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隨著各類大型建筑物的出現，工程行業也對樁基礎提出了更高層次的要求。螺桿樁機是用于建筑工地打樁用的新型旋入式擠壓成型打樁機，具有: 滿足外部附加應力的分步場規律、單樁豎向承載能力強及施工環境相對良好、環保等優點。立柱與樁架法蘭連接，螺桿樁機三維模型。螺桿樁機打樁前需要對樁架調平，調平精度影響樁孔的垂直度。原螺桿樁機的調平通過觀察安裝在立柱上的鉛垂來判斷樁架是否調平，調平精度低、時間長、調平穩定性差。應用于農用、及工程設備的螺桿樁機樁架半自動調平系統，不但能在施工前調整樁架的水平，亦能在施工中不斷的監測和調整樁架的工作狀態。

1.PLC 的工作原理

測控部分是該系統的核心內容，它由采集模塊和控制模塊組成。螺桿樁機預先支撐后，傾角傳感器實時檢測樁架前后與左右的傾角，以模擬量4 ～20 mA 的電流信號輸出，經過擴展模塊EM231 進行A /D 轉換，直接在PLC 中進行處理運算，實時判斷樁架是否達到水平要求，如果點與點高度差超出允許范圍0 ～h₀，顯示屏提醒操作人員開始調平，直到滿足工作要求。

表1 傾角傳感器技術參數

2.液壓控制原理

液壓支腿系統液壓原理：PLC 發出的控制信號，輸送到顯示屏，操作員根據顯示屏提示來調節支腿油缸的手動換向閥，手柄上調，閥芯上移，支腿油缸無桿腔進油，活塞桿伸出; 手柄下調，閥芯下移，支腿油缸有桿腔進油，活塞桿縮回。通過連續不斷地實時調節支腿油缸的運動，實現樁架的調平。^[1]

核聚變研究是當前解決能源問題的重要研究課題，激光慣性約束聚變是實現核聚變的主要方法之一 而由球和2 個薄壁空腔組裝而成的微靶是慣性約束聚變(ICF)實驗研究中的關鍵組件之一，其要求多路注入激光能同時準確地注入柱腔，并對微球形成均勻的輻照場，微球在柱腔中的位置精度是提高輻照場對稱性和減緩R-T 不穩定性的發展的關鍵因素之一 。

微靶尺度小于1 mm，其裝配屬于典型的空間三維微裝配。該類靶的裝配主要采用手工裝配方式，由熟練的裝配技術人員利用輔助夾具和顯微鏡來完成，存在勞動強度大、裝配周期長、裝配精度低、重復性差等問題，不能滿足ICF 研究的不斷發展。隨著對ICF 靶制備精密化要求的提高，采用半自動裝配方式勢在必行。針對ICF 實驗用微靶的裝配，研制了一種半自動微裝配系統，系統具有顯微在線檢測、微零件自動無損夾取、三維空間角度姿態調整、精密定位等功能，整個裝配過程由計算機控制完成。

微靶結構，由2個半腔和微球組成，微球與柱腔均為薄壁件，材質脆弱，尺寸微小(直徑小于1 mm)，裝配完后要求微球相對柱腔中心的位置偏差: 軸向與徑向均不超過10 μm，2 個半腔同軸度不超過20 μm，柱腔觀察口在圓周方向對準，角度偏差小于1°。針對裝配精度要求與零件特性，研制了由三維微操作手組成的微器件半自動裝配系統 ，該系統采用三手協調動作、以工作空間為中心分布的拓撲結構，系統結構示意由左、中、右、零件傳送平臺等多自由度微動平臺，顯微圖像與激光共焦兩路顯微在線檢測系統、靶零件微夾持系統組成，總共包含21 個電動軸，具有裝配過程靶零件位置在線檢測、三維空間姿態調整、靶零件自動傳送及運動平臺的精確控制等功能，系統操作空間:40 mm × 40 mm × 50 mm，XYZ 重復定位精度≤2 μm，分辨率為1 μm;θ_xθ_yθ_z旋轉重復定位精度≤0．005°，分辨率為0．002°。系統以顯微在線檢測系統為反饋環節，形成閉環控制，裝配過程中顯微在線檢測系統對靶零件的位置進行實時檢測，控制系統根據顯微在線檢測系統反饋的位置信息，控制左、中、右3 個微操作平臺和微夾持系統相互協調動作以實現靶零件的自動拾取、釋放和精確定位，從而完成裝配。

本半自動微裝配系統涉及的關鍵技術主要包括: 微操作系統、微夾持技術、顯微在線檢測技術等。

1.微操作系統

微操作系統主要完成40 mm × 40 mm × 50 mm 操作空間定位精度達到μm的三維平移運動以及相應的姿態調整。主要包括: 左、中、右3 個微操作平臺、2 個柱腔微夾持器和1個微球微夾持器; 其中，左、右微操作平臺前端集成安裝有柱腔微夾持器，進行半腔的精密定位; 由于零件微小，半腔為壁厚只有幾十微米厚空腔件，夾持精度不高，需要進行三維空間姿態調整，為了實現半腔精確配準，采用6 自由度微操作平臺，XYZ 行程為100 mm × 60 mm × 100 mm，θ_xθ_yθ_z行程為360° × 10° × 10°，3 個旋轉平臺的旋轉中心交于同一點，且距離微夾持器安裝端面500mm，偏差為10 μm，以保證柱腔中心與旋轉中心點重合，從而能有效地進行旋轉姿態的調整。中微操作手具有4自由度，末端安裝有微球微夾持器，主要進行微球的精密定位，XYZ 行程為50 mm × 60 mm × 60 mm，θ_y行程為360°。

2.微夾持技術

微夾持器是實現對微小對象進行夾持、運送和放置等操作的重要工具，是微操作系統的末端執行器 。本系統中分別采用真空吸附式和雙晶片壓電式2 種類型的微夾鉗分別對微球和柱腔進行夾持、運送、放置和對接等操作。柱腔微夾持器采用雙晶片壓電式結構。壓電陶瓷雙晶片存在逆壓電效應，即當驅動電壓加在壓電陶瓷雙晶片的中間電極和上下兩層晶片之間，使上下晶片產生的電場方向相反，而它們的極化方向相同，電場與極化方向相反的一側晶片伸長，相同的一側縮短，從而引起雙晶片的彎曲變形，在自由端產生位移; 改變驅動電壓的大小和極性，可改變其彎曲的程度和方向 。柱腔微夾持器根據壓電陶瓷雙晶片的逆壓電效應原理進行設計，由兩片并行雙晶片構成雙懸臂梁結構 ，兩片雙晶片的尺寸、材料相同，一端由固定件固定，另一端為自由端，在驅動電壓的作用下自由端會產生彎曲形變，兩片雙晶片的彎曲形變形成末端的開閉運動，開閉程度和方向由控制驅動電壓的大小和極性進行調節; 在雙晶片根部粘貼應變計，檢測微夾鉗形變產生的應變信號，當微夾鉗受到外力作用時，會改變由驅動電壓產生的正常形變，實現對微夾持力的感知與檢測。

柱腔微夾持器與驅動電源的連接方式，雙晶片的驅動電壓加在中間電極( 導電碳纖維基板) 和上下兩層晶片之間，使上下晶片產生的電場方向相反，從而引起雙晶片的彎曲變形; 通過改變驅動電壓的大小和極性，可改變其彎曲的程度和方向。當驅動電壓為0 時，微夾持器處于初始狀態，不發生形變 ;當驅動電壓為正時，雙晶片1 和2 相向形變，產生閉合運動 ;當驅動電壓為負時，雙晶片1 和2 反向形變，產生張開運動。因此，控制驅動電壓的極性和大小，就可確定微夾持器末端( 手指) 開閉合運動的方向和程度，實現半腔的夾持和釋放。

微球為亞毫米尺度的薄壁球殼，裝配過程中，由于尺寸效應，微球其重力的影響下降，靜電力、范德華力、表面張力占統治地位，將致使不能自由釋放靶零件時，從而降低裝配。為了克服這種影響，采效率和破壞了裝配的定位精度用真空吸附原理設計微夾持器，其可以對微球進行無損吸取、移動、自由釋放等操作。其工作原理是利用真空吸管的粘著力和真空吸附產生的負壓力對微球進行吸取，利用正壓力進行放置，當吸取微球時，電磁閥1 接通，電磁閥2 斷開，通過壓力調節閥控制吸附力的大小，以避免損壞微球; 當釋放微球時，電磁閥1 斷開，電磁閥2 接通，通過壓力閥和速度閥精確控制氣路正壓力，以克服微球與吸嘴間的表面作用力，實現自由釋放微球。為了有效地吸取和釋放，]，吸嘴前端尺寸確定為50μm 左右，這時拾取釋放的成功率較高，而且可減少其對微球位置檢測精度的影響。同時為了減少球與吸嘴間的表面粘附力，在吸嘴表面濺射與微球材料相同的涂層。^[2]

從航空影像中自動提取人工目標是圖像理解的一個基本內容, 它不僅是實現地物測繪的一個重要步驟, 也是當前數字攝影測量邁向全自動化的一個瓶頸環節。 建筑物是城市區域的一個重要特征, 從城區環境中提取建筑物在城市地圖繪制、城市區域規劃、地理信息工程中有著廣泛的應用。

航空影像中建筑物的形狀復雜多樣, 其中泛的是矩形房屋結構。矩形房屋的自動和半自動提取, 國內外均開展了許多研究, 提出了一種幾何約束與影像分割相結合的半自動房屋提取方法, 提取穩定性較好, 但由于需要較多的人工干預, 操作起來不太方便。 采用知覺分組的概念將直線分組來提取可疑建筑物, 然后利用陰影信息對提取結果進行確認, 但一個建筑物中的陰影有時可能會被建筑物自身遮蓋或是落入相鄰的建筑物中,因而使陰影信息的利用出現問題。通過提取矩形的角點來提取矩形, 用于簡單的直線圖形比較快速而有效,但對復雜的圖形則難以適用。通過建立各直線的相對位置關系圖, 計算各直線相互關系的代價函數, 最后利用代價函數最小準則提取矩形。 這種方法能夠比較有效地完成復雜圖形的矩形房屋提取, 但建立直線關系圖所需的存儲空間是巨大的。

提出一種改進的Hough變換用于影像中矩形建筑物的半自動提取。同傳統Hough 變換相比,改進的Hough 變換充分利用了Hough變換的參數空間數據,將H ough變換的“投票” 過程和直線段的檢測過程融為一體, 獲得直線段的端點坐標。 根據直線段的端點坐標消除虛假直線段的過連接并根據直線段的角度、 距離條件合并直線段。 最后通過直線段上的若干點利用最小二乘法擬合出一條直線, 通過計算直線的交點確定建筑物的角點坐標,完成影像中建筑物的半自動提取。實驗結果表明:用改進的H ough變換算法提取出的航空影像中建筑物邊緣線段結果是正確的, 取得了不錯的效果。

1.Hough變換

Hough變換是H ough于1962年提出的形狀匹配技術,用于檢測圖像中直線、 圓、 拋物線等形狀能夠用一定函數關系描述的曲線, 它在影像分析、模式識別等領域中得到了成功的應用。其基本原理是將影像空間中的曲線(包括直線)變換到參數空間中, 將被檢測圖像中的參數曲線在參數空間中凝聚起來, 形成與相應曲線對應的參數峰點, 通過檢測參數空間中的峰值點, 從而得到圖像中各個曲線的描述參數。直線H ough變換通常采用的直線模型為r =x cosθ+y sinθ(1)其中r是從原點引到直線的垂線長度;θ是垂線與x 軸正向的夾角。對于影像空間直線上任意一點(x, y), Hough變換將其映射到參數空間(θ, r) 的一條正弦曲線上, 由于影像空間內的一條直線由一對參數(θ₀, r₀) 的確定, 因而該直線上的各點變換到參數空間中的各正弦曲線必須都經過點(θ₀, r₀) , 在參數空間中這個點的坐標就代表了影像空間這條直線的參數, 這樣, 檢測影像中直線的問題就轉化為檢測參數空間中的共線點的問題。 由于存在噪聲及特征點的位置誤差, 參數空間中所映射的曲線并不嚴格通過某一點, 而是在一個小區域中出現一個峰。只要檢測峰值點, 就能確定直線的參數。在實際應用中, H ough變換算法是根據式(1) 將圖像空間中的每一點(x_i, y_i) 映射到Hough空間中的一組累加器HT(θ_i,r_i),滿足上式的每一點,將使對應的所有累加器中的值加1。如果圖像中包含一條直線,則有一個對應的累加器會出現局部值, 設定一個閾值,若該局部值大于該閾值, 則說明有直線存在。通過檢測Hough空間中的局部值,可以確定與該條直線對應的一對參數(θ, r), 從而把該直線檢測出來。

2.Hough變換特點

Hough變換具有明了的幾何解析性, 其突出特點是抗力強, 對被檢測圖像的噪聲不敏感, 即使待檢線條有小的擾動或斷裂, 甚至虛線, 進行H ough變換后, 在參數空間仍能得到明顯的峰值點。但H ough變換也存在著局限性:①通過H ough變換的參數空間的值來檢測得到的直線, 是由一些共線點組成的直線, 而不管其是否連通, 一些離散的點或一些相距較遠的線段都可能被認為是一條直線, 也就是說, 傳統Hough變換不能檢測出線段,檢測到的是一些共線的點。 若在某個方向上共線的點最多且共線點的數目超過事先給定的閾值。這就是傳統H ough 變換所要檢測到的結果;但是在一些檢測直線的實際應用中, 線段的端點、長度方位等屬性是十分重要的;②直線r =x co sθ+y sinθ是否存在僅由它上面像素的個數決定,而不管這些像素是連續的還是離散的。 從而導致過連接及虛假端點現象的出現;③由于實際計算時所考慮的θ值及r值是離散的, 某條直線(r₁, θ₁) 的部分像素有可能也同時被認為是與它成一微小夾角的另一直線(r₂, θ₂) 上的點,特別是r, θ值的間隔稍大時,這樣重復計算出的直線會更多;④由于參數坐標下(r, θ) 均為離散值, 相應地提取的直線參數也為離散值, 因而提取的直線精度較差。^[3]

半自動跟蹤系統又稱為操瞄系統，廣泛應用于諸軍兵種的裝備領域。相對于自動跟蹤，半自動跟蹤的突出優點是能直接體現人員意圖、準確選取 / 切換跟蹤對象，特別適合于復雜背景下多目標的跟蹤控制。半自動跟蹤一般需要操縱手利用雷達、電視、紅外、激光、白光等探測單元獲取戰場信息 ( 一般為視頻形式) ，根據指令或目標威脅程度，選定目標，估計目標相對視場中心的偏差量，進而利用操控裝置產生控制信號，通過伺服裝置帶動目標探測器適當運動，消除瞄準線和目標線的偏差量。

然而，我軍現役裝備半自動跟蹤系統結構簡單，算法功能單一，智能化程度低，不適應復雜條件下的戰場環境。為研究人機閉環、協同工作的特征規律，建立操控意圖與目標運動特征之間的關系模型，本文通過對空目標進行半實物仿真，設計實現了 1 套半自動跟蹤技術的開發平臺，為研究“準確、快速、靈活”的半自動跟蹤技術提供了有力支撐。

現代戰場環境越來越復雜，空中目標的機動能力越來越強，戰機稍縱即逝，且很可能出現目標遮擋、視場光線劇烈變化、安裝載體振動不穩等情況，因此，跟蹤系統必須快速、準確、靈活地完成目標搜索、識別、選定和跟蹤。這就要求跟蹤算法具有高度智能化，在具有自動跟蹤能力的同時，也應具有高效、準確的半自動跟蹤能力。早期半自動跟蹤系統由 2 名操作手分別操作 1 套跟蹤裝置，各自負責方位和高低自由度的跟蹤控制，這就要求 2 人之間默契配合，否則會出現跟蹤不穩、耗時過長等，火控系統一般采用 1 名操作手加 1 套跟蹤裝

置的方式，即單人同時控制目標 2 個角坐標( β，ε) 。操作裝置一般為單柄操縱桿，也有部分裝備采用軌跡球、手輪等操作員作為半自動跟蹤系統中非常關鍵的一環，其操作本身特點以及熟練程度將直接影響跟蹤效果。同時，由于人的動作規律具有很強的個體差異性和時間上的隨機性，易受外界偶發因素影響，所以對人的控制行為進行數學建模，可有針對性地改進跟蹤算法，提高手動跟蹤的自動化程度。

雖然我國在機動目標跟蹤領域做了大量投入，但與水平相比還有相當差距。部分裝備雖配備穩像式火控系統，但自動化程度還比較低，炮手或車長跟蹤目標的精度較低，尤其對做機動運動的目標不僅跟蹤誤差大，而且跟蹤 / 精瞄時間較長。從跟蹤技術角度看，存在的主要問題是半自動跟蹤結構簡單，算法功能單一，控制關系通過分離運放電路進行傳遞，因此操縱偏移量與伺服控制量之間是固定的函數關系，沒有考慮跟蹤對象的特性( 例如快速目標，要放大其跟蹤增益; 低速 / 靜止目標，要降低增益，提高精度) ，也沒有考慮操作的連續性，不能針對操作人員的操作意圖來靈活控制，不適合多目標中快速選擇 。

為定量評估半自動跟蹤系統的跟蹤性能，本文參照自行式高炮系統的基本架構，建立了目標跟蹤技術開發平臺，，通過在載體上搭載各種試驗單元，模擬實現了自行高炮的短停和行進間的目標搜索、跟蹤、射擊等戰術動作。結合室內實驗室條件，本平臺根據目標航跡，利用電機驅動等比例縮小的飛機模型，模擬對空條件，實際效果操作員可選擇單柄操縱桿、軌跡球或鼠標作為操控裝置，產生控制信號，經過穩定跟蹤計算機處理，驅動伺服轉臺運動，帶動電視探測頭，完成目標的搜索、捕獲和跟蹤; DSP 處理板的核心處理器為 1 片 TMS320DM642 芯片，協處理器為 1 片 XC2S300E FPGA 芯片，二者配合工作，實現運動目標的檢測和定位，并疊加波門、“十”字線等顯示信息 姿態測量系統則向穩定跟蹤計算機提供當前車體的姿態角( κ，θ) 。單柄操縱桿采用雙軸霍爾操縱桿，能夠同時測量手柄在x、y 兩個方向的運動量，其輸出響應與機械偏移量為線性關系，通信形式為 115 200 bit /s 的 RS232。其頂部設計有手動 / 自動跟蹤切換按鈕。松開操縱桿后，操縱桿自動彈回位置。

本平臺可作為操作手的模擬訓練平臺，也可作為操控裝置的測試平臺，進而可作為支持新型操控裝置和跟蹤控制算法的研發平臺。作為模擬訓練平臺，可避免實裝損耗，有效改善操作員的訓練條件。訓練過程中，可實時顯示目標運動曲線和操縱桿的響應曲線，供參訓人員或督導人員記錄、分析。在每個航路跟蹤訓練結束后，系統將對訓練過程的數據進行記錄、統計和分析，得到誤差、反應速度、跟蹤平穩性等量化指標，并給出綜合評價等級，使訓練人員從不同角度了解自己的跟蹤效果和存在缺陷，以便于有針對性地進行改進。

另一方面，除了操作員自身因素外，系統跟蹤性能還取決于操縱裝置、跟蹤計算機、伺服機構等環節的傳遞函數。為提升整體性能，有必要針對這些環節開展測試和研究。本平臺支持復雜的目標運動規律，能夠模擬復雜戰場環境下目標高度機動的情況。通過選擇不同的操縱裝置、不同的跟蹤控制算法，配合大樣本的訓練，開展各環節的性能評估和驗證。

特別地，由于人的反應動作屬于典型的模糊系統，不同用戶( 甚至同 1 個用戶在不同情況下) 做相同動作的響應存在大幅度的隨機性波動，因此，需要研究其操作員行為意圖的理解方法，建立其動作軌跡與意圖之間的對應關系，這一關系顯然是非線性的，并且具有很強的不確定性。可以利用本平臺對上述關系進行建模，通過長時間的訓練( 學習) 過程，得到恰當的模型結構和參數，用于跟蹤系統的閉環控制，從而提升系統的跟蹤準確性、平穩性、快速性等指標。^[4]

半自動裝箱機是一種能夠將無包裝或者是小包裝產品采用自動的方式裝入包裝箱的一種機器設備。半自動裝箱機能夠將產品按照一定排列方式和規定數量裝入箱中，最終將箱的開口部分閉合或者是封牢。半自動裝箱機的特點是科技含量高、裝箱的效率高并且裝箱的質量好。但是在使用中由于自動裝箱機的價格比較高、結構復雜、維修和保養量比較大。

半自動集裝箱機主要是由上層機構和下層機構共同組成。然而在上層機構中，它是由支架、華東導軌、翻版裝置、同步齒形帶以及步進電機和傳動裝置共同組成。在下層機構中，主要有步進電機及傳動裝置、帶式輸送機組。在上層機構中，采用的是翻版裝置來接受帶式輸送機進行連續的輸送袋包裝物，其工作的原理可以沿著滑動導軌滑動。在工作中，翻版可以帶動軸轉動。在包裝的過程中，當翻版上的袋裝物達到了要求時，牽引電磁鐵吸合翻板打開，再由翻板上的重物在重力作用下自由下落然后進入包裝箱。在下層機構中主要是由帶式輸送機、步進電機、傳動裝置組成，這就是為了進一步提高紙箱的定位精度，然后由帶式輸送機上裝有的隔離板進行隔離，最終將包裝紙箱進行擺放和輸送。

在簡易半自動裝箱機中，在工業生產中，小袋包裝機來進行封口后，垂直電騾到帶式輸送機上，然后輸送到位。在這個位置上安裝有光電傳感器，然后通過信號最終實現計數功能的轉化，裝箱的數量可以根據裝箱的要求來具體的設定，在傳送帶端部的下方裝有擺動裝置。再由擺動裝置的溜槽來實現將小袋包裝產品裝入瓦楞紙箱中，進一步來實現裝箱機精確計數。然而在研究簡易半自動裝箱機的工位布置

表5 不同結合料的瀝青混合料凍融劈裂試驗結果

不同結合料的瀝青混合料浸水馬歇爾試驗結果

通過分析表5，6 的數據，得出以下結論: 摻加抗車轍劑后基質瀝青混合料的劈裂強度下降約30% ，SBS 改性瀝青混合料劈裂強度增幅接近130% ;摻加抗車轍劑后基質瀝青混合料凍融后的劈裂強度下降，SBS 改性瀝青混合料的劈裂強度提高; 基質瀝青混合料的凍融劈裂強度比在加入抗車轍劑后提高，而SBS 瀝青混合料在加入抗車轍劑后凍融劈裂強度比下降。

加入抗車轍劑后，基質瀝青混合料30min 的穩定度和48h 穩定度都有所提高，SBS 改性瀝青混合料30min 的穩定度和48h 的穩定度都有所下降。SBS 改性瀝青混合料本身有較好的抗水損壞能力，但是摻加抗車轍劑后的水穩定性反而降低了，而基質瀝青混合料中由于摻加抗車轍劑后遇水穩定的能力甚至超過了SBS 改性瀝青混合料的水穩性。^[5]