带电作业机器人机械手的控制

随着社会的发展，对供电可靠性要求越来越高，带电作业越来越频繁，尽管采取了提高带电作业安全睦的措施，但是人与高压线路摧确虫总是一个危险的根源。基于安全胜和其他方面的考虑，世界上许多国家者随研究带电作业机器人。带电作业机器人由绝缘斗臂车，机械手和控制系统组成。本论文研究带电作业机器人七自由度机械手的控制。主要进行了以下几项工作：1．七自由度机械手运动学分析。对七自由度机械手建模，求正解；由于机械手具有TE余自由度，所以提出了一种基于避障控制的解冗余自由度的方法，提出了一种计剿几械手到障碍物距离的方法。2.对七自由度机械手进布于刻．迹规戈佩。在论文中介绍了菊迹规戈日的方法，并采用三次多项式插值法对通丘当兰解求出的关节空间的角度值进行规划，得到规划的曲线。3.设计机械手的控制器。机械手的控制器由工控机（上位机）、运动控制卡（下位机）、交流伺服电机等构成。运动控制卡采用基于TMS32QC31 DSP的运动控制器。设计了上下位机通讯但字，给出了系统的软件框图。4.建立了实验系统（依照机械手控制器的结构）。输入给定的关节角度值，得到实际的关节角度值。通过比较，实际结果跟随给定，验证了机械手的控制器的设计是正确的。

基于结构光视觉的焊缝跟踪系统设计

针对激光焊接高速度、高精度等特点，提出了一种基于结构光视觉的应用于激光焊接的焊缝跟踪系统，该系统主要由CMOS摄像机、工业控制计算机以及二维执行机构组成，由专用的DSP芯片完成图像处理，处理速度快，能够满足跟踪系统的实时性要求。

智能相机在激光焊缝跟踪检测系统中的应用研究

本文以中国科学院知识创新工程重要方向项目“全自动激光拼焊成套装备关键技术研究与示范应用”及沈阳市科技攻关项目“激光视觉焊缝自动跟踪与质量检测系统”为依托，针对激光焊接这个难点问题，在广泛调研国内外研究现状的基础上，研究开发了一套激光视觉焊缝跟踪检测原理样机。本文主要包括以下四方面的工作：1焊缝跟踪系统的系统结构搭建；2图像处理方法研究；3图像处理方法在FPGA中的实现；4基于工业机器人的激光焊接实验 及结果分析。具体工作如下： 本文首先论述了应用于焊缝跟踪的线结构光视觉传感器检测原理，建立了激光焊缝跟踪检测系统实验平台。该平台由图像采集与处理模块、上位机系统、DSP控制器、伺服电机驱动器、伺服电机等五部分组成。 激光拼焊焊缝跟踪图像的处理方法是关键技术之一，直接影响系统的实时性，根据激光拼焊焊缝跟踪图像的特点设计了相应的图像处理算法，分析研究了基于数学形态学的焊缝跟踪结构光条纹图像增强算法，并根据本课题的特点提出了一种基于模板的边缘提取方法，能简洁快速地提取出单像素边缘，然后研究了结构光中心线提取算法以及焊缝特征点识别算法，最后通过仿真实验验证了该图像处理流程的有效性。 论文的重点在于图像处理方法在智能相机中的实时实现。跟踪系统对图像处理的实时性要求很高，传统的处理方法主要是在DSP中以软件编程的方式实现，速度难以进一步提高，本课题中通过在智能相机中的FPGA中构建一个SOPC系统，将基于硬件描述语言VHDL完成的图像预处理模块和基于Xilinx公司的microblaze软核的特征点提取模块集成在单片芯片上，实现了激光条纹特征点的实时提取，系统具有高度的灵活性与出色的功能。 最后对搭建的跟踪系统平台进行了实验研究，用实验验证了焊缝跟踪系统的性能，保证了该套系统能够满足实时跟踪的要求，可以达到预期的设计目标。

图像采集与处理系统的USB通信接口设计

本文介绍了一种利用DSP处理DM642、CPLD及USB芯片等器件构造的带有USB接口的图像采集和处理系统。设计了USB通信接口的硬件电路,在DSP/BIOS架构上编写了USB的固件程序和主机端的设备驱动程序。该系统可用于香烟包装流水线上的条包检测等对生产速度要求较高的工业流程领域。

基于以太网技术的ARCNET数据采集系统设计

为了解决ARCNET网络与以太网不兼容的问题,针对目前ARCNET网络设备监控管理系统存在的缺陷,提出了一种基于嵌入式TCP/IP协议的ARCNET数据采集与传输系统。分析了该数据采集系统的原理与结构,给出了系统的硬件设计方案,完成了数据采集与传输的软件结构设计和嵌入式TCP/IP协议栈的建立。对系统的实时性、可靠性和应用效果等进行了测试,结果证明,系统使用方便,性能稳定,具有良好的实时性和可靠性,综合性能优于现有的ARCNET数据采集系统。

基于DM642的香烟小包装外观检测系统

本文设计与实现了一种基于TMS320DM642的香烟小包装外观质量检测系统,详细阐述了该系统的硬件构成、软件流程、检测算法以及针对DSP处理器进行的系统优化。系统以TMS320DM642处理器为核心建立硬件平台,通过摄像头获取香烟小包装图像,采用改进的模板匹配算法对当前图像进行质量检测,最终在监视器上显示检测结果并将检测结果送执行单元进行处理。实验结果表明基于TMS320DM642的香烟小包装检测系统,检测效果快速、准确、有效,应用前景广泛。

基于DM642的车牌识别系统设计

本文设计与实现了一种基于TMS320DM642的车牌识别系统,详细阐述了该系统的硬件构成、软件流程、检测算法以及针对DSP处理器进行的系统优化。系统通过摄像头获取汽车牌照图像,以TMS320DM642处理器为核心建立硬件平台,完成车牌定位,倾斜角校正,字符分割,字符识别等一系列算法。实验结果表明基于TMS320DM642的车牌识别系统准确、有效,应用前景广泛。

多轴伺服控制器在自动化装备中的应用

在对自动化装备技术改造的过程中,需要用“电子齿轮多轴交流伺服系统”来取代使用效果欠佳的机械齿轮系统.介绍了交流伺服传动技术在某大型卷接机组中应用的总体设计方案,详细论述了该系统的工作原理,阐述了工控机、DSP、PLC及多轴伺服控制器在该装备中的综合运用.并以安川多轴伺服控制器为例,详细介绍了该装备中引入多轴伺服控制器的硬件、软件设计.实际应用表明,该设计是成功的,各项性能指标均优于原来的机械装置,能够有效降低噪音,减少能耗.

烟支综合质量检测系统装置的开发应用

本文依托于中科院沈阳自动化研究所自动化装备研究室的项目——PASSIM卷接机组改造。PASSIM卷接机组是从英国MOLINS公司引进的设备，限于当时的硬件设计技术、芯片封装技术和通信技术，导致系统控制体积大，系统内部之间的连接也很复杂，同时旧的检测标准也不符合现在的要求。在消化吸收了国外设计思想的基础上，开发出了新型的烟支质量检测控制系统。在新的检测控制系统中采用了TI公司的DSP处理器，TMS320F2812完成系统中的数据采样、A/D转换和数据处理等功能，由于DSP处理器的A/D 采样精度高，运算速度快，满足了系统在速度和精度上的要求；同时，系统选用CYGNAL公司的单片机8051F020与上位机进行RS-485数据通讯，DSP与单片机之间采用双口RAM来共享数据。系统很好的完成了数据采集处理和数据交换的功能，对烟支质量做到了检测准确，剔除实时，取得了良好的使用效果。 本文首先对卷烟机的构成和控制系统作了简单的分析和介绍，剖析了烟支质量检测的原理，包括重量、稀释度和空头信号的产生，采集和处理。接着详细阐述了系统的具体方案设计，结合卷烟机工艺要求，按检测信号的分布将系统分为三个检测子站，对子站的设计进行了详细的分析。设计分为硬件和软件部分，硬件部分包括芯片的选择和接口电路的实现，软件则主要用来实现对重量、稀释度和空头信号的处理分析，及时剔除不合格烟支。最后介绍了系统在现场对传感器的校准和参数调整过程，并对运行结果进行了分析，实践证明系统是高效可靠的，满足了检测和控制的要求。

视频图像处理在小包外观检测中的应用研究

香烟小包装在线实时检测系统是一种烟草行业产品包装检测设备,具有广阔的应用前景。在现代生产过程中，生产速度越来越快，对产品质量的要求也越来越高。烟草企业在香烟的生产过程中，从烟叶制丝到卷、接、包装都已经实现了自动化。香烟小包装的外观质量，反映了烟厂的技术装备水平，涉及到企业的形象、信誉问题，同时，有质量缺陷的香烟小包装被市场反馈回企业，也会带来企业成本的增加。 随着计算机软件、硬件技术的发展，以及机器视觉理论的完善，采用机器视觉的方法来检测香烟小包装的外观质量，已经开始应用。机器视觉在检测方面具有先天优势检测速度快、分辨能力高、规范化程度高、可重复性好。采用现代机器视觉技术来进行香烟小包装外观质量的检测，可以大大降低检验人员的劳动强度，提高产品的质量，减少烟厂的人力成本和管理成本，改善企业形象。 本文分析了国内外烟包包装质量检测的许多方法，设计了一套基于DSP的香烟小包装外观质量检测系统，可以对香烟小包装进行实时检测，达到实时剔除有包装质量缺陷的香烟小包装的目的。 从机器视觉的角度出发，本文阐述了视觉检测系统的工作原理、总体机构及系统的工作流程，同时对比各种硬件特性，进行了光源、传感器、相机、镜头及DSP芯片的选型，着重介绍了图像处理算法，尤其是本系统中用到的图像配准、模板匹配以及各种缺陷的识别进行了详细的描述，并给出了程序在DSP中的优化方法。 本文对设计的系统进行了一系列的实验和测试，结果表明，本系统具有速度快，总体检测效果好，稳定性好的特点，可以达到香烟小包装实时检测的要求。

面向香烟包装质量检测的图像采集卡开发

烟草企业在香烟的生产过程中，从烟叶制丝到卷、接、包装都已经实现了自动化，生产速度越来越快。由于包装机电气和机械控制复杂，生产中会产生各种外包装不合格香烟。然而在现代生产过程中，企业对产品的质量要求越来越高，香烟包装的外观质量还可以从一个侧面影响到企业的形象和信誉等问题，为此开发一套香烟外包装质量检测系统，实时检测和剔除包装不合格的烟包具有较强的实用价值和现实意义。 随着计算机软件、硬件技术的飞速发展，以及机器视觉理论的逐步完善，采用机器视觉的方法来检测香烟包装的外观质量被人们所重视。机器视觉在检测方面具有检测速度快、分辨能力高等优势。机器视觉的工作流程可分为：图像采集、图像处理和图像显示。而在香烟包装检测中，由于包装机的速度达到每分钟400-500包以上，为此能否成功检测香烟包装质量的关键就在于图像处理的速度一定要满足包装机的生产速度要求。 目前烟厂普遍使用的是智能相机和颜色传感器等方法检测包装不合格的香烟，使用这些方法可以检测出大部分的残次品，但最后仍然需要人工的抽检。针对现有检测方法存在的问题，本文设计一个基于数字信号处理器的嵌入式图像采集卡。数字信号处理具有运算速度快，控制能力强等其他微处理器不可比拟的优点，尤其是其强大乘法运算能力，使其在数据量很大，处理速度要求很高的图形、图像处理中得到了广泛应用。 首先，采集卡接收工业相机传输进来的视频信号经过模拟视频到数字视频的转换和视频解码后完成图像采集，然后利用图像处理和信号处理方面的知识完成图像处理工作判断产品质量，并将处理后的图像输出给显示器，最后根据需要还可以将图像信息通过以太网传输到工控机中保存起来，供以后的统计和分析。由于使用嵌入式的图像采集卡，系统的扩展性和灵活性要好于目前烟厂使用的智能相机。 由于卷烟厂现场环境复杂，而本采集卡又属于典型的高速数字电路，为了使采集卡在包装机流水线上能正常的工作，必须采取有效的措施。在电路板的设计中要考虑板层的结构，敏感元件布局，关键信号的布线，模拟区和数字区的分割，信号完整性等问题，并采取适当的措施提高板卡的电磁兼容性。 为了使系统高效的运行，编写了板卡的板级支持库，并在实时操作系统DSP/BIOS上，编写了视频采集和回放的驱动，配置和运行网络开发包NDK，实现以太网通信的软件接口。 最后通过一些实验，验证系统的功能。结果表明，图像采集卡具有视频采集和显示，图像处理和传输的功能。当采集卡工作在系统平台上时，可以有效的检测出存在包装问题烟包。

Phase estimation receiver for full-field detection: a novel receiver structure for electronic dispersion compensation of metropolitan area networks

The development of ultra high speed (~20 Gsamples/s) analogue to digital converters (ADCs), and the delayed deployment of 40 Gbit/s transmission due to the economic downturn, has stimulated the investigation of digital signal processing (DSP) techniques for compensation of optical transmission impairments. In the future, DSP will offer an entire suite of tools to compensate for optical impairments and facilitate the use of advanced modulation formats. Chromatic dispersion is a very significant impairment for high speed optical transmission. This thesis investigates a novel electronic method of dispersion compensation which allows for cost-effective accurate detection of the amplitude and phase of the optical field into the radio frequency domain. The first electronic dispersion compensation (EDC) schemes accessed only the amplitude information using square law detection and achieved an increase in transmission distances. This thesis presents a method by using a frequency sensitive filter to estimate the phase of the received optical field and, in conjunction with the amplitude information, the entire field can be digitised using ADCs. This allows DSP technologies to take the next step in optical communications without requiring complex coherent detection. This is of particular of interest in metropolitan area networks. The full-field receiver investigated requires only an additional asymmetrical Mach-Zehnder interferometer and balanced photodiode to achieve a 50% increase in EDC reach compared to amplitude only detection.

Ecotoxicology of marine biotoxins in bivalve shellfish

A small proportion of harmful algae produce toxins which are harmful to human health. Strict monitoring programmes are in place within Ireland and the EU to effectively manage risk to human consumers of shellfish species that have accumulated marine biotoxins in their tissues. However, little is known about the impacts of HABs on shellfish health. This study used Solid Phase Adsorption and Toxin Tracking (SPATT) for the passive sampling of algal biotoxins at Lough Hyne Marine Nature Reserve in West Cork, Ireland. Spatial and temporal monitoring of the incidence of a wide range of lipophilic toxins was assessed over a 4-month period. Active sampling accumulated sufficient quantities of toxin for use in subsequent experimentation. In addition to commonly occurring Diarrhetic Shellfish Poisoning (DSP) toxins, Dinophysis toxin-1 and Pinnatoxin-G were both detected in the samples. This is the first identification of these latter two toxins in Irish waters. The effects of the DSP toxin okadaic acid (OA) were investigated on three shellfish species: Mytilus edulis, Ruditapes philippinarum and Crassostrea gigas. Histological examination of the gill, mantle and hepatopancreas tissues revealed varying intensity of damage depending both on the tissue type and the species involved. At the cellular level, flow cytometric analysis of the differential cell population distribution was assessed. No change in cell population distribution was observed in Mytilus edulis or Ruditapes philippinarum, however significant changes were observed in Crassostrea gigas granulocytes at the lower levels of toxin exposure. This indicated a chemically-induced response to OA. DNA fragmentation was measured in the haemolymph and hepatopancreas cells post OA-exposure in Mytilus edulis and Crassostrea gigas. A significant increase in DNA fragmentation was observed in both species over time, even at the lowest OA concentrations. DNA fragmentation could be due to genotoxicity of OA and/or to the induction of cell apoptosis.

Exploring the physicochemical basis of cheese texture, rheology and functionality, with emphasis on cation-casein interactions

The physicochemical properties of cheese and milk gels are greatly influenced by molecular interactions between the casein proteins involving calcium. Novel experiments were designed to investigate the relationship between insoluble caseinbound cations and rheological properties of Cheddar cheese and rennet-induced milk gels. Cheddar cheese and rennet-induced milk gels were supplemented with Mg2+ or Sr2+ to compare their effects on their rheological properties to those previously reported in literature for Ca2+ supplementation. Sr2+ displayed behaviour similar to Ca2+ as observed by its ability to increase the rigidity of cheese and rennet milk gels and also decrease cheese meltability. Mg+2 had no influence on cheese rheological properties and was greatly inferior to Ca2+ and Sr2+ in its ability to increase rennet milk gel elasticity. Cheddar cheese was supplemented with the calcium-chelating salts trisodium citrate, disodium hydrogen phosphate or disodium EDTA, in an attempt to reduce the CCP content of cheese and thereby modify its rheological and functional properties. TSC and EDTA were successful in decreasing cheese CCP, whereas DSP caused an initial increase in CCP content. Cheddar cheese was supplemented with chlorides of iron, copper and zinc at salting to investigate the effects of concentrations of these elements in excess of those found innately or commonly in fortification studies, with emphasis on mineral equilibria changes and resultant alteration of rheological properties. Zinc addition was the only added metal that significantly influenced cheese rheological properties, leading to an increase in cheese rigidity and decreased cheese melt at elevated temperatures. Gum tragacanth was used as a fat-replacer in the manufacture of reduced-fat Cheddar cheese, in an attempt to improve the rheological, functional and sensory properties of reduced-fat Cheddar. Overall, the experimental work reported in this thesis generated new knowledge and theories about how casein-mineral interactions influence rheological properties of casein systems.