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全海深自变形水下机器人高效运动实现机理研究

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舰船科学技术 2024年第3期46卷 105-111页

作者：翟亚东唐元贵中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 辽宁省水下机器人重点实验室辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049

与常规水下机器人不同,全海深水下机器人面临万米的垂直剖面水深,当前全海深水下机器人的潜浮过程占据了其入水后的大部分时间,导致全海深水下机器人运动效率不高。本文通过对潜浮运动模式及低阻构形方式的分析,结合变形—变结构水下机... 详细信息

与常规水下机器人不同,全海深水下机器人面临万米的垂直剖面水深,当前全海深水下机器人的潜浮过程占据了其入水后的大部分时间,导致全海深水下机器人运动效率不高。本文通过对潜浮运动模式及低阻构形方式的分析,结合变形—变结构水下机器人的设计思想,构建了一种适应于水下水平面与垂直面的高效运动模式,提出一种面向全海深高效运动的自变形水下机器人的实现方法。在对自变形水下机器人潜浮阶段与海底直航阶段运动进行模型分析的基础上,提出基于有效工作时间的运动效率评价方法。最后结合流体仿真软件Fluent对阻力系数的辨识,对自变形水下机器人的运动效率进行评估,验证了该自变形的构形方式相较于传统回转外形构形方式在面向全海深工作环境的高效性。

关键词：全海深水下机器人自变形高效运动

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硅片搬运机器人运动学分析及仿真

机械设计与制造 2024年

作者：张肄冕徐方杜振军刘明敏中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室中国科学院机器人与智能制造创新研究院中国科学院大学沈阳新松机器人自动化股份有限公司

硅片搬运机器人被广泛应用于集成电路装备制造业，具有高洁净度、高稳定性、高精度的特点。为进一步提高控制硅片搬运机器人运行不同轨迹时的准确度与稳定性，针对已设计的R-θ型硅片搬运机器人，分析了其基本的传动结构，建立了基于Cop... 详细信息

硅片搬运机器人被广泛应用于集成电路装备制造业，具有高洁净度、高稳定性、高精度的特点。为进一步提高控制硅片搬运机器人运行不同轨迹时的准确度与稳定性，针对已设计的R-θ型硅片搬运机器人，分析了其基本的传动结构，建立了基于CoppeliaSim与Matlab的实验仿真平台，同时采用传统D-H参数法建立了硅片搬运机器人的正、逆运动学模型，提出了基于逆向运动学的位置控制算法，成功实现机器人的运动控制，验证了求解模型的准确度。仿真实验的结果证明，该算法能够有效控制机器人的运动，具有实用性。

关键词：硅片搬运机器人传动结构 D-H CoppeliaSim 仿真

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基于扩散方法的特征动态库

计算机工程与应用 2024年

作者：黄山范慧杰林森曹镜涵唐延东中国科学院机器人与智能制造创新研究院中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳理工大学自动化与电气工程学院

目的弱监督语义分割（Weakly-supervisedsemanticsegmentation， wsss）是通过利用更简单易得的图像级标注（框，点，线和类别信息），以训练分类模型的方式获取物体分割区域从而实现图像像素级预测。因为主流的分割算法仍然需要依赖... 详细信息

目的弱监督语义分割（Weakly-supervisedsemanticsegmentation， wsss）是通过利用更简单易得的图像级标注（框，点，线和类别信息），以训练分类模型的方式获取物体分割区域从而实现图像像素级预测。因为主流的分割算法仍然需要依赖大量的标注数据，而逐像素标注十分昂贵、费时且费力。为了减轻这一负担，人们越来越关注高效的利用弱标注的信息生成标签这种方法。在弱监督方面关注两个问题，一是生成的伪标签图像不够完整，二是分类不够精准。方法现有的绝大部分方法都只考虑了第一点，而论文提出一种基于扩散方法的特征动态存储方案既保证了标签的完整性又兼顾了类别特征。具体来说本文通过抑制最显著区域以扩散激活图的激活区域方式，并使用前景背景分离的细化方案剔除类激活图的冗余噪声。最后输入特征动态库在训练阶段引入语义标签使得每个类别实时更新。结果在Pascal VOC 2012数据集上对比现有大部分弱监督语义分割的方法，论文方法都展现了优越性。对比以transformer为骨干网络的新方法在验证集和测试集上分别高2.5%和2.9%。

关键词：弱监督特征提取语义分割

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基于上下文感知的强化学习AUV控制器研究

舰船科学技术 2024年第11期46卷 108-114页

作者：徐春晖徐德胜周仕昊杨士霖中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 辽宁省水下机器人重点实验室辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049

为了提升基于强化学习的自主水下航行器(Autonomous Underwater vehicle,AUV)控制器在复杂海况中对环境干扰的鲁棒性,设计一种利用上下文信息进行环境感知的强化学习控制器。结合水下机器人运动学及动力学方程对深度跟踪任务进行建模,... 详细信息

为了提升基于强化学习的自主水下航行器(Autonomous Underwater vehicle,AUV)控制器在复杂海况中对环境干扰的鲁棒性,设计一种利用上下文信息进行环境感知的强化学习控制器。结合水下机器人运动学及动力学方程对深度跟踪任务进行建模,构建了基于PPO-clip算法的深度控制器,并在算法中融入了上下文变量和域随机化方法。在仿真环境中分别进行海流干扰、暗涌干扰以及两者共同干扰环境的深度跟踪任务,仿真结果表明,本文提出的方法对强化学习控制器的抗干扰能力有明显的提升,在多种环境干扰下更精准地完成深度跟踪任务。

关键词： AUV 深度控制强化学习上下文感知

基于图嵌入编码形态信息的非均匀多任务强化学习方法

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计算机应用研究 2024年第4期41卷 1022-1028页

作者：贺晓王文学中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳110169 中国科学院大学北京100049

传统强化学习方法存在效率低下、泛化性能差、策略模型不可迁移的问题。针对此问题,提出了一种非均匀多任务强化学习方法,通过学习多个强化任务提升效率和泛化性能,将智能体形态构建为图,利用图神经网络能处理任意连接和大小的图来解决... 详细信息

传统强化学习方法存在效率低下、泛化性能差、策略模型不可迁移的问题。针对此问题,提出了一种非均匀多任务强化学习方法,通过学习多个强化任务提升效率和泛化性能,将智能体形态构建为图,利用图神经网络能处理任意连接和大小的图来解决状态和动作空间维度不同的非均匀任务,突破模型不可迁移的局限,充分发挥图神经网络天然地利用图结构归纳偏差的优点,实现了模型高效训练和泛化性能提升,并可快速迁移到新任务。多任务学习实验结果表明,与以往方法相比,该方法在多任务学习和迁移学习实验中均表现出更好的性能,在迁移学习实验中展现出更准确的知识迁移。通过引入图结构偏差,使该方法具备更高的效率和更好的迁移泛化性能。

关键词：多任务强化学习图神经网络变分图自编码器形态信息编码迁移学习

PSO-Fuzzy-PID复合控制器在喉栓调节发动机压强控制中的应用

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推进技术 2024年第7期45卷 269-278页

作者：高潇王庆辉薛智慧刘金国沈阳化工大学信息工程学院辽宁沈阳110412 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169

为了改善喉栓调节发动机的燃烧室内压强控制系统的性能,实现精确闭环控制,建立了系统的数学模型,并在此基础上提出了一种基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法的Fuzzy-PID复合控制器(PSO-Fuzzy-PID)。由于模型具有较强... 详细信息

为了改善喉栓调节发动机的燃烧室内压强控制系统的性能,实现精确闭环控制,建立了系统的数学模型,并在此基础上提出了一种基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法的Fuzzy-PID复合控制器(PSO-Fuzzy-PID)。由于模型具有较强的时变性、扰动性以及非线性,传统的PID控制器无法精确控制,因此设计并使用PSO-Fuzzy-PID复合控制器。Fuzzy控制器和PID控制器同时工作,采用PSO算法对Fuzzy控制器和PID控制器的输出比例因子进行优化。通过仿真对比了PSOFuzzy-PID复合控制器、Fuzzy-PID双模控制器和传统PID控制器在系统的工作点(6 MPa)附近的阶跃跟踪、时变性测试以及在非线性模型中的抗干扰性测试、长时间全压强范围调节测试,来验证控制器的动态性能。结果表明:在不同的实验中,PSO-Fuzzy-PID复合控制器均表现出明显的优势。该控制器可以将超调量控制在10%以内;将调节时间控制在1.5 s以内,将压强的调节速度提高至Fuzzy-PID双模控制器的3.45~6.73倍,传统PID控制器的4.51~7.1倍。因此PSO-Fuzzy-PID复合控制器在响应速度、超调量、鲁棒性强等方面更具优势,显著地提高了喉栓调节发动机的燃烧室内压强控制系统的动态性能。

关键词：喉栓调节发动机复合控制器压强控制非线性控制时变性

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桥梁检测机器人运动分析与运动规划研究

机床与液压 2024年第5期52卷 53-57页

作者：杜文龙常勇周东旖沈阳工业大学辽宁省智能制造与工业机器人重点实验室辽宁沈阳110870 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169

针对桥梁检测机器人对于高墩、高厚度桥梁不同部位的便捷检测需求,开展五自由度桥检机器人运动分析与运动规划研究。采用改进型D-H方法进行正向运动学建模,通过解析方法求解两种形式的运动学逆解,推导雅可比矩阵,分析机器人的奇异位型;... 详细信息

针对桥梁检测机器人对于高墩、高厚度桥梁不同部位的便捷检测需求,开展五自由度桥检机器人运动分析与运动规划研究。采用改进型D-H方法进行正向运动学建模,通过解析方法求解两种形式的运动学逆解,推导雅可比矩阵,分析机器人的奇异位型;通过蒙特卡洛方法得到机器人工作空间,确定工作空间可覆盖待检测区域;由连杆力与力矩平衡方程推导各关节受力关系,基于关节负载能力开展运动规划研究。仿真分析结果证明了方法的可行性,说明机器人能够完成预定的工作任务需求。

关键词：桥检机器人运动分析运动规划

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基于自抗扰控制的AUV抗洋流对接研究

舰船科学技术 2024年第14期46卷 89-96页

作者：黄陶俊石凯乌云嘎徐会希吕凤天中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169 辽宁省水下机器人重点实验室辽宁沈阳110169 中国科学院大学北京100049 吉利汽车研究院(宁波)有限公司浙江宁波315336

洋流和未知干扰的存在影响着自主水下机器人(AUV)对接回收的成功与否,同时保证对接姿态和抗扰能力较为困难。本文提出一种基于自抗扰控制的三段式对接控制方法:在对接首段采用追踪制导,中段采用横向偏差制导,末端采用余弦曲线制导生成... 详细信息

洋流和未知干扰的存在影响着自主水下机器人(AUV)对接回收的成功与否,同时保证对接姿态和抗扰能力较为困难。本文提出一种基于自抗扰控制的三段式对接控制方法:在对接首段采用追踪制导,中段采用横向偏差制导,末端采用余弦曲线制导生成期望的航向角度,设计洋流观测器估计并补偿洋流,并针对AUV模型设计自抗扰控制器实现航向角跟踪。在Matlab/Simulink中建立控制模型,在不同洋流和外界随机干扰条件下仿真。仿真结果表明,设计的对接方法在洋流下可有效控制AUV的航向角和横向距离,对外界随机干扰具有一定抵抗能力,能够同时保证对接姿态和抗扰能力。

关键词：自主水下机器人洋流干扰自抗扰控制对接回收

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伤员运载机器人楼梯环境运动稳定性

科学技术与工程 2024年第1期24卷 267-273页

作者：纪兆俊李艳杰卜春光郎智明佟福奇沈阳理工大学机械工程学院沈阳110159 中国科学院沈阳自动化研究所机器人学国家重点实验室沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院沈阳110169

针对伤员运载机器人在楼梯环境的运动稳定性问题,分析机器人各关节运动对机器人运动稳定性的影响,建立机器人运动学模型。结合稳定锥方法与伤员运载机器人实际结构,通过MATLAB软件计算分析重心调整机构对机器人稳定性的影响,验证机器人... 详细信息

针对伤员运载机器人在楼梯环境的运动稳定性问题,分析机器人各关节运动对机器人运动稳定性的影响,建立机器人运动学模型。结合稳定锥方法与伤员运载机器人实际结构,通过MATLAB软件计算分析重心调整机构对机器人稳定性的影响,验证机器人通过重心调整后上楼梯运动的稳定性。仿真和实验表明,伤员运载机器人的重心调整机构能够有效地调整机器人的重心,调整后的机器人能够稳定地在楼梯环境中将伤员运出。

关键词：运动学仿真稳定锥稳定性 MATLAB