面向决策支持的数据可视化系统设计与实现

这是一篇关于数据可视化,人机交互,决策支持,多屏联动,知识图谱的论文, 主要内容为目前,面向大数据的数据分析已经变成了研究热点和必然趋势,仅仅依靠机器学习等自动化计算方法,仍然无法完全满足以人的认知规律为主体的决策分析需求,通过数据可视化手段来完成人机协同分析的任务受到了越来越多的关注。因此,本文针对当前存在的此种迫切需求开发实现了数据可视化分析系统。通过对自助分析业务流程的调研,并充分考虑未来数据源、交互效果等可变需求因素,本文采用B/S三层应用体系架构构造系统架构,前端采用AngularJS、Bootstrap、ECharts等技术,后端采用SSM(Spring+SpringMVC+MyBatis)主流框架,采用MySQL和Neo4j作为后台数据库,以Tomcat为应用服务器开发实现了数据可视化分析系统。此系统的目标在于降低数据分析使用难度,提高分析决策效率;数据可视化分析系统共包含了主题数据集、数据可视化图表、主题面板、用户管理和知识管理五大模块。此系统的突出之处在于支持来源多种数据源的可视化图表信息集成,支持通过拖拽式交互实现数据建模和主题面板配置,同时支持以多屏联动的方式实现可视化图表的交互分析。此外,此系统还支持在多种主题配色方案之间进行切换,并可基于知识图谱进行模型可视化管理。通过使用此系统进行数据分析工作,可以使得业务的操作性、直观性和实用性得到增强,可在一定程度上降低数据分析人员的工作负担,提高决策层的决策效率。本文系统具有良好的可拓展性、跨平台性、可重用性等特点,经过测试及实际的使用反馈,本文设计的系统架构性能良好,整体运行情况稳定,可以满足数据分析师的人机交互分析需求和决策层的决策支持需要。

基于STM32的鱼体外自动化授精系统设计

这是一篇关于STM32单片机,龙门同步带,蠕动泵,人机交互,三轴定位精度,清洗装置的论文, 主要内容为多种鱼类都是采取体外受精的方式来进行繁殖,但是由于天敌、温度和能量等因素的影响,导致鱼体外受精时的受精率大幅下降。为提高受精率,通常采取人工授精的方法来进行鱼的体外授精。人工进行体外授精费时费力,且成本较高,所以本课题基于STM32单片机实现沉性卵鱼类体外授精系统的研发,进行了鱼体外授精装置机械结构和控制系统设计,评估了自动授精系统的关键参数。本课题研究内容如下:(1)鱼体外授精系统机械结构设计。设计了鱼体外授精系统的总体结构,包括授精运动平台、精子定量施放装置和清洗装置。其中,授精运动平台采取的是龙门模组形式,选取同步带传动方式,通过三维运动控制和路径规划实现精子施放管和搅拌器的预设移动及精子和卵子的搅拌均匀功能;精子定量施放装置中设计了连接板、蠕动泵、搅拌器和精子容器,实现了鱼精子的吸取和施放;清洗装置主要传动方式为齿轮齿条传动,将齿条固定在同步带滑台之上,通过步进电机的转动转化为齿条的平动,进而带动容器翻转排除多余液体。在Solid Works软件里创建了鱼体外授精装置的三维模型,并在Adams软件中进行运动学仿真。结果表明该机构各部件布局合理,能够实现设计功能。(2)鱼体外授精装置控制系统设计。选择了STM32F103ZET6单片机作为微控制器,确定了步进电机、步进电机驱动器、继电器、限位开关的型号,选择了KPHM100-HDB10型蠕动泵、EE-SX677-WR型限位开关、220 V转24 V直流开关电源,并对电路和接线方式进行了设计。通过开展试验确定了控制移液精度的蠕动泵运行时间和速度等关键参数,编写了装置的时序控制及蠕动泵、电机的运动控制程序,实现了基于斜升电流法的步进电机平滑启动和停止。此外,编写了主程序和子程序,并采用了VS2013软件中的MFC窗体程序开发平台,实现了人机交互界面的设计,具备用户管理、手动控制和自动控制功能。(3)设计并进行了鱼体外授精装置性能评价试验。其中包括精子和清洗液定量施放精度试验、同步带滑台定位精度试验以及清洗机构翻转最佳角度试验。实现对于10 ml精子递送每次的最大误差不超过0.27 ml,平均误差为0.14 ml,标准差为0.1396 ml;同步带单轴运动的平均误差不超过0.05 mm,同步带单轴运动定位精度为0.085 mm,重复定位精度为0.157 mm,多轴同步带的每次运动的最大误差不超过0.096 mm,同步带多轴运动定位精度为0.096 mm,重复定位精度为0.144 mm;清洗机构选用授精盘结构为容器上方开2排直径为2 mm小孔的结构,最优清洗方式是在容器翻转35°的时候停留3～5 s,让上层液体部分流出,最佳二次翻转角度停留在50°。试验结果表明,鱼体外自动化授精装置精子施放量满足试验要求,同步带单轴和三轴的定位精度能够满足装置需求,并且确定了清洗装置的最佳翻转角度,所设计的鱼体外自动化授精装置能够完成预设流程,满足功能要求。

基于柔性触觉传感器的智能感知系统设计

这是一篇关于柔性传感器,智能感知,人机交互,人工智能,可穿戴设备的论文, 主要内容为随着柔性电子的发展与普及,柔性触觉传感器逐渐在可穿戴电子设备与智能机器人等应用中占据重要的地位。通过将外部刺激转换为可测量信号,柔性触觉传感器可以实现机器与人、机器与机器之间的友好交互。作为一种能够模拟人体皮肤感知外界刺激的电子设备,柔性触觉传感器可以实现与人体皮肤类似的功能,包括监测压力、温度等信号,并期望展示出媲美且超越人体感知的能力。但目前,如何实现多模态信号的无串扰采集以及高性能的柔性触觉传感器依然面临着诸多挑战。并且,随着人工智能的不断发展,将柔性触觉传感器与人工智能相结合来构建更智能的感知系统将有力推动未来机器人技术以及智能终端的发展。本文通过合理的结构设计分别实现了仿生柔性单模电容触觉传感器与信号无串扰的双模柔性温度-压力触觉传感器的构建,并结合人工智能学习算法构建了面向可穿戴设备的智能感知系统。主要工作内容如下:(1)在简单、经济的三步低温水热生长方法的支持下,制备了一种受苍耳尖刺状多层次结构启发的仿生柔性触觉传感器,并展示了其在智能感知方面的应用前景。得益于3D分层结构仿生柔性的电容传感,该传感器展现了综合的传感特性,包括高灵敏度;宽压力传感范围;快速的响应/恢复时间;高压力分辨率以及出色长期耐用性,所有这些对于满足不断发展的智能感知技术需求至关重要。此外,探索了传感器在智能感知方面的应用,首先构建了传感器在机器人手用于模仿中医医生手指进行脉象诊断。然后,建立了一种高分辨率柔性感知阵列,用于在平面/曲面上的空间压力映射以及对盲文字符的有效感知。(2)为了实现柔性触觉传感器在实际生活生产中的真正应用,解决柔性触觉传感器在监测过程中温度信号与压力信号相互串扰的问题,设计了一种可以温度-压力解耦合的双模柔性触觉传感器。其中,利用聚氨酯丙烯酸酯掺杂核壳结构的聚苯乙烯@聚苯胺海胆状微球涂覆在叉指电极上,并原位光固化制备了与电极层紧密贴合的温度传感功能层,这确保了温度传感部分不受压力的影响。使用聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)掺杂离子液体构成了超级电容式离子压力传感功能层,值得注意的是,该压敏材料对温度不敏感,从而避免了温度对压力传感部分造成串扰。并且,与以往简单的结构不同,温度传感功能层和压力传感功能层的层叠结构使用柔性印刷电路板(FPCB)实现,保证了该双模传感器具有极强的稳定性。通过测试发现,该双模柔性触觉传感器高效地实现了温度与压力无串扰检测,这为未来低成本、结构简单的无串扰多模触觉传感器的开发指引了方向。此外,因海胆状结构的PS@PANI海胆状微球的加入形成的电子隧穿效应以及由离子液体的掺杂而形成的超级离子电容效应,使得该双模触觉传感器在实现无串扰信号获取的同时,也具有高灵敏度、宽工作范围、短响应时间以及优异的耐用性。(3)基于3D分层结构仿生柔性电容式压力传感器与多层感知机神经网络算法相结合,设计了智能手套的手语手势识别和机器人交互系统。该系统由前端模块和后端模块组成,前端模块包括用于手指动作捕捉的3D分层结构仿生柔性电容式压力传感器以及用于信号调节、处理和无线传输的印刷电路板,后端模块包括用于信号判断、推理和识别的服务器端。在系统开始运行时,采集最大弯曲和最小弯曲对应的电容数据,并对采集的数据进行归一化处理。在系统运行过程中,将采集到的5通道电容信号通过电容数字转换器以非线性方式转换为电压信号,并且进行滤波以去除干扰信号和环境噪声,随后通过模数转换器后续处理,WIFI通信和TCP传输至服务器端。服务器端将对接受的信号进行分析处理,以实现7种手语手势的准确识别与交互。实验结果表明,7种手语手势的平均准确率可以达到98.33%。(4)将柔性双模温度-压力传感器与机械手结合,赋予了机械手空间上压力与温度识别的能力。设计了16路电容、16路电阻高速同步采集系统,可以实时同步的检测16个柔性双模温度-压力传感器的电容与电阻变化。同时应用卷积神经网络的算法实现了机械手感知物体形状、物体软硬度的智能感知的能力,最后模仿人体的缩手反应实现了让机械手具有仿人体自我保护的能力:当机械手抓取温度过高的物体时刻,自动的实现缩手反应,以保护机械手与柔性传感器免于高温的损坏。

情绪对人机混合智能中决策影响的研究

这是一篇关于人机混合智能,情绪,决策,人机交互的论文, 主要内容为机器在智能化的实现过程中还存在着许多技术上的局限,当前的人工智能很大程度上还只是高级的自动化,并不具备自主智能。人工智能的效果不尽人意,在重大决策上我们不能甚至不敢完全依赖人工智能,因此我们需要保证人在环中,构建人机混合智能系统使人机混合进行决策。在人机混合智能系统中,情绪具有深刻的影响。情绪作为人类不可避免的心理活动可以支配人类的推理过程继而影响决策,随着人与机器的交互增多,机器所展现的带有情感色彩的交互行为也会影响人对于机器的情绪状态。因此探究情绪对人机混合智能系统中决策的影响,动态感知调节情绪对于整个人机混合系统至关重要。当前的智能系统往往忽视人类情绪的影响,忽视人类与机器之间的情感交互。在智能系统的设计上过于机械化,缺少人情味。在研究情绪对决策的影响时,只关注人做决策的情况,缺乏情绪与情感对于整个人机混合智能系统决策影响的研究。为了解决上述问题,探究情绪对人机混合智能中决策的影响,本文开展了以下研究工作:(1)为了更好的剖析人与机器之间的情感交互,建立了人机情感交互模型与动态双向情绪传递模型。从理论上细化人类与机器的情感交互过程和情绪情感的转化传递过程,从不同角度对情感交互过程建模,以便在后续研究中定位在交互过程中出现问题的部分,为人机混合智能系统的情感化设计奠定理论基础。(2)为了增添智能系统的情感化设计,本文关注不具有实体形象的系统设计,搭建实验平台探究智能系统设计对人的情绪影响实验,包括机器语音的人类相似度及性别对亲和力等的影响实验和负性情绪下机器语音的接受情况实验,关注非实体系统中声音的影响,保证交互初期的良好情绪状态。(3)为了探究情绪对人机混合智能系统决策的影响,本文选取经典博弈场景,基于反事实遗憾最小化算法搭建人工智能辅助决策系统,探究在不同情绪下人类采纳辅助决策的意愿,以推出人机混合智能系统在不同情绪下的决策模式,得到考虑情绪影响的人机混合智能辅助决策系统的设计方案。综上,本文针对人机之间的情感交互,提出了两个情感交互理论模型。关注能够增添智能系统情感化的设计,实验探究智能系统设计对人的情绪影响。并通过搭建人工智能辅助决策系统及实验平台,得到了人机混合智能系统在不同情绪影响下的决策方案。以便实现在环境态势动态变化的情境下,动态切换人机混合智能系统的人机协作方式和决策模式,使人机混合智能系统的决策达到最优,增强人机混合智能系统的效能。

FPGA编译器XDV2B用户界面的设计与开发

这是一篇关于FPGA,EDA,人机交互,Qt,信号与槽的论文, 主要内容为现场可编程门阵列(FPGA)具有集成度高、逻辑资源丰富、设计灵活、开发成本低等优点,在国防和民用电子系统设计中得到广泛的应用,并将在未来5G技术的发展中占据核心地位。然而支持FPGA的EDA软件目前由国外企业垄断,是严重阻碍我国芯片发展的一个瓶颈。因此,随着国产FPGA芯片的不断推出,充分利用现有的科研成果,研究和开发与之相配套的拥有自主知识产权的支持FPGA的EDA软件迫在眉睫。在此背景下,本文通过学习FPGA相关理论、Qt开发技术以及人机交互理论,设计并开发了FPGA编译器XDV2B的用户界面。本文的主要工作如下:(1)基于需求分析和人机交互界面相关理论对XDV2B用户界面进行设计。通过将MVC模型和Qt信号与槽机制结合设计了XDV2B用户界面的分层架构模型。同时,设计了XDV2B用户界面的结构。该结构包含FPGA编译流程的多个模块。(2)在Fedora17系统下基于Qt平台对XDV2B用户界面进行开发。资源管理模块使用QTreeWidget树形控件实现以树形结构对项目文件进行管理与归档;编辑模块使用QsciScintilla文本编辑库实现Verilog语言关键字高亮、注释标记、关键字自动补全以及代码行号等功能;信息反馈模块使用QProcess类方法实现集成工具输出信息实时读取并显示;工具栏及菜单栏基于信号与槽机制使用QProcess调用集成工具实现编译功能。(3)针对影响用户界面编译效率的问题,通过脚本调用方式对XDV2B用户界面进行优化。使用Perl语言编写脚本将复杂繁琐的编译工具调用简易化。在脚本中将每个工具的使用进行单独的封装,包括文件信息读取、结果文件保存、超时判断以及操作命令输入等。(4)通过综合测试来验证XDV2B用户界面的性能及功能。使用用户界面运行多个不同规模的电路并记录运行信息,分析测试结果。本文设计开发的FPGA编译器XDV2B用户界面,分为交互模式和运行模式,可以进行完整的FPGA编译流程,支持中间网表可视化、布局布线可视化、位流文件可视化以及一步执行功能。综合测试结果表明用户界面所有功能模块均可以正常运行,用户界面表现均符合预期设计,满足开发需求。

多媒体引导辅助装配教学平台关键技术研究

这是一篇关于辅助装配,深度学习,增强现实,特征匹配,人机交互的论文, 主要内容为模具实验课程是机械专业的重要课程,可以帮助高校学生培养实践技能以及分析和解决问题的能力,促使他们完成模具结构的设计和装配。但高校教学还保留了较原始的教学方式,实验课课时有限导致学生无法快速理解专业知识,更无法对所学知识进行实际运用。同时装配指导手册需要操作人员有一定的先验知识支撑,不利于学生对相关装配步骤的学习。随着增强现实技术的发展,将增强现实融入模具装配实验教学过程,智能化的实验课教学能够帮助学生更加直观和深入地了解知识点,提高学习效率增强课堂趣味性。本文针对传统模具装配实验课教学方法的缺陷,对多媒体引导辅助装配教学平台进行开发。首先对增强现实技术、信息可视化技术与人机交互技术进行研究,其次将关键技术进行集成搭建总体框架,最后根据框架分类设计了多媒体引导辅助装配教学平台系统,实现装配现场与引导信息相结合,辅助学生熟练掌握课程内容。本文研究内容如下:(1)对传统拆装实验教学存在的问题进行了分析,针对传统教学存在的问题以及实际操作过程中的需求规划了多媒体引导辅助装配教学平台的整体架构,明确了本文的研究要点以及关键支撑技术,划分了本平台的主要功能模块,介绍了平台系统实现的具体流程。最后,搭建了多媒体引导辅助装配教学系统硬件系统,并对硬件系统的主要模块的选型依据进行了阐述。(2)根据视觉模块相对位姿固定不动的特点以及现场环境决定的标定需求对相机-投影仪-桌面装配现场位姿注册技术进行研究,首先提出了基于改进优化算法的相机标定方法对相机标定获得的内部参数及畸变参数进行优化,其次将相机和投影仪看成双目模型使用基于张氏标定法的投影仪标定方法完成投影仪的标定,最后使用暗环境下改进的ORB特征识别和匹配算法对装配现场进行位姿注册。关键技术间的互相组合实现了相机-投影仪-桌面装配现场的数据联合。(3)根据平台引导信息形式多样且数量较多的特点,首先对引导信息管理进行研究提出了基于XML文件的信息管理模型,将装配平台中用到的各种文本、视频、音频等可视化信息以及实验模型零件树进行统一管理;其次,针对动态引导信息的投放需求建立了投影仪反向投影模型用来展示三维引导信息,并引入冯氏光照模型对三维引导信息进行渲染增强三维引导信息的真实性。最后,根据系统操作需求提出了基于CNN-LSTM改进的人机交互识别方法并辅以Media Pipe框架实现了系统对手势语义以及头部位置的识别,实现了隔空的信息更迭以及三维引导信息的优化。(4)集成所有的关键技术,对多媒体引导辅助装配教学平台系统进行开发;使用集成式开发工具VS2017根据系统总架构设计了软件界面,实现多媒体引导辅助装配操作;在此基础上以铝片落料模具为例介绍了ASSIP系统的操作流程,对功能模块中个技术要点进行阐述与验证。

轨道车辆焊接机器人运动控制系统研究

这是一篇关于焊接机器人,PLC运动控制,运动轨迹,轨道车辆,人机交互的论文, 主要内容为铝合金车体与转向架是轨道车辆两个重要的组成部分,它们存在焊缝形式为连续变化的复杂曲线,使焊接机器人运动控制存在一定难度,现有方法精度较低,导致焊接机器人市场被国外品牌占据。本文对椭圆及抛物线等复杂曲线焊缝进行研究,开发出一种精度较高且计算量不大的PLC控制方法。本文主要研究工作如下:首先本文综合设计要求、焊接对象、焊接工艺多方面考虑,选用机器人构型为龙门架型,拟定了PLC控制步进驱动器进而控制步进电机的驱动路线来提高焊接精度,用光电编码器配合步进电机进行闭环控制。将PLC上I/O接口进行合理分配,进行电路搭建,组建了一个小型高精度的轨道车辆焊接机器人系统。然后对焊接机器人运动轨迹进行研究,用实际实验与软件模拟计算出常用的几种插补算法精度。最终以一种变离心角椭圆插补算法为基础,开发出在一定范围内变步长的改进插补算法,使焊接机器人匀速运行出椭圆及抛物线等复杂曲线的焊缝轨迹,精度更高且计算量不大。然后对控制系统软件进行程序设计,使用编程软件STEP 7-Micro WIN SMART开发出了椭圆及抛物线的运动程序,并使用高数计数器对精度进行测试。以算法为理论支撑,以软件为工具使焊接机器人运行出高精度轨迹。用触摸屏对机器人使用工业控制标准进行控制,开发了良好的界面使人机交互更为友好。最后对上位机进行开发,本文使用基于S7通信协议的开源软件包Snap7,使用Python编程语言,使上位机与下位机进行良好的通信,调用库内封装好的函数,更加方便地对PLC坐标地址进行读写操作,进而灵活控制焊接机器人。本文共有图65幅,表12个,参考文献56篇。

基于上肢康复机器人的虚拟现实子系统开发

这是一篇关于上肢康复机器人,虚拟现实,人机交互,目标检测的论文, 主要内容为随着生活节奏不断变快、人们生活压力不断变大,越来越多的人忽视心脑血管健康,脑卒中患者逐年递增。脑卒中发病率高,并且发病之后往往极大概率伴随肢体运动能力丧失的后遗症,严重影响患者的生活质量。患者及时通过康复训练可以一定程度治愈这种后遗症。将康复机器人用于康复训练,能实现患者患肢复健,同时也能够解决康复医师人力资源稀缺、治疗水平参差不齐的问题。即便如此,患者在枯燥的重复牵引运动中丧失信心和主动性均导致了康复训练效果不佳、甚至无效的问题。根据康复医学的最新研究成果表明,患者的“主动运动意图”和“完整的神经回路刺激”能够显著提高康复训练的效果。由于虚拟现实技术具有沉浸性、交互性、想象性的特性,将虚拟现实技术与上肢康复机器人系统有机结合并用于康复训练,能够唤起患者的主观运动意图、提供完整的神经回路刺激,从而使积极响应脑重塑医学理论,使康复训练更具效果。基于上述背景,本文开展了基于虚拟现实技术的上肢康复机器人子系统开发工作,具体工作如下:首先,根据康复医学理论设计了“0”、“1”、“8”、“镜面演示”四种康复训练模式,与上肢康复机器人所具备的阻尼感人机交互模式结合,设计以”海底”为场景、名为“小鱼吃珍珠”的虚拟现实康复体感游戏,该康复训练方案强调患者的肘部屈伸功能与肩部屈伸及外展/内收运动的协调性,且按难度、模式划分共有四种训练模式;其次,在3ds Max中完成场景内个体元素的设计与绘制,再在unity3D内载入个体元素模型、对整体虚拟现实场景完成渲染、搭建;然后,通过对kinect体感传感器的开发,实现患者与unity3D所搭建虚拟现实场景的人机交互,验证虚拟现实场景事件导向与事件触发有效性,完成上肢康复机器人主动交互式虚拟训练系统软件部分的开发;然后,基于实验室已搭建的上肢康复机器人实验平台,调整虚拟现实场景,实现人与上肢康复机器人的交互、人穿戴机器人的条件下与虚拟现实场景的交互,实验验证本文上肢康复训练子系统的有效性;最后,提出一种基于目标检测技术的体感坐标提取方法,基于此方法搭建场景并实验证明改进后子系统具备有效性,该方法也为后续的虚拟现实场景搭建技术与课题研究提供更多可行性。

基于.NET的问答系统的设计与实现

这是一篇关于问答系统,ASP,查询,人机交互的论文, 主要内容为随着因特网的不断发展,人们接触到的新鲜事物越来越多,如何从浩瀚的web信息源中发掘潜在的,有价值的知识成为了一个新兴的热点技术。问答系统是一种基于百度网页搜索的知识分享平台,旨在搭建知识需求者和知识提供者之间的桥梁,满足网友的浏览性需求,更好地发挥知识价值。以往的搜索引擎只能对因特网上已存在的资源进行搜索,而百度知道弥补了这一缺憾,它能让用户的隐性知识转化为显性知识,在这个过程中用户既是搜索引擎的使用者同时又是创造者。用户可以根据自己的需要有针对地提出问题,通过积分鼓励机制发动其他用户来创造该问题的答案,同时这些问题的答案又会进一步作为搜索结果,提供给其他有类似疑问的用户,最终达到知识分享的目的。本文阐述了一个基于ASP.NET技术的问答系统的设计与实现。该管理平台采用.B/S结构,用户工作界面通过www浏览器实现。本系统使用ASP.NET3.5+SQL Server2005+LINQ+三层架构技术。该网站使用了ASP.NET3.5中提供的许多先进技术,例如使用LINQ to SQL访问SQLServer2005数据库。本系统从可行性研究,需求分析,概要设计,详细设计,数据库设计,编码,测试,整合来实现。本文首先根据用户查询的实际需要,分析了本系统应该实现的功能,其次对系统已实现的功能模块进行了详细的介绍,接着对系统查询模块,注册页面,登录页面进行了展示,最后总结了开发此系统所取得的经验和体会。