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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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智能制造测量机器人关键技术研究综述

机械工程学报 2024年第16期60卷 1-18页

作者：王耀南谢核邓晶丹毛建旭李文龙张辉湖南大学机器人学院长沙410082 华中科技大学智能制造装备与技术全国重点实验室武汉430074

复杂曲面构件是航空航天、海洋舰船等领域高端装备的核心组成部分,其测量精度对保障高端装备制造品质具有不可替代的基础支撑作用。为克服传统手工、专机等制造方式的局限性,三维视觉引导的机器人系统为复杂曲面构件的高端化智能化加工... 详细信息

复杂曲面构件是航空航天、海洋舰船等领域高端装备的核心组成部分,其测量精度对保障高端装备制造品质具有不可替代的基础支撑作用。为克服传统手工、专机等制造方式的局限性,三维视觉引导的机器人系统为复杂曲面构件的高端化智能化加工提供新思路,并逐渐成为机器人化智能制造领域的研究热点。综述围绕机器人三维测量方法,首先根据传感器类型和应用场景,对不同制造场景的测量方案特点进行全面归纳,以帮助研究人员快速全面地认识和理解该领域。然后按照测量流程,将关键核心技术归纳为系统标定、测量规划、点云融合、特征识别等,综述各类别近十年的主要研究成果,分析现有研究存在的不足。最后总结机器人测量面临的技术挑战,并从应用场景、测量需求、测量手段等方面对未来的发展趋势进行了展望。

关键词：智能制造机器人测量系统标定扫描规划特征识别

“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

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机器人工程专业“控制类”课程教学改革实践

中国现代教育装备 2024年第11期 121-123页

作者：王旭东黎福海江一鸣李智勇湖南大学机器人学院湖南长沙410082

针对湖南大学机器人工程专业“控制类”课程的教学目标和特点,提出了机器人工程专业“控制类”课程教学改革方案,围绕机器人控制目标,从问题导向、课程知识体系重构、多课程联动、“实践—竞赛”协同方面开展教学改革。实践表明,教学改... 详细信息

针对湖南大学机器人工程专业“控制类”课程的教学目标和特点,提出了机器人工程专业“控制类”课程教学改革方案,围绕机器人控制目标,从问题导向、课程知识体系重构、多课程联动、“实践—竞赛”协同方面开展教学改革。实践表明,教学改革方案能够帮助学生全面掌握控制科学理论、控制系统硬件、控制系统集成知识,使学生具备机器人控制系统的建模、分析、设计和实践能力,为学生未来从事机器人领域的相关研究和设计工作奠定基础。

关键词：机器人工程控制理论教学改革

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激光热成像无损检测研究进展(特邀)

红外与激光工程 2024年第7期53卷 41-56页

作者：何赟泽陈琦王洪金邓堡元杨瑞珍王耀南湖南大学电气与信息工程学院湖南长沙410082 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

红外热成像是无损检测技术的典型代表。按有无外部激励源,红外热成像可大致分为被动式热成像与主动式热成像两类。其中,以激光作为激励源的主动式热成像,因其输出功率稳定、能量分布均匀、可控性强等诸多优势于近些年得到了广泛的应用... 详细信息

红外热成像是无损检测技术的典型代表。按有无外部激励源,红外热成像可大致分为被动式热成像与主动式热成像两类。其中,以激光作为激励源的主动式热成像,因其输出功率稳定、能量分布均匀、可控性强等诸多优势于近些年得到了广泛的应用。文中首先介绍了激光热成像无损检测系统的构成与激光热成像的分类,并进一步探讨了激光热成像无损检测系统的优化与相关图像处理方法,并从应用角度对现有主要研究工作进行了综述、分析、总结与对比。目前,基于激光热成像的无损检测方法在实际应用过程中存在精度不够,效率偏低,检测对象受限等问题。为提升检测效果,研究人员从激励方式、检测条件、图像处理等方面出发提出了多类优化策略。随着新一代信息技术的发展与检测技术精度要求的提高,激光热成像无损检测从裂纹等表面缺陷的检测,拓展至包括分层、脱粘等内部缺陷检测,从缺陷定性分析拓展至缺陷定量计算,从二维缺陷识别拓展至三维缺陷重构。通过详细分析现有研究,认为提升激光源性能、开发小型便携式激光器、结合智能算法的三维缺陷定量检测等是激光热成像无损检测未来的发展方向。

关键词：无损检测激光热成像缺陷检测红外图像处理

面向用户移动场景的无人机中继功率分配与轨迹设计

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电子与信息学报 2024年第5期46卷 1896-1907页

作者：颜志陆元媛丁聪何代钰欧阳博杨亮王耀南湖南大学电气与信息工程学院长沙410082 湖南大学信息科学与工程学院长沙410082

在无人机(UAV)中继通信中,中继无人机的通信资源分配与运动规划是需要重点解决的问题。为了提升无人机中继通信系统的通信效率,该文提出一种基于近端策略优化算法的无人机中继功率分配与轨迹设计联合规划方法。该方法将用户移动场景下... 详细信息

在无人机(UAV)中继通信中,中继无人机的通信资源分配与运动规划是需要重点解决的问题。为了提升无人机中继通信系统的通信效率,该文提出一种基于近端策略优化算法的无人机中继功率分配与轨迹设计联合规划方法。该方法将用户移动场景下无人机中继功率分配与轨迹设计联合规划问题建模为马尔可夫决策过程,考虑用户位置信息获取不精确的情形,在满足用户中断概率约束的前提下,以中继通信系统的吞吐量最大为优化目标设置奖励函数,采用一种收敛速度较快的深度强化学习算法——近端策略优化算(PPO)法求解,实现中继无人机飞行轨迹优化和中继发射功率合理有效分配。仿真实验结果表明,针对用户随机移动的无人机中继通信场景,该文所提方法与基于随机策略和传统深度确定性策略梯度(DDPG)的方法相比,系统吞吐量分别提升22%和15%。结果表明,所提方法能够有效地提高系统的通信效率。

关键词：无人机通信用户随机移动无人机轨迹设计功率分配通信效率近端策略优化

基于分层仿生神经网络的多机器人协同区域搜索算法

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自动化学报 2024年

作者：陈波张辉江一鸣钟杭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

针对多机器人系统在战场,灾难现场等复杂未知环境下的区域搜索问题,提出了一种基于分层仿生神经网络的多机器人协同区域搜索算法.首先将仿生神经网络(BNN)和不同分辨率下的区域栅格地图结合,构建分层仿生神经网络信息模型,其中包括区域... 详细信息

针对多机器人系统在战场,灾难现场等复杂未知环境下的区域搜索问题,提出了一种基于分层仿生神经网络的多机器人协同区域搜索算法.首先将仿生神经网络(BNN)和不同分辨率下的区域栅格地图结合,构建分层仿生神经网络信息模型,其中包括区域搜索神经网络信息模型(AS-BNN)和区域覆盖神经网络信息模型(AC-BNN).机器人在任务区域内实时探测到的环境信息将转换为AS-BNN和AC-BNN中神经元的动态活性值.其次,在分层仿生神经网络信息模型基础上引入了分布式模型预测控制(DMPC)框架,并设计了多机器人分层协同决策机制.当机器人处于正常搜索状态时,基于ASBNN信息模型进行搜索路径滚动优化决策.当机器人陷入局部最优状态时,则启用AC-BNN信息模型引导机器人快速找到新的未搜索区域.最后,在复杂未知环境下进行多机器人区域搜索仿真实验,并与该领域内的3种算法进行比较.仿真结果验证了所提算法能够在复杂未知环境下引导多机器人系统高效地完成区域搜索任务.

关键词：未知环境多机器人系统区域搜索仿生神经网络分布式模型预测控制

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考虑拆解故障的退役产品人机混流线插单调度

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第4期51卷 153-160页

作者：任莹晖万家伟匡增彧谢晖湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙410082

多源异构退役3C产品服役阶段产生的结构变形可能引发自动拆解设备故障,性能漂移失效会扰动拆解工艺规划和生产调度.以退役3C产品人机混流拆解线为研究对象,研究退役产品拆解故障导致的插单调度问题.构建量化不确定性拆解序列和拆解深度... 详细信息

多源异构退役3C产品服役阶段产生的结构变形可能引发自动拆解设备故障,性能漂移失效会扰动拆解工艺规划和生产调度.以退役3C产品人机混流拆解线为研究对象,研究退役产品拆解故障导致的插单调度问题.构建量化不确定性拆解序列和拆解深度的AND/OR节点网络模型.以最大化工位利用率为优化目标,拆解故障产品缓存搬运阈值为变量,建立人机混流线插单调度模型.采用二维实数编码方式编码,选用遗传算法求解.选取58种品系退役智能手机的人机混流聚类拆解产线数据实例验证.结果表明,构建的人机混流线插单调度模型能有效制定工位利用率最大的阈值插单调度方案.实例聚类的3类混流拆解线优化后的最大工位利用率分别为80.3%、73.2%、81.3%.

关键词：回收利用退役产品拆解故障插单调度 AND/OR节点模型

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四轮转向干预下电动助力转向控制策略研究

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第2期51卷 144-150页

作者：许艳刘阳毅湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙410082

四轮转向(4WS)车辆相较于前轮转向(FWS)车辆具有更高的灵活性,其后轮转向在提高车辆操稳性的同时转向阻力矩也发生变化,使得原电动助力转向系统助力策略与四轮转向车辆不匹配,对行车安全产生影响.本文以线性二自由度车辆模型为基础,对... 详细信息

四轮转向(4WS)车辆相较于前轮转向(FWS)车辆具有更高的灵活性,其后轮转向在提高车辆操稳性的同时转向阻力矩也发生变化,使得原电动助力转向系统助力策略与四轮转向车辆不匹配,对行车安全产生影响.本文以线性二自由度车辆模型为基础,对比分析了前轮转向车辆与四轮转向车辆的转向特性,提出电动助力转向修正控制策略.仿真结果表明,角阶跃工况下,有助力修正的四轮转向车辆,驾驶员操纵方向盘力矩与驾驶前轮转向车辆基本一致,既保证了四轮转向车辆低速时的操纵轻便性,也兼顾了高速时的操纵稳定性.

关键词：车辆工程四轮转向电动助力转向转向干预

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