基于时间序列分析的可穿戴助力机器人传感器信号预测的研究

下肢可穿戴助力机器人是一种自主控制的机器人.它要求各个关节的电机根据感知系统获取的力信息和位置信息做出快速反应.为了提高下肢可穿戴助力机器人的动态响应频率,本文提出了一种新颖的基于时间序列分析的感知系统信号在线预测算法,该算法在保证系统实时性的前提下,提高了感知系统的动态响应频率.在文章的最后,对信号预测算法进行了相应的实验,实验结果表明了该算法的准确性和有效性.     

使用弯曲传感器的机器人手势控制系统设计

设计了一种基于弯曲传感器的机器人手势控制系统.该控制系统采用开放原始代码的Arduino UNO R3作为主控板,将手指的姿态变化通过弯曲传感器的电压变化输入到主控板内.利用移动平均滤波算法和阈值方法对弯曲传感器的原始输入信号进行处理后,将主控板的输出信号转换为舵机的控制信号,从而用来驱动机器人的运动,实现了利用手指动作控制机器人的目的.实验证明,该方法可以实时可靠地控制机器人的运动,并且准确度很高.     

Adaboost集成BP神经网络在传感器阵列检测系统中的应用

针对目前常见的多元有害气体检测问题,设计并搭建了一种基于传感器阵列和集成 BP神经网络相结合的传感器阵列检测系统。在该系统中采用集成BP神经网络对传感器阵列的三种混合有害气体的响应信号进行回归分析。为了提高集成BP神经网络的预测准确性,又利用Adaboost算法对集成BP神经网络进行了优化。结果显示：该系统能够准确地检测气体组分,通过Adaboost算法对集成BP神经网络优化后,预测的平均相对误差小于2%,能够有效解决气体传感器的交叉敏感问题,提高传感器的选择性。     

PSO-BP神经网络在多元有害气体检测中的应用

针对目前常见的多元有害气体检测问题,搭建了一种基于传感器阵列和GP神经网络相结合的多元有害气体检测系统。该检测系统中采用了GP神经网络算法对传感器阵列的4种混合有害气体的响应信号进行回归分析。为了提高GP神经网络的预测准确性,又利用了粒子群优化（ PSO）算法对GP神经网络的权值与阈值进行了优化。结果显示：通过PSO 优化的GP（ PSO-GP）神经网络预测的平均相对误差小于2%,能够有效解决气体传感器交叉敏感问题。     

危险气体泄漏源搜寻多机器人系统的设计与实现

危险气体泄漏源搜寻是仿生嗅觉技术的重要应用领域之一.为了提高气体泄露源定位的效率和准确性,设计并实现了一种基于无线传感器网络的气源目标搜寻多机器人系统.该系统由多个嗅觉机器人组成,每个机器人作为无线传感器网络节点实现信息交换,协同工作,实现危险气体泄漏源的定位.嗅觉机器人以DSP处理器(TMS320F28335)为控制核心,对MOS气体传感器和风速传感器的输出信号进行融合,设计了浓度梯度与风速信息相结合的单一气体泄漏源搜寻算法.当嗅觉机器人完成气源定位时将发出警报,其他机器人利用装配的麦克风阵列和声源定位算法实现对泄漏源的间接定位.最后,为了说明所设计的多机器人系统对气体泄露源定位的有效性和准确性,本文设计了针对单一泄露源的气源搜寻实验进行验证.     

PVDF力觉传感器的研究

提出了一种利用有机压电材料PVDF制作机器人腕力传感器的新方法。它利用弹性体的变形及PVDF的拉伸-电特性,使力传感器直接输出六路电荷信号对应传感器的三向受力。这种传感器应用于动态测力时,响应速度快,无时漂,长期使用不用重新标定。     

基于神经网络的多传感器融合PDR定位方法

针对当前行人航位推算系统因行人随意性行走、传感器漂移等造成行人步长估计不精确、方向计算误差累积问题,提出了一种基于神经网络和智能手机内置多传感器融合的PDR室内定位方法.首先利用加速计采集的传感器数据和移动距离数据训练BP神经网络,将训练好的BP神经网络模型进行行人移动距离预测,然后根据行人行走步伐的连续性特点和传感器输出之间的相关性,设计了一种微航向角融合的方向估计算法.该算法通过对行走过程中的情况进行分类以获得可靠的传感器源,利用3种微航向角进行分类加权融合,最终获得行人行走方向的精确估计.实验结果表明,通过行人移动距离预测和微航向角融合算法能够实现得较好的定位效果.     

MEMS力平衡加速度传感器以测量误差最小为目标的控制算法

力平衡传感器(FBA)测量加速度是由反馈控制力与外界惯性力平衡时的控制力计算得到的,力平衡控制算法是力平衡传感器的核心.传统控制算法多以敏感元件偏移平衡位置最小为目标,限制了力平衡加速度计的测量精度和适用带宽.本文以MEMS力平衡传感器为对象,提出了一种以测量误差最小为目标的力平衡加速度计最优控制算法.引入测量误差新变量,将难以处理的力平衡控制转化为以响应最小为目标的经典控制问题,在此基础上获得了最优控制力的解析表达式,实现了对未知加速度信号的实时高精度检测.分别针对三种不同类型的输入加速度信号（阶跃、周期和随机）进行检测仿真,发现提出的算法能够准确地检测各类输入加速度信号,测量信号频带达kHz量级,同时在该控制算法下敏感元件的振动响应也得到有效控制,保证了加速度传感器的大动态范围.研究成果可为高精度和宽频带力平衡加速度传感器的研究提供基础.     

多机器人系统传感器融合技术应用研究

当前应用于机器人的多传感器数据融合研究大都集中在机器人自主导航和定位问题上,很少涉及利用机器人进行目标跟踪的研究。现有的基于网络时延的融合算法大都直接套用传统的同步数据融合方法,因此会产生数据等待、资源浪费以及较差的实时性能等问题。本文提出结合预测估计以及递推加权融合技术,设计出一种新的能适应网络时延的多传感器预测加权融合算法。该算法不仅能很好的解决现有基于时延的数据融合算法存在的诸多弊端,而且拥有良好的实时预测功能。文中给出了新算法的推导过程,并通过计算机仿真算例来显示新算法的实用性和优越性。     

无线传感器网络中改进的多目标定位和跟踪算法

基于无线传感器网络的目标定位与跟踪技术是目前研究的热点,传统的目标跟踪算法均需要明确的目标定位系统观测模型,如无法获得该模型,则算法失效。为此,利用移动机器人客户端,提出一种分布式移动多目标定位和跟踪算法。该算法将所有机器人分为负责目标跟踪的领袖机器人与负责网络阵型和连接性维护的从属机器人,对收敛误差和系统参数间的关系进行分析,并通过仿真实验验证了该算法的有效性。     

一种无线振动传感器频响带宽提高方法

高频响无线振动传感器是机械设备预测性维护领域不可或缺的信号采集设备,目前机械设备监测应用中常用的无线振动传感器频率响应较低,限制了其在机械设备预测性维护领域的应用;为了进一步提高无线振动传感器频率响应带宽,提出一种提高无线振动传感器频响范围的方法,从结构设计、振动探头设计、信号调理链路设计和模数转换器设计4个方面对传统无线振动传感器进行了改进;实验结果表明,无线振动传感器带宽提高方法将无线振动传感器频率响应带宽提高了7.96 dB;在振动监测领域具有较强的实用性,对智能传感器制造领域具有较好的指导意义.     

气体传感器温度调制信号的瞬时频谱分析

温度调制技术已被证明能够改善气体传感器的选择性。为了有效提取传感器对被测气体的响应特征,提出应用Hil-bert-Huang变换对温度调制下的气体传感器的动态信号进行分析,可获得传感器动态响应信号中的瞬时频谱和边际谱等有效的气体响应特征。通过对一个微热板式气体传感器在矩形波调制下对三种易燃易爆气体响应的动态信号进行测试和分析,说明提取的瞬时频谱和边际谱能较好的体现被测气体信息。进一步研究了调制周期对动态响应信号的影响和该方法在正弦波、三角波等温度调制模式下的传感器对三种易燃易爆气体的响应,结果说明使用瞬时频谱能够有效提取信号中的气体信息。     

一种可测量简谐振荡频率的振动频率传感器

以压电式加速度传感器和信号处理电路为核心,研究了一种可以测量简谐振荡频率的振动频率传感器,给出了该频率传感器核心控制电路的设计方法。仿真和实验表明该频率传感器能实时、准确地测量出以简谐规律振荡的振动频率,测量误差小于±2.3%。     

基于无线传感器网络的控制系统采样频率优化算法

针对基于无线传感网的网络化控制系统,讨论了采样频率的优化问题．建立了以数字和模拟控制系统性能差距指数最低为目标,以无线节点的通信容量为约束条件的非线性优化模型,并以障碍函数法进行求解,提出了基于节点缓冲区信息的分布武迭代算法．该算法在传感节点的计算量小,易于实现．仿真表明该算法能有效收敛到系统的最优目标点,并能适应于系统的负载变化．     

红外图像传感器成像动态模拟系统设计

红外图像传感器成像过程依赖实时探测,针对探测过程成本较高、条件苛刻等问题,提出了一种红外图像传感器成像动态模拟系统。以天空背景为研究对象,系统在数字信号处理器（ DSP）上运行红外云图产生算法,可动态模拟红外图像传感器探测的图像并上传到电脑。实验与仿真结果表明：系统可以76 fps的帧频模拟分辨率为512×512×16 bit的云红外图像,图像质量良好,红外图像传感器成像模拟效果显著。     

加速度传感器壳体结构参数优化

合理的结构参数组合可提高加速度传感器壳体结构的固有频率,保证传感器在振动环境下输出信号稳定.通过建立竖直薄板力学模型,确定影响加速度传感器壳体固有频率的结构因素.基于响应面法思想,利用试验设计的方法,以加速度传感器壳体固有频率为指标,各结构参数为因素,设计二次回归正交旋转组合试验.通过ABAQUS 6.10软件建立各组试验结构参数组合下的分析模型并提取固有频率,最终确定使固有频率维持在较高水平的结构参数组合区间.通过对优化后参数进行验证性试验,表明优化后区间随机结构参数组合下加速度传感器壳体固有频率能够达到10 kHz以上.     

基于频域反射的土壤水分探测传感器设计

通过详细介绍传输线的高频率响应原理及其推导方程,以此为基础设计了基于频域反射的土壤水分探测传感器.传感器采用合适长度的传输线以及参数匹配的谐振电路,利用驻波的原理,使用简单的比较电路确定信号频率与土壤介电常数的关系,再利用介电常数和土壤成分结构之间的关系计算土壤水分含量.设计了传感器结构模块及给出了部分的试验对比结果....     

测振传感器的低频特性补偿研究

现有的大多数测振传感器不能满足超低频振动测量的需要,有必要扩展其工作频带以满足需要。研究了零极点配置法在941B型测振传感器的应用。通过此方法,拓展了测振传感器的工作频带,尤其是其低频特性得到了拓展,其工作频带由补偿前的0.7~105Hz拓展为补偿后的0.08~109 Hz。在此基础上,利用MATLAB进行了数值仿真,输入不同持续时间的单个半正弦波以及正弦叠加信号,系统在补偿前后的响应表明:低频特性得到明显改善。     

基于带通滤波器的幅频特性调节光电开关灵敏度

研究探讨了调制光频率与检测距离的相关性,旨在通过软件改变红外调制光频率,实现"一键式"智能调节检测距离.以连续周期矩形脉冲信号为例,选用二阶窄带带通放大电路对输入信号进行放大和滤波处理,使不同频率的脉冲信号经过窄带带通放大器自动调节其输出信号幅度,进而影响传感器的灵敏度.经理论推导、仿真设计、实验分析,结果表明:当设定脉冲幅值和占空比为常数时,改变脉冲信号频率可实现传感器灵敏度的调节,从而实现对检测距离的调节.即当ff0时,灵敏度随着f增大而减小.在红外光电开关传感器上应用该方法实现了利用软件调节频率来调节传感器的测量距离.     

选择性融合多尺度筒体振动频谱的磨机负荷参数建模

针对目前采用经验模态分解(empirical model decomposition,EMD)得到的系列子信号构建的磨机负荷参数软测量模型泛化性能差、难以进行清晰物理解释,以及EMD算法存在的模态混叠等问题,本文提出了基于选择性融合多尺度筒体振动频谱的建模方法.首先采用EMD、集合EMD(ensemble EMD,EEMD)、希尔伯特振动分解(Hilbert vibration decomposition,HVD)共3种多组分信号自适应分解算法获得磨机筒体振动多尺度子信号的集合,接着通过相关性分析剔除虚假无关部分,然后再将与原始信号相关性强的那部分多尺度子信号变换至频域,进而更有利于构建这些多尺度频谱与磨机负荷参数间的映射模型,最后通过改进分支定界选择性集成(improved branch and bound based selective ensemble,IBBSEN)算法建立软测量模型,实现对多源多尺度筒体振动频谱的最优选择性信息融合.基于实验球磨机运行数据的仿真实验表明所提方法在模型可解释性和泛化性能上均优于之前研究所提出方法.