Development,integration, and field evaluation of an autonomous citrus-harvesting robot

Citrus harvesting is a labor-intensive and time-intensive task. As the global population continues to age, labor costs are increasing dramatically. Therefore, the citrus-harvesting robot has attracted considerable attention from the business and academic communities. However, robotic harvesting in unstructured and natural citrus orchards remains a challenge. This study aims to address some challenges faced in commercializing citrus-harvesting robots. We present a fully integrated, autonomous, and innovative solution for citrus-harvesting robots to overcome the harvesting difficulties derived from the natural growth characteristics of citrus. This solution uses a fused simultaneous localization and mapping algorithm based on multiple sensors to perform high-precision localization and navigation for the robot in the field orchard. Besides, a novel visual method for estimating fruit poses is proposed to cope with the randomization of citrus growth orientations. Further, a new end-effector is designed to improve the success and conformity rate of citrus stem cutting. Finally, a fully autonomous harvesting robot system has been developed and integrated. Field evaluations showed that the robot could harvest citrus continuously with an overall success rate of 87.2% and an average picking time of 10.9 s/fruit. These efforts provide a solid foundation for the future commercialization of citrus-harvesting robots.     

并行智能优化算法研究进展

基于种群迭代搜索的智能优化算法在农业、交通、工业等很多领域都取得了广泛的应用.但是该类算法迭代寻优的特点使其求解效率通常较低,很难应用到大规模、高维或实时性要求较高的复杂优化问题中.随并行分布式技术的发展,国内外很多学者开始着手研究智能优化算法的并行化.本文首要介绍了并行智能优化算法的基本概念;其次从协同机制、并行模型以及硬件结构3个维度综述了几类常见的并行智能优化算法,详细分析阐述了它们优点及不足;最后对并行智能优化算法的未来研究进行了展望.     

Elsa:一种面向跨区域架构的无协调分布式键值存储系统

作为具备高性能和高可伸缩性的分布式存储解决方案,键值存储系统近年来被广泛采用,例如Redis、MongoDB、Cassandra等.分布式存储系统中广泛使用的多副本机制一方面提高了系统吞吐量和可靠性,但同时也增加了系统协调和副本一致性的额外开销.对于跨域分布式系统来说,远距离的副本协调开销甚至可能成为系统的性能瓶颈,降低系统的可用性和吞吐量.提出分布式键值存储系统Elsa,这是一种面向跨区域架构的无协调键值存储系统. Elsa在保证高性能和高可拓展性的基础上,采用无冲突备份数据结构(CRDT)技术来无协调的保证副本间的强最终一致性,降低了系统节点间的协调开销.在阿里云上构建了跨4数据中心8节点的跨区域分布式环境,进行了大规模分布式性能对比实验,实验结果表明:在跨域的分布式环境下,对于高并发争用的负载, Elsa系统的性能具备明显的优势,最高达到MongoDB集群的7.37倍, Cassandra集群的1.62倍.     

Sliding mode learning control for T-S fuzzy system and an application to hypersonic flight vehicle

Sliding mode-based learning control is presented for T-S fuzzy system. A T-S fuzzy model with both uncertainties and unmodeled dynamics is proposed firstly, in which the information of uncertainties and unmodeled dynamics are assumed to be unknown. Then, according to a given reference model, state-tracking error system is built. Respecting facts, the input matrices of the built T-S fuzzy model are different from each other. An extended state observer is built for estimating the unknown uncertainties and unmodeled dynamics, and a corresponding sliding surface is proposed. A learning controller is then presented for the closed loop system. Moreover, a numerical simulation result on hypersonic flight vehicles is considered to testify the controller's availability.     

基于嵌入式平台的电能信息采集系统研究

针对目前电能信息采集系统存在的通信数据量大、通信费用高的问题,设计了一种基于uC/OS嵌入式实时操作系统的电能信息采集系统,该系统包括智能电表、电能信息采集终端、上位机软件和主站数据中心。系统根据上位机设置的参数下行采集电表中数据,数据在采集终端经过数据压缩处理后,通过远程通信技术上行传输至主站,便于工作人员监测和管理电能数据。文中结合Lempel-Ziv-Oberhumer无损压缩技术和游程编码技术对数据压缩方案进行改进,通过数据压缩对比实验,验证数据压缩方案的可行性。实验结果表明,系统采用的数据压缩技术有效提高了数据传输的通信效率,验证了系统的实用性和有效性。     

基于有源滤波器自适应阻抗重塑的高速铁路谐波谐振抑制

针对电力机车和牵引网阻抗参数耦合所引起的牵引供电系统的谐波谐振现象,首先基于阻抗分析法建立了有源滤波器、电力机车和牵引网的小信号阻抗模型,使用广义奈奎斯特判据分析了牵引供电系统谐波谐振的机理以及有源滤波器对牵引供电系统谐波谐振的影响。其次,提出一种基于阻抗重塑的牵引供电系统谐波谐振抑制方法,通过并网点电压前馈的方式在有源滤波器中引入虚拟阻抗,并利用自适应参数设计提升了虚拟阻抗对动态系统的适应性。最后,在Matlab/Simulink中搭建了“牵引网-电力机车-有源滤波器”统一仿真模型,验证有源滤波器的自适应阻抗重塑对谐波谐振抑制的有效性。     

基于分段电容阵列的改进型逐次逼近型ADC

为缩短高速模数转换器(ADC)中高位(MSB)电容建立时间以及减小功耗,提出了一种基于分段式电容阵列的改进型逐次逼近型(SAR)ADC结构,通过翻转小电容阵列代替翻转大电容阵列以产生高位数字码,并利用180 nm CMOS工艺实现和验证了此ADC结构。该结构一方面可以缩短产生高位数码字过程中的转换时间,提高量化速度;另一方面其可以延长大电容的稳定时间,减小参考电压的负载。通过缩小比较器输入对管的面积以减小寄生电容带来的误差,提升高位数字码的准确度。同时,利用一次性校准技术减小比较器的失配电压。最终,采用180 nm CMOS工艺实现该10 bit SAR ADC,以验证该改进型结构。结果表明,在1.8 V电源电压、780μW功耗、有电路噪声和电容失配情况下,该改进型SAR ADC得到了58.0 dB的信噪失真比(SNDR)。     

用于超外差接收机提供本振源的高功率510 GHz单片集成三倍频器

本文介绍了一种基于砷化镓材料的高功率490~530 GHz单片集成三倍频器。基于提出的对称平衡结构,该三倍频器不仅可以实现良好的振幅和相位平衡,用来实现高效的功率合成,还可以在没有任何旁路电容的情况下提供直流偏置路径以保证高效倍频效率。同时,开展容差性仿真分析二极管关键电气参数与结构参数对倍频性能的影响研究,以便最大化提升倍频性能。最终,在大约80~200 mW的输入功率驱动下,研制的510 GHz三倍频,在490~530 GHz频率范围内,输出功率为4~16 mW,其中峰值倍频效率11%。在522 GHz频点处,该三倍频在218 mW的输入功率驱动下,产生16 mW的最大输出功率。该三倍频器后期将用于1 THz的固态外超外差混频器的本振源。