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重大装备制造多机器人任务分配与运动规划技术研究综述

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自动化学报 2024年第1期50卷 21-41页

作者：张振国毛建旭谭浩然王耀南张雪波江一鸣湖南大学电气与信息工程学院长沙 410082 机器人视觉感知与控制技术国家工程研究中心长沙 410082 湘江实验室长沙 410205 南开大学人工智能学院天津 300350 机器人视觉感知与控制技术国家工程研究中心长沙 410082 湘江实验室长沙 410205 湖南大学机器人学院长沙 410082

飞机蒙皮、船舶舱体、高铁车身等大型复杂部件高效高品质制造是航空航天、海洋舰船、轨道交通等领域重大装备发展的根基.大型复杂部件具有尺寸超大、型面复杂等特点,传统的人工、单机制造面临着效率低、一致性差、空间有限等问题,多机... 详细信息

飞机蒙皮、船舶舱体、高铁车身等大型复杂部件高效高品质制造是航空航天、海洋舰船、轨道交通等领域重大装备发展的根基.大型复杂部件具有尺寸超大、型面复杂等特点,传统的人工、单机制造面临着效率低、一致性差、空间有限等问题,多机器人具有高鲁棒性、高效性等优点,为大型复杂部件制造提供了良好的制造基础.任务分配与运动规划是多机器人制造系统的决策中枢,其性能影响整个系统的运行效率.考虑到重大装备部件制造任务分配与运动规划过程中任务工序多、冲突干涉多、精度需求高等挑战,本文首先对复杂环境下多机器人任务分配与运动规划的重要性进行了说明;然后阐述了目前主要的任务分配与运动规划方法,包括其在智能制造领域下的应用;在此基础上,对现阶段复杂场景下任务分配和运动规划存在的问题进行了分析,并使用强化学习与混合优化算法等方法提出了解决思路;最后对重大装备大型复杂部件制造过程多机器人任务分配和动态规划技术及应用的发展进行了总结与展望.

关键词：重大装备制造多机器人任务分配运动规划

来源：博看期刊评论

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无人集群系统深度强化学习控制研究进展

工程科学学报 2024年第9期46卷 1521-1534页

作者：梁鸿涛王耀南华和安钟杭郑成宏曾俊豪梁嘉诚李政辰湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 湖南大学机器人视觉感知与控制技术国家工程研究中心长沙410082 湖南大学机器人学院长沙410082

随着无人集群在物流运输、农业管理、军事行动等场景的试验和应用,其面临的作业环境和任务内容日趋复杂,亟需设计效率更高、泛化能力更强、适应性更好的控制算法.将人工智能引入到无人集群系统控制的研究中,能够大幅提升现有无人集群的... 详细信息

随着无人集群在物流运输、农业管理、军事行动等场景的试验和应用,其面临的作业环境和任务内容日趋复杂,亟需设计效率更高、泛化能力更强、适应性更好的控制算法.将人工智能引入到无人集群系统控制的研究中,能够大幅提升现有无人集群的能力,完成复杂的作业任务.深度强化学习具有深度学习和强化学习的优点,无人集群系统深度强化学习控制研究受到了国内外科研人员的广泛关注,涌现出许多标志性成果.本文将从原理、特点等方面阐述深度强化学习概念,深入分析深度强化学习的多种典型算法,并讨论无人机集群的各类控制需求,进而介绍深度强化学习在无人机集群控制领域的典型研究成果,最后针对该领域研究成果的落地转化总结了应用前景和面临的挑战.

关键词：无人集群集群控制深度强化学习多智能体人工智能集群智能

车联网中多主体参与的电动汽车预充电路径规划

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控制理论与应用 2024年第8期41卷 1438-1450页

作者：刘东奇谢金焕王耀南长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410114 湖南大学机器人视觉感知与控制技术国家工程研究中心湖南长沙410012

随着电动汽车的发展和普及,能源网、交通网以及信息网之间的耦合程度不断加深,以单一路网交通系统为背景的传统路径规划模型已不能适应路电耦合场景中电动汽车充电导航决策的需求.针对此问题,本文计及能源侧负荷需求响应和交通侧流量分... 详细信息

随着电动汽车的发展和普及,能源网、交通网以及信息网之间的耦合程度不断加深,以单一路网交通系统为背景的传统路径规划模型已不能适应路电耦合场景中电动汽车充电导航决策的需求.针对此问题,本文计及能源侧负荷需求响应和交通侧流量分布限制,建立了一种基于车–路–站–网系统信息交互的多主体参与的电动汽车预充电路径规划模型;然后,在综合评估用户侧出行成本、配电网负荷波动以及聚合商运营利益的基础上,利用启发式的A*算法对规划区域内的最优充电桩及其预约时段进行求解;最后,以随机性和灵活性较大电动私家车为建模对象,结合长沙市某地区路网验证了该模型在短时间尺度调度中的有效性.结果表明,文中所提模型能有效减少用户侧开销,促进电网的安全稳定运行,同时能在一定程度上均衡充电桩的区域使用差异,实现统筹多元主体目标的综合最优路径规划.

关键词：电动汽车车网互动路电耦合路径规划多主体决策

电力设施多模态精细化机器人巡检关键技术及应用

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自动化学报 2024年

作者：张辉杜瑞钟杭曹意宏王耀南湖南大学机器人学院机器人视觉感知与控制技术国家工程研究中心湖南大学电气与信息工程学院

电力设施巡检对于加快电网基础设施智能化改造和智能微电网建设,提高电力系统互补互济和智能调节能力的需求具有重要作用,近年来,智能巡检机器人开始在电力巡检中广泛应用.在提高电力设施巡检效率和准确性、提升安全性、降低成本和促进... 详细信息

电力设施巡检对于加快电网基础设施智能化改造和智能微电网建设,提高电力系统互补互济和智能调节能力的需求具有重要作用,近年来,智能巡检机器人开始在电力巡检中广泛应用.在提高电力设施巡检效率和准确性、提升安全性、降低成本和促进电力智能化发展等方面发挥关键作用.本文从电力巡检机器人的智能感知和导航技术出发,重点介绍目标检测、语义分割、自主导航等共性关键技术的国内外发展现状.然后以可见光红外双光融合、可见光图像和点云数据融合、声纹和可见光融合为例,阐述电力场景多模态数据融合方式.并进一步介绍电力部件精准分割和异物检测、线路点云杆塔倾斜检测、输电线路覆冰多模态检测和电力架空线路缺陷分析及台账异常检测等电力设施多模态机器人相关案例.最后探讨电力设施多模态精细化机器人巡检关键技术的发展趋势和所面临的挑战.

关键词：电力设施巡检机器人智能感知多模态输电线路

“价值引领-战略驱动-五融并举”的机器人领域研究生培养探索与实践

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学位与研究生教育 2024年第3期 31-38页

作者：刘敏谭浩然王耀南江未来张辉刘立成张小刚湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 中国工程院湖南大学机器人视觉感知与控制技术国家工程研究中心长沙410082 湖南大学机器人学院长沙410082

机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”,其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。湖南大学提出的“价值引领–战略驱动–五融并举”机器人领域研究生培养模式以思政引领、文化引领和科学家精神引领为价值内核... 详细信息

机器人是“制造业皇冠顶端的明珠”,其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。湖南大学提出的“价值引领–战略驱动–五融并举”机器人领域研究生培养模式以思政引领、文化引领和科学家精神引领为价值内核,以面向空天信息机器人多模态感知与融合世界科技前沿、集群机器人化智能制造经济主战场、深空深海探测自主无人系统国家重大需求、高端医疗装备人民生命健康需求等国家重大战略为驱动,构筑了以德智融合、科教融合、学科融合、专创融合和产教融合为内涵的“五融并举”实施路径。通过推进实施该模式,学校在机器人领域研究生培养方面取得了良好的成效。

关键词：机器人领域研究生教育价值引领战略驱动

基于多通道特征融合学习的印制电路板小目标缺陷检测

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仪器仪表学报 2024年第5期45卷 10-19页

作者：张莹邓华宣王耀南吴成中吴琳湘潭大学自动化与电子信息学院湘潭411105 机器人视觉感知与控制技术国家工程研究中心长沙410082 江西省通讯终端产业技术研究院有限公司吉安343099

提出了一种多通道特征融合学习的印制电路板小目标缺陷检测网络YOLOPCB,首先删除YOLOv7主干网络中最后一组MPConv层与E-ELAN层,去掉融合层的ECU模块与20×20的预测头,使用跨通道信息连接模块串联精简后的主干和融合网络;其次设计了浅层... 详细信息

提出了一种多通道特征融合学习的印制电路板小目标缺陷检测网络YOLOPCB,首先删除YOLOv7主干网络中最后一组MPConv层与E-ELAN层,去掉融合层的ECU模块与20×20的预测头,使用跨通道信息连接模块串联精简后的主干和融合网络;其次设计了浅层特征融合模块与新的anchors匹配策略,增加了两个低层次、高分辨率检测头;最后将YOLOv7主干网络中的3个E-ELAN作为输入,将融合层中最底部的E-ELAN和两个拼接模块作为输出,使用自适应加权跳层连接以增加同维度内信息量。在PCB Defect公开数据集上平均精度达到94.9%,检测速度达到45.6 fps;最后在企业现场制作的Self-PCB数据集中,YOLOPCB达到了最高精度76.7%,比YOLOv7检测精度提升了6.8%,能有效提高印制电路板小目标缺陷检测能力。

关键词：印制电路板小目标检测图像特征提取多特征融合自适应加权融合算法

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基于注意力机制语义增强的文档级关系抽取

同济大学学报（自然科学版） 2024年第5期52卷 822-828页

作者：柳先辉吴文达赵卫东侯文龙同济大学电子与信息工程学院上海201804 上海视觉感知与智能计算工程技术研究中心上海200092

文档级关系抽取旨在从文档中抽取出多个实体对之间的关系,具有较高的复杂性。针对文档级关系抽取中的多实体、关系相关性、关系分布不平衡等问题,提出了一种基于注意力机制(Attention)语义增强的文档级关系抽取方法,能够实现实体对之间... 详细信息

文档级关系抽取旨在从文档中抽取出多个实体对之间的关系,具有较高的复杂性。针对文档级关系抽取中的多实体、关系相关性、关系分布不平衡等问题,提出了一种基于注意力机制(Attention)语义增强的文档级关系抽取方法,能够实现实体对之间关系的推理。具体来说,首先在数据编码模块改进编码策略,引入更多实体信息,通过编码网络捕获文档的语义特征,获得实体对矩阵;然后,设计了一个基于Attention门控机制的U-Net网络,对实体对矩阵进行局部信息捕获和全局信息汇总,实现语义增强;最后,使用自适应焦点损失函数缓解关系分布不平衡的问题。在4个公开的文档级关系抽取数据集(DocRED、CDR、GDA和DWIE)上评估了Att-DocuNet模型并取得了良好的实验结果。

关键词：文档级关系抽取注意力机制语义增强焦点损失

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面向自动驾驶场景的脉冲视觉研究

中国工程科学 2024年第1期26卷 160-177页

作者：张济远郑雅菁余肇飞黄铁军视频与视觉技术国家工程研究中心北京100871 北京大学人工智能研究院北京100871

自动驾驶是计算机视觉重要的研究方向,具有广阔的应用前景。纯视觉感知方案在自动驾驶场景中具有重要的研究价值。不同于传统相机,脉冲视觉传感器能更加灵敏地感受光子,具备比传统视频快千倍以上的成像速度,具有高时间分辨率、高动态范... 详细信息

自动驾驶是计算机视觉重要的研究方向,具有广阔的应用前景。纯视觉感知方案在自动驾驶场景中具有重要的研究价值。不同于传统相机,脉冲视觉传感器能更加灵敏地感受光子,具备比传统视频快千倍以上的成像速度,具有高时间分辨率、高动态范围、低数据冗余和低功耗等优势。本文面向自动驾驶场景,总结了脉冲相机的成像原理、感知能力与优势;围绕自动驾驶相关视觉任务,详细介绍了脉冲视觉影像重建原理与方法,讨论了基于传感器融合的影像增强技术路线;归纳总结了基于脉冲相机的运动光流估计、目标识别检测分割与跟踪,以及三维场景深度估计算法进展及技术路线;梳理了脉冲相机数据及感知系统的发展现状,分析了脉冲视觉的研究挑战;研究提出了潜在解决方案及未来研究方向。脉冲相机及其算法和系统在自动驾驶领域具有巨大潜力,是未来计算机视觉的主要研究方向之一。

关键词：脉冲视觉脉冲相机自动驾驶人工智能

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弱纹理场景下无人机边缘化加速定位方法

控制与决策 2024年第10期39卷 3253-3260页

作者：李荣华谢辉韩兴元朱磊大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028 大连市先进机器人感知与控制技术创新中心辽宁大连116028

针对无人机在弱纹理场景下定位不准确的问题,提出一种基于边缘化加速的无人机定位方法.参考开源的VINS-Fusion算法架构,首先采用Harris角点算法提取需要优化的角点信息,融合亚像素角点算法对提取的角点信息进行迭代和精度提升,为后端优... 详细信息

针对无人机在弱纹理场景下定位不准确的问题,提出一种基于边缘化加速的无人机定位方法.参考开源的VINS-Fusion算法架构,首先采用Harris角点算法提取需要优化的角点信息,融合亚像素角点算法对提取的角点信息进行迭代和精度提升,为后端优化线程提供良好的初始值;然后设计一种边缘化加速策略,通过滑窗法筛选出需要优化的视觉残差信息,采用舒尔补方法将筛选出的视觉残差信息转化为先验信息加入优化,拆分边缘化线程并且重构信息矩阵,索引视觉残差信息的行和列,将含有信息较多的矩阵块移至信息矩阵右下角,保留更多的先验信息;最后使用EuRoc数据集进行评估.实验结果表明,与开源的视觉惯导融合的SLAM系统相比,所提出算法在定位精度上得到明显提升,同时可以保证较高的运算效率,满足无人机定位的实时性要求.

关键词：视觉-惯性SLAM 弱纹理场景无人机亚像素角点边缘化加速