摘要：进入工业4.0时代,大规模互联分布式智能工业设备产生了海量的具有时延敏感和计算负载差异的异构工业任务,终端侧有限的计算能力难以支持任务的实时高效处理.通过工业无线网络将任务卸载到网络边缘侧服务器进行多接入边缘计算成为解决终端侧算力受限问题的一种有效手段.然而,工业无线网络有限的时频资源难以支持大规模分布式工业设备的高并发任务卸载.本文充分考虑异构工业任务高并发计算卸载中有限时频资源约束和建模难的问题,提出一种基于深度强化学习的动态优先级并发接入算法(Deep Reinforcement Learning-based Concurrent Access Algorithm with Dynamic Priority,CADP-DRL).该算法首先分析异构工业任务的时延敏感性和计算负载时变性,为工业设备分配不同的优先级,动态地改变工业设备接入信道进行计算卸载的概率.然后,利用Markov决策过程形式化动态优先级高并发计算卸载问题,并采用深度强化学习方法建立高维状态空间下状态到动作的映射关系.针对动态优先级和并发卸载的多目标决策问题,设计了包含优先级奖励和卸载奖励的复合奖励函数.为保证训练数据的独立同分布,同时提高算法收敛速度,提出了带经验权重的经验回放方法.对比实验结果表明,CADP-DRL能够快速收敛,实时响应,在实现最小卸载冲突的情况下为高优先级工业设备提供最高的成功卸载概率保证,性能优于slotted-Aloha、DQN、DDQN和D3QN算法.

摘要：多旋翼飞行机器人具有良好的飞行稳定性,受到了越来越多的关注.而在某些特殊应用中,如:从较大飞行器上实施空投、瞬态失稳恢复等,往往需要多旋翼飞行机器人从一个高度不稳定的非零初始状态安全、快速地切换到稳定飞行模态,这就是所谓的大范围镇定控制问题.解决该问题面临的主要困难是如何在调节过程中避免飞行机器人进入到输入饱和区,从而引起周期旋转运动,导致系统完全失控.本文针对该问题,以四旋翼飞行机器人为例,详细分析了控制输入约束形式,并对6自由度模型进行了适当简化,构建了二维平面下考虑控制输入约束的非线性动力学模型;在此基础上,基于控制Lyapunov函数概念,提出了一种改进的广义逐点最小范数控制策略,构建了输入约束下的四旋翼飞行机器人大范围镇定控制器.该方法具有明确的解析控制结构,所设计的控制器满足四旋翼飞行机器人的全部控制输入约束.仿真结果表明,对比常规的线性化控制策略,该方法能在考虑控制约束的前提下避免控制器失效,实现四旋翼飞行机器人的大范围渐进稳定.

摘要：针对欠驱动自主水下机器人(AUV)水平面路径跟踪控制问题进行研究。基于解析形式描述的单输入模糊控制器,提出了一种混合模糊P+ID控制算法。将其应用于欠驱动AUV路径跟踪控制中的趋近角跟踪控制,研究了控制器设计和参数调节方法,并采用小增益定理对基于混合模糊P+ID控制的趋近角跟踪控制系统的稳定性进行了分析。最后,采用欠驱动AUV非线性动力学模型进行仿真研究,结果表明基于提出的混合模糊P+ID控制的欠驱动AUV路径跟踪控制系统具有很好的鲁棒性和适应性,AUV能够精确跟踪预规划的航行路径。

摘要：在微创血管介入手术中,当从端导管机器人输送导管时,导管易受到患者心跳、呼吸等不确定因素的影响。为了能抑制这些因素对输送导管造成的影响,实现导管机器人系统从手端精确快速地跟踪主手端的控制指令,建立了导管远端弯曲段的运动学模型,设计了基于三维模糊控制器的导管机器人系统。三维模糊控制器是在二维模糊控制器的基础上引入了导管位置误差变化的速率的作用,能进一步提高系统响应速度、降低超调、抑制干扰。仿真结果表明,此控制方案使导管机器人系统具有快速的跟踪性能和较强的鲁棒性能,进而提高了系统的控制精度。

摘要：针对直驱XY平台中存在的系统延迟、系统参数变化、负载扰动等不确定性以及双轴之间的耦合问题,依据模型预测控制、扰动观测及解耦控制理论,设计了一种模型预测控制器(MPC)、扰动观测器(DOB)和交叉耦合控制器(CCC)相结合的预测鲁棒跟踪控制系统。利用MPC作为前馈控制器,通过模型预测、滚动优化和反馈校正提高系统的跟踪性能。DOB能够抑制系统参数变化及外部负载扰动等不确定性因素对系统伺服性能的影响,提高系统的鲁棒性能。CCC能补偿两轴间的轮廓误差,解决双轴间的耦合问题。仿真实验结果表明,所设计的系统具有快速准确的跟踪性能和较强的鲁棒性能。所提出的控制方案能够有效地减小系统的轮廓误差,进而提高了XY平台的轮廓加工精确度。

摘要：综述了国内外微小型自主水下机器人(AUV)的研究现状。首先,对微小型AUV的定义进行了梳理。其次,基于微小型AUV的平台结构特征,对微小型AUV的应用背景和特征进行了归纳和总结。最后,对微小型AUV的发展趋势进行了分析和探讨。为微小型AUV的设计提供了参考,对微小型AUV的应用发展具有借鉴意义。

摘要：进行了基于轨迹分析方法测试自主移动机器人自主导航能力的研究,成功研制出了一种基于高精度GPS系统的机器人导航与定位性能测试仪器。从理论上论证了这一导航性能测试装备的软硬件设计、数据处理方法和导航测试指标的研究,并通过实验验证了该设备自身定位的精确性以及对实验机器人进行快速自主导航性能测试的能力。

摘要：受当前管道连接工艺限制,各类管道连接处易形成环形凸台或环形凹槽障碍,因此管内机器人需具备一定的越障能力.相比地面机器人越障,管道内部封闭且受限的空间环境使机器人越障机理更为复杂.针对一类螺旋驱动式管内机器人,为了定量分析其越障运动并获得约束下最优越障性能,分别构建机器人在环形凸台和环形凹槽障碍环境的准静态越障模型,包含螺旋轮越障和从动轮越障两种状态.以机器人牵引能力、驱动电机转矩等为约束条件,构建机器人综合越障性能数学模型,基于指数惯性权重改进粒子群算法优化求解最优越障性能下的决策参数向量.将所提综合越障性能优化方法应用于螺旋轮角差动式管内机器人的设计中.试验结果表明:该机器人能够顺利通过PVC管道内2mm环形凹槽障碍和不锈钢管道内2mm环形凸台障碍,验证了所提方法的有效性.

摘要：为了提高前置预滤波器的滤波性能,同时降低前置预滤波器的设计难度,提出了一种应用于搭建2自由度PID(proportional-integral-derivative)控制系统的前置预滤波器设计方法.首先提出了系统响应信号的分量信号的概念,然后基于最小二乘法,推导出一种改善系统响应输出特性的前置预滤波器的设计方法.所设计的前置预滤波器具有PID的简单形式,能够方便地应用于搭建2自由度PID控制系统.所述设计方法的主要优点在于:无需系统辨识,整个设计过程只需要系统的响应输出信号;所设计出的前置预滤波器能有效减小2自由度PID控制系统在阶跃响应中的震荡,且能使系统的响应速度与给定的参考模型的响应速度一致.通过针对典型PID控制系统的前置预滤波器的仿真设计,给出了基于响应输出信号前置预滤波器的设计过程.对所设计的前置预滤波器的滤波效果进行了仿真验证,仿真结果证明了上述优良特性.

摘要：经皮软组织穿刺过程中,穿刺针尖会历经不同材料特性的器官组织,受到复杂变化的作用力。为了测量针尖处的作用力并鉴定穿刺路径上不同层次的软组织,研制了一种光纤力传感器,并进行了力信号分析。首先,基于法-珀干涉介绍了光纤力传感器的测量原理、光链路设计、及其与针的集成和标定方法。在穿刺力信号分析的基础上,提出利用Mallat算法对力信号进行小波变换,提取信号的特征模式,界定软组织的各层边界。最后,在猪的肝脏和肋条组织样本上进行了针穿刺实验验证。结果显示:光纤力传感器的可测力为0至3.20N,测量精度可达0.01N。得到的穿刺试验结果表明Mallat算法能够有效地区分软组织的类型。研制的光纤传感器满足穿刺力的测量范围、精度和可靠性等要求,所提出的小波变换算法可用于软组织边界的界定,有望用于机器人穿刺控制。