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2024, 65(15):6-10.
摘要:
针对钢材表面缺陷检测任务中目标尺寸较小且形态多变，传统检测方法效率较低，通用算法也难以准确捕捉其特征信息等问题，提出基于YOLOv8的改进模型。利用可变形卷积替换部分标准卷积，使模型能更好地学习采样位置的偏移，适应表面缺陷的几何变换，从而提高检测精度；引入基于辅助边框的Inner-IoU损失函数，其能根据不同的检测任务自我调整比例因子，以控制辅助边界框的生成，适合处理形状多变的表面缺陷，提高模型泛化性。在基准数据集NEU-DET上的实验结果表明，与具有相同参数量的基线模型相比，改进后的模型的检测精度提高了2.3%，且优于其他对比算法。此外，在GC10-DET数据集上，与基线模型相比，其检测精度提高了4.0%，表明该模型具有良好的泛化性。
针对钢材表面缺陷检测任务中目标尺寸较小且形态多变，传统检测方法效率较低，通用算法也难以准确捕捉其特征信息等问题，提出基于YOLOv8的改进模型。利用可变形卷积替换部分标准卷积，使模型能更好地学习采样位置的偏移，适应表面缺陷的几何变换，从而提高检测精度；引入基于辅助边框的Inner-IoU损失函数，其能根据不同的检测任务自我调整比例因子，以控制辅助边界框的生成，适合处理形状多变的表面缺陷，提高模型泛化性。在基准数据集NEU-DET上的实验结果表明，与具有相同参数量的基线模型相比，改进后的模型的检测精度提高了2.3%，且优于其他对比算法。此外，在GC10-DET数据集上，与基线模型相比，其检测精度提高了4.0%，表明该模型具有良好的泛化性。
2024, 65(15):1-5.
摘要:
针对传统图书整理方法效率低下且复杂，尤其是传统图书整理设备采用CCD巡线存在局限性等问题，设计了一款智能图书自主收纳车。该收纳车集成了ROS操作系统、Movebase导航框架以及YOLOv3目标检测等技术，具备识别书架空位的能力，且其能按照分类摆放图书，以实现自动化的图书收纳放置服务。经现场实际测试，证明了该收纳车在图书馆、家庭书架等场景中具有实用性和高效性。该研究为改善图书整理方法、提升图书整理设备性能提供了可行的技术方案，对图书管理和智能化图书整理具有积极的实际意义。
针对传统图书整理方法效率低下且复杂，尤其是传统图书整理设备采用CCD巡线存在局限性等问题，设计了一款智能图书自主收纳车。该收纳车集成了ROS操作系统、Movebase导航框架以及YOLOv3目标检测等技术，具备识别书架空位的能力，且其能按照分类摆放图书，以实现自动化的图书收纳放置服务。经现场实际测试，证明了该收纳车在图书馆、家庭书架等场景中具有实用性和高效性。该研究为改善图书整理方法、提升图书整理设备性能提供了可行的技术方案，对图书管理和智能化图书整理具有积极的实际意义。
2024, 65(15):20-23.
摘要:
在矿车行驶过程中，驾驶员很难完全集中注意力，当突发意外时，可能无法及时作出反应，从而导致碰撞事故的发生。为此，基于4D光场测距和人工智能技术，设计了一种防碰撞预警系统。结果表明，该系统能够实现高效、准确的障碍物识别和距离估算，并能够确保矿车行驶的安全性，可在相对较短的时间内完成防碰撞的任务且不受恶劣天气的影响。该系统为工业矿车提供了一种新型的防碰撞解决方案，为智慧矿山的发展作出了贡献。
在矿车行驶过程中，驾驶员很难完全集中注意力，当突发意外时，可能无法及时作出反应，从而导致碰撞事故的发生。为此，基于4D光场测距和人工智能技术，设计了一种防碰撞预警系统。结果表明，该系统能够实现高效、准确的障碍物识别和距离估算，并能够确保矿车行驶的安全性，可在相对较短的时间内完成防碰撞的任务且不受恶劣天气的影响。该系统为工业矿车提供了一种新型的防碰撞解决方案，为智慧矿山的发展作出了贡献。
2024, 65(15):24-27.
摘要:
根据工业现场实际生产状况，设计了一款用于避障的AGV小车。四传感器融合的模糊控制系统用于AGV避障，通过远程API控制AGV在CoppeliaSim中进行避障仿真，实现了MATLAB(客户端)和CoppeliaSim(服务器)跨越两平台联合实时仿真，论证了该四传感器融合模糊控制可用于行进过程中躲避障碍物，为后期的控制系统优化提供了一定依据。
根据工业现场实际生产状况，设计了一款用于避障的AGV小车。四传感器融合的模糊控制系统用于AGV避障，通过远程API控制AGV在CoppeliaSim中进行避障仿真，实现了MATLAB(客户端)和CoppeliaSim(服务器)跨越两平台联合实时仿真，论证了该四传感器融合模糊控制可用于行进过程中躲避障碍物，为后期的控制系统优化提供了一定依据。
2024, 65(15):14-16.
摘要:
机械臂在工业自动化中扮演关键角色，其通过提高生产效率、降低成本、提高产品质量等，为各行各业带来了显著效益，能够适当解决因我国未来人口老龄化导致的劳动力稀缺问题。在该领域，美国、日本和德国的相关技术相对成熟，而我国正处于大力发展阶段。主要研究如何使用机械臂书写字体，首先采用GB2312字库，通过Python寻找字中的特征点为路径点；其次运用多项式插值等方法进行轨迹规划，并利用MATLAB和Coppeliasim进行仿真；最后控制Mirobot机械臂完成汉字的书写。结果表明，机械臂不仅可用于写字，也可应用于在金属表面批量写下数据，或在木头、皮革等材质上激光雕刻记号等。
机械臂在工业自动化中扮演关键角色，其通过提高生产效率、降低成本、提高产品质量等，为各行各业带来了显著效益，能够适当解决因我国未来人口老龄化导致的劳动力稀缺问题。在该领域，美国、日本和德国的相关技术相对成熟，而我国正处于大力发展阶段。主要研究如何使用机械臂书写字体，首先采用GB2312字库，通过Python寻找字中的特征点为路径点；其次运用多项式插值等方法进行轨迹规划，并利用MATLAB和Coppeliasim进行仿真；最后控制Mirobot机械臂完成汉字的书写。结果表明，机械臂不仅可用于写字，也可应用于在金属表面批量写下数据，或在木头、皮革等材质上激光雕刻记号等。
2024, 65(15):17-19.
摘要:
基于数字化车间的技术特点，设计了一套连杆连续自动上料系统。该系统有效弥补了传统上料方式存在的不足，通过自动导向车(AGV)、桁架伺服机械手、机器视觉和协作机器人的协同配合，实现了连杆的自动输送、转运、视觉定位及自动抓取。
基于数字化车间的技术特点，设计了一套连杆连续自动上料系统。该系统有效弥补了传统上料方式存在的不足，通过自动导向车(AGV)、桁架伺服机械手、机器视觉和协作机器人的协同配合，实现了连杆的自动输送、转运、视觉定位及自动抓取。
2024, 65(15):11-13.
摘要:
对2022年高教社杯全国大学生数学建模竞赛B题前两问进行研究。无人机集群在遂行编队飞行时，为保持编队队形，采用纯方位无源定位的方法调整无人机的位置。针对第一问，基于枚举思想，为接受信号无人机与发射信号无人机的几何关系建立定位模型。针对第二问，借助交叉三角形定位，通过发射点的定位线，构建定位三角形，建立三站无源定位模型，推得多站无源定位，根据枚举该站组，每三站组合求解，获得各组均值及方差，比较分析数据的待测点坐标，进而实现对无人机的有效定位。
对2022年高教社杯全国大学生数学建模竞赛B题前两问进行研究。无人机集群在遂行编队飞行时，为保持编队队形，采用纯方位无源定位的方法调整无人机的位置。针对第一问，基于枚举思想，为接受信号无人机与发射信号无人机的几何关系建立定位模型。针对第二问，借助交叉三角形定位，通过发射点的定位线，构建定位三角形，建立三站无源定位模型，推得多站无源定位，根据枚举该站组，每三站组合求解，获得各组均值及方差，比较分析数据的待测点坐标，进而实现对无人机的有效定位。
2024, 65(13):1-4.
摘要:
ROS智能机器人在未知环境或狭小空间下的自主导航存在环境地图精度低、信息易丢失等问题，导致难以实现快速实时导航。设计了基于多传感器融合的自主导航 ROS智能机器人，通过激光雷达与深度相机采集机器人周围的环境信息，通过激光 SLAM与 RGB-D视觉算法实现多传感器融合，进而完成机器人室内同步定位与地图构建，实现机器人自主导航。实验表明，多传感器融合地图构建具有高定位精度和丰富信息，所建地图与实际环境匹配度较高，提升了机器人的环境感知和导航灵活性，使系统能准确自主地完成导航任务。
ROS智能机器人在未知环境或狭小空间下的自主导航存在环境地图精度低、信息易丢失等问题，导致难以实现快速实时导航。设计了基于多传感器融合的自主导航 ROS智能机器人，通过激光雷达与深度相机采集机器人周围的环境信息，通过激光 SLAM与 RGB-D视觉算法实现多传感器融合，进而完成机器人室内同步定位与地图构建，实现机器人自主导航。实验表明，多传感器融合地图构建具有高定位精度和丰富信息，所建地图与实际环境匹配度较高，提升了机器人的环境感知和导航灵活性，使系统能准确自主地完成导航任务。
2024, 65(13):12-15.
摘要:
研究了复杂道路环境下识别模型中的参数量大，以及在遇到遮挡时利用 SORT算法追踪目标时易出现的 ID切换问题。在识别模型上，设计了一款基于 YOLOv5的轻量化模型，使用 MobileNetV3轻量级网络优化原网络结构，以减少模型参数。参数的减少可能会导致模型精度的下降，在特征融合网络的末端加入 CA注意力机制，以提高模型的特征提取能力，并在 Head层将原本 CIOU Loss函数替换为 EIOU Loss函数。在追踪算法上， SORT算法引入马氏距离公式与最小余弦公式，以实现 SORT模型在遇遮挡时保持前后 ID信息一致。结果显示，优化后的 YOLOv5平均精度(mAP50)为 89.3%，与优化前相比，模型平均精度在下降 2.7%的同时，模型参数量减少了 49.4%，大幅降低了模型复杂度。优化后的 SORT算法在遇遮挡时能顺利完成目标的重检测，实现了一致的跟踪 ID。
研究了复杂道路环境下识别模型中的参数量大，以及在遇到遮挡时利用 SORT算法追踪目标时易出现的 ID切换问题。在识别模型上，设计了一款基于 YOLOv5的轻量化模型，使用 MobileNetV3轻量级网络优化原网络结构，以减少模型参数。参数的减少可能会导致模型精度的下降，在特征融合网络的末端加入 CA注意力机制，以提高模型的特征提取能力，并在 Head层将原本 CIOU Loss函数替换为 EIOU Loss函数。在追踪算法上， SORT算法引入马氏距离公式与最小余弦公式，以实现 SORT模型在遇遮挡时保持前后 ID信息一致。结果显示，优化后的 YOLOv5平均精度(mAP50)为 89.3%，与优化前相比，模型平均精度在下降 2.7%的同时，模型参数量减少了 49.4%，大幅降低了模型复杂度。优化后的 SORT算法在遇遮挡时能顺利完成目标的重检测，实现了一致的跟踪 ID。
2024, 65(13):8-11.
摘要:
针对多关节工业机器人动力学问题，给出了机器人雅可比矩阵的表达形式和基于拉格朗日方法的机器人动力学方程。利用 Solid Works三维建模软件建立了某型号工业机器人的三维装配模型，并将其导入 ADAMS软件进行了动力学仿真分析，得到了机器人末端执行器在给定恶劣工况下运动时各关节的角度、角速度和角加速度变化曲线，结果表明各关节运动特性与实际应用相符合。同时，给出了各关节承受的力和力矩在运动过程中的变化曲线，仿真结果与机器人关节的实际受力状况相符合，可为机器人各关节驱动电机选型和关节强度校核提供理论依据。
针对多关节工业机器人动力学问题，给出了机器人雅可比矩阵的表达形式和基于拉格朗日方法的机器人动力学方程。利用 Solid Works三维建模软件建立了某型号工业机器人的三维装配模型，并将其导入 ADAMS软件进行了动力学仿真分析，得到了机器人末端执行器在给定恶劣工况下运动时各关节的角度、角速度和角加速度变化曲线，结果表明各关节运动特性与实际应用相符合。同时，给出了各关节承受的力和力矩在运动过程中的变化曲线，仿真结果与机器人关节的实际受力状况相符合，可为机器人各关节驱动电机选型和关节强度校核提供理论依据。
2024, 65(13):23-25.
摘要:
人工智能算法是数据处理和预测的强大工具，能提高负荷预测的准确性和效率。电力系统的负荷预测是指预测特定时段内电网的电力需求量，这对于电网的稳定运行和优化管理至关重要。首先，介绍了人工智能算法在电力系统自动化负荷预测中的应用，通过数据获取和多方位负荷预测提高预测的准确性和效率；其次，展示了如何通过预测结果的分段截取来优化电力系统的控制；最后，对所提方法进行了实际测试，验证了其有效性和实用性。
人工智能算法是数据处理和预测的强大工具，能提高负荷预测的准确性和效率。电力系统的负荷预测是指预测特定时段内电网的电力需求量，这对于电网的稳定运行和优化管理至关重要。首先，介绍了人工智能算法在电力系统自动化负荷预测中的应用，通过数据获取和多方位负荷预测提高预测的准确性和效率；其次，展示了如何通过预测结果的分段截取来优化电力系统的控制；最后，对所提方法进行了实际测试，验证了其有效性和实用性。
2024, 65(13):16-19.
摘要:
针对传统概率路线图算法不能满足自动驾驶车辆在雨雪天气路面湿滑的情况下安全行驶的特定场景需求，提出了基于概率路线图算法对其构型采样和碰撞检测进行优化的新型概率路线图算法。基于环境建立栅格地图，优化传统概率路线图算法，在构型采样和碰撞检测阶段加入距离检测来控制采样点和连接边线远离障碍物，改变最终的无向图，避免车辆紧贴障碍物路径前进的危险情况，提高了车辆行驶的安全性。结果表明，该算法可以准确选择路径，达到了预期效果。
针对传统概率路线图算法不能满足自动驾驶车辆在雨雪天气路面湿滑的情况下安全行驶的特定场景需求，提出了基于概率路线图算法对其构型采样和碰撞检测进行优化的新型概率路线图算法。基于环境建立栅格地图，优化传统概率路线图算法，在构型采样和碰撞检测阶段加入距离检测来控制采样点和连接边线远离障碍物，改变最终的无向图，避免车辆紧贴障碍物路径前进的危险情况，提高了车辆行驶的安全性。结果表明，该算法可以准确选择路径，达到了预期效果。
2024, 65(15):31-34, 37.
摘要:
随着科技的发展，机器人技术在各领域得到了广泛应用。特别是在复杂地形环境下，对机器人的适应性和可靠性要求越来越高。因此，设计了一款空地两栖四足仿生机器人，该机器人结合了空中飞行和地面行走2种操作模式，具有自平衡功能，可适应复杂地形。该机器人结构设计基于四足动物行走特点，采用视觉动态捕捉技术实时跟踪自定义颜色目标，以提高操作精度。其控制系统设计实现了机器人在空中和地面行走的稳定性和可靠性。与单一系统机器人相比，该机器人具有更强的适应能力，可为复杂地形下的智能勘探救援任务提供有效支持。
随着科技的发展，机器人技术在各领域得到了广泛应用。特别是在复杂地形环境下，对机器人的适应性和可靠性要求越来越高。因此，设计了一款空地两栖四足仿生机器人，该机器人结合了空中飞行和地面行走2种操作模式，具有自平衡功能，可适应复杂地形。该机器人结构设计基于四足动物行走特点，采用视觉动态捕捉技术实时跟踪自定义颜色目标，以提高操作精度。其控制系统设计实现了机器人在空中和地面行走的稳定性和可靠性。与单一系统机器人相比，该机器人具有更强的适应能力，可为复杂地形下的智能勘探救援任务提供有效支持。
2024, 65(13):20-22.
摘要:
应用常规方法平滑数控加工刀具路径后，路径平滑指数和产品合格率均较低。因此，提出基于贝塞尔曲线的数控加工刀具路径平滑方法。根据双弓高误差判断条件识别连续微小线段加工区域，利用分段有理多项式函数表示加工区域的贝塞尔曲线，选择控制点后，通过约束贝塞尔曲线，实现对数控加工刀具路径的自动化平滑处理。结果表明，应用该方法后，路径平滑指数始终在 0.96以上，且数控加工产品的合格率最高可达 98.16%，说明此方法在数控加工刀具路径平滑方面具有良好的应用前景。
应用常规方法平滑数控加工刀具路径后，路径平滑指数和产品合格率均较低。因此，提出基于贝塞尔曲线的数控加工刀具路径平滑方法。根据双弓高误差判断条件识别连续微小线段加工区域，利用分段有理多项式函数表示加工区域的贝塞尔曲线，选择控制点后，通过约束贝塞尔曲线，实现对数控加工刀具路径的自动化平滑处理。结果表明，应用该方法后，路径平滑指数始终在 0.96以上，且数控加工产品的合格率最高可达 98.16%，说明此方法在数控加工刀具路径平滑方面具有良好的应用前景。
2024, 65(13):5-7.
摘要:
设计了一款以 MC9S12XS128单片机为系统控制器的导航智能车，采用传感器采集道路信息，利用单片机的信息处理能力寻找小车与自动寻迹路径线之间的误差数据，再通过 PID策略和 PWM技术自动控制小车舵机的偏转角度和电机转速的参数，使得智能车能自动检测和跟踪道路寻迹线，从而实现智能车的自动导航。
设计了一款以 MC9S12XS128单片机为系统控制器的导航智能车，采用传感器采集道路信息，利用单片机的信息处理能力寻找小车与自动寻迹路径线之间的误差数据，再通过 PID策略和 PWM技术自动控制小车舵机的偏转角度和电机转速的参数，使得智能车能自动检测和跟踪道路寻迹线，从而实现智能车的自动导航。
2024, 65(12):19-21, 24.
摘要:
为加速医药物流行业的发展，满足其降本增效的需求，设计了基于PLC的智能物料分拣控制系统。该系统以PLC为核心控制器，融合了3D视觉技术、PLC控制技术、机器人技术、传感器技术以及网络通信技术；利用3D视觉技术检测托盘中药品纸箱的摆放形式，将检测数据传送至机器人；当机器人检测到设备状态满足条件时，开始分拣托盘中的整箱药品。其设备运行安全可靠，极大程度地降低了人工的劳动强度，提升了生产效率，实现了药品的可追溯性。
为加速医药物流行业的发展，满足其降本增效的需求，设计了基于PLC的智能物料分拣控制系统。该系统以PLC为核心控制器，融合了3D视觉技术、PLC控制技术、机器人技术、传感器技术以及网络通信技术；利用3D视觉技术检测托盘中药品纸箱的摆放形式，将检测数据传送至机器人；当机器人检测到设备状态满足条件时，开始分拣托盘中的整箱药品。其设备运行安全可靠，极大程度地降低了人工的劳动强度，提升了生产效率，实现了药品的可追溯性。
2024, 65(12):7-9.
摘要:
直升机机轮刹车不松刹会严重威胁飞行安全，在飞行中若不能得到及时妥善的处置，后果将不堪设想。直升机机轮刹车不松刹涉及液压系统及多个成品部件，故难以定位此类故障，其排故难度和工作量极大。针对一起直升机机轮刹车不松刹典型故障案例，分析和介绍液压系统的组成和工作原理，分析故障原因，研究故障机理，并定位故障点，采取有效的排故措施，为后续处理类似问题积累经验，以期为机务人员排除直升机机轮刹车不松刹故障提供一定参考。
直升机机轮刹车不松刹会严重威胁飞行安全，在飞行中若不能得到及时妥善的处置，后果将不堪设想。直升机机轮刹车不松刹涉及液压系统及多个成品部件，故难以定位此类故障，其排故难度和工作量极大。针对一起直升机机轮刹车不松刹典型故障案例，分析和介绍液压系统的组成和工作原理，分析故障原因，研究故障机理，并定位故障点，采取有效的排故措施，为后续处理类似问题积累经验，以期为机务人员排除直升机机轮刹车不松刹故障提供一定参考。
2024, 65(12):13-15, 18.
摘要:
在建筑工程实践中，主体基坑支护设计是确保施工安全和结构稳定的关键环节，尤其是在地质条件复杂和空间限制显著的场地。作为一种高度集成的数字化工具，建筑信息模型(BIM)技术提供了一个三维可视化和信息管理的平台，使得设计师、工程师和施工团队能够高效协同地规划、设计、施工和管理建筑项目。通过集成和分析从项目初期到完成阶段的数据，BIM技术极大地优化了决策过程，降低了风险，并提升了项目的整体效率和质量。
在建筑工程实践中，主体基坑支护设计是确保施工安全和结构稳定的关键环节，尤其是在地质条件复杂和空间限制显著的场地。作为一种高度集成的数字化工具，建筑信息模型(BIM)技术提供了一个三维可视化和信息管理的平台，使得设计师、工程师和施工团队能够高效协同地规划、设计、施工和管理建筑项目。通过集成和分析从项目初期到完成阶段的数据，BIM技术极大地优化了决策过程，降低了风险，并提升了项目的整体效率和质量。
2024, 65(12):4-6.
摘要:
针对巴彦高勒煤矿供电系统存在无功消耗大、谐波污染严重的问题，设计用于煤矿供电系统的电能质量治理装置。详细阐述了该装置的硬件设计及控制策略方案并完成仿真和试验。结果表明，投入该装置前，网侧电流畸变严重、功率因数低、无功功率大，投入该装置后，由于补偿了无功并治理了谐波污染，使得网侧电流畸变率大幅降低，功率因素大于0.95，有效改善了煤矿供电系统电能质量。
针对巴彦高勒煤矿供电系统存在无功消耗大、谐波污染严重的问题，设计用于煤矿供电系统的电能质量治理装置。详细阐述了该装置的硬件设计及控制策略方案并完成仿真和试验。结果表明，投入该装置前，网侧电流畸变严重、功率因数低、无功功率大，投入该装置后，由于补偿了无功并治理了谐波污染，使得网侧电流畸变率大幅降低，功率因素大于0.95，有效改善了煤矿供电系统电能质量。
2024, 65(12):10-12.
摘要:
为提升垃圾焚烧电厂运行的安全性及可靠性，在垃圾的转运收储环节可开展智能化改造，介绍了某垃圾焚烧发电厂渣吊无人值守系统的组成和运行流程，说明和分析了子系统的组成和运行情况。对比分析了无人值守系统改造前后的运行情况。结合先进的监测设备和智能算法，可以实现垃圾焚烧发电厂运行过程控制的自动化，优化运行管理流程，实现危险岗位的无人值守。
为提升垃圾焚烧电厂运行的安全性及可靠性，在垃圾的转运收储环节可开展智能化改造，介绍了某垃圾焚烧发电厂渣吊无人值守系统的组成和运行流程，说明和分析了子系统的组成和运行情况。对比分析了无人值守系统改造前后的运行情况。结合先进的监测设备和智能算法，可以实现垃圾焚烧发电厂运行过程控制的自动化，优化运行管理流程，实现危险岗位的无人值守。
