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[期刊] 实验技术与管理
[作者]
王帅 张云洲 段强
针对室内环境的三维视觉同步定位与地图构建(3D VSLAM)计算量大、耗时长、硬件要求高的问题,提出了一种基于RGB-D的云机器人VSLAM实验平台。采用Kinect传感器,获取环境的RGB图像和深度信息,采用金字塔Lucas-Kanade算法实现帧间FAST特征点的快速追踪与匹配,运用RANSAC算法进行初始配准,提取关键帧。借助于云计算动态供给、弹性计算的优势,将VSLAM中计算消耗大的精确配准、闭环检测和全局优化处理过程卸载至云端进行,以减轻本地处理器的运算负担。实验结果表明,该方法能够有效地减轻VSLAM对硬件的依赖度,缩短SLAM的执行时间并提高构图精度,为云机器人以较低的成本实现先进SLAM算法提供了有效的解决途径。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
杨亮 李文生 傅瑜
设计了一种基于3D打印技术的双轮自平衡机器人创新实验平台,采用OpenSCAD开源建模软件设计机器人的机械结构,并通过3D打印技术打印机器人各零部件;该机器人由2个步进电机驱动,采用双闭环控制结构控制左右轮速度实现机器人的平衡控制与速度控制,具有鲁棒性好、可扩展性强的优点;机器人上配置有WiFi网络接入模块,可通过TCP协议与上位机控制系统通信,能够自如实现前进、后退、转向等功能。实践表明该创新实验平台具有结构简单、组装方便、趣味性强的优点,能有效改善实验教学效果。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
傅隆生 房文泰 武振超 李瑞
在农业院校及相关科研生产单位中，无人机被广泛应用于果园的农情信息获取，但现有消费级无人机通常只装配RGB相机，常规的定高飞行随着距离增加可能出现不稳现象，导致数据偏差，影响后续计算分析。该文基于自行开发的无人机平台，装配Nvidia开发板搭载RGB-D相机，设计果园多参数获取实验。该无人机平台能够完成果园RGB-D数据的实时监测、多个参数数据获取及存储等功能，学生可通过参数获取实验中的实际操作实现相关基础知识和理论学习，同时，该无人机平台各部件易拆装且留有开源端口，便于学生进行自主研发。经大量测试及优化后，结合RGB-D技术的无人机平台精度满足教学科研要求，结合深度学习方法开展果园中苹果树的多参数估测实验案例研究（包括果树树高、冠幅长和冠幅宽），以期为本科、研究生的教学科研工作的开展提供支撑。
[期刊] 中国农业大学学报
[作者]
李仕超 高梓成 郭浩 邓志扬 马瑞 雷杰 张昊
针对传统膳食调查方法使用过程繁琐，耗时长的问题，对基于彩色深度图像的自动化膳食调查系统进行研究，采用DeepLabv3+语义分割模型对RealSense传感器获取的食物彩色图像进行分割，根据食物分割结果和对应的深度图像计算每一类别食物体积并结合食物配料表和营养成分估算营养素含量；同时采集人体深度图像序列结合蒙皮多人线性模型拟合三维人体模型，并利用模型点云和人体体重信息计算身体质量指数和腰臀比。结果表明：1)本系统在食物图像分割中的像素准确率为72.1%,像素准确率平均值为97.13%,平均交并比为82.03%;2)食物体积计算中的平均绝对误差均小于40 cm~3;3)所有人体样本计算的腰臀比与真实值偏离程度均小于4%。本系统在实现自动监测食物各营养素摄入量的基础上，增加对人体体重状况以及中心性肥胖程度的初步判定，同时提高了膳食调查的便捷性和自动化程度，可以为营养干预提供依据和参考。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
罗晶 陈金海 彭志轩 李杰 伍万能 周广兵
针对工业机器人成本高、开源性差和维护困难等问题，设计了一种基于机器视觉的机器人抓取实验系统。该系统利用机器视觉、深度学习和路径规划等技术对目标工件进行识别、定位，并完成抓取任务。机器人系统在结构设计上采用串联结构，利用无刷直流电机作为机器人关节的驱动机构。为了解决工件识别与定位问题，利用Pytorch框架下的深度学习模型，对工件图像进行处理，并利用YOLOV3算法对工件进行识别；基于机器人操作系统（ROS）实现机器人6自由度的运动学求解与运动规划；完成了系统总体与软硬件设计，并验证了机器人抓取试验系统的有效性。该系统具有成本低、灵活性好和高可靠性等优点，软硬件完全开源，便于日常实验和教学，提升了学生的动手能力和创新能力。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
赵师兵 张志明 康琦 张军旗
快速、准确地识别墙线环境元素是室内移动机器人导航功能的重要基础。该文针对传统霍夫变换方法易丢失信息和产生过多冗余线段问题，提出一种基于激光雷达点云数据空间特性的2D墙线直接提取算法。首先通过点云直通滤波技术去除原始三维点云数据中的地面点云干扰；然后将清洗后的点云投影到二维地平面上，转化为二值化图像后进行直线检测；再利用自定义的直线滤波增强算法，在减少冗余线段的同时保留更多有效墙线信息，从而快速生成更为吻合的建筑物墙线模型。仿真实验结果表明，新算法在不同复杂度场景下提取的线段数量整体平均降低50.8%，且处理时间小于100 ms，满足移动机器人导航过程中实时环境识别需求。该实验适合用作高校教学实验，有助于学生将理论知识与实践操作相结合，深入理解室内地图构建与环境感知技术。
[期刊] 山西财经大学学报
[作者]
陈立
针对原本2D虚拟实验教学系统中实验效果不形象、人机交互方式单一等问题，提出了基于AR技术和Unity 3D技术的虚拟实验室系统设计。此虚拟仿真实验系统能够结合具体试验，实现操作互动，3D沉浸式的操作模式能够使学生学习兴趣得到提高，便利式的操作模式能够使训练成本得到降低，并且加强学生对实验操作流程的记忆，使教学效果得到提高。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
胡骏 陈东梁 张东胜 吕庭玮 吴飞阳 王玉丰
针对传统化工安全实践教学中培训内容枯燥、安全性差、学生参与度低，以及近年来高校实验室安全事故屡发等问题，该文以柴油催化加氢小型实验装置为仿真对象，使用虚拟仿真技术和Unity3D引擎设计了虚拟孪生模型、仿真交互组件和工艺机理算法，开发了一套催化加氢实验场景的仿真培训系统，实现了动态交互操作、实验模拟和风险辨识信息展示等功能。该系统为安全系统工程、工业流程仿真与数字化信息技术的融合提供支撑，并为实验培训人员提供了高保真度、强沉浸感、高安全性和可动态模拟的培训手段。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
李辉勇 牛建伟 豆渊博 符宗恺
为解决嵌入式系统在线仿真实验教学平台系统操作复杂性和实验板状态可视化问题,提出优化编译功能,设计"一键式"远程在线编译的方法。该方法屏蔽了嵌入式交叉编译细节,支持学生通过浏览器操作完成代码编译。融合虚拟现实技术,设计并实现基于Unity 3D的可视化模块,通过实时监控部署在远程服务器端的实验板的输出端口,采用3D渲染的实验板模型进行可视化显示输出。教学实践表明,89.72%的学生认为实验平台操作便捷、实验显示效果好。该方法有效降低了实验入门难度,提高了学生的实验效率和体验度。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
李乃良 王利军 刘常松 张一帆
煤炭资源开采向深部煤层的进军使瓦斯治理问题日益凸显，对高质量复合型人才的培养提出了更高要求。瓦斯掺混燃烧实验涉及易燃易爆气体，伴随高温和有害气体排放，具有较高的危险性。为解决传统瓦斯燃烧利用实践教学安全风险高，教学手段单一的问题，面向工程背景与教学现状重构了实验教学的知识架构与教学目标，吸纳前沿科研成果与工程技术应用案例，基于Unity 3D开发了仿真实验软件，形成超低浓度瓦斯燃烧与烟气排放成分检测虚拟仿真实验系统。该系统为受训人员提供了高度还原现实的可视化交互式教学模式，提升了学习的灵活性和安全性，有利于工程实践能力的培养。
关键词：
实验教学 虚拟仿真 低浓度瓦斯 瓦斯燃烧
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
傅荟璇 刘凌风 王宇超
3D目标检测结合了深度信息,能够提供目标的位置、方向和大小等空间场景信息,在自动驾驶和机器人领域发展迅速。针对PV-RCNN在3D目标检测时不能够充分适应不同的物体尺度、不同的点云密度、部分变形和杂波等问题,对3D目标检测的任务进行实验研究。通过加入自适应可变形卷积、上下文融合模块和Gumbel Subset Sampling模块来训练层级特征,使得编码关键点自适应地朝着最具有判别和代表性的特征对齐,提高提案框回归精度。实验结果表明,改进后的PV-RCNN 3D目标检测精度得到了提升,尤其是在远距离物体识别和检测方面。
[期刊] 电子科技大学学报(社科版)
[作者]
宋艳 王科
3D打印技术是一种革命性的新兴技术,是传统制造技术与数字制造技术的结合,具有独特的创新生态。以全球最大的两家3D打印企业为对象,从价值网络、构成要素、生态位识别和运行机制四个指标对3D打印企业创新生态系统进行案例研究。研究发现:3D打印企业和3D打印原材料商共同构成3D打印企业创新生态系统核心,主导系统内各要素间的协同创新;用户在3D打印企业创新生态系统中享有较高生态位;3D打印企业创新生态系统具有开放的边界。这提醒3D打印企业,应重视开放式创新平台的建设,加强与3D打印原材料商、用户的协同创新。
[期刊] 中国职业技术教育
[作者]
项朝阳 贺昉 段丹萍 谢卫红
本文总结了制药类专业实践教学中存在的一些问题,并以中药提取浓缩车间虚拟仿真教学系统为例,阐述了利用Quest 3D开发制药类专业实训仿真教学系统的设计思路和关键技术。
关键词：
虚拟现实 制药仿真 Quest 3D
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
罗可其 夏益民 蔡述庭 李彦
针对ORB-SLAM3算法构建稀疏点云地图信息量少、单机器人构图效率低的问题，该文提出一种基于ORB-SLAM3的多机器人地图构建算法，通过两层滤波算法减少冗余地图点数量，提高单机器人稠密点云地图构建效率；利用词袋模型匹配地图二维图像间接配准三维点云地图，提高地图配准速度与精度。该文算法在TUM数据集和自拍数据下进行测试，测试结果表明该文算法较传统构图算法速度提高71%、内存消耗减少89%，配准速度与精度较NDT+ICP点云配准算法分别提高68%和16%，在多机器人地图构建方面具有良好的效率、精度、鲁棒性和可拓展性。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
林沛杨 夏益民 蔡述庭 何宇威 李程子
针对多机器人协作建图算法复杂度高、实时性差和稀疏点云地图信息量少的问题，提出一种基于视觉SLAM的多机器人协作地图构建算法。该算法选择一个机器人开始建图，其他参与协作的机器人共用被选机器人的图像帧进行初始化，并建立统一世界坐标系。在被选机器人建图过程中，激活与其存在共视关系的机器人，借助关键帧跟踪模型得到被激活机器人所建局部地图与世界坐标系间的位姿关系，并用ICP算法求解该位姿变换。根据该位姿变换进行点云拼接再经滤波处理得到多机器人稠密点云融合地图。在Gazebo上的仿真实验表明，与ORB-SLAM2相比，基于ORB-SLAM3的多机器人协作建图算法具有更高的定位精度，更好的稳定性、鲁棒性和实时性。
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