• 2021年第13卷第3期文章目次
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    • 封一

      2021, 13(3):0-0.

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      摘要:

    • 封二

      2021, 13(3):0-0.

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      摘要:

    • 封三

      2021, 13(3):0-0.

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      摘要:

    • 封四

      2021, 13(3):0-0.

      摘要 (108) HTML (0) PDF 4.49 M (121) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • 目次

      2021, 13(3):0-0.

      摘要 (132) HTML (0) PDF 215.02 K (141) 评论 (0) 收藏

      摘要:

    • >论文
    • 深空探测科学仪器研究进展

      2021, 13(3):257-268. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.001

      摘要 (341) HTML (0) PDF 2.10 M (218) 评论 (0) 收藏

      摘要:深空探测是对宇宙中地球以外的行星、卫星、小行星和彗星等星体或空间环境的探测活动.合理选择深空探测科学仪器,了解被测星体的物理及化学性质、地表地貌、动态特性以及有机物和水的存在,对人类了解地外水和生命信息、认识太阳系的起源和演化有着重要意义,是深空探测的重要任务.本文总结了深空探测的科学目标,介绍了近50年来典型深空探测任务中探测器所搭载的科学仪器及其特点,包括质谱仪、光谱仪、探地雷达和磁力计等,整理了其性能参数及面向的探测功能任务,最后讨论了深空探测科学仪器目前呈现出的小型化、低功耗、更强的环境适应能力和多仪器联合使用的发展趋势.

    • 视觉里程计研究综述

      2021, 13(3):269-280. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.002

      摘要 (275) HTML (0) PDF 5.07 M (308) 评论 (0) 收藏

      摘要:视觉里程计(Visual Odometry)作为视觉同步定位与地图构建技术(Visual Simultaneous Localization and Mapping)的一部分,主要通过相机传感器获取一系列拥有时间序列图像的信息,从而预估机器人的姿态信息,建立局部地图,也被称为前端,已经被广泛应用在了多个领域,并取得了丰硕的实际成果,它对于无人驾驶、全自主无人机、虚拟现实和增强现实等方面有着重要意义.本文在介绍经典视觉里程计技术框架模块中的各类算法的基础上,对近年来新颖的视觉里程计技术(VO)的研究和论文进行了总结,按照技术手段不同分为两大类——多传感器融合的视觉里程计(以惯性视觉融合为例)和基于深度学习的视觉里程计.前者通过各传感器之间的优势互补提高VO的精度,后者则是通过和深度学习网络结合改善VO的性能.最后通过比较视觉里程计现有算法,并结合VO面临的挑战展望了视觉里程计的未来发展趋势.

    • 视觉驱动机械臂自主作业技术综述

      2021, 13(3):281-290. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.003

      摘要 (268) HTML (0) PDF 1.14 M (150) 评论 (0) 收藏

      摘要:视觉驱动机械臂自主作业技术在工业生产、航空航天以及深海探测等诸多领域都具有重要的意义.在回顾多年视觉驱动机械臂自主作业技术的基础上,从基于几何驱动的控制和基于数据驱动的控制两个方向进行归纳总结.对不同的控制方法,介绍了控制的原理,总结了每一类自主作业控制的研究成果,并对每种控制方法的特点以及存在的问题进行分析.针对视觉驱动机械臂自主作业在关键领域中的研究,本文重点分析讨论了海洋开发与探测领域中存在的关键问题与挑战.

    • 基于三维骨骼信息的动态手势识别

      2021, 13(3):291-297. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.004

      摘要 (213) HTML (0) PDF 2.80 M (149) 评论 (0) 收藏

      摘要:手势识别作为人机交互的有效手段,成为当前研究的热点话题.针对动态手势识别存在时空多变性、特征复杂性等问题,本文提出了一种基于三维骨骼信息的动态手势识别方法.动态手势具有时间上的差异性和复杂性,极大地影响了动态手势识别的准确率.因此,本文设计了一种动态手势关键帧提取算法,该算法可以提取动态手势关键部分,用于进一步的特征提取.另外,单独分类器的分类效果存在差异性,本文采用多个分类器同时对手势特征进行分类,充分利用了所提取的特征.同时,本文还提出了一种自适应融合算法,可以根据分类精度有效融合不同分类器,提高最终分类效果.最后,通过实验验证了本文提出的动态手势识别框架和方法的有效性.

    • 基于改进蚁群算法的移动机器人路径规划方法

      2021, 13(3):298-303. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.005

      摘要 (247) HTML (0) PDF 3.06 M (188) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对蚁群算法收敛速度慢、效率低、容易陷入局部最优解的不足,本文提出一种自适应变化信息素总量的方式,使算法获得较快收敛速度.通过对启发函数的改进,增加蚁群搜索的目的性,降低陷入局部最优解的概率.仿真结果表明,改进的蚁群算法提高了搜索能力和收敛速度,验证了算法的有效性和优越性.

    • 基于双目视觉的双臂协作教学机器人研究与设计

      2021, 13(3):304-310. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.006

      摘要 (182) HTML (0) PDF 4.10 M (185) 评论 (0) 收藏

      摘要:为弥补智能制造、机器人工程等新专业实验装置短缺、学生创新实践能力亟待提升等问题,本文设计了一种基于双目视觉的双臂协作教学机器人.双臂机械部分设计呈对称结构,底座大而稳定,可以降低制造成本及协作抓取难度;研究设计的示教动作还原算法和重投影误差最小化算法,可以提升机器人末端位姿数据采集精度,使双臂协作抓取更准确稳定.该系统不仅能够通过上位机拖动控制双臂运动完成示教编程及动作组实验,而且还能够进行基于视觉引导的图像处理及单臂抓取实验、运动分析实验、在线编程与协调抓取开放实验.该系统成本低、功能丰富、综合性强,且兼具拖动示教与开放性特点,有助于提升学生创新实践能力,非常适合在智能制造、机器人工程等专业实验教学过程中推广应用.

    • 危化品仓库安全巡检机器人系统设计与实验研究

      2021, 13(3):311-319. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.007

      摘要 (149) HTML (0) PDF 3.21 M (136) 评论 (0) 收藏

      摘要:为丰富高校危化品仓库的安全检查手段与提升应急响应能力,设计与实现了一种巡检机器人系统.首先在差速驱动的四轮移动底盘上集成里程计、单线激光雷达、带云台的彩色夜视与热成像相机、环境监测传感器套件等,构建巡检机器人移动平台.其次,融合里程计与激光雷达数据实现机器人同时定位与建图、巡检路径自定义与跟随.在巡检点处,利用图像关联分析对预定义的待观测物品进行定位及热成像测温.在巡检过程中,利用热成像相机与环境监测传感器实时感知环境参数并形成热力图轨迹,同时基于先验知识检测热图像中出现的入侵者.基于机器人操作系统集成相关算法及使用NodeJS开发远程人机交互Web系统.在真实环境下开展了有光照条件和无光照条件下的自主巡检实验,实验结果证实本文方法与系统可以满足高校危化品仓库安全巡检要求.

    • WAM机器人辅助上肢康复训练技术应用研究

      2021, 13(3):320-326. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.008

      摘要 (197) HTML (0) PDF 1.89 M (170) 评论 (0) 收藏

      摘要:运用WAM机器人辅助偏瘫上肢进行康复训练,从机器人运动参数和传统医学评估方法两方面分析验证康复训练的有效性.基于WAM机器人搭建实验平台,设计"十"字和"米"字康复训练方式,添加趣味性游戏,招募上肢偏瘫患者跟踪进行康复训练与评估.采集WAM机器人的轨迹和转矩信息,分析康复训练前后轨迹跟踪误差和转矩变化,评价患肢的运动功能,同时由康复医师运用传统评估法Brunnstrom等级分期法进行康复评估.实验结果显示,经过1个月的康复训练,机器人轨迹跟踪误差减小,转矩波动变化趋于平缓,患肢随意运动减少,评估Brunnstrom等级有所提升,且效果优于传统康复训练.研究结果表明WAM机器人辅助康复训练科学合理,康复效果优于传统康复训练方法.

    • 教学机器人综合实验平台设计与研发

      2021, 13(3):327-331. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.009

      摘要 (181) HTML (0) PDF 2.70 M (133) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提升机器人工程专业学生综合实践能力,本文设计了一款集机、电、控、图像处理于一体的教学机器人实验平台,将机器人机械结构设计、运动学分析、运动控制、图像处理等技术有机融合,不仅提供了机器人关节装配及实物图演示实验,易于学生理论联系实际深入掌握机器人机械结构及工作原理,而且基于开放的控制实验平台,能够完成机器人的运动学分析、驱动控制、轨迹规划、图像处理及基于视觉引导的物体识别与抓取等实验.该实验平台具有很强的综合性和可操作性,激发了学生的学习兴趣,使学生工程实践与创新能力得到有效提升.

    • 基于相关点均值处理的Kinect人手位置检测方法研究

      2021, 13(3):332-339. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.010

      摘要 (167) HTML (0) PDF 2.91 M (148) 评论 (0) 收藏

      摘要:在人机交互领域中,人手的位置信息往往直接用于交互指令的解读与交互结果的计算,因此高精度的实时人手位置检测是实现非接触式的、自然的人机交互的重要基础.针对Kinect 2.0追踪人体骨骼点获取的三维坐标数据的波动和误差较大的问题,本文提出了基于相关点均值处理的人手位置检测算法.该算法基于深度信息,以手腕为分割阈值点,进行人手图像分割,并对人手位置信息相关点进行空间平均处理与时间平均处理,提高位置检测精度.实验结果表明:基于相关点均值处理的人手位置检测算法是有效的,检测误差在5 mm以内,能够满足在人机交互等应用系统中的基本要求.

    • 基于力反馈手柄的移动载人月球车操作控制系统

      2021, 13(3):340-348. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.011

      摘要 (221) HTML (0) PDF 2.68 M (151) 评论 (0) 收藏

      摘要:移动载人月球车相关技术的研究是我国未来载人登月探测的重要任务.根据载人月球车的需求,本文从航天员操作舒适度和操作工作空间出发,设计了一种面向载人月球车操作的力反馈手柄,在具体的场景设计下可以带给航天员力触觉感受,辅助航天员进行安全、有效的驾驶行为.基于力反馈手柄的移动载人月球车操作控制系统包含力反馈手柄、硬件系统、软件系统.力反馈手柄主要由二自由度旋转机构、手杆、带光编码器的直流电机组成;硬件系统为STM32单片机及相关接口电路,STM32作为下位机接收来自上位机的指令信号和力反馈信息,并且向上位机反馈手柄位置信息;为完成移动载人月球车操作控制系统的仿真测试,软件系统是基于unity3D所开发的月球车驾驶场景,搭载使用虚拟传感器,做出驾驶行为决策解算出相应的力反馈信息.实验结果表明,力反馈手柄能较好地辅助航天员操纵载人月球车,有效提升了载人月球车的驾驶效率和安全性.

    • 基于Tesseract-OCR的复杂发票自适应识别

      2021, 13(3):349-354. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.012

      摘要 (211) HTML (0) PDF 3.40 M (251) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对复杂发票任意区域下的特定表格内容提取与实时识别问题,提出了一种基于Tesseract-OCR引擎的自适应识别方法.首先利用OpenCV对发票图像进行预处理滤波、自适应阈值等一系列预处理得到二值图像;然后利用形态学中的开运算提取表格全域线段,进行表格位置提取,并结合表格交点坐标与自定义模板,实现表头与内容自适应适配;最后利用jTessBoxEditor对表格区域内容进行字库训练优化,最终实现基于Tesseract-OCR的字符识别.实验结果表明该方法具有高准确识别率,支持感兴趣区域自适应识别,具备高可用性.

    • 基于滑模状态观测器的两自由度磁悬浮球控制

      2021, 13(3):355-362. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.013

      摘要 (137) HTML (0) PDF 3.48 M (162) 评论 (0) 收藏

      摘要:首先分析了磁悬浮球绕组磁力线扭曲特性,构建了含轴向和水平两自由度的磁悬浮球运动模型,采用模型转换,将系统中的匹配性和非匹配性干扰统一重构为匹配性干扰,建立新的系统状态空间方程;其次,针对悬浮气隙中气隙速度与加速度难以获取、干扰实时性观测困难的问题,提出了含干扰重构的气隙速度、加速度滑模观测器,并基于此观测器设计了滑模跟踪控制器;最后搭建含干扰重构的滑模状态观测和跟踪协同控制仿真平台,结果表明所提控制策略在动态响应速度、跟踪误差和抗干扰能力性能方面优于传统PID控制.

    • 三电平逆变器驱动的IPMSM模型预测电流控制系统研究

      2021, 13(3):363-368. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.014

      摘要 (182) HTML (0) PDF 1.31 M (144) 评论 (0) 收藏

      摘要:三电平逆变器拓扑结构简单、所用器件较少且每个功率管所承受的电压应力小,适用于高电压、大容量的场合.相比于传统两电平逆变器,三电平逆变器输出电平的数量从2变成3,输出的电压电流谐波含量低,波形正弦度更好.本文提出内置式永磁同步电机模型预测电流控制算法,以提高控制系统电流动态响应速度,并针对该算法在控制系统中产生的时间延迟,引入二阶延迟补偿策略.对以上内容建立系统仿真模型,仿真结果表明:三电平逆变器相比两电平逆变器输出电流波形谐波含量更小、电机的动态及稳态性能更好.

    • 基于去噪和分形的加密货币投资组合模型优化研究

      2021, 13(3):369-376. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.015

      摘要 (161) HTML (0) PDF 1.06 M (160) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高投资效益,本文针对传统投资组合模型的缺陷,结合经验模态分解(EMD)去噪法和多重分形消除趋势交叉相关分析法(MF-DCCA),提出经验模态分解去噪下的多重分形投资组合模型(简称EMD-Mean-MF-DCCA).将新模型应用于极具投机性的加密货币投资组合,结合滚动窗口技术进行样本外检验和分析,实证结果显示:无论加密货币价格处于上升还是下降趋势,EMD-Mean-MF-DCCA相对于其他传统投资组合模型及未去噪的分形投资组合模型,均在盈利能力和夏普比率方面具有明显优化效果,且当加密货币价格大幅下跌时,基于新模型的组合投资策略也具有较好的抵抗风险能力.

    • 太阳辐射对大型渔光互补光伏电站发电效益影响分析

      2021, 13(3):377-382. DOI: 10.13878/j.cnki.jnuist.2021.03.016

      摘要 (166) HTML (0) PDF 1.83 M (250) 评论 (0) 收藏

      摘要:以江苏宝应生态渔业光伏发电"领跑者"示范基地为研究对象,定量分析了不同辐射指标对渔光互补光伏发电效益的影响机制.结果表明:太阳辐射对渔光互补光伏电站发电效益有着显著影响,且存在季节性波动,在夏秋季日并网峰值及发电量较大,稳定性较高,而冬春季发电效益和稳定性较差;太阳辐射指标与日并网功率最大值相关性较高,且呈明显对数关系,而日发电量与太阳辐射指标呈明显线性关系;不同月份并网功率最大值和发电量与平均辐照度、最大辐照度和累计辐照量均呈正相关关系,影响月并网功率峰值最为明显的是最大辐照度,而影响月发电量最为明显的指标是有效利用小时数.通过研究发现,在该地区开展光伏发电功率预测和前期太阳能资源开发利用评估时,可采用平均辐照度、最大辐照度、日累计辐照量3个指标作为参考指标.

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