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基于具身智能的移动操作机器人系统发展研究

中国工程科学 2024年第1期26卷 139-148页

作者：兰沣卜赵文博朱凯张涛清华大学自动化系北京100084 北京信息科学与技术国家研究中心北京100084

具身智能是新一轮科技革命与产业变革中的战略性技术,是当前世界各国重点竞争的前沿高地之一;移动操作机器人系统因其优秀的运动、规划、执行能力成为具身技术首选的硬件载体;基于具身智能的移动操作机器人系统作为实现跨领域、多场景... 详细信息

具身智能是新一轮科技革命与产业变革中的战略性技术,是当前世界各国重点竞争的前沿高地之一;移动操作机器人系统因其优秀的运动、规划、执行能力成为具身技术首选的硬件载体;基于具身智能的移动操作机器人系统作为实现跨领域、多场景、多功能的自主具身智能平台,将成为引领未来新一代信息技术和人工智能发展的关键。本文从基于具身智能的移动操作机器人系统发展的需求出发,总结了基于具身智能的移动操作机器人系统的发展现状,分析了该领域发展面临的问题和挑战,提出了涵盖多模态感知技术、世界认知与理解技术、智能自主决策技术、运动与操作联合规划技术等基于具身智能的移动操作机器人系统的共性关键技术。基于此,本文从国家政策倾斜、共性技术突破、交叉学科建设与人才培养、综合验证平台构建等方面提出了对策建议,以期助力具身智能发展浪潮下我国移动操作机器人领域的长足发展。

关键词：具身智能移动操作机器人任务和运动联合规划智能决策

用于机器人自动装配的长圆孔视觉分割定位算法

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清华大学学报(自然科学版) 2024年第10期64卷 1677-1685页

作者：蒋潇王松吴丹清华大学机械工程系

长圆孔应用于工业生产可以提高装配容错，增加装配调整量，但其难以解析描述的特点显著增加了工业应用中视觉检测定位算法的难度，限制了长圆孔在自动化装配结构中的应用。该文探索出一种具有鲁棒性的高精度长圆孔视觉分割定位算法，首... 详细信息

长圆孔应用于工业生产可以提高装配容错，增加装配调整量，但其难以解析描述的特点显著增加了工业应用中视觉检测定位算法的难度，限制了长圆孔在自动化装配结构中的应用。该文探索出一种具有鲁棒性的高精度长圆孔视觉分割定位算法，首先分析了长圆孔几何特征，将其描述为一种具有对称性、缺少简单解析表达的封闭图形；进而提出了一种基于语义分割网络和长圆孔区域退化的视觉分割定位算法，该算法结合深度学习和传统图像处理算法，首先构建YOLO和全卷积神经网络串联架构依次实现目标检测、感兴趣区域提取和语义分割，然后利用中轴变换骨架提取方法完成长圆形区域退化定位，有效避免了语义分割输出区域形状误差对定位精度的影响，最终得到了亚像素精度的精准检测结果。在某机器人自动装配系统中开展实验验证，得出所提算法具备精度高、鲁棒性好的特点，因此具有较广阔的工业应用前景。

关键词：视觉检测长圆孔自动装配深度学习

深海智能探测与采样器:深海热液资源勘探的"多面手"

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科技纵览 2024年第4期 72-75页

作者：宋士吉清华大学自动化系清华大学工业智能与系统研究所

"深空、深海、深地探测计划"是科学史上空前未有的重大举措.地球深部包括深海和深地,蕴藏了绝大部分的资源和能源,深海、深地探测是人类实现可持续发展的战略途径和重要手段.总面积约占2.5亿平方公里的国际海域(包括国家管辖海域之外的... 详细信息

"深空、深海、深地探测计划"是科学史上空前未有的重大举措.地球深部包括深海和深地,蕴藏了绝大部分的资源和能源,深海、深地探测是人类实现可持续发展的战略途径和重要手段.总面积约占2.5亿平方公里的国际海域(包括国家管辖海域之外的国际海底区域和公海水域)承载着全人类可持续发展的未来资源和空间,其中蕴藏着丰富的矿产资源、生物基因资源、海水和能源,并且在政治、经济、科学和军事上也有着与太空一样的特殊战略意义.

关键词：国际海底区域国际海域资源勘探矿产资源智能探测人类可持续发展深海热液采样器

零工工作者的算法感知因素及其影响——以外卖骑手为例

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工业工程与管理 2024年第4期29卷 1-10页

作者：李彦怡袁天一饶培伦清华大学工业工程系北京100084

本文以外卖骑手为代表,探索零工工作者的算法感知因素及其对工作满意度和未来工作意愿的影响。首先,在田野调查和文献调研的基础上,设计了问卷并通过实地走访和滚雪球方式发放了458份问卷,回收了313份有效数据;其次,采用因子分析,总结出... 详细信息

本文以外卖骑手为代表,探索零工工作者的算法感知因素及其对工作满意度和未来工作意愿的影响。首先,在田野调查和文献调研的基础上,设计了问卷并通过实地走访和滚雪球方式发放了458份问卷,回收了313份有效数据;其次,采用因子分析,总结出8个不同维度的算法感知因素,建立了外卖骑手的算法感知模型;最后,使用回归分析探索了人口学特征及算法感知因素对工作满意度和工作意愿的影响。结果显示,性别、户籍、算法监控、算法透明度、准入门槛等因素均会对工作满意度及工作意愿产生影响。外卖等零工众包平台在设计算法时,除了考虑效率,还应当考虑工作者对算法的感知,关注骑手的经验与感受,实现行业的积极可持续发展。

关键词：零工外卖外卖骑手算法感知

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半导体工业生产中的人因工程风险与挑战

工业工程与管理 2024年第2期29卷 1-9页

作者：杨敏倩饶培伦清华大学工业工程系北京100084

半导体生产过程具有工艺复杂、自动化程度高、操作精度高等特点。从事该生产过程的工人面临许多生理与心理方面的风险。从人因工程的角度出发,首先,结合产线中工人的工作内容,提炼了半导体生产过程中面临的核心人因工程风险;其次,从生... 详细信息

半导体生产过程具有工艺复杂、自动化程度高、操作精度高等特点。从事该生产过程的工人面临许多生理与心理方面的风险。从人因工程的角度出发,首先,结合产线中工人的工作内容,提炼了半导体生产过程中面临的核心人因工程风险;其次,从生理、认知、组织三方面将这些风险进行分类,并从相关文献中总结造成这些风险的工作任务因素、机器和系统因素、环境因素,从而提出了半导体工业生产中的人因工程风险与挑战及其影响因素模型;然后,分别对三类风险及影响因素进行了详细的文献综述分析;最终,提出了若干聚焦于国内半导体生产行业的人因工程研究方向建议,包括工作姿势培训方法、工人身体心理健康状况评估、工作地与产线布局设计、人机交互设计等,以促进我国半导体行业发展。

关键词：半导体产业人因工程工业工程管理

面向合成语音检测的弹性正交权重修正连续学习方法

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计算机研究与发展 2024年

作者：张晓辉易江燕陶建华周俊佐中国科学院自动化研究所清华大学自动化系北京交通大学计算机与信息技术学院

目前，深度学习在合成语音检测领域取得了巨大的成功.然而，通常情况下，深度模型可以在与训练集分布相似的测试集上取得高准确率，但在跨数据集的情境下，其准确率却会显著下降.为了提高模型在新数据集上的泛化能力，通常需要对其进行... 详细信息

目前，深度学习在合成语音检测领域取得了巨大的成功.然而，通常情况下，深度模型可以在与训练集分布相似的测试集上取得高准确率，但在跨数据集的情境下，其准确率却会显著下降.为了提高模型在新数据集上的泛化能力，通常需要对其进行微调，但这会导致模型遭受到灾难性遗忘.灾难性遗忘指的是模型在新数据上的训练会损害其从旧数据中获得的知识，导致对旧数据的识别性能下降.目前，克服灾难性遗忘的主要方法之一是连续学习.面向合成语音检测提出了一种连续学习方法-弹性正交权重修正（elastic orthogonal weight modification，EOWM），用于克服灾难性遗忘.该方法通过修正模型在学习新知识时的参数更新方向和更新幅度，以减少对已学知识的损害.具体来说，该方法在模型学习新知识时要求参数的更新方向与旧任务的数据分布正交，并同时限制对旧任务中重要参数的更新幅度.在合成语音检测领域的跨数据集实验中，方法取得了良好的效果. 与微调相比，该方法在旧数据集上的等错误率（equal error rate，EER）从7.334%降低至0.821%，相对下降了90%；在新数据集上的等错误率从0.513%降低至0.315%，相对下降了40%.

关键词：合成语音检测连续学习弹性正交权重修正预训练模型深度神经网络

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基于联邦学习与云边协同的剩余寿命预测

清华大学学报(自然科学版) 2024年

作者：于振军雷宁博莫语李秀黄必清清华大学自动化系清华大学深圳国际研究生院数据与信息研究院中国核电工程有限公司

剩余使用寿命(RUL)预测对于确保工业设备的安全运行和减少定期预防性维护的成本具有重大意义。然而,对于典型的边缘设备,其计算能力和数据存储能力有限,较难实现设备的RUL预测,且云和边缘之间的数据传输速率有限,传输所有训练数据会带... 详细信息

剩余使用寿命(RUL)预测对于确保工业设备的安全运行和减少定期预防性维护的成本具有重大意义。然而,对于典型的边缘设备,其计算能力和数据存储能力有限,较难实现设备的RUL预测,且云和边缘之间的数据传输速率有限,传输所有训练数据会带来较高的延迟。此外,由于可能的利益冲突,通常情况下很难实现所有边缘设备之间的数据共享。为此,该文提出了一种基于联邦学习的云边协同框架。多个边缘设备和云服务器被用来训练一个基于变分自编码器(VAE)的特征提取模块和一个RUL预测模块,无需数据共享。在每个训练周期中,首先在所有边缘设备上使用各自的本地训练数据集训练VAE,再将所有本地VAE上传到云端,并根据本地训练数据的规模为所有边缘分配权重,聚合成一个全局特征提取模块,再发送回所有边缘设备,以从它们的数据集中提取隐藏特征,并将这些特征上传到云端以训练全局RUL预测器。实验结果表明:该方法可以在资源受限的条件下执行边缘设备RUL预测,减少了数据传输延迟并能够保护数据隐私。

关键词：剩余寿命预测联邦学习云边协同预测性健康管理(PHM)

基于模糊合作博弈理论的物流企业联盟收益分配机制研究

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制造业自动化 2024年第6期46卷 1-6页

作者：何玺杨思维黄双喜吴璇白华清华大学自动化系北京100084 清华大学国家CIMS中心北京100084 北京机械工业自动化研究所有限公司北京100120

在共享经济时代,物流服务行业建立稳定的联盟至关重要。因此,在物流企业联盟内部,如何确保公平的收益分配成为一大挑战。然而,由于联盟存在信息不完备的情况,一些传统的合作博弈单值解,例如Shapley值,可能并不适用于该问题,这些解法更... 详细信息

在共享经济时代,物流服务行业建立稳定的联盟至关重要。因此,在物流企业联盟内部,如何确保公平的收益分配成为一大挑战。然而,由于联盟存在信息不完备的情况,一些传统的合作博弈单值解,例如Shapley值,可能并不适用于该问题,这些解法更适用于联盟的总体收益和各博弈者的参与水平都能够被准确估计的情形。研究了信息不完备的物流企业联盟的收益分配问题,并提出了一种相关的收益分配模型。为了证明所提出模型的适用性,进行了一个案例研究。结果表明,模糊Shapley值能合理地提升多方合作后的各方收益,有效地分配物流企业联盟的收益。

关键词：模糊合作博弈理论直觉模糊集物流企业联盟收益分配

注射式微流控芯片全集成核酸分析系统与精准医疗应用

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中国激光 2024年第9期51卷 190-199页

作者：黄琴黄乐阳靳翔宇毛则尹邓安妮吕文琦钟豪王铈弘石艺璇陈家辉黄世光黄国亮清华大学医学院生物医学工程系北京100084

核酸检测方法可快速鉴定特异基因指标,但其广泛应用受限于多种仪器设备串行使用以及对操作人员的高专业技术要求。本团队开发了一套注射式微流控芯片全集成核酸分析系统,该系统主要包含两大模块,分别是可以为不同类型临床样本提供多种... 详细信息

核酸检测方法可快速鉴定特异基因指标,但其广泛应用受限于多种仪器设备串行使用以及对操作人员的高专业技术要求。本团队开发了一套注射式微流控芯片全集成核酸分析系统,该系统主要包含两大模块,分别是可以为不同类型临床样本提供多种核酸提取方法的全自动注射式核酸提取模块,以及基于微流控芯片的微纳体系多指标联合并行检测等温扩增核酸检测模块。这两大模块既可以单独发挥各自的功能,也可以组合成全集成注射式微流控芯片核酸分析系统,形成全集成自动化、微纳反应体系、快速、多指标联合并行检测的核酸检测分析平台。采用本团队开发的注射式微流控芯片全集成核酸分析系统,分别对热带念珠菌标准株培养菌液和64例外阴阴道念珠菌感染疾病的临床拭子样本进行检测。结果显示:本系统对菌液的最低检测限为3.95×102 CFU/mL,而且样品制备更方便快捷,仅需1次加样操作,核酸提取时间为10 min;64例临床样本检测效果与金标准培养法相比,卡方检验为1,Kappa值为0.950,说明两种方法无显著差异,且一致性很高。本团队开发的注射式微流控芯片全集成核酸分析系统,可以为临床多指标微纳体系核酸快速检测提供一个可靠的平台,为临床医疗应用提供精准快检技术与便捷分析仪器支撑。

关键词：医用光学注射式微流控芯片全集成核酸分析系统精准医疗应用