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基于分层运动分解的飞行机械臂视觉伺服控制

控制理论与应用 2024年第5期41卷 808-816页

作者：张兆鹏何慰梁潇韩建达方勇纯南开大学人工智能学院机器人与信息自动化研究所天津300350 南开大学天津市智能机器人技术重点实验室天津300350

飞行机械臂系统具有主动作业能力,通过搭载视觉传感器感知周围环境,系统的自主能力将进一步提高.然而,考虑到无人机的欠驱动和整个系统的非线性特性,飞行机械臂系统的视觉伺服控制仍然是一项具有挑战性的工作.本文在充分考虑机械臂对无... 详细信息

飞行机械臂系统具有主动作业能力,通过搭载视觉传感器感知周围环境,系统的自主能力将进一步提高.然而,考虑到无人机的欠驱动和整个系统的非线性特性,飞行机械臂系统的视觉伺服控制仍然是一项具有挑战性的工作.本文在充分考虑机械臂对无人机的力/力矩作用后,提出了一种基于分层运动分解的飞行机械臂视觉伺服控制方案.首先,对飞行机械臂系统的运动学和动力学模型进行分析.然后,根据所得的相机运动学模型,通过基于图像的视觉伺服控制获得相机的期望速度,进而制定无人机和机械臂的速度分配策略.在考虑机械臂运动时对无人机产生的力/力矩影响,设计了底层的飞行控制器.最后,在与现有方法的仿真对比中可以看出,所提方法具有良好的控制性能,对图像特征点位置的不确定性及图像噪声也表现了较好的鲁棒性.

关键词：多旋翼无人机飞行机械臂视觉伺服控制

动态事件触发机制下二阶多智能体系统完全分布式控制

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控制理论与应用 2024年第1期41卷 11-20页

作者：邓甲王付永刘忠信陈增强南开大学人工智能学院天津300350 南开大学智能机器人技术重点实验室天津300350

本文研究了无向通信拓扑下二阶多智能体系统的一致性问题,分别针对有领导者和无领导者的情形,设计了一类基于辅助动态变量的完全分布式事件触发控制策略,该策略具有参数较少且易调等特点.智能体自身的触发函数满足条件时才向邻居广播自... 详细信息

本文研究了无向通信拓扑下二阶多智能体系统的一致性问题,分别针对有领导者和无领导者的情形,设计了一类基于辅助动态变量的完全分布式事件触发控制策略,该策略具有参数较少且易调等特点.智能体自身的触发函数满足条件时才向邻居广播自身的状态信息,有效避免了连续通信,减少了系统能量耗散.每个智能体的控制协议和触发函数都只用到自身的状态和邻居触发时刻的状态,不涉及邻居的实时状态信息,也不依赖通信拓扑网络的任何全局信息.利用代数图论以及Lyapunov稳定性理论,证明在所提出的控制策略下,二阶多智能体系统能够实现渐近一致性,且不存在Zeno行为.仿真示例进一步验证了理论结果的有效性.

关键词：多智能体系统一致性动态事件触发控制完全分布式控制

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图采样泛化行人重识别算法

计算机工程与应用 2024年第14期60卷 219-227页

作者：闵锋毛一新况永刚彭伟明郝琳琳吴波武汉工程大学智能机器人湖北省重点实验室武汉430205

最近的研究表明,度量学习中的深度特征匹配方法,结合大规模、多样化的训练数据,可以显著增强人员再识别的泛化能力。然而,许多现有的方法会产生大量的内存和计算成本,如分类参数或类记忆学习等。为解决上述问题,提出了一种新的基于相关... 详细信息

最近的研究表明,度量学习中的深度特征匹配方法,结合大规模、多样化的训练数据,可以显著增强人员再识别的泛化能力。然而,许多现有的方法会产生大量的内存和计算成本,如分类参数或类记忆学习等。为解决上述问题,提出了一种新的基于相关性图采样(correlation graph sampler,CGS)的泛化行人重识别算法,CGS的基本思想是在训练开始时使用局部敏感哈希函数(locality-sensitive Hashing,LSH)和特征度量为所有类构造最近邻关系图。这确保了每一小批训练样本由随机选择的基类和与基类具有相似性的近邻类组成,以提供信息量大且具有挑战性的学习示例,提高行人重识别模型的判别性学习能力。CGS的采样原理会受主干网提取的特征质量影响,因此CGS采样能力会随着主干网的训练而增强,具有可学习性。通过在大规模数据集(包括CUHK03、Market-1501和MSMT17)上交叉评估该方法,广泛的实验结果证实了该方法的有效性,并展示了其在行人重识别应用中的潜力。

关键词：行人重识别度量学习相关性图采样局部敏感哈希函数

RCSA-YOLO:改进YOLOv8的SAR舰船实例分割

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计算机工程与应用 2024年第18期60卷 103-113页

作者：王磊张斌吴奇鸿武汉工程大学智能机器人湖北省重点实验室武汉430205

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像中背景复杂、目标小和尺度变化大等导致分割精度低的问题,提出了一种基于改进YOLOv8的SAR图像舰船实例分割算法RCSA-YOLO。利用结构重参数技术设计特征提取模块RepBlock,用以替换原... 详细信息

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)图像中背景复杂、目标小和尺度变化大等导致分割精度低的问题,提出了一种基于改进YOLOv8的SAR图像舰船实例分割算法RCSA-YOLO。利用结构重参数技术设计特征提取模块RepBlock,用以替换原网络中的C2f模块,增强网络的特征提取和特征表达能力,有效过滤了复杂背景噪声的干扰。使用基于内容感知的特征重组模块(content-aware reassembly of features,CARAFE)替换最近邻上采样方法,有效缓解了小目标信息丢失现象,提升了分割精细化程度。使用可切换空洞卷积(switchable atrous convolution,SAC)进行下采样操作,动态调整感受野大小,使模型具备更强的多尺度适应能力,确保了在不同尺寸舰船目标上的分割精度。在HRSID数据集上的实验结果表明,提出的算法可以将YOLOv8模型的AP_(50)值从87.7%提高到90.7%,较原算法提高了3个百分点。与主流的实例分割算法对比,SAR舰船实例分割精度也明显提升,证明了RCSA-YOLO的有效性。

关键词：合成孔径雷达结构重参数化上采样可切换空洞卷积

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动态事件触发机制下的无人艇无模型控制

哈尔滨工程大学学报 2024年第1期45卷 85-92页

作者：张磊郑宇鑫黄兵苏玉民哈尔滨工程大学水下智能机器人技术国防科技重点实验室黑龙江哈尔滨150001

针对复杂海洋环境下无人艇的轨迹跟踪控制问题,本文结合滑模变结构控制与自适应控制,设计了无模型控制器,基于此提出了动态事件触发机制,利用Lyapunov稳定性判据证明了闭环系统一致最终有界,且不存在Zeno现象。仿真试验结果表明:在模型... 详细信息

针对复杂海洋环境下无人艇的轨迹跟踪控制问题,本文结合滑模变结构控制与自适应控制,设计了无模型控制器,基于此提出了动态事件触发机制,利用Lyapunov稳定性判据证明了闭环系统一致最终有界,且不存在Zeno现象。仿真试验结果表明:在模型参数未知情况下,所提控制器具有良好的控制性能,可有效降低执行机构和能源消耗,为无人艇轨迹控制的实际应用提供了有效基础。

关键词：无人艇轨迹跟踪无模型动态事件触发滑模控制自适应控制 Lyapunov稳定性计算资源

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空间站机械臂末端执行器用导轨设计与验证

北京理工大学学报 2024年第2期44卷 182-188页

作者：张文明杨旭王储胡成威北京空间飞行器总体设计部空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京100094

针对滚珠直线导轨用于空间机构时的空间环境适应性问题,提出了空间机构用导轨设计方案,经导轨地面试验和产品在轨试验验证,该设计方案可以满足在轨使用要求,实现了导轨在真空、高低温等空间复杂环境下的长寿命应用.以空间站机械臂末端... 详细信息

针对滚珠直线导轨用于空间机构时的空间环境适应性问题,提出了空间机构用导轨设计方案,经导轨地面试验和产品在轨试验验证,该设计方案可以满足在轨使用要求,实现了导轨在真空、高低温等空间复杂环境下的长寿命应用.以空间站机械臂末端执行器用滚珠直线导轨研制为例,开展了导轨设计,并进行了导轨试验验证,确定了导轨采用滚珠溅射沉积MoS_(2)复合薄膜的固体润滑方案,间隙为0.04~0.05 mm,满足末端执行器在轨工作2000次以上的使用寿命要求.通过末端导轨试验可知,固体润滑的导轨载荷能力和使用寿命均显著下降,在空间机构用导轨研制过程中,须进行专项寿命试验,以验证导轨能否满足在轨使用要求.

关键词：机械臂末端执行器导轨设计验证

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基于3D高斯溅射的3维重建技术综述

机器人 2024年第5期46卷 611-622页

作者：曹振中光金正张千一胡郑希吴仕超刘景泰南开大学人工智能学院机器人与信息自动化研究所天津300350 天津市智能机器人技术重点实验室天津300350 可信行为智能算法与系统教育部工程研究中心天津300350

2023年底推出的基于3D高斯溅射的3维重建技术相较于该领域主流传统算法在新视图合成质量和场景渲染速度两方面具有突出优势,本文分析了3D高斯溅射的技术精髓和巨大的应用潜力,全面梳理了基于3D高斯溅射的3维重建技术在视觉SLAM(同步定... 详细信息

2023年底推出的基于3D高斯溅射的3维重建技术相较于该领域主流传统算法在新视图合成质量和场景渲染速度两方面具有突出优势,本文分析了3D高斯溅射的技术精髓和巨大的应用潜力,全面梳理了基于3D高斯溅射的3维重建技术在视觉SLAM(同步定位与地图构建)、动态场景重建、生成式AI(人工智能)以及自动驾驶领域的应用,最后从科研产出和实际落地两方面展望了3D高斯溅射技术的潜力和技术迭代趋势。

关键词： 3D高斯溅射 3维重建机器人视觉SLAM(同步定位与地图构建) 动态场景重建生成式人工智能自动驾驶

基于改进鲸鱼算法优化GRU-CNN的溶解氧预测

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环境工程学报 2024年

作者：胡龙元刘黎志智能机器人湖北省重点实验室(武汉工程大学)

为了提高相关模型在长江调关水质断面的溶解氧预测精度，基于门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)，卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)提出了一种混合预测方法。... 详细信息

为了提高相关模型在长江调关水质断面的溶解氧预测精度，基于门控循环单元(gated recurrent unit,GRU)，卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)和鲸鱼优化算法(whale optimization algorithm,WOA)提出了一种混合预测方法。模型通过GRU提取水质数据的长期历史特征，通过CNN对GRU的输出和输入进行卷积提取短期特征，将两者进行算术拼接得到最终预测结果。通过将Tent混沌映射、自适应惯性权重和遗传算法(genetic algorithm,GA)引入WOA算法，解决WOA算法初始化种群质量较低，易早熟和对参数设置敏感的问题之后，再使用改进鲸鱼算法(IWOA)对模型进行参数寻优。实验结果表明，所提出的改进鲸鱼算法优化GRU-CNN (IWOA-GRUC+)模型具有出色的效果，其MAPE仅为2.27%，在RMSE、MAE和R2这几项指标上，分别达到了0.339、0.216和0.913%的优良表现。IWOA-GRUC+模型一定程度上提高了传统模型在溶解氧(DO)预测中的性能。

关键词：溶解氧预测门控循环单元卷积神经网络鲸鱼优化算法遗传算法

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基于深度学习的光场显微像差校正

光学学报 2024年第14期44卷 82-91页

作者：王长淼李晖张水平吴云韬武汉工程大学计算机科学与工程学院湖北武汉430205 智能机器人湖北省重点实验室湖北武汉430205

由于光场显微镜中透镜的固有缺陷以及样品折射率分布不均匀会引起光学像差,这严重影响光场显微成像的质量。引入光场解耦模块,解析获得光场的相位和强度信息;并设计用于光场显微像差校正的相位-强度双路径网络(PCANet)。实验结果表明,... 详细信息

由于光场显微镜中透镜的固有缺陷以及样品折射率分布不均匀会引起光学像差,这严重影响光场显微成像的质量。引入光场解耦模块,解析获得光场的相位和强度信息;并设计用于光场显微像差校正的相位-强度双路径网络(PCANet)。实验结果表明,所提出的方法不仅可实现光场显微像差校正,而且重建出的图像具有高分辨率和清晰的细节边缘;相较于其他传统的图像超分辨率网络,所提方法重建结果的峰值信噪比(PSNR)和结构相似性指数(SSIM)分别提高了15.4%和11.7%。本研究为低成本光场显微像差校正提供了一种高效的方案。

关键词：几何光学光场显微深度学习像差校正高分辨率相位恢复