力函数将目标点速度、加速度信息加入其中对目标点进行跟踪,从而实现自动避障和路径规划.通过实验仿真对比可知,此算法在存在障碍物环境中,移动机器人可以寻得较短的路径和较快的时间,安全无碰撞的到达目标点,该算法的准确度可达96％.     

基于弹簧模型的移动机器人路径规划研究

针对传统人工势场法在路径规划中存在局部极小点问题,提出了一种基于虚拟弹簧模型的移动机器人局部路径规划算法。通过模拟弹性小球在有障碍物的斜坡上滚下过程中的受力情况,规划移动机器人从开始位置到目标点位置的移动过程;建立弹簧力学模型完成机器人的避障行为,并结合使用沿障碍物边缘移动和切换目标点位置两种控制策略,解决局部路径规划算法极易出现的局部极小点问题。仿真试验和实际移动机器人的实验表明,该算法能进行实时避障和路径规划,并确保移动机器人在绝大部分环境中能安全、快速地到达目标点。     

Noise cancellation of ultrasonic NDE signals using blind source separation

This paper proposes a new denoising method for ultrasonic NDE (nondestructive evaluation) signals using blind separation (BSS) technology. The proposed denoising method consists of four steps. First, a reconstructed phase space (RPS) is constructed from observed ultrasonic NDE signals. The information about the underlying sources (e.g., ultrasonic signal, noise, etc.) acting on this system is contained in this RPS. Second, independent component analysis (ICA) is performed on the RPS to recover all sources underlying the RPS. Next, the ultrasonic signal component is selected by a decision criterion related to the denoising application and, finally, is reconstructed to obtain the denoised ultrasonic signal. To validate the proposed method, it has been applied to the experimental ultrasonic NDE signals of the test sample and is compared with the wavelet denoising method in SNR (signal-to-noise ratio) enhancement. The experimental results show that the SNR of the ultrasonic NDE signals can be enhanced greatly using the proposed denoising method and the proposed method has almost the same denoising performance as the wavelet denoising method in SNR enhancement. A trait of the proposed denoising method is the ability to denoise ultrasonic NDE signals by separating the ultrasonic signal and noise using blind source separation technology. The text was submitted by the authors in English.     

管道声发射检测配套技术实验研究

在实验室条件下,建立了一套超声―声发射检测实验系统。在不同缺陷情况下,对超声波传播特性进行实验研究。利用STFT和小波分析技术对检测到的信号进行了分析,结果表明,可以利用超声波技术来对管道声发射检测到的缺陷进行更精确的定位,并能获得更多的缺陷信息,为工程应用奠定了基础。     

基于振动声调制的金属微裂纹检测方法

为克服传统线性超声无法检测微纳级宽度裂纹的缺点,开展了振动声调制法检测金属微裂纹的研究。用有限元分析软件ABAQUS开展了仿真研究,并验证了该方法的有效性,为实验参数设置提供了参考。搭建振动声调制检测系统,分析了不同长度微裂纹的调制特性,提出了基于振动声调制信号的信息熵定量表征方法。结果表明,存在微裂纹的铝板的振动声调制信号中的旁瓣信号明显,且检测信号的信息熵随裂纹长度单调增大,可作为振动声调制法检测微裂纹长度的特征参数。     

An experimental method to measure the layer thickness and wave velocity of copper–steel composite board without interface echo

Thickness of each medium layer and velocity of ultrasonic wave propagation in each medium layer of the two-layer composite medium were measured simultaneously based on the method to collect phase information from continuous echo signals on front surface and undersurface. Such measurement was implemented under no interface echo and fixed total thickness of the testpiece. The method can be applied to any two kinds of two-layer composite medium. The paper only used a 35 mm thick copper–steel composite board as an experimental example. Calculated results demonstrated that measuring errors of both thickness and velocity of ultrasonic wave propagation are smaller than 0.2%, indicating the effectiveness of the proposed measurement method.     

超声缺陷回波信号的小波包降噪及特征提取

根据非稳态超声检测信号的特点，将小波包变换用于缺陷信号的降噪及特征提取问题的研究，并利用类别可分性判据和RBF神经网络分别对特征值提取结果进行评价。引入了平均阈值的概念，在此基础上研究了小波包降噪效果。提出了以选取小波包分解频带的能量作为缺陷信号特征值的方法。实际焊接缺陷的实验结果表明，小波包降噪效果明显；在特征数据得以压缩的同时，分类的可分性较高。     

基于经验与变分混合分解的超声回波信号噪声消除方法

超声缺陷检测结果易受超声回波信号中复杂噪声的干扰,为了提高超声缺陷检测的准确度,提出一种基于混合分解的 超声回波信号噪声消除方法。 采用经验模态分解算法结合相关系数指标对超声回波信号进行预处理,得到消除低频噪声分量 的超声回波预处理信号。 基于变分模态分解将该预处理信号分解为一系列窄带本征模态函数,引入互信息指标估计变分模态 分解的最优模态数量,并根据窄带本征模态函数与预处理信号的相关系数提取有用的模态分量,实现对超声回波信号去噪结果 的重构。 通过仿真和实测超声回波信号验证了本文方法的去噪性能,并与现有方法进行了对比。 结果表明,本文方法可同时消 除超声回波信号中的高频和低频噪声,在不同信噪比条件下 EMD、VMD 和本文方法去噪结果的 SNR 均值分别为 10. 01、9. 48 和 16. 09 dB,验证了本文方法对于超声回波信号噪声消除的优越性。     

SiC陶瓷旋转超声振动套磨制孔有限元仿真及实验研究

为解决SiC陶瓷加工时容易出现崩边、裂纹等问题,结合仿真与实验对其进行旋转超声振动套磨制孔技术研究。根据SiC陶瓷宏观力学本构模型,建立SiC陶瓷制孔仿真有限元模型并进行加工过程仿真分析,相比常规制孔,超声振动制孔的仿真轴向力最大可减小26.1%。常规加工和超声振动加工的对比实验研究表明,旋转超声振动加工可减小轴向力达32.9%,可大幅减少陶瓷材料脆性断裂,显著改善孔壁表面质量。有限元仿真与实验研究所得的轴向力在超声振动下最大相差7.5%,常规条件下两者最大相差14%,验证了有限元模型的正确性。仿真和实验研究结果表明：超声振动加工可显著减小轴向力和刀具磨损、提高刀具耐用度、改善制孔质量、降低加工成本。     

功率超声珩磨缸套加工中谐振系统的试验研究

针对特种加工方法－－功率超声振动加工中的关键技术－－谐振系统的研究进行了一系列的试验研究，从为幅杆、弯曲振动圆盘、振子系统等方面进行了详细的介绍。     

膜生物反应器超声波在线清洗系统研究

通过对超声波清洗机设计原理和超声波水处理技术,以及超声波在线清洗应用于MBR试验的研究,总结了膜生物反应器中超声波在线清洗装置设计需要考虑的几个方面。通过90d的连续性试验,表明超声频率为40kHz、超声功率为720W、每次清洗时间为5rain的超声波对振清洗对MBR膜有很好的清洗效果,超声距离对清洗效果的影响不大;在相同条件下超声清洗对PVDF膜、膜池中的微生物生长、出水水质无不良影响。     

超声研齿的材料去除模型与试验

提出了超声研磨弧齿锥齿轮的理论与方法。分析了超声研齿中磨粒锤击微切削、弹跳冲击与研磨液空化效应等材料去除机理,建立了超声研齿锤击微切削材料去除模型。进行了普通与超声研齿的对比试验,试验证明,超声研齿材料去除率可达到普通研磨的三倍,且齿面质量明显提高,齿面粗糙度Ra低至0.2μm,轮廓支承长度率Rmr100%的水平截距c为1.2mm。