基于切线法定位圆心的电缆横截面几何尺寸自动测量方法的设计与实现

提出基于机器视觉、数字图像处理技术、软件技术的电缆横截面几何参数检测识别算法.该方法以圆的两组切线为基础,通过坐标变换准确测量电缆横截面的圆心、直径、绝缘厚度;并针对铠装电缆,提出一种基于HSI空间的金属屏蔽层厚度的检测算法,实现了金属屏蔽层厚度的准确测量.实验结果表明,该算法能够准确定位电缆横截面的圆心,并通过拟合可得出所测截面的直径、线芯面积、绝缘厚度和金属屏蔽层厚度等参数,测量精度高、检测速度快.     

基于轮廓曲率的树上苹果自动识别

为实现机器人采摘作业中苹果的空间定位,研究了单幅自然光条件下果树图像中苹果及其果柄识别定位的方法.建立以规格化的r,g为输入,苹果、树枝、树叶等为输出的三层BP神经网络模型,用于图像分割,经预处理后,提取苹果目标,根据目标形状将苹果分为5类,通过不同的圆拟合方法得到苹果的准确位置.在对被遮挡苹果进行圆拟合时,依据目标轮廓曲率的变化,抽取连续光滑轮廓线段,用采样点平均曲率的倒数作为拟合圆的半径,再由几何关系求出圆心位置.结合苹果的拟合圆,给出果柄所在的近似矩形区域,在区域内分割出树枝部分,进而利用投影法确定果柄的精确位置.通过对40幅果树图像试验表明,苹果及其果柄的识别率在80%以上.     

基于形位特征的机械零件加工位置识别

不同形状零件具有个性特征,为了对具体形状零件的准确定位进行进一步研究,首先通过霍夫变换提取给定零件轮廓中发直线和圆特征,进而利用峰值检测和K-means聚类分析方法准确识别有效的直线和圆特征;依次建立零件轮廓的绝对坐标系和零件标准位置模板坐标系;分别采用基于零件全特征和基于零件主要特征的方式提取零件轮廓的有效像素点,并通过模拟退火算法求解了不同迭代次数下采用这两种方式识别零件位置的速度和精度。为提高识别速度,建立基于零件几何特征的快速识别模型,即将目标函数简化为被测零件的圆心与标准位置模板圆心的最短距离和为最小,通过模拟退火算法进行求解。结果表明,零件的识别时间为0. 321 s,最低识别精度为98. 7%,可见该方法识别精度高,识别速度快。     

声发射检测技术在管道泄漏信号识别中的应用

对基于声发射技术的管道泄漏检测这一新方法进行了实验研究。从声发射技术的基本理论入手,分析了声发射技术的特点及检测原理,掌握了声发射信号的分析处理方法及源定位技术,然后进一步将声发射检测技术应用于输油管道的泄漏检测,建立了管道泄漏声发射检测模型,并建立了两种泄漏定位模型。对整个检测系统进行了设计,并进行了管道泄漏声发射实验,对管道泄漏声发射信号的特征进行了分析和提取,为进一步的实验研究及现场应用打下基础。     

无线传感器网络中最优分割圆定位算法

为提高无需测距定位算法精度,提出一种最优分割圆定位(OPCL)算法.以节点通信半径做分割圆,将待定位节点附近的锚节点分割为圆内及圆外两部分,定义匹配函数以量化衡量分割结果与实际一、两跳锚节点集合的匹配程度.在一定搜索范围和搜索粒度下,取最优分割圆的圆心作为目标位置.算法综合利用了节点连通性约束及非连通性约束.仿真结果显...     

基于LPV模型GRNN输气管道音波定位算法

针对输气管道泄漏检测及定位问题以及管道内气体可压缩、检测难等特点,建立了输气管道线性变参数(LPV)模型,并设计了广义回归神经网络(GRNN),以理论时间差为模型输入,以对应的管道各点位置为期望输出.采用音波法对输气管道进行泄漏故障诊断与定位.结合具体实例并采用现场数据进行仿真研究,结果表明:采用基于LPV模型的GRNN输气管道泄漏故障音波定位算法是一种有效的方法,可使预测值准确地跟踪真实值,实验结果为输气管道泄漏故障检测与定位的工业应用提供了可靠的依据.     

回转体加工中的机器人零位校正方法

在机器人加工中,采用理论几何模型控制机器人的运动,其与作业机器人的几何模型并不一致,导致加工误差的形成.为此,研究了工业机人零位误差对回转加工的影响.利用基于激光跟踪仪的轴旋转法求取关节的旋转中心和旋转轴向;借助最小二乘法对数据进行圆拟合,为了提高轴线测量精度,在同一轴上拟合得到两个圆,以其圆心的连线作为旋转轴的轴线;过第一和第四轴轴线作一平面,利用轴线与该平面的交点或者平面上的轴线,确定作业机器人的连杆参数,由相应连杆参数计算作业机器人每轴的零位角.通过旋转加工直径为80mm的圆柱,验证了该方法的有效性.实验结果表明:未校正零位误差时,作业机器人加工的圆柱最大误差为2.42mm;而校正零位后,作业机器人加工的圆柱最大误差减小到0.16mm.为机器人本体几何参数与零位的解耦标定建立了基础,进一步提高了机器人加工精度.     

一种渐进式圆心定位的原木端面轮廓识别方法

Hough变换圆检测方法可以很好地检测出原木轮廓图像中的圆形轮廓,然而,部分原木端面轮廓是圆形轮廓的变形或带干扰边缘的圆形轮廓,因而无法正确地被识别.针对该问题,提出一种渐进式圆心定位方法.首先,通过迭代方法,由轮廓区域中被扫描到的某一点定位到圆心位置;其次,以被识别的圆心为中心,根据圆轮廓遴选模型,在待识别轮廓中确定最合适轮廓.实验结果证明方法的有效性.     

一种7-DOF机械臂的结构设计及其几何位置误差分析

基于双电机伺服驱动的关节设计制造了一种7-DOF协作机械臂,建立了该型机械臂末端执行器的几何误差模型,并且基于原始参数误差独立作用原理对参数误差进行分析与合成.基于数理统计大数定律,利用蒙特卡洛的方法对几何位置误差影响因素的灵敏度进行了数值仿真计算分析,找出对机械臂几何位置误差影响程度相对较大的参数误差.通过对机械臂末端执行器的几何位置误差计算分析,可知误差在工作空间内服从瑞利分布.经过实验测量,机械臂的重复定位误差不超过0.0591mm,并且绝对定位误差服从瑞利分布是显著性的,证明了双电机伺服驱动关节具有回差小、传动精度高的特点和误差分析的正确性,为机械臂的精度设计与应用提供理论依据.     

面向管道焊缝渗透检测机器人的管道定位与规划方法

为了实现核电设施管路的自动化焊缝检测作业,在降低人工作业安全风险的同时提高工作效率,提出了一种集喷涂、喷擦、刷涂、擦洗、环境感知和场景建模的机器人自主作业软件系统及相关算法。分析作业机器人的工作环境和功能需求,进行机械臂和感知模块的选型,制定三维建模和参数辨识方案,搭建焊缝检测作业系统;提出了一种基于机器人感知到的视觉和深度信息进行场景建模的算法,该算法可以输出检测关到作业面的位置、三维模型以及作业区域范围;提出了一种基于三维重构模型和作业区域范围进行作业轨迹规划的算法,并搭建了仿真平台验证运动轨迹的正确性;开展了管道定位与三维重构实验以及轨迹规划实验,实验的结果证明,提出的管道定位方法能够实现精确的点云数据采集和高精度的管道参数辨识,机械臂能够实现准确性高、连续性好的运动,满足管道焊缝检测作业的要求。     

采用线阵型光学传感器的晶圆预对准方法

为提高晶圆圆心定位算法的效率和缺口定位算法的精度,设计了基于线阵型光学传感器的晶圆预对准装置。圆心定位采用改进的线性化最小二乘圆拟合方法,缺口定位采用Leven-berg-Marquardt算法。仿真结果表明,该方法可有效减少圆心定位算法的计算时间,缺口定位精度较现有定位方法提高近1倍。该方法可用于晶圆预对准的实际应用。     

基于单目视觉的高速并联机器人动态目标跟踪算法

在高速并联机器人视觉分拣系统中,由于安装误差等原因,视觉系统与传送带以及机器人与传送带之间会存在一定的角度偏差,导致目标物体在分拣系统中的定位精度较低,使机器人末端不能精确抓取动态目标.而且传统的单目视觉定位及跟踪算法存在精度低、运算速度慢等问题,影响视觉分拣系统的计算速度,降低系统的实时性.针对以上问题,提出了一种基于圆特征的单目视觉定位与传送带标定结合的动态目标跟踪算法,首先不需考虑相机坐标系与传送带坐标系的角度偏差,拍摄一个圆形目标,并以光心为顶点构造直椭圆锥的几何成像模型.在此基础上利用其几何关系求取圆心在相机坐标系下的深度信息,再结合传送带标定与张正友标定方法,确定传送带编码器的比例因子以及机器人坐标系和传送带坐标系之间的角度偏差,并实时跟踪圆形目标运动过程中圆心在机器人下的位置.最后,对所提算法和传统算法分别进行实验对比,结果表明,该动态跟踪算法通过圆锥投影的几何关系推导圆心的空间坐标,避免了传统复杂的非线性方程求解,定位精度和计算速度大幅提高.该算法消除了传统算法的角度偏差,平均位置误差为0.82 mm,具有较高的定位精度.运行中系统耗时较短,运行效率得到了有效提高,且误抓率和漏抓率分别为0.2%和0,具有很高的实用价值.     

三容水箱的T-S模糊PID控制研究

三容水箱是较为典型的非线性、时延对象,具有很强的代表性和工业背景.结合非线性模型线性化方法、PID控制结构及基于T-S模型的模糊控制技术.提出了三容水箱的T-S模糊PID控制策略.在Matlab下建立三容水箱控制的仿真模型并进行仿真研究.结果验证了控制策略的有效性和正确性.     

应力波法在输油管道检漏系统中的应用

介绍了应力波法在输油管道泄漏检测系统中的应用。在不法分子凿击输油管道的过程中或输油管道由于自然原因突然发生泄漏时,产生的应力波会沿着管道向两端传播,利用管道两端的传感器采集应力波信号,并进行小波去噪,然后根据应力波到达两个传感器的时间差对冲击激励点进行定位。实验测试与实际运行结果表明,本检测系统定位平均误差小于0．22m,判断准确率高达90％以上,能够较准确检测输油管道的泄源点。     

管道效应对电液比例位置控制系统稳定性的影响

以比例阀控非对称缸位置控制系统为研究模型,在对液压管路进行详细分析的基础上,建立了考虑管道效应的电液比例位置控制系统的数学模型,并应用计算机仿真方法对考虑管道效应前后的两个模型进行仿真实验比较,从而论证了管道效应对电液比例位置控制系统的稳定性存在不可忽视的影响·仿真研究结果表明管道长度、直径及系统的流量压力系数可较明显地改变控制系统的稳定性·     

海底埋地管道启输计算模型的建立

目前的海底埋地输油管道启输计算模型没有具体分析海水本身自然对流换热对管道启输的影响,启输计算模型能否应用于海底埋地输油管道启输计算需要实际投产来验证.因此急需研究海底输油管道预热计算模型满足海上油田开发的需求.对海底埋地输油管道进行了传热分析,建立了海底埋地输油管道三维物理模型,分析了海水本身自然对流换热对管道启输的影响情况.通过处理物理模型将管道启输传热模型简化为一维圆环传热模型,并进行了模拟计算和试验验证.模拟计算和实验研究对比表明:①当海水底流流速小于1.5m/s时,在此区域内海水自然对流换热对海底输油管道传热影响可以忽略不计.②海底输油管道正常矩形散热区域转换为圆环区域后其散热量基本不变,可见海底输油管道转化为一维模型是可行的.③在验证稳定状态沿程温降的过程中,发现各个测温点的绝对误差不超过0.1℃,说明该启输计算方法具有很高的置信度.     

基于误差椭圆理论与蒙特卡罗方法的圆直径测量不确定度评定

利用三坐标测量机(CMM)测量圆几何特征的功能,建立了基于误差椭圆理论与蒙特卡罗方法的测量不确定度评定模型.以误差椭圆表征采样点的不确定度,结合蒙特卡罗方法仿真所得较少的测量样本数据快速得到了最小二乘拟合条件下的圆直径测量的不确定度.同时,与实验测量和文献公式计算的结果进行对比,验证了其有效性.结果表明,所建立的模型能够准确评定圆直径测量的不确定度.     

基于红外图像处理的埋地石油管道自动探测技术

埋地石油管道的辅助巡线以及对偷油支管的快速定位与排查是目前油田亟待解决的问题．为此，根据输油管道加温后辐射红外能量的特点，提出了应用红外热成像技术探测埋地输油管道的方法．介绍了基于非制冷红外焦平面阵列的，具有便携、实时成像特点的红外管道探测仪的硬件设计；在对原始红外图像进行去噪和增强的基础上，采用基于最大类内距离比准则的递归带通分割法对输油管道的红外图像进行自动阈值分割，并结合Freeman直线链码方法对细化后的图像进行骨架跟踪处理，提取管道主干，标记管道走向并定位偷油支管分支．实验证明，本算法自适应性好，执行效率高，管道定位准确，实现了埋地输油管道的自动检测．     

基于卡尔曼滤波器的管道泄漏检测技术研究

管道泄漏检测技术是保障管道安全生产的重要手段.应用Kalman滤波器对采得的输油管道原始压力数据进行实时性滤波,以消除噪声干扰、提高信噪比;利用滤波后的信号进行输油管道泄漏的报警和定位.依据虚拟仪器理论,设计了卡尔曼滤波的LabVIEW程序模块,设计的模块可以直接嵌入到现有的管道泄漏实时监测系统中.实验数据表明Kalman滤波器可大大提高输油管道泄漏报警的可靠性及其定位精度.     

横向滑坡作用下埋地管道静力学与数值模拟对比分析

长距离输油管道周围环境复杂,灾害频发,其中滑坡地质灾害对埋地管道的长期安全运行构成了极大威胁.因此,研究滑坡作用下埋地管道的力学特性就极为重要.基于Winkler弹性地基梁模型和滑坡推力横向分布模型,考虑温差、内压及推力等因素引起的当量轴力的作用,建立横向滑坡作用下埋地管道受力变形的简化力学模型,根据对称条件、边界条件...