- 贺晓莹;
协作机器人涉及生活、农业、军事以及交通等多领域，其作业环境具有随机性和不确定性等特点。由于协作机器人投入生产时间尚短，目前很难统计故障数据作为失效分析基础。一旦协作机器人作业过程中出现故障，可能导致系统破坏、任务延迟，会严重增加经济成本。因此，文章提出一种协作机器人性能失效概率分析算法，基于模糊综合评价和动态贝叶斯网络模型的失效概率分析模型，并以AUBO-i5协作机器人为例，分析高温、腐蚀及强振动等恶劣环境下，不同故障模式对协作机器人作业的影响。结果表明：协作机器人的控制系统可靠度最低，其中，电路板在工作1 000 h后的可靠度仅为43.9%,该计算结果得到了基于蒙特卡洛与故障树的工业机器人系统可靠性分析验证。本项研究成果能够为完善协作机器人设计、提高机器人的可靠性提供理论依据。
2024年05期 v.29;No.117 658-668页 [查看摘要][在线阅读][下载 626K] - 王为庆;庞楠;钟国成;
为了提升数据集低内点率时RANSAC图像匹配的准确性和运行效率，提出了基于非参数模型预处理的图像匹配算法。该算法通过基于非参数模型的快速图像匹配方法对匹配点集预处理，依据特点选择网格运动平滑约束和局部保持的图像匹配方法，以及使用预处理的数据集和RANSAC图像匹配方法估计图像变换关系。使用牛津大学公开数据集对比测试，结果表明：在前端引入基于非参数模型的快速图像比配方法，不仅能提升RANSAC图像匹配的准确性，而且加快其运行速度。
2024年05期 v.29;No.117 669-677页 [查看摘要][在线阅读][下载 469K] - 王曙光;刘忠;赵宏旺;
针对丘陵地区玉米大豆套种模式下，小行数难收获、含杂率及破碎率高的问题，结合板式摘穗和卧式摘穗方式的优点设计了一种新型摘穗装置。通过对摘穗装置进行受力分析，验证其满足工作要求的合理性。通过对关键部件的理论分析，确定了装置主要结构圆盘割刀、拉茎辊、摘穗板等的参数，拉茎辊直径为100 mm,摘穗段长度为340 mm,强拉段长度为240 mm。摘穗板弯折角度为15°,折弯长度为31 mm。通过对adams软件中摘穗过程仿真分析，得出了该型摘穗装置倾斜角为24°时为最佳收获角度，收割质量最好。新型摘穗装置研发可以对丘陵地区玉米低损收获提供帮助，也为丘陵地区玉米摘穗的研究提供理论参考。
2024年05期 v.29;No.117 678-684页 [查看摘要][在线阅读][下载 439K] - 刘德清;熊中刚;张凌云;黄智;徐嘉宏;罗文军;
针对现有番茄采摘以人工为主、成本高、效率低等问题，设计了一种刚-柔结合式的多腔室番茄采摘机械手。考虑番茄的物理特性，机械臂采用刚性材料，而末端执行器采用柔性材料；利用SolidWorks建立机械手采摘装置的三维模型，联合ANSYS对柔性采摘手指进行有限元仿真分析，验证机械手的可行性；基于D-H法建立机械臂的正运动学模型，结合蒙特卡洛法利用MATLAB求解分析机械臂的工作区间。仿真分析和数值计算结果表明：柔性采摘手指在0.06 MPa压力时，最大弯曲变形量为159.54 mm,最大应力为2.19 MPa满足摘下番茄所需力的需求，机械臂的工作空间近似半径为1 500 mm的球体，末端执行器可以达到番茄植株的每个点。验证了该刚-柔结合式的多腔室番茄采摘机械手能满足采摘需求。
2024年05期 v.29;No.117 685-690+701页 [查看摘要][在线阅读][下载 397K] - 张莉;杨宗翰;崔俊峰;
在复杂智能电网大数据环境下，基于价格的需求响应研究分布式电力调度策略。考虑多个发电厂供电的情形，对用户配有的智能电器进行分类，针对不同的发电厂制定不同电价，利用社会福利最大化方法，建立一个多时段的电力调度模型。基于对偶理论，通过求解模型的对偶问题获得所建模型的最优解。在求解对偶问题时，采用次梯度算法，通过供需两侧数据信息的交互，提出了一个分布式调度算法。该算法可以获得各时段所有用户的最优用电量和所有发电厂的最优供电量，还可以得到所有发电厂各时段的最优电价，为智能电网提供了最优日前电力调度策略。求解过程中不需要向其他用户和供电侧发送自己的具体用电信息数据，保护了用户的数据信息，减少大数据传输及处理的难度。数值仿真验证了调度模型合理性以及提出的分布式算法的有效性。
2024年05期 v.29;No.117 691-701页 [查看摘要][在线阅读][下载 642K] - 高江军;王家兰;蒋社想;
针对现有多点信息采集系统存在着功耗高、稳定性差等问题，提出基于RPL和NB-IoT技术的融合网关多点信息采集系统设计研究。系统硬件单元包括多点信息采集主控制器设计单元、多点信息核心处理器设计单元与多点信息采集通信设计单元。通信单元有效融合RPL路由协议和NB-IoT技术，为信息采集提供优质的通信支撑。软件模块包括多点信息采集程序制定模块、多点信息采集负载优化模块与上下行通信软件设计模块，通过硬件与软件的协同运行实现了融合网关的多点信息采集功能。测试结果显示：设计系统融合网关多点信息采集功耗最小值为3W,多点信息采集成功率最大值为98%。
2024年05期 v.29;No.117 702-707+754页 [查看摘要][在线阅读][下载 504K] - 孔德辅;莫家乐;关纪文;张洁;王菲;
基于快速砂浆器辅助免植筋薄缝砌体的施工工艺，主要介绍免植筋、薄缝连接、免抹灰3种关键技术，阐述其施工工艺技术要求与质量控制措施，以有效保证加气混凝土砌块砌体工程质量，促进施工简单便捷，取得良好的经济效益和社会效益，且可为类似工程提供参考。
2024年05期 v.29;No.117 708-713页 [查看摘要][在线阅读][下载 467K] - 吕浩恒;李作华;张语晴;
在双碳目标背景下，再生混凝土因其节能低碳环保的特性而备受瞩目，但其“多界面、多缝隙、高吸水率”的特点使其与钢筋间粘结的抗冻耐久性备受质疑，影响了其在寒冷地区的推广应用。通过54组立方体试件和17组中心拔出试件的试验研究了冻融循环(n=0、50、100、150、200)后不同取代率(r=0、50%、100%)再生混凝土的力学性能和粘结性能。结果表明：冻融损伤后再生混凝土与普通混凝土的力学性能和粘结性能类似，取代率和冻融损伤均会改变混凝土的脆性指标，脆性指标和劈裂抗拉强度是影响再生混凝土粘结性能的主要因素，利用冻融损伤因子可以表征这两者对粘结性能的影响，并在此基础上提出了峰值强度、峰值滑移、归一化粘结滑移曲线的拟合计算式，拟合结果与试验结果的符合性较好。
2024年05期 v.29;No.117 714-721页 [查看摘要][在线阅读][下载 761K] - 饶雪峰;赵全友;鲜博;魏士伟;
针对物联网应用型人才培养中缺乏端云协同实验平台的现状，以物料搬运为应用场景，设计并实现了一种基于端云协同架构的智能物料搬运系统。系统包含物料搬运小车终端和云端服务两大部分：终端小车基于麦克纳姆轮底盘结构，支持以网格巡线方式移动，辅以RFID标签完成网格坐标定位，通过将终端正前方的视觉数据上传云端目标检测服务进行物料目标检测，从而为终端小车实现物料抓取提供引导；用户仅需通过浏览器访问位于云端的调度应用服务，即可完成对物料搬运小车的状态监控和任务调派。该系统呈现了端云架构下的智能搬运系统技术关键要素，系统的端云协同接口设计符合场景需要，可作为物联网典型系统设计案例，为开展新工科教学改革提供了实验平台支撑。
2024年05期 v.29;No.117 722-729页 [查看摘要][在线阅读][下载 557K] - 许英;谢海斌;范彦勤;
自然界和社会中的许多复杂系统都可以用网络来描述，重叠社团检测是研究这些网络的关键任务之一。文章提出一种新的基于密度峰值聚类法和三支聚类法的重叠社团检测算法(3W-DPC算法),主要思想是利用密度峰值法确定网络中心节点，进一步进行三支聚类，确定每个社团的核心域和边界域。通过使用3W-DPC算法分析人工网络和真实网络的社团结构，研究发现重叠的社团自然且频繁，特别是对于最大的群落。与其他检测方法进行的基准测试比较，表明3W-DPC能够有效地检测网络的重叠社团结构。
2024年05期 v.29;No.117 730-735+760页 [查看摘要][在线阅读][下载 270K] - 武清华;黄和悦;陈少航;
针对当前乒乓球收集小车存在的收集结构成本较高、图像算法复杂问题，设计并实现了一种基于STM32与OpenMV的乒乓球收集小车。提出了一种新型乒乓球收集结构，包含由饮料瓶、塑料管制作的收集臂和纸盒制作的收集盒，大大降低了收集结构的制作成本。OpenMV内置丰富的图像算法，可有效降低软件开发难度。OpenMV依据乒乓球的Lab颜色阈值识别黄色乒乓球，获取其中心点坐标，并通过单目测距原理测得乒乓球与小车之间距离。设计了一种基于状态机的乒乓球追踪与收集算法，STM32将OpenMV从串口发来的乒乓球位置信息输入其中，得到运动指令，并使用PID算法将车轮转速调整到指令要求。通过上述控制算法，小车逐渐靠近乒乓球，并调整到合适位置，此时，舵机驱动收集臂完成收集。经测试，小车可适应多种地面及光照情况，乒乓球收集成功率94.47%。在室内有灯光环境下，小车可在5～156 cm距离内自主发现和收集乒乓球，收集时间在26.04 s以内。
2024年05期 v.29;No.117 736-746页 [查看摘要][在线阅读][下载 566K] - 张帆;刘思远;
目前，深度学习算法尤其是卷积神经网络，在网络流量分类问题中取得了不错的效果，但是该方法在进行流量分类时普遍存在耗时的问题。针对该问题，设计一种全局自适应的卷积神经网络结构(Global Adaptive stride Convolutional Neural Network, GACNN),采用跨步卷积层替换卷积层和池化层，并分别使用自适应的全局最大池化层和自适应的跨步卷积层代替经典卷积神经网络中的全连接层，以减少卷积神经网络的权重和连接数从而提高分类效率。实验结果表明，文章所设计的神经网络结构在提升分类精度的同时提升了数倍的测试速度。与此同时，设计的结构具有动态自适应功能，能够应对混合维度数据的输入。
2024年05期 v.29;No.117 747-754页 [查看摘要][在线阅读][下载 276K] - 廖雪清;朱文娟;
受结构光条纹图像自身特点的影响，在设计图像一致性交互目标定位算法时，很容易出现定位失败或者定位精度过低等情况，导致算法的定位效果不佳。为了解决这一问题，提出了一种基于改进YOLOv7的结构光条纹图像一致性交互目标定位算法。利用相关设备获取大量的结构光条纹图像，并计算图像中不同类型信息的参数，剔除图像中的噪声，再提取图像中的相位信息。通过引入注意力机制，对YOLOv7算法进行改进，设定相应的损失函数得到最终的定位结果，完成对结构光条纹图像一致性交互目标定位算法的设计。在实验测试中，新算法在实际应用中交并比较高，定位效果较好。
2024年05期 v.29;No.117 755-760页 [查看摘要][在线阅读][下载 288K] - 陈俊峰;赖业方;杨栋量;
在DM系列玻璃配方的基础上添加化学物质形成了Al_2O_3-CaO-SiO_2-B_2O_3-R_2O微晶玻璃。通过差热分析确定玻璃绝缘子的烘坯曲线，探索制坯压力对泄漏率的影响。通过热力学和动力学计算，结合Ellingham图，确定空气气氛下最佳金属预氧化参数为750℃、4 min,此时氧化增重为0.78～0.96 mg/cm~2,膜厚为1.3～2.2μm。经过试验确定最佳封接参数为1 050℃、40 min,继电器产品的介质耐电压、绝缘电阻、密封性良好，经温度试验、力学试验后密封性变化较小，泄漏率达到10~(-10) Pa·m~3/s。
2024年05期 v.29;No.117 761-770页 [查看摘要][在线阅读][下载 813K] - 郭振军;娄建江;曾利;张余明;
随着科技的不断进步，光纤传感器扫描仪作为一种重要的光谱分析仪器，在各个领域中得到了广泛的应用。随着光应用系统对获得的光谱的细节及精细度要求的提高研制超高分辨率光谱扫描仪显得非常迫切，而现有光纤传感器及密集波分复用模块等具有小于0.1 pm的极窄光谱特征，且相应的光谱仪和可调谐激光扫描系统的分辨率仅能达到1 pm的极限分辨率，精度不够高，无法满足高精度测量的需要。各应用领域对光纤传感器需求量不断扩大，迫切需要高分辨率光谱扫描仪，而目前无源光器件光谱扫描精度无法达到高标准的要求。基于此，设计了一种基于嵌入式的分辨率为0.01 pm的无源光器件光谱扫描仪，以解决对光谱的高标准要求。
2024年05期 v.29;No.117 771-776页 [查看摘要][在线阅读][下载 522K] - 李萍;李晗;
为了避免出现计算机网络信息传输因缺乏信息融合而产生误报或漏报问题，提出了基于信息融合的计算机网络信息传输安全监测方法。采用节点三维覆盖部署结构，将网络节点部署在不同的高度和位置上，以实现三维覆盖。根据加权平均规则，构建计算机网络信息传输监测结果的正态分布函数。根据正态分布特性，计算正态分布函数与均值分布函数之间的欧式距离，获取自适应获取传感器监测值的加权系数。将自适应获取传感器监测加权系数作为决策信息引入信息融合分析过程，达到动态监测的目的。综合考虑熵值变形处理结果、信息传输失效率、信息处理速率，全面监测信息传输状态。由实验结果可知，该方法能够精准监测信息丢失节点位置，且最高转发率为99%,具有精准监测效果。
2024年05期 v.29;No.117 777-783页 [查看摘要][在线阅读][下载 566K] - 陈功平;王红;唐运华;
以往的多址接入信道有效吞吐量智能预测方法由于仅计算了多址接入信道的单个信息增益，导致方法的预测效果不佳。因此，设计了计算机网络多址接入信道有效吞吐量智能预测方法。通过对计算机网络多址接入信道的特性分析，获取相应的信道数据，并对数据进行优化处理，由此对多址接入信道进行表征分析。根据分析结果，计算信道的时间相关性和状态方程，并构建对应的观测方程，计算出信道数据的多个信道增益，由此实现对多址接入信道有效吞吐量的估计。通过计算信道有效吞吐量的预测值，并对预测值进行优化，实现对信道有效吞吐量的预测。在实验测试中，和以往的多址接入信道有效吞吐量智能预测方法相比，设计的计算机网络多址接入信道有效吞吐量智能预测方法在实际应用中拟合程度更高，预测效果更好。
2024年05期 v.29;No.117 784-789页 [查看摘要][在线阅读][下载 333K]