基于多传感器信息融合的室内巡检机器人系统开发与应用
这是一篇关于多传感器信息融合,巡检机器人,机器人自主充电,视觉误差矫正,路径优化的论文, 主要内容为随着人工智能和深度学习等领域的快速发展,我国的经济发展、人民生活和社会治理形成了以机器人技术为核心的局面。近年来,数据中心数量的不断增加,电力机房成为数据中心能够稳定工作的重要组成部分。但由于室内环境因素、电池过放、电池故障等原因使电力机房的运行受到影响从而引发电气事故,因此对电力机房进行定时巡检是至关重要的。然而,传统的巡检方式存在一系列问题,如工作量大、机房信息更新慢、工作记录纸质化等。随着机器人技术的快速发展,机器人将逐渐取代人力,无人化巡检成为电力系统巡检的发展趋势。本文以电力机房巡检为研究背景,开发与研究室内巡检机器人系统,该系统包含巡检机器人硬件、相关算法和设备监控网站构成,巡检机器人采用基于ROS(Robot Operating System)框架,使用多传感器融合SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)算法辅助激光雷达获取丰富的室内环境信息,通过识别Apriltag二维码信息对机器人位姿进行校正,使用改进后的A*(A-Star)算法作为机器人全局路径规划算法完成室内导航,机器人配备充电装置使用红外线实现机器人寻找充电桩并完成自主充电。云端数据平台设备监控网站采用现在流行的Vue和Spring Boot框架搭建,以图表等可视化组件动态的将巡检机器人采集的数据进行分析并实时显示在页面上。机器人硬件部分包含红外热成像、高清摄像头、超声波模块、RGBD相机、充电桩、充电导航模块等,通过多传感器信息融合实现机器人在室内的自主巡检。本文主要研究内容如下:分析研究传统A*算法的弊端,分别通过选择启发式求解方式、优化评价函数,并对A*算法进行动态加权三方面改进传统A*算法,改进后的A*算法得到的导航路径通过贝塞尔曲线对规划路径进行平滑处理。相较于传统的A*算法,改进优化后的A*算法具有计算量小、计算速度快、得到的导航路径更加平滑更加利于机器人运动等优势。提出一种使用识别Apriltag二维码机器人校正位姿的算法,通过识别二维码角度获取机器人相对于充电桩位置的角度信息,并通过机器人尾部超声波模块获取得到机器人与充电桩的距离信息,通过对数据进行处理转换将位姿与距离信息转换为世界地图信息,重新发布机器人位置信息对机器人位姿校正。提出一种多传感信息融合方法,通过融合激光雷达、超声波、深度相机传感器数据信息获取丰富的室内环境信息建立分辨率可靠的栅格地图信息,并通过多传感器检测室内特殊障碍物,有效的规避障碍物防止机器人产生碰撞。
HL物流企业车辆智能配送系统的设计与实现
这是一篇关于车辆智能配送系统,路径优化,遗传算法,Java语言的论文, 主要内容为长期以来,我国社会物流总成本占GDP 比例过高的问题广受关注,而城市配送在整个物流环节中扮演的角色也越发重要,如何提高城市配送效率成为降低社会物流总成本的关键一环。本文以HL物流企业西安配送中心为研究对象,通过对该配送中心的实际调研,发现其业务流程有待改善,车辆配送系统存在明显缺陷。该配送中心对订单进行配送前,会先根据订单配送地址将所有订单分区,再对每个分区后的订单独立配送,这就导致配送结果很难达到全局最优;目前车辆配送系统的主要作用为管理基础数据,缺少车辆智能配载功能模块,所有的配车操作需要调度员根据工作经验手动完成,以至配送结果往往差强人意。这些问题使得配送中心的成本居高不下,甚至出现在订单旺季人手不足,订单淡季人手冗余的现象。本文首先研究了车辆路径问题及其求解算法,其次通过分析HL物流企业西安配送中心的业务现状,建立以配送车辆行驶路程最短为目标的车辆路径优化模型,并使用遗传算法求解该模型,同时使用Java语言实现遗传算法,开放接口供车辆智能配送系统调用。通过分析该配送中心整体系统的现状,结合调用遗传算法接口所需的参数,对车辆智能配送系统进行功能性和非功能性需求分析,并根据系统设计目标和原则进行系统功能设计和数据库设计。在开发车辆智能配送系统的过程中,选用JSP作为前端展示页面,JavaScript作为前端脚本语言,同时采用了jQuery和EasyUI两大主流前端框架协助开发;系统后端选用基于Java语言的SSM架构和MySQL数据库进行设计开发。最终,成功开发出以智能配载为核心功能的车辆智能配送系统,在对配送中心基础数据管理的基础上实现了快速高效地自动生成最优的车辆配送路径,并通过HL物流企业西安配送中心某日的实际订单数据,验证了系统能够很好地提高配送效率,降低配送成本,为企业带来一定的经济价值。
激光诱导前向转移打印控制系统设计及研究
这是一篇关于控制系统,图像处理,矢量绘图,路径优化,激光诱导前向转移的论文, 主要内容为激光诱导前向转移技术是近几年快速发展的一种激光微加工技术,具有快速灵活、加工精度高、绿色环保等特点,广泛应用于微电子设备、生物打印制备等领域,具有较好的发展前景。目前,市场缺少实现激光转移微打印的专用控制系统,采用其他激光加工控制系统导致加工步骤较为繁琐、加工效率低,难以推广该技术在工业、微电子及生物医疗等领域的应用。因此,本文基于激光诱导前向转移技术设计了一款低廉的激光诱导前向转移打印控制系统。本文的主要研究内容如下:1.激光诱导前向转移打印试验装置设计在深入分析激光诱导前向转移打印原理的基础上,提出了激光诱导前向转移打印试验装置的总体设计方案。首先对试验装置进行三维建模,同时参照所建模型完成实体的搭建。其次以Arduino UNO R3开发板为控制核心,PC端为人机交互平台,建立了激光诱导前向转移打印控制系统的硬件设计方案。接着对步进电机、限位开关、激光器等关键部件进行选型,再根据烧录Grbl固件后各引脚的配置,绘制电路接线图。最后基于Visual Studio C#软件平台开发了一款适用于激光诱导前向转移打印控制系统的上位机软件。根据激光诱导前向转移打印的需要,开发了参数设置、运动控制、位图打印、矢量图打印、状态显示等功能模块。2.激光诱导前向转移打印位图处理及加工方法研究该上位机软件可以识别BMP、JPEG、TIFF等格式的文件,满足多种位图格式的加工需求。首先以BMP格式为例重点介绍了位图文件的基本组成。其次详细阐述图像预处理:对彩色图像进行灰度化处理、对灰度图像进行二值化处理、对二值化图像进行反色处理、对原图像进行几何变换。接着设计了三种不同的加工模式,其中重点对逐线扫描模式进行描述,包括加工路径的生成,并以双向扫描为主,添加了水平、垂直和对角的扫描方向。此外,设计了黑白图案模式,即通过误差抖动技术得到二值图像,以及矢量化模式,即通过边缘轮廓提取技术将位图转换为矢量图。最后提供激光诱导前向转移打印中用于赋值参数的界面,主要包含图片的大小和位置的设置,以及打印功率和速度的设置。3.激光诱导前向转移打印矢量图处理及加工路径优化研究为了解决位图因放大而导致清晰度下降的问题,设计了矢量图处理模块,实现对矢量图的绘制、提取、解析和优化等过程,并最终生成加工代码。首先详细介绍了DXF文件的基本组成,重点解析了DXF文件数据的提取过程。其次设计并规划了绘图区域,主要用于矢量图形的绘制,即完成对直线、圆、圆弧等基本图元的绘制,并提供平移、旋转、镜像等图元的编辑功能,最终以DXF文件格式进行保存。最后介绍蚁群算法的基本原理及在激光加工中的应用,并利用蚁群算法完成打印路径的优化,通过合理地规划路径将有效地提高打印效率,便于在激光加工中的运用。4.激光诱导前向转移打印实验研究采用80°C干燥后的银浆作为供体材料,首先通过直写技术对代码生成的准确性和实用性进行验证,在焦距为18 mm时得到焦点位置,并在焦点位置分别以横向和纵向扫描去除银浆层,得到两条线宽相等的直线。其次探究了激光诱导前向转移打印过程重要的影响因素,并对其进行优化得到最佳参数为:激光功率为500 m W、激光频率为500 Hz、扫描速度为160 mm/min、干燥后膜厚3-5μm、接收间距为0。接着对位图图片进行打印,证实了线的密集程度对位图打印效果起到决定性的影响,同时可以适当改善图片大小从而得到效果较好的图像。最后分析了重复次数对矢量图打印效果的影响,即重复次数为2-3次时,可以得到较好的效果。
顺丰公司石家庄主城区配送系统优化研究
这是一篇关于配送系统,区域划分,路径优化,遗传算法,信息系统的论文, 主要内容为近几年来,随着各大电商平台迅速兴起,促进了本国快递行业加快发展,进而出现了大量的快递企业,因此快递行业在迎来难得的发展机会的同时,竞争也越来越激烈。快递配送系统包括快递网点布局、配送路线选择以及信息系统等方面,研究快递配送系统能有效减少快递企业运营成本,提高配送效率,所以快递公司想在本领域中占据一定地位,对配送系统的优化研究可以作为快递企业的重要任务。顺丰公司作为行业内的“领头羊”,在快递业务快速发展的同时,配送系统方面的一些问题也不断显露。通过对顺丰公司石家庄主城区快递网点布局、配送路径以及信息系统现状进行分析,了解到配送系统方面的一些不足,包括快递网点区域划分不合理、快递网点的规模差异较大、配送路线选择上缺乏合理性以及没有很好地利用信息系统数据挖掘功能等问题。基于对问题的充分分析,首先根据客户到网点之间的距离,以及网点的业务量,建立多目标规划模型并进行求解,对网点的客户区域进行重新分配,得到快递网点区域划分优化方案;其次,以配送的总成本最小化为目标函数,建立带时间窗的车辆路径规划数学模型,通过遗传算法进行求解,根据求解结果得到分拨中心的车辆路径优化方案;最后在配送信息系统方面,对配送信息系统中配送路线选择上,加入路径优化模型与算法,以减少配送成本。通过对模型的运用以及优化方案的提出,希望对顺丰快递企业减少运营成本、提高服务效率、提升企业竞争力给予借鉴。
B2C电商企业无人机物流网络设计与优化研究
这是一篇关于B2C电商企业,无人机,物流模式,演化博弈,路径优化的论文, 主要内容为近年来,我国电子商务发展迅速,物流业的发展却相对滞后。人力成本上涨推高物流成本,引发快递企业物流服务提价,使B2C电商企业的经营压力增加。农村电商领域快速发展,但物流发展无法匹配。无人机的应用有助于上述问题的解决,国内外一些B2C电商企业目前也正在尝试应用无人机参与物流业务。随着无人机物流的常态化运营,例如国内的京东物流,无人机物流为融资和营销的噱头的误解逐渐消解,公众对无人机物流不可替代作用的认识加深。B2C电商企业无人机物流网络相关理论和实践问题的研究不足,特别是在无人机物流网络设计与优化方面。本文的研究将完善相关理论和推动B2C电商企业无人机物流网络的快速发展。本文立足无人机物流网络建设实际,着力解决B2C电商企业无人机物流网络建设的两大核心问题:一是物流模式的确定,二是物流网络的设计,包括干线支线物流网络设计和末端物流配送网络设计。本文综合运用物流网络、主成分分析、聚类-枚举算法和演化博弈理论与方法。首先系统分析B2C电商无人机物流网络设计的可行性、与其他研究问题的区别、系统组成和设计逻辑步骤,为后续研究奠定理论基础。其次,研究了B2C电商与消费者在静态和动态的演化博弈,分析了无人机应用对演化博弈的影响和无人机应用于B2C电商物流网络建设的条件。再有,给出了无人机干支线运输网络设计的方法,验证了无人机在干线运输应用的可行性,为B2C电商无人机运输网络设计提供决策支持。再次,以B2C电商末端物流配送为研究对象,分类分析了卡车无人机联合配送的模型,研究了B2C电商末端物流网络所用小型无人机的线路设计,验证了无人机在末端配送应用的可行性,为B2C电商末端配送网络设计提供决策支持。最后,论文建立了京东无人机干支线运输网络和京东无人机配送网络。通过京东的实证分析中的参数分析,我们得到密集型无人机配送和稀疏型无人机配送在参数变化后最优解的情况。论文的创新之处主要体现在以下几个方面:1.构建了无人机应用影响下的E-C演化博弈模型本文将演化博弈研究方法引入B2C电商企业与消费者的博弈分析。在对B2C电商企业物流自营和外包策略与消费者反应和不反应策略演化均衡分析的基础上,本文构建了考虑无人机对B2C电商企业与消费者的演化博弈影响的模型,研究了无人机参与自营物流网络建设的条件。本文对于无人机参与物流的可行性研究做出了一定贡献。2.B2C电商企业无人机干支线运输网络分析与建模本文通过分析B2C电商企业传统物流网络的横向和纵向结构,提出B2C电商企业无人机物流网络横向结构在B2C物流网络设计不同阶段所采取的形式,提出纵向结构呈现的是涉及生产厂家、核心节点、分拣中心、配送中心的干线支线配送网络。构建了B2C电商企业无人机干支线运输网络模型,并提出了基于轴辐式网络结构的无人机干支线运输网络规划方法。改进引力模型,将当下物流规划需要考虑物流量的问题反映出来,得到网络节点关联度模型。经过该模型的计算能够得到符合当下实际实施要求的B2C电商企业无人机干支线运输网络设计。3.构建了B2C电商企业密集型无人机配送网络模型提出了需求点密集条件下末端配送全部由无人机完成的无人机旅行商问题(DTSP)。以聚类中心为交汇点,以无人机运送货物时卡车车辆保持静止状态为假设,构建了单架和多架无人机的配送规划模型,通过聚类-枚举算法进行求解,并通过算例和实证验证模型在解决需求点密集情况下的有效性。研究发现DTSP问题方法是节能省时的方法。4.构建了B2C电商企业稀疏型无人机配送网络模型提出了需求点稀疏条件下的由无人机和卡车共同完成最后的配送的串行路径规划问题(TDTRSP)。为解决该问题建立了B2C电商企业稀疏型无人机配送网络模型。模型通过两阶段枚举算法和枚举法进行了求解。所构建的模型考虑无人机和卡车的综合运输指数最小,兼顾无人机和卡车在能耗和速度方面的不同情景要求。并通过算例和实证,验证TDTRSP问题方法在解决需求点稀疏情况下的有效性。综上,本文研究了B2C电商企业无人机网络的物流模式、B2C电商企业无人机干支线运输网络、密集型无人机配送网络和稀疏型无人机配送网络。论文在理论上丰富了无人机物流网络规划研究,在实践上有利于促进无人机物流在国内的快速发展和实现B2C电商企业降低物流成本并提升物流服务水平的目标。本文在实践中的指导意义如下:首先,本文给出了B2C电商物流网络使用无人机的条件,有利于符合条件的企业适时使用无人机进行物流配送。其次,本文提出了具体的B2C电商无人机干线运输网络的设计方法,所提方法可指导运输活动实践。最后,本文提出根据需求点密集程度不同采用不同的配送模型,提出了DTSP问题和TDTRSP问题,考虑了能耗和速度因素,可充分解决无人机末端配送的线路规划问题,所提方法分指导配送活动实践。图93幅,表54个,参考文献186篇。
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