摘要：为了提高多智能消防机器人系统在复杂火场环境下协同运动的安全性和及时性,提出一种基于动态权重的虚拟领航―领航―跟随法与改进人工势场法相结合的编队避障控制方法。首先,设计一种圆周运动控制律与方位角定位控制律相耦合的协同编队控制器,使各机器人收敛到以虚拟领航机器人为原点形成的圆上的期望位置。然后,对传统人工势场法进行改进,利用一种对数障碍函数建立道路两侧的危险膨胀区域来保障编队行驶在安全区域内,接着通过调整障碍物和道路边界共同作用在机器人上的合斥力方向,使得合斥力方向变为与目标作用的引力方向垂直且远离障碍物的方向,以解决局部极小值和目标不可达的问题。最后,引入动态权重因子对编队控制器和避障控制器进行自适应比值调整。为验证本文控制器的有效性,与传统人工势场法、固定权重的改进人工势场法进行仿真实验对比,结果表明所设计的控制器在收敛速度、跟踪误差和避障效果方面都表现更优。为进一步验证本文控制器的实用性,采用3台智能消防机器人进行物理实验,实验结果表明本文控制器既可以将编队限制在道路可行驶区域内,又可以较好地完成编队避障。

摘要：针对影响多臂抓取稳定性的接触力不平衡和接触振动问题,提出多臂空间机器人力分配和柔顺控制策略.首先,分析满足多臂稳定抓取的力学条件,基于摩擦锥约束设计抓取力安全系数,并将其引入力优化模型进行抓取力分配,实现目标物体稳定抓取条件下受力最小;然后,分析抓取过渡过程的振动成因,设计基于动能消耗的末端输出力控制策略实现快速振动抑制和柔顺抓取;最后,设计机械臂末端控制律切换策略,一旦在抓取过渡过程中发生接触脱离可引导其快速返回物体表面.仿真结果表明,所提出方法提升了稳定抓取安全裕度,显著降低了机械臂末端的振动幅值、持续时间和接触力,提升了空间机器人多臂抓取目标操作的稳定性和柔顺性.

摘要：新型轻小包裹高速分拣系统综合应用两种不同类型的机器人(分拣机器人、料箱搬运机器人),首先分拣机器人将包裹先分拣至分拣区域内的周转料箱中,当周转料箱满箱后,料箱搬运机器人将之搬运至装箱区域打包。该系统可以基于分拣需求的变化动态调整分拣系统中机器人数目以及分拣区域面积大小,有利于降低分拣作业设备损耗及系统能耗。本文针对这种新型轻小包裹高速分拣系统调度问题展开研究,首先建立了综合考虑两种机器人、两阶段分拣过程(先分拣到周转料箱,再搬运周转料箱至打包位置)和动态分拣料口(分拣区域内周转料箱放置点不是固定的)的基于最低分拣成本的三维度调度模型;其次针对该调度模型两阶段三维度调度的特点,设计了一种两段三层可行解整数编码,及一种基于编码编辑距离(Levenshtein距离)的计算种群多样性的方法;然后,设计了一种结合两种变邻域算子(交换算子、贪心算子)和禁忌搜索的混合分散搜索算法,对模型进行求解;最后使用改进的MAPF基准测试数据集,对上述模型和算法进行了验证。实验结果表明:本文提出的模型有效,能满足实际使用要求,求解算法的求解精度相较于标准遗传算法、标准分散搜索算法分别提升了10.3%和6.5%,收敛速度相较于标准分散搜索算法提升了15.5%,且数据集规模越大,本算法的收敛速度优势越突出。

摘要：在短期内具有完全自主水平的机器智能无法实现的情况下,人仍是人机系统的重要组成部分。智能系统感觉并预测用户的意图,有助于实现人机之间自然动态地协同,提高人机系统安全和效率。然而,人机交互的过程中充斥着大量模糊、隐蔽的隐式意图,传统的心理或行为分析方法解析意图无法保证时效性和准确性。随着传感技术发展,基于生理信号识别用户意图成为主流方法,但现有关于隐式意图的研究存在可分模式少、识别精度低、面向领域实境研究不足等问题。面向工控复杂系统领域,在生理视域下基于被动脑机接口技术,提出一种将人自然地纳入到智能人机系统回路中的方法。首先,抽取操作者与工业软件交互过程中的典型任务,在多属性任务组(MATB)多任务范式基础上设计意图生理信号诱发实验程序;接着,采用共空间模式(CSP)算法提取多任务意图脑电空域特征;最后,通过被试间交叉验证和5折参数寻优,构建机器学习意图模型,实现对隐式交互意图的自动识别。研究发现,相比传统特征提取方法,基于改良后的多分类CSP算法对意图特征提取更为有效,结合三维空间特征可视化进一步证实了特征的有效性;脑电信号能够作为判断人机交互隐式意图的依据,CSP SVM算法模型能够有效提高人机交互隐式意图脑电的解码性能。对隐式意图信息的转译对构建基于意图的高效人机交互模型,以及发展人机系统、提高人机协作效率具有重要意义。

摘要：设备故障是车间调度中最为常见的动态事件,易对原生产调度计划造成影响。为保证加工生产在遇到设备故障后能够快速地对原调度方案做出调整,降低设备故障所带来的负面影响,对设备故障下的零空闲多设备工作中心调度问题进行研究。建立了设备故障下考虑调整时间和搬运时间的零空闲多设备工作中心调度模型,优化目标为最小化最大完工时间、搬运次数和系统稳定性;设计NSGA-Ⅱ-V算法用于原调度和重调度的求解;基于NSGA-Ⅱ-V获得的静态调度结果与部分重调度策略的思想,进行设备故障算例测试。测试结果表明,所提模型和算法可较好地处理动态事件为设备故障的零空闲多设备工作中心调度问题。

摘要：针对电商仓储中Kiva机器人拣选存在效率低下和订单分配不合理等问题,构建了以Kiva机器人拣货总行驶距离最小为目标的订单分配优化模型,设计基于差异聚类和邻域搜索的优化算法来求解模型。以电商实际订单数据为例,分析了不同规模算例下该算法的性能和稳定性。结果表明:针对不同规模算例,基于差异聚类和邻域搜索的优化算法相比与Gurobi和基于差异聚类的算法能够在更短的时间内获得更优的结果,并且算法的稳定性较好。通过本项研究,决策者们可以将订单合理分配至各拣货单,从而提高仓库拣货效率。

摘要：基于柔性螺旋驱动机构,设计了一种应用于手开闭困难患者康复训练的柔性手部外骨骼机械手.该机械手通过柔性螺旋驱动机构带动柔性手指,产生大变形从而实现双向弯曲运动.通过对手指模型的简化,利用悬臂梁模型建立了柔性手指弯曲力学模型,进而得到了手指末端弯曲角度和弹簧旋转圈数之间的运动学关系.针对模型误差问题,建立了误差补偿函数对所建立的手指弯曲运动学模型进行修正,并实验验证了修正模型的有效性.最后,研制了柔性机械手,并对机械手的弯曲及负载能力进行了实验验证.

摘要：针对多无人机协同搜索区域内多运动目标问题,考虑传感器的探测概率与虚警概率、无人机的飞行与避撞约束和目标随机运动等特征,提出基于信息图的多无人机三维协同搜索方法.以无人机搜索的短期收益、长期收益和协调收益的平衡为核心,考虑无人机三维运动的特征,构建多无人机协同搜索的数学规划模型,并设计包含目标存在概率、环境不确定度、重访信息素和搜索增益4个因子的搜索信息图.基于滚动规划架构,整合新提出的剪枝方法进行模型的求解.在典型的协同搜索场景下,通过数值仿真验证所提方法的有效性.仿真结果表明,所提出的方法可以在秒级的时间内做出每架无人机的三维航迹决策,重访信息素和搜索增益因子可以引导无人机捕获更多的目标.对比仿真结果表明,所提出的方法可以在捕获更多目标的同时具有更少的误判次数,有效提升了多无人机协同搜索的任务效能.

摘要：设计了一种可居家使用的采用单目相机实现手部抓握状态识别及抓握能力训练的系统.通过分析不同姿态下手部抓握特征,提出了采用手部轮廓面积和虚特征参数对手部抓握状态进行识别和评估的方法,并通过在手部粘贴标识对手部姿态进行识别实现了两类特征参数的优选.对于采用单一虚特征参数进行手部抓握状态识别时存在的失效问题,提出了分段采用面积虚特征参数和长度虚特征参数的识别方法,并重新定义状态变化因子,实现了不同虚特征参数描述抓握状态变化的尺度上的统一.为减少手部无效面积对手部抓握状态评估的影响,建立了基于手部结构比例特征提取手部有效轮廓的算法.实验结果表明:所提出的手部抓握状态识别方法能够满足人机流畅交互要求,不同评价特征参数可以实现无缝切换.

摘要：空间对接装置作为开展空间目标捕获的关键装备,不仅要解决航天器的捕获问题,还要能够缓冲碰撞能量,避免发生硬碰撞,减少对接的冲击等。针对空间捕获软对接问题,设计一种空间软对接仿生手腕,以陀螺机构的三维旋转模拟仿生手腕运动,通过可控阻尼吸振实现空间六维碰撞的缓冲和卸载;采用Kane方法建立一种星载抓捕机构耦合空间软对接仿生手腕的一体化动力学方程;在Matlab环境下进行碰撞数值仿真,验证了空间软对接仿生手腕缓冲和卸载空间六维碰撞的机理,并通过1000次数值仿真实验实现了扭簧/直线弹簧的刚度优化设计;最后,在ADAMS环境下对星载抓捕机构进行空间六维碰撞仿真,仿真结果表明所提出的空间对接仿生手腕可实现空间六维空间碰撞的缓冲与卸载,从而说明了空间软对接仿生手腕在空间软捕获中应用的有效性。