仪器仪表学报

检测技术

  • 医药质量检测关键技术及其应用综述

    张辉;易俊飞;王耀南;吴刘宸;陈瑞博;

    医药产品种类多样、生产工艺复杂,传统人工检测已不能满足高端医药发展的需求,而迫切需要对医药检测技术进行革新。医药产业是维系国民健康、关涉国计民生的重要产业,故医药质量检测环节必不可少。首先简要介绍了医药检测的对象及标准,重点综述了医药可见异物检测、药物成分检测和包装缺陷等质量检测进展情况,分析了国家药典中多类型药品的现行检测标准。在此基础上,阐述了最新的医药检测关键技术如X射线检测技术、高光谱检测技术、机器视觉的检测技术等,并讨论了医药检测关键技术在多类型药品检测中的应用,最后重点探讨了医药质量检测技术的发展趋势。

    2020年03期 v.41 1-17页 [查看摘要][在线阅读][下载 2460K]
  • 基于贝叶斯思想的框架结构损伤检测方法研究

    阳洋;王岩;凌园;王者伟;

    基于单自由度体系的统计矩理论,以位移四阶矩和加速度八阶矩为损伤指标,使用贝叶斯思想和Gibbs抽样相结合方法,提出一种框架结构损伤检测新方法。以理论分析为基础选取3种典型损伤指标,在信噪比40及30 dB环境噪音的不同损伤工况下,使用贝叶斯思想和Gibbs抽样相结合方法,对某12层标准框架数值模型的不同损伤指标进行了损伤识别效果的对比研究,并在此基础上与其他相似检测方法进行对比分析,发现使用贝叶斯思想和Gibbs抽样相结合的新方法,提出的损伤指标更适合框架结构损伤检测,与标准结果偏差均在5%以内。进一步分析12层标准框架振动台试验数据,选取3个典型振动工况中所有梁柱单元及前20个振动工况累积下的典型梁柱单元分别进行损伤检测,结果表明,所提方法避免了多次采样进行贝叶斯分析的局限性,且一定程度上能反映各损伤单元随振动台试验工况累积而表现出来的损伤程度变化,有助于推动所提方法在框架结构损伤检测中的实际应用。

    2020年03期 v.41 18-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 2259K]
  • 红外热波技术、有限元与SVM相结合的复合材料分层缺陷检测方法

    周建民;陈超;涂文兵;刘依;胡艳斌;

    现有对复合材料分层缺陷的检测方法,因数据样本少导致精度低、耗时长、成本高等问题,限制了其广泛应用。提出了一种基于红外热波技术、有限元与支持向量机相结合的复合材料缺陷检测方法。通过建立有限元热分析模型获取激励面所有节点的温升数据,并与红外热波实验所得数据从单个与整体方面进行分析,结果表明,仿真数据与实验数据之间具有强相关性且仿真数据没有环境误差,推断出仿真数据可作为训练样本;建立SVM模型并用实验数据进行测试,以测试结果判断复合材料是否存在分层缺陷,该方法通过有限元仿真大大增加了样本的数量。实验结果表明,设计的4组实验中分层缺陷识别率分别为80.36%、77.99%、86.96%、81.13%,证实了该检测分层缺陷的方案的可行性。

    2020年03期 v.41 29-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1736K]
  • 基于散射梯度矢量的PolSAR数据舰船检测方法

    赵泉华;王肖;李玉;王光辉;

    针对传统舰船检测方法通常存在漏检弱小舰船和虚警方位向模糊等问题,提出了一种基于散射梯度矢量的极化合成孔径雷达(PolSAR)数据舰船检测方法。首先,在PolSAR数据的散射矢量的基础上,构建散射梯度矢量,以提高船海对比度;然后,利用散射梯度矢量提取香农熵特征,再结合舰船和海面的香农熵特征差异,选取最佳香农熵阈值进行舰船检测,以提高弱小舰船的检测性能;最后,根据方位向模糊与其真实舰船的方向角度、位移距离和香农熵特征去除方位向模糊。通过采用AIRSAR和GF-3 PolSAR数据进行实验,并将提出的方法与HH通道方法、改进极化Notch滤波(IPNF)方法和广义相对最优极化(GOPCE)方法进行对比,验证了该方法能够检测弱小舰船,去除方位向模糊,从而提高舰船检测精度。

    2020年03期 v.41 39-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 2008K]
  • 基于VMD和K-SVD字典学习的供水管道泄漏振动信号压缩感知方法

    李帅永;毛维培;程振华;韩明秀;夏传强;

    针对供水管道泄漏振动信号在分析型字典下进行压缩感知时,信号的重构均方误差较大和不能保留信号中重要泄漏信息的问题,提出了基于变分模态分解(VMD)和K-奇异值分解算法(K-SVD)的供水管道泄漏振动信号压缩感知方法。首先,利用VMD算法将管道泄漏振动信号分解若干个本征模态函数(IMF),并对IMF分量进行互相关性分析;然后,选取最优模态分量,构成最优模态集,再借助K-SVD学习算法训练过完备字典;最后,选择高斯随机矩阵为观测矩阵和重构算法为正交匹配追踪算法(OMP)对管道泄漏振动信号进行压缩感知。实验结果表明,基于VMD-K-SVD稀疏表示构造的过完备字典的压缩感知方法与基于FFT正交基、DCT正交基、K-SVD的压缩感知方法相比,在压缩率为50%~89.5%下重构均方误差更小和互相关系数更高,且在相同压缩率下得到的重构信号的互相关延时估计定位误差的平均值分别降低80.12%、64.2%、61.38%。因此,所提的压缩感知方法具有较好的重构性能和稀疏性。

    2020年03期 v.41 49-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 2789K]
  • 基于Mask R-CNN的铸件X射线DR图像缺陷检测研究

    蔡彪;沈宽;付金磊;张理泽;

    针对传统的铸件缺陷检测不能对缺陷进行分类分级等问题,提出了一种基于Mask R-CNN的铸件X射线DR图像缺陷检测算法。首先对原始图像进行预处理,采用引导滤波进行图像平滑,平滑图像与原图像进行差分得到差分图像,将差分图像与平滑图像相加运算使图像增强,再利用Labelme进行图像标注,形成训练数据集。送入Mask R-CNN深度学习网络,通过特征提取网络生成建议区域,分类、回归网络生成边界框和掩码,经多次参数调节后得到训练网络模型,最后测试数据集。实验数据结果表明,气泡1~5级的检测率分别为:66.7%,71.4%,77.4%,88.9%,87.5%;疏松1~5级检测率为:62.5%,72.2%,77.1%,83.3%,81.1%。检测结果证明应用Mask R-CNN结合引导滤波增强方法的缺陷检测方法可以较好的实现对铸件X射线DR图像的缺陷检测的分级分类,为工业铸件缺陷检测提供了应用深度学习方法的解决方案。

    2020年03期 v.41 61-69页 [查看摘要][在线阅读][下载 2172K]
  • 多电平变流器系统可靠性建模与分析

    朱耀东;徐帅;张建忠;

    多电平变流器因其良好的特性已被广泛应用于各种中、高压大功率的电能变换场合,其采用了比两电平变流器更多的功率开关器件,从理论上讲具有更高的故障率,但多电平变流器自身拥有大量的冗余状态和较高的控制自由度,当开关管存在故障时可通过释放冗余资源使多电平变流器实现容错运行,从而提高多电平变流器系统的可靠性。为了定量分析不同变流器拓扑的可靠性,首先采用故障物理可靠性建模方法建立功率开关管串/并联的可靠性模型,并基于该模型,建立单相三相两电平变流器的可靠性模型;综合考虑多电平变流器拓扑的自身冗余和容错能力对可靠性的影响,建立了三相多电平和新型混合多电平变流器的可靠性模型,并基于所建立的可靠性模型定量分析了不同变流器的可靠性;最后,对三相五电平混合T-ANPC变流器进行了实验验证。结果表明,多电平变流器可通过容错运行实现带故障持续工作,从而有效提高系统可靠性。

    2020年03期 v.41 70-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 2424K]

精密测量技术与仪器

  • 基于原子力显微术的5 nm台阶高度标准物质溯源与定值技术研究

    施玉书;李伟;余茜茜;景蔚萱;胡晓东;

    纳米台阶高度标准物质是一种具有特定量值的物理标准物质,主要用于量值传递以及相关纳米测量仪器的校准。在获批国家标准物质之前,其量值的准确性、稳定性等计量特性必须经过严格的计量测试,才能得到行政许可部门的认可。针对5 nm这一较小量值的纳米台阶高度标准物质的定值方法进行了详细介绍,由中国计量科学研究院自主研制建立的毫米级纳米几何结构计量标准装置采用单一原级的定值方式进行严格定值,采用方差分析法进行均匀性检验,保障了台阶高度量值的溯源性与准确性,定值结果为:h=(5.8±1.0) nm,k=2,并在12个月的时间内进行稳定性监测,最终实现了国家一级标准物质的成功申报。

    2020年03期 v.41 79-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 1635K]
  • 基于MG-Y型可调谐半导体光源的光纤光栅解调系统研究

    刘佳;祝连庆;何薇;宋言明;孟凡勇;

    介绍了一种基于调制光栅Y分支(MG-Y)可调谐光源的光纤光栅解调系统。该系统由可调谐光源控制系统和光电探测电路组成。光源系统由ARM处理器对单片集成恒流源芯片和高精度温度控制芯片控制;光电探测电路是由光电二极管和高动态范围的对数放大电路组成,用于接收光纤光栅反射信号。针对基于可调谐扫描光源的硬件系统研究,提出采用波长计实现查找表的方法,构建了"波长-电流"精确转换模型,实现了光纤光栅解调仪的装配与调试。实验对可调谐光源进行测试,该光源在1 527~1 567 nm光谱范围能够按照20 pm间隔依次输出2 001个激光,扫描波长间隔偏差最大为8 pm,功率波动小于4.5 dBm;在F-P标准具验证实验中,解调仪能够对40 nm范围内的52个反射峰实现分辨。

    2020年03期 v.41 87-96页 [查看摘要][在线阅读][下载 3296K]
  • 高光谱入射光通量工作状态参数模型研究

    刘杰;杨宇恒;王智宏;

    高光谱成像光谱仪是通过望远镜成像系统接收地面的辐射能量,并成像于光谱仪分光系统的入射狭缝,在入射狭缝处的光能量为光谱仪工作接收的入射光通量。为明确视场角β_0=1 mrad,摆扫角α=±30°的摆扫式成像光谱仪入射光通量受其工作状态参数的影响程度,研究了各个参数与光通量的定量关系。基于地面对太阳反射的辐射亮度原理,分别从地面物的辐通量、光谱仪入瞳处接收的光能量和成像系统像面的光照度3个角度分别推导光谱仪入射光通量,建立的高光谱入射光通量工作状态参数模型完全一致。光谱仪入射光通量与其接收位置高度、入瞳与地面法线夹角无关,与照度变化率、地面反射率成正比。搭建了实验平台,在地面反射率一定的情况下,通过实验验证了高光谱在4个不同接收位置高度、4个不同入瞳与地面法线夹角的入射光通量数据均具有较好的重复性,重复性误差分别为1.69%和1.42%;模拟不同太阳入射角的光谱仪相对入射辐通量与国家标准照度变化率也有较为一致的变化趋势。

    2020年03期 v.41 97-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1655K]
  • 小型化星载被动型氢原子钟研制

    潘志兵;谢勇辉;帅涛;陈鹏飞;林传富;

    被动型氢原子钟在具有较好中长期频率稳定度和频率漂移率的同时,体积和重量较小,可作为高精度频率标准应用于卫星导航、频率计量等领域。下一代卫星导航系统的重要特点是高密度高集成度,对包含被动型氢原子钟在内的卫星负载载荷提出了更高要求。为此,降低体积重量的同时进一步提高性能指标是被动型氢原子钟的重要发展方向。经过长期理论探索和实验验证,在小型化星载氢原子钟研制方面取得了较好进展。通过小型化腔泡系统、小型化吸附泵、高均匀度C场和高性能磁屏蔽系统的设计,以及电路部分的紧凑优化,研制了小型化星载被动型氢原子钟工程样机。在压缩重量至13.5 kg以内的同时,频率稳定度提升至8×10~(-13)t~(-1/2)的水平,可满足当前卫星导航系统的时频信号需求,也可更好地服务下一代北斗卫星导航系统。

    2020年03期 v.41 105-112页 [查看摘要][在线阅读][下载 2410K]
  • 高精度曲轴轴颈同步测量及误差分析研究

    钱晓明;崔巍;楼佩煌;

    针对曲轴轴颈检测中高精度和高效率的难点,提出了一种接触式曲轴轴颈同步检测方法。根据曲轴主轴颈和连杆颈在运转时的不同运动状态,分别设计了主轴颈测量模块和连杆颈随动式测量模块,实现在一次装夹下完成对曲轴主轴颈和连杆颈的同步采样和数据计算,从而提高测量效率,减少误差来源。对该测量方法中的测量模型进行分析,主要针对回转轴线偏移和曲轴主轴线偏移的误差,分析其误差对最终测量结果的影响并提出误差补偿方案。最终将测量样机和三坐标测量仪的测量结果比对发现,该测量方案的测量结果误差均小于0.015 mm,GR&R均小于10%,测量精确度和重复性高。

    2020年03期 v.41 113-121页 [查看摘要][在线阅读][下载 2069K]
  • 空间跟瞄遥感器视轴指向可靠度分析

    马军;傅祥博;甄大崴;

    空间跟瞄遥感器轴系的实际位置与理论位置存在偏差,这会影响遥感器跟瞄过程中视轴指向的可靠度。在对误差源进行分析的基础上,按照误差影响对误差项进行了合并与等效,考虑轴系的零位标定,建立了同时包含线性系统误差、非线性系统误差以及随机误差的视轴指向误差半参数回归模型。采用补偿最小二乘法对系统误差进行了参数识别,通过角度补偿法消除了系统误差对视轴指向的影响。对补偿后的视轴指向误差进行了蒙特卡洛分析,获得了遥感器全跟瞄范围内的视轴指向可靠度。工程实例表明,可靠度分析过程中采用的误差模型与参数识别方法所需识别的系统误差参数仅为4个,用识别出的误差参数进行系统误差补偿后,遥感器的视轴指向可靠度由0%提升至99.89%。

    2020年03期 v.41 122-132页 [查看摘要][在线阅读][下载 1828K]
  • 无/有直流偏磁的磁心损耗的测量与模型

    汪晶慧;阳双婷;陈为;

    针对功率变换器中磁性元件磁心损耗难以精确量化的问题,建立了直流功率法测量系统,测量无/有直流偏磁的脉冲宽度调制(PWM)波激磁磁心损耗,并利用能精确测量的具有线性性质的空心电感损耗进行定标校验。利用量热法验证直流功率法测量系统的最大相对误差为6.59%,其可精确测量无/有直流偏磁的PWM波激磁磁心损耗。对无直流偏磁的PWM波激磁的磁滞回线进行详细分析,发现不对称PWM波激磁磁滞回线的激磁和去磁不对称,提出加权平均MSE模型预测无直流偏磁PWM波激磁的磁心损耗;详细分析频率、占空比、交流磁通密度和直流磁通密度对有直流偏磁PWM波激磁的磁心损耗的影响及其影响关系,提出预测有直流偏磁PWM波激磁的磁心损耗模型,实验验证预测模型最大相对误差为-6.9%,具有较高的精度。

    2020年03期 v.41 133-141页 [查看摘要][在线阅读][下载 2687K]

传感器技术

  • 基于双层修正无迹卡尔曼的水下节点定位算法

    刘浩然;覃玉华;邓玉静;董明如;孙彦红;

    针对水下无线传感网络中运动节点定位精度低的问题,提出了一种新的基于双层修正无迹卡尔曼的水下节点定位算法(DLMUKF)。该算法利用下层无迹卡尔曼滤波算法对节点状态进行预测,根据各信标节点的测距传播时延对预测的节点状态进行修正。运用上层无迹卡尔曼滤波算法对修正后的状态进行新的预测与修正。仿真实验中,DLMUKF算法的平均定位误差约为传统多边定位算法的15%,约为基于无迹卡尔曼滤波(UKF)定位算法的16%,受节点运动时间与速度的影响最小。通过实验证明DLMUKF算法能更充分利用实际距离值,可以有效减小运动节点的定位误差。

    2020年03期 v.41 142-149页 [查看摘要][在线阅读][下载 1669K]
  • 纸基底印刷无芯片RFID湿度传感器

    王思睿;薛严冰;宋智;陈宝君;冯冲;

    提出了一种基于纸基底的喷墨印刷无芯片RFID湿度传感器,通过遗传算法与射频仿真软件HFSS相结合,对常规开口环谐振器结构进行分布式加载,得到目标频率为2.45 GHz的谐振特性良好的传感器模型;采用DMP3000型材料打印机,在不同纸基底上喷墨印刷银墨水制作传感器,以纸张本身的吸水性实现湿度传感;研究不同纸基底对湿度传感器感湿灵敏度和恢复度的影响。结果表明,柯达相纸传感器的灵敏度最高,高湿灵敏度可达到8 MHz%RH,双铜纸湿度传感器恢复度高且恢复时间短,仅为2 min;两种基底湿度传感器皆有较好的一致性、中长期稳定性,且湿敏特性在20℃~30℃范围内受温度影响较小。对纸基湿度传感器的感湿机理进行了分析,纸主要成分纤维素表面的羟基与吸附的水分子作用形成氢键,改变了基底的介电参数,传感器的湿敏特性与纸的成分和结构有关。

    2020年03期 v.41 150-158页 [查看摘要][在线阅读][下载 2413K]
  • 基于面板工艺的数字微流控芯片

    林柏全;秦锋;贾振宇;席克瑞;彭旭辉;

    针对传统数字微流控芯片电极数量少和制造成本高的问题,对基于面板工艺的数字微流控芯片进行了设计、制备和验证。引入现有成熟的液晶面板设计与制造技术,在玻璃基板上完成金属、绝缘层、有机膜、ITO等膜层的图形化加工。结合常规半导体旋涂工艺,完成疏水层的制备。实验成功地制备出一种集成有480个电极的单基板数字微流控芯片样品。通过合理的驱动电极排布与驱动信号时序设计,实现了低成本化的微流控芯片的设计与制造。对于所设计的微流控芯片进行了功能验证,实现了液滴的连续移动,最低驱动电压可达到25 V,可驱动液滴的体积范围为8~50μL。还通过系统化的实验对芯片的有效工作条件进行了验证。

    2020年03期 v.41 159-166页 [查看摘要][在线阅读][下载 2604K]
  • SnO_2/TAPP复合薄膜光波导传感器的气敏性研究

    阿斯亚·买买提;姑力米热·吐尔地;热娜古丽·阿不都热合曼;努尔古丽·喀日;阿布力孜·伊米提;

    硫化氢(H_2S)是工业废气的主要成分之一,在空气中痕量H_2S气体都会对人体健康造成严重危害,因此,有效地检测H_2S气体至关重要。利用旋转甩涂法分别将SnO_2粉末和5、10、15、20-(四-4-氨基苯基)卟啉(TAPP)固定在K~+离子交换光波导元件表面,制备了SnO_2/TAPP复合薄膜光波导(OWG)气体传感器(SnO_2/TAPP-OWG),在室温下对H_2S气体进行了检测,并考察了旋转速度和TAPP溶液浓度对SnO_2/TAPP-OWG传感器气敏性的影响。实验结果表明,当旋转速度为1 100 r/min并TAPP溶液百分质量浓度为0.42%时,SnO_2/TAPP-OWG传感器对H_2S的响应最佳,并能够检测1×10~(-11)(V/V_0)的H_2S气体。当SnO_2/TAPP-OWG暴露于1×10~(-9)(V/V_0)的H_2S气体时,响应时间和恢复时间分别为2.7和50 s,具有良好的重复性,并且相对标准偏差(RSD)值为3.00%。

    2020年03期 v.41 167-174页 [查看摘要][在线阅读][下载 2185K]

人机融合与人工智能

  • 基于运动学分析的工业机器人轨迹精度补偿方法

    唐尧;张恩政;陈本永;陈刚;刘翠苹;

    运动轨迹精度是工业机器人重要的性能评价指标,从机器人运动学角度研究工业机器人轨迹精度提高补偿方法。以SR4C六自由度工业机器人为研究对象,基于国标中对机器人轨迹精度的评定标准,提出一种基于运动学分析的工业机器人轨迹精度补偿方法,并建立了曲线运动轨迹偏差与运动学模型参数误差映射的机器人运动轨迹误差数学模型。在实现激光跟踪仪和机器人坐标系统一的快速有效的坐标系转化方法的基础上,采用改进最小二乘算法选择轨迹偏差最小时的最优运动学参数,对构建的机器人轨迹测试与补偿实验系统进行了轨迹补偿实验,验证了该方法的有效性。结果表明,经该方法补偿后机器人平均位置误差由3.65%提高至0.79%,直线、圆弧轨迹精度分别提高了38.75%、25%。

    2020年03期 v.41 175-183页 [查看摘要][在线阅读][下载 1921K]
  • 一种柔性下肢外骨骼控制策略研究

    胡鸿越;胡立坤;刘贻达;曹武警;陈春杰;

    针对非线性柔性下肢外骨骼系统与人共融的难题,为降低穿戴者代谢能消耗,采用前馈模型与比例微分控制(PD)迭代学习算法构建柔性下肢外骨骼控制器,通过感知髋关节角度最大值为起始点,对步态周期进行划分计算。根据髋关节角度变化,实时生成期望力轨迹,动态调控力轨迹的峰值点和结束点;前馈模型分别补偿了柔性外骨骼的非线性刚度和不同穿戴者的运动模型,PD迭代学习控制器逐步减少控制系统中的误差与干扰。通过3名健康的试验者负重25 kg在跑步机上以5 km/h速度行走进行测试,结果表明,期望力与实际助力峰值的均方根误差分别为3.49,3.34和4.12 N;与不穿戴柔性外骨骼相比,代谢能分别降低2.2%,4.0%和5.9%。实验结果证明,所提出的前馈PD迭代学习控制策略可实现精确的力轨迹追踪,降低柔性下肢外骨骼穿戴者的能量消耗。

    2020年03期 v.41 184-191页 [查看摘要][在线阅读][下载 2041K]
  • 基于双向LSTM的复杂环境下实时人体姿势识别

    周意乔;徐昱琳;

    提出了一种基于双向长短时记忆网络(long short-term memory, LSTM)的实时人体姿势识别方法。将OpenPose作为人体姿态估计模块获取人体的二维关节点数据,根据数据缺失情况判断人体是否处于遮挡状态。对于非遮挡情况,构建基于双向LSTM的分类器,将初始的二维关节点信息送入分类器进行人体姿势识别;对于遮挡状态,利用深度摄像机内参进行三维映射,构建躯干向量和关节角度,使用主成分分析对上述高维特征进行处理后送入分类器进行人体姿势识别。在KTH数据集以及实验室收集的包含5种人体姿势的数据集上进行验证,结果表明,该算法在非遮挡情况下准确率较传统模型以及深度学习模型分别取得了2.63%和1.08%的提升。在遮挡情况下准确率较传统模型取得了5.6%的提升。实现了在复杂环境下的人体姿势识别。

    2020年03期 v.41 192-201页 [查看摘要][在线阅读][下载 2439K]
  • 基于有限元的套管柔性针穿刺软组织弯曲建模研究

    赵燕江;房玉康;张永德;张瑞康;

    套管柔性针作为柔性针的一个重要分支,与其他传统的柔性针相比,在针体路径矫正、穿刺灵活性以及斜尖转角控制精度等方面具有巨大的优势。为深入研究套管柔性针穿刺机理,建立基于有限元的穿刺弯曲模型。分析软组织的生物力学特性,建立了精确的软组织模型;对套管柔性针穿刺软组织进行受力分析,建立力学模型;在力学模型的基础上,建立套管柔性针穿刺软组织的弯曲模型,进行仿真研究。最后通过实验得到穿刺力-时间曲线和针弯曲变形曲线,并与仿真曲线进行比较。结果表明,仿真结果符合实验穿刺力的变化趋势,系统弯曲误差在2 mm以内,满足医学上的要求,验证了套管柔性针穿刺软组织的力学模型以及弯曲模型的正确性和合理性,为路径规划及控制奠定理论基础。

    2020年03期 v.41 202-211页 [查看摘要][在线阅读][下载 2437K]
  • 基于悬挂摆的球形水下机器人捕能方法与装置研究

    李艳生;杨美美;魏博;张毅;刘志民;

    为了满足球形水下机器人执行观测任务的节能需求,提出一种通过捕获环境能量给传感器供电的方法,结合机器人结构特点和海洋波浪环境制定出由悬挂摆和发电机组成的捕能装置方案,先将外部环境扰动能量捕获为悬挂摆的机械能,再通过发电机将机械能转换为可使用电能,在不影响机器人运动的前提下给出悬挂摆的复用驱动机构;应用莫森方法对水中波浪力进行数学描述,同时基于电压平衡方程等效出电磁阻尼力,作为载荷条件添加到Adams软件搭建的虚拟样机中,仿真分析捕能装置的电能输出特性,增大波浪参数可使发电功率达到1 W左右。搭建的实验平台对基于悬挂摆的捕能装置进行实验测试,结果表明所提出的能量捕获方法和捕能装置是有效的,在此基础上设计悬挂摆驱动与捕能发电处理的复用电路,输出5 V的电能可以供机器人小型传感器使用。该种捕能装置也可扩展应用在其他机器人上,增强扰动环境中的生存能力。

    2020年03期 v.41 212-219页 [查看摘要][在线阅读][下载 2139K]
  • 基于社会网络分析的康复机器人跨学科合作关联研究

    张莹;刘笑宇;樊瑜波;

    本文旨在研究全球范围内康复机器人领域跨地域和跨学科的协作关联。采用社会网络分析方法,基于研究成果的文献数据构建出康复机器人科研合作网络知识图谱,提取并分析中心性指标以论证合作网络关联因素。研究结果揭示了康复机器人在地域、机构、作者及不同层面跨学科合作的关联特点,重点分析了在作者合作层面形成的机器人辅助行走、神经生理学方法、脑机接口、中风康复、上肢康复等热点合作主题。研究总结了康复机器人领域合作热点研究方向,将为该领域跨学科科研合作研究提供有利参考。

    2020年03期 v.41 220-229页 [查看摘要][在线阅读][下载 2173K]

视觉检测与图像测量

  • 轮辋类螺纹表面成像的光照方法研究

    苑玮琦;刘杨;高枭禹;宋海伦;

    针对摩托车车轮结构多样性导致外观质量检测的自适应成像空缺的光照问题,提出了一种基于类螺纹剖线灰度分布的单位牙幅值评估方法来优化轮辋光照方向,能够采集到清晰的加工纹理图像。首先,对轮辋的加工纹理表面剖线建立了以牙为单位的类螺纹剖线几何模型;其次,结合单位牙结构和轮辋结构的阴影条件约束了光照方向,并在类螺纹剖线的几何模型上模拟了不同方向的光线产生的光亮度;最后,根据建立的亮度差异公式获取类螺纹剖线的灰度分布中幅值最大化的光照方向。对提出方法进行有效性评估实验,结果表明不同方向的光照对单位牙产生不同程度的亮度差异;由于秩和分布的差异统计量Z_(statistic)<1.96,表明所提的亮度差异公式符合实际;光照方向优化实验表明轮辋在-120°光照方向下类螺纹纹理及其他缺陷均能清晰成像。

    2020年03期 v.41 230-239页 [查看摘要][在线阅读][下载 2537K]
  • 基于自适应双阈值的SURF双目视觉匹配算法研究

    罗久飞;邱广;张毅;冯松;韩冷;

    双目视觉系统广泛应用于现代物流,其中高效精准的匹配定位算法是实现快速有序物流作业的关键技术基础。为缩短特征点匹配时间,提高匹配准确率,提出了一种基于加速稳健特征的自适应阈值匹配定位算法。首先采用加速稳健特征算法分别对左右图像提取特征向量,应用自适应双阈值最近邻法获取初始匹配对;然后在极线约束条件下筛除误匹配对;最后采用距离特征判别法与角度特征判别法进一步剔除误匹配对。条烟定位实验显示该算法的平均匹配正确率可达90%以上,且定位时间较加速稳健特征算法最多可减少40%,实验结果表明了所提算法具有高效准确的优势,对自动码垛系统具有一定的实际应用价值。

    2020年03期 v.41 240-247页 [查看摘要][在线阅读][下载 2266K]
  • 基于残差网络深度学习的肺部CT图像结节良恶性分类模型

    林桢哲;王桂棠;陈建强;符秦沈;

    计算机辅助肺结节良恶性诊断对肺癌的及时治疗具有重要意义。针对计算机辅助诊断系统中肺结节良恶性诊断准确率较低,误诊率、错诊率相对较高的现状,提出一种基于残差网络的肺结节良恶性分类模型。首先选择部分LIDC-IDRI的肺部CT图像(共计10 402幅)作为数据集,然后通过图像的水平翻转对数据进行扩增,再将图像转为单通道,并进行裁剪及归一化等处理,最后将数据分为训练集与测试集(7∶3),对所设计的残差网络(ResNet-26)进行训练与测试。完成训练后,测试得到肺结节良恶性分类准确率、敏感性及特异性分别为97.53%,97.91%及97.18%,计算得出AUC为0.958。通过对比,实验结果在各个指标均优于现存的其他多种方法,其分类结果可为医生的诊断提供较好的辅助参考。

    2020年03期 v.41 248-256页 [查看摘要][在线阅读][下载 2032K]
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