小型球形水底观测机器人设计分析与实现

面向水底信息获取和环境观测需求,基于球状壳体抵抗水压能力强,转动水阻力小,便于姿态控制特点,提出球形水底观测机器人构型,由螺旋桨推进、姿态调节和复合滚动装置组成欠驱动六自由度水下移动平台,球壳作为密闭舱保护内部电子器件,结合重摆以滚动形式实现水底滚动。通过对机器人流体力学仿真计算出水动力系数并建立水下动力学方程,进一步对机器人的螺旋桨推进、飞轮转向和球壳滚动进行分析,得出球壳优化尺寸以及飞轮匹配惯量和球壳滚动特性。基于球形机器人水下移动平台和地面监控软件的水底观测系统架构,研制出球形水底观测机器人原理样机,结合机器人的构型和运动特点制定出降落、滚动和调姿三段式水底运动观测策略,水池试验表明设计的球形水底观测机器人水中推进速度可达到1.4m/s,水底移动速度可达到0.5m/s,姿态调节速度可达到30°/s,能够实现水底图像采集,辅助岸上科研人员执行水底观测任务。     

内插螺旋立式上行管流场及传热性能的实验研究

通过粒子图像测速流场实验与传热实验相结合，研究了内插螺旋立式上行管的螺旋节距、丝径、中径比等结构参数在不同Re下对流场、阻力及传热性能的影响。结果表明，内插螺旋能够有效扰动和混合管内流体，使管内形成多个纵向旋涡的流体结构、增大管壁附近液体涡量，有利于强化传热。当Re相同时，管内平均流速v、Nu和综合换热性能PEC均随丝径增大而增大，随中径比减小而增大；随节距增大，3种参数均出现增大的趋势，节距大于20 mm后开始减小。管内流体的阻力f随丝径和节距增大而减小，随中径比增大而增大。综合比较，在较低Re时，节距p=20 mm、丝径e=1.6 mm、中径比D/d=0.75时综合传热效果最好。     

采用轮廓特征匹配的红外-可见光视频自动配准

为了精确地配准近平面场景下的红外-可见光视频序列,本文提出了一种基于轮廓特征匹配的自动配准方法,通过迭代匹配目标轮廓特征来解决异源图像中配准特征的提取和匹配难题。首先,采用运动目标检测技术获取目标轮廓,并由曲率尺度空间(CSS)角点检测算法提取轮廓特征点。此后,建立全局形状上下文描述子和局部边缘方向直方图描述子描述特征,从而实现可靠的特征匹配。来自不同时刻的匹配点对被保存在一个基于高斯距离准则的特征匹配库中。最后,为了克服近平面场景中目标深度变化的影响,本文结合前景样本随机抽样策略计算配准矩阵的损失函数,完成对全局配准矩阵的更新。在LITIV数据库上对方法进行实验验证,结果表明本文方法的配准精度优于当前先进的对比方法,在9个测试视频上的平均重叠率误差仅为0.194,与对比方法相比下降了18.5%。基本满足了近平面场景下红外-可见光视频序列配准的精度要求,且具有较高的鲁棒性。     

基于机器视觉的手机电池表面缺陷检测

针对手机电池表面质量人工检测情况,开发了电池表面缺陷无损检测系统软件。首先电池表面经过倾斜矫正、感兴趣区域提取和字符灰度值修改等预处理操作,通过基于灰度密度分布和灰度差的自适应阈值亮度法对感兴趣区域进行子图像遍历,融合有重合区域的缺陷子图像并滤除没有明显缺陷的区域;然后采用支持向量机多种类分类法,提取二值图像像素分布规律作为训练特征,识别电池表面缺陷种类;最后设计了人机交互界面,确定最佳的可变参数,实验测试缺陷识别率达95%以上。     

正弦波纹挡板式沉降器内流动特性

采用VOF模型对正弦波纹式入口挡板的重力非均相沉降器内流场进行数值模拟研究。对比了正弦波纹挡板与平挡板的平均流场分布情况，分析了沉降器的轴向流速均一程度（λ₁）随时间演化特性，探究了λ₁和面积加权平均湍流强度（I_a）在沉降器内空间分布特性；引入流场均稳指标USC，研究了冲击间距（L_b/D）对USC的影响。结果表明：正弦波纹挡板作为入口构件可以有效降低返混。在0.84＜L_b/D＜2.17范围内，正弦波纹板沉降器内流场的均一程度整体高于平面挡板；随着L_b/D减小，平挡板沉降器内流场的λ₁基本不变，但正弦波纹挡板沉降器内流场的λ₁降低，且对I_a的影响不明显。对比平挡板，正弦波纹挡板可以有效降低轴向速度的梯度，使返混区面积减小，流场稳定性提高。随着L_b/D增加，USC值呈现多峰值趋势，L_b/D=2.17时正弦波纹板沉降器的USC取得极大值为14.68，较平挡板提高了93.67%。