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扑翼机器人机载视觉避障系统设计

Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics 2024年第1期41卷 97-106页

作者：付强张祚卿刘胜南吴晓阳贺威北京科技大学智能科学与技术学院北京100083 北京科技大学人工智能研究院北京100083 北京科技大学智能仿生无人系统教育部重点实验室北京100083

扑翼机器人是一种高仿生度的飞行器,它可以执行军事侦察和民用监测任务。在执行这些任务时,避障是一种确保扑翼机器人安全的必要功能。本文设计了一种基于单目视觉的扑翼机器人自主避障系统,其中所有图像的处理计算均使用机载处理器实... 详细信息

扑翼机器人是一种高仿生度的飞行器,它可以执行军事侦察和民用监测任务。在执行这些任务时,避障是一种确保扑翼机器人安全的必要功能。本文设计了一种基于单目视觉的扑翼机器人自主避障系统,其中所有图像的处理计算均使用机载处理器实现。在这个系统中,机载处理器的质量被减至48 g,以便于扑翼机器人可以携带它稳定飞行。该系统的工作流程可以分为以下几步:首先,图像采集模块获取周围环境的视频图像;然后,机载处理器通过处理扑翼机器人第一视角的光流信息来计算方向舵角度和转弯方向;最后,飞控板接收计算结果并控制扑翼机器人避开障碍物。地面站对扑翼机器人飞行过程进行实时监测,实验结果验证了本文所设计的避障系统的有效性。

关键词：扑翼机器人视觉避障机载处理器光流

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蛇形机器人全身避障策略设计与实验研究

机械工程学报 2024年

作者：李鹏王刘银王刚马书根哈尔滨工业大学(深圳)机电工程与自动化学院上海理工大学机器智能研究院香港科技大学(广州)机器人与自主系统学域

为解决微小型蛇形机器人避障效率低和部分关节与障碍物发生碰撞的问题，提出一种新的基于模型预测控制的蛇形机器人全身避障策略以及适用于蛇形机器人独特结构的制导策略。所提出的避障策略既可在无障碍时准确跟踪期望路径，也可在有障... 详细信息

为解决微小型蛇形机器人避障效率低和部分关节与障碍物发生碰撞的问题，提出一种新的基于模型预测控制的蛇形机器人全身避障策略以及适用于蛇形机器人独特结构的制导策略。所提出的避障策略既可在无障碍时准确跟踪期望路径，也可在有障碍时高效避开障碍物，快速回归到原路径中。与现有仅可保证蛇形机器人头部或质心不与障碍物发生碰撞的策略不同，该策略能够保证全部关节与障碍物不发生碰撞，且无需考虑最大碰撞体积和假设蛇尾严格按蛇头轨迹移动，提高了避障效率。此外，通过分析在固定步态下蛇形机器人变化的驱动结构对转弯效率的影响，提出适用于此类转弯效率变化的机器人制导策略，避免机器人发生反复穿梭期望路径的振荡现象。通过大量的仿真和实验验证了所提出的策略的有效性。

关键词：蛇形机器人全身避障模型预测控制

基于MobileViT-CA模型的营运车辆驾驶人分心行为检测

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中国公路学报 2024年第1期37卷 194-204页

作者：贺宜鲁曼可高嵩曹博李继朴武汉理工大学智能交通系统研究中心湖北武汉430063

营运车辆驾驶人因其职业特殊性,驾驶过程中易产生分心驾驶行为从而引发重大交通事故。为提高营运车辆驾驶人分心驾驶行为的检测准确性和泛化性,提出一种基于改进MobileViT网络的驾驶人分心行为检测方法。首先,基于自然驾驶实车试验,构... 详细信息

营运车辆驾驶人因其职业特殊性,驾驶过程中易产生分心驾驶行为从而引发重大交通事故。为提高营运车辆驾驶人分心驾驶行为的检测准确性和泛化性,提出一种基于改进MobileViT网络的驾驶人分心行为检测方法。首先,基于自然驾驶实车试验,构建包含安全驾驶、使用手机、喝水、整理仪容和与副驾驶交谈5类行为的营运车辆驾驶人分心行为数据集。其次,将注意力机制引入轻量型MobileViT网络,通过选择有效的网络主干MobileViT、注意力模块CA、网络嵌入位置从而设计出最优分类模型MobileViT-CA。研究结果表明:所提出的MobileViT-CA分类模型可以有效提升分类网络的性能,在正常光照条件下的营运车辆驾驶人分心行为数据集和State Farm数据集上分别达到了96.57%和99.89%的准确率,且模型具有体积小、检测精度高的优势,有较高的可靠性和泛化能力。

关键词：交通工程营运车辆分心驾驶行为检测 MobileViT网络注意力机制

改进骨架提取的Voronoi图导航中骨架重构算法研究

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农业装备与车辆工程 2024年第5期62卷 95-99,127页

作者：罗文龙傅连东蒋林明祥宇陈斌向贤宝武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机器人与智能系统研究院湖北武汉430081 武汉联一合立技术有限公司湖北武汉430076

基于Voronoi图的路径规划算法在复杂环境导航过程中会因环境改变和Voronoi图结构的不变性,使全局路径规划器陷入最短路径搜索“陷阱”,导致导航失败。针对这一问题,提出一种改进骨架提取的Voronoi图导航骨架重构算法。对栅格地图进行预... 详细信息

基于Voronoi图的路径规划算法在复杂环境导航过程中会因环境改变和Voronoi图结构的不变性,使全局路径规划器陷入最短路径搜索“陷阱”,导致导航失败。针对这一问题,提出一种改进骨架提取的Voronoi图导航骨架重构算法。对栅格地图进行预处理,生成全局初始骨架;结合激光雷达观测模型更新代价地图,通过改变代价地图的更新方式辅助骨架重构,实现机器人正确导航。对比实验结果表明,所提算法使骨架重构具有“记忆性”,在保证导航实时性的同时,提升了骨架算法的导航鲁棒性。

关键词： Voronoi图地图预处理代价地图骨架重构路径规划

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回环修正语义并结合三角定位的重定位算法

中国仪器仪表 2024年第5期 75-80页

作者：邹汉城蒋林罗文龙蔡宾陈斌向贤宝武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室湖北武汉430081 武汉科技大学机器人与智能系统研究院湖北武汉430081 武汉联一合立技术有限公司湖北武汉430076

针对栅格地图的回环检测导致语义物体的映射产生偏移,Cartographer匹配定位算法在单一环境下定位速度慢甚至定位错误的问题,本文提出基于回环检测修正语义物体位置并结合三角定位的重定位算法。通过YOLOV5物体识别并结合Cartographer构... 详细信息

针对栅格地图的回环检测导致语义物体的映射产生偏移,Cartographer匹配定位算法在单一环境下定位速度慢甚至定位错误的问题,本文提出基于回环检测修正语义物体位置并结合三角定位的重定位算法。通过YOLOV5物体识别并结合Cartographer构建语义地图,基于回环检测修正语义地图中语义物体位置,基于语义地图结合三角定位对机器人预定位,基于预定位位姿进行Cartographer精定位。最后通过多组真实环境下的实验证明了该算法在大场景下定位速率相较于原始Cartographer重定位算法提升76.23%,并提升鲁棒性。

关键词：语义地图三角定位重定位 Cartographer YOLOV5

融合领域知识与禁忌搜索的多层级柔性装配作业车间调度

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计算机集成制造系统 2024年

作者：江淦唐秋华赵联鹏成丽新朱颖颖武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉科技大学精密制造研究院

柔性装配作业车间在进行每一层级装配前，均需满足齐套性要求，导致生产计划、组织和控制变得更加复杂。针对多层级柔性装配作业车间调度问题，以最小化最大完工时间为目标，提出一种融合领域知识的禁忌搜索算法(DKTS)。其中，利用基因... 详细信息

柔性装配作业车间在进行每一层级装配前，均需满足齐套性要求，导致生产计划、组织和控制变得更加复杂。针对多层级柔性装配作业车间调度问题，以最小化最大完工时间为目标，提出一种融合领域知识的禁忌搜索算法(DKTS)。其中，利用基因表达式编程，挖掘与问题属性相关的工序排序/机器选择规则，提升初始解性能；基于关键路径和关键工序，设计可有效减少目标值的邻域结构，促成靶向搜索、精炼搜索空间。此外，精准设置禁忌对象，适应性调整禁忌表长度，加强算法的前期探索及后期开发能力。实验表明DKTS在领域知识引导下大幅提高了解的收敛性和稳定性。

关键词：多层级柔性装配作业车间禁忌搜索算法领域知识基因表达式编程自适应禁忌表

边缘引导和拉普拉斯金字塔分解的古文本图像修复算法

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计算机辅助设计与图形学学报 2024年

作者：刘畅张玲何英豪武汉科技大学计算机科学与技术学院武汉科技大学大数据科学与工程研究院智能信息处理与实时工业系统湖北省重点实验室

针对当前图像修复算法应用到古文本图像上时，出现纹理模糊或结构内容不完整的问题，提出边缘引导和拉普拉斯金字塔分解的古文本图像修复算法. 首先利用边缘修复算法对古文本图像的边缘结构进行修复，重建缺损区域的边缘信息; 然后... 详细信息

针对当前图像修复算法应用到古文本图像上时，出现纹理模糊或结构内容不完整的问题，提出边缘引导和拉普拉斯金字塔分解的古文本图像修复算法. 首先利用边缘修复算法对古文本图像的边缘结构进行修复，重建缺损区域的边缘信息; 然后利用预训练的文字学习算法对局部缺损区域进行内容修复，得到一幅局部内容修复图像，并进行拉普拉斯分解; 最后在拉普拉斯金字塔修复算法中，利用内容修复算法的低层和高层对图像进行递进修复，内容修复算法中引入双交叉编码器和多尺度融合块，有助于获取更加有效的特征信息，生成纹理结构完整的图像修复结果. 在古文本图像数据集的测试集上进行实验的结果表明，各项图像质量评估指标中，峰值信噪比为34.322，结构相似性为0.970，均方根误差为5.203，验证了所提算法的有效性和可行性.

关键词：图像修复古文本图像边缘图双交叉编码器多尺度融合块

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无迭代图胶囊网络的遥感场景分类

计算机应用 2024年

作者：杨顺边小勇陈希武汉科技大学计算机科学与技术学院武汉科技大学大数据科学与工程研究院智能信息处理与实时工业系统湖北省重点实验室

目前大多数胶囊网络方法是通过改进迭代路由的方式提高精度，忽略了迭代路由本身复杂的计算量带来的负担，虽然有方法采用无迭代的路由训练胶囊网络，但是精度不佳。针对以上问题，提出了无迭代路由图胶囊网络的场景分类模型。首先，利... 详细信息

目前大多数胶囊网络方法是通过改进迭代路由的方式提高精度，忽略了迭代路由本身复杂的计算量带来的负担，虽然有方法采用无迭代的路由训练胶囊网络，但是精度不佳。针对以上问题，提出了无迭代路由图胶囊网络的场景分类模型。首先，利用简单卷积层提取输入图像的初始特征。接着，提出通道和胶囊间双融合的全局注意力模块，通过依次进行通道和胶囊之间注意力，生成全局权重系数加权高级胶囊特征，使加权后的高级胶囊特征更具判别性，突出重要的胶囊，从而提高分类性能。同时引入能够计算图像间相似性的等变规则化项，建模胶囊网络的显式等变性，潜在提升网络性能。最后，基于边界损失和等变损失的组合损失函数训练整个网络，得到富于判别的分类模型。在多个基准场景数据集上的实验，验证了所提方法的有效性和效率。所提方法在加拿大高级研究所的10类图像数据集(CIFAR-10)上的分类准确率达到90.38%，与动态路由胶囊网络方法相比，提高了15.74个百分点；并且在仿射手写数字数据集(AffMnist)和航空影像数据集(AID)上，分别取得了98.21%和86.96%的平均精度。实验结果表明，所提方法有效提高了场景分类性能。

关键词：遥感场景分类图胶囊网络无迭代路由等变正则化

基于用户密度和平均访问时间的边缘服务器放置方法

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计算机应用研究 2024年第5期41卷 1448-1455页

作者：胡春节刘静郑文祥武汉科技大学计算机科学与技术学院武汉430065 武汉科技大学大数据科学与工程研究院武汉430065 湖北省智能信息处理与实时工业系统重点实验室武汉430065

为解决边缘服务器放置过程中资源浪费和延迟增加的问题,对边缘服务器放置方案的用户密度和平均访问时间进行分析建模,将其描述为多目标优化问题。设计了一种基于用户密度和平均访问时间的边缘服务器放置方案,并提出了一种多目标海马遗... 详细信息

为解决边缘服务器放置过程中资源浪费和延迟增加的问题,对边缘服务器放置方案的用户密度和平均访问时间进行分析建模,将其描述为多目标优化问题。设计了一种基于用户密度和平均访问时间的边缘服务器放置方案,并提出了一种多目标海马遗传算法(MOSGA)解决该问题。MOSGA首先使用多目标优化算法的思想对海马优化(sea horse optimizer,SHO)算法进行改进,使SHO算法能够适用于多目标优化问题,并在此基础上使用遗传算法改进SHO算法的繁殖操作,使MOSGA能更好地跳出局部最优解,加速问题的求解。该算法在上海电信数据集上进行了实验验证,仿真实验结果表明,MOSGA明显优于RA、K-means、NSGA、LMM,不仅有效解决了服务器资源浪费的问题,同时大大降低终端设备访问服务器的时间。

关键词：边缘计算边缘服务器放置多目标优化海马优化遗传算法