检索结果-内蒙古大学图书馆

控制与决策 2025年第4期40卷 1079-1097页

作者：梁潇刘冰冰叶慧樱裴腾飞于海方勇纯南开大学机器人与信息自动化研究所天津300350 南开大学人工智能学院天津300350 南开大学深圳研究院智能技术与机器人系统研究院深圳518083

随着低空经济进入快速发展期,旋翼无人机凭借其垂直起降能力、高机动性及成本低廉等优势,引起了人们的广泛关注.利用其进行物资装备的空中运输能克服地形地势对运输的限制,较地面运输更为高效.在旋翼无人机空中运输领域,吊绳悬挂方式具... 详细信息

随着低空经济进入快速发展期,旋翼无人机凭借其垂直起降能力、高机动性及成本低廉等优势,引起了人们的广泛关注.利用其进行物资装备的空中运输能克服地形地势对运输的限制,较地面运输更为高效.在旋翼无人机空中运输领域,吊绳悬挂方式具有机械成本低、对负载体积无限制等优势,因此具有更好的任务适应性.然而,旋翼无人机本身具有欠驱动特性,随着悬挂负载的引入,系统的自由度更高、非线性程度和状态耦合也更为严重,为其控制与规划方案的设计带来了巨大挑战.鉴于此,首先对无人机吊运系统进行分类并简要介绍其特性;然后分别对单机和多机吊运系统的控制及规划方法研究现状与最新进展进行重点阐述;最后对旋翼无人机吊运领域的已有研究进行讨论与总结,并展望该领域未来的发展和趋势.

关键词：旋翼无人机吊运负载协作运输运动规划非线性系统

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基于迟滞逆补偿的气动人工肌肉并联机器人同步控制

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机器人 2025年第2期47卷 145-154页

作者：刁淑贞张欣霖刘根娣秦岩丁方勇纯孙宁南开大学人工智能学院机器人与信息自动化研究所天津300350 南开大学深圳研究院智能技术与机器人系统研究院广东深圳518083

虽然气动人工肌肉并联机器人兼具刚柔耦合特性,但是其控制精度易受到气动人工肌肉中迟滞特性的影响,且整体控制性能还会受制于所有机械臂的协调能力。为此,本文提出了一种基于迟滞逆补偿的同步控制方法,以实现气动人工肌肉并联机器人的... 详细信息

虽然气动人工肌肉并联机器人兼具刚柔耦合特性,但是其控制精度易受到气动人工肌肉中迟滞特性的影响,且整体控制性能还会受制于所有机械臂的协调能力。为此,本文提出了一种基于迟滞逆补偿的同步控制方法,以实现气动人工肌肉并联机器人的期望跟踪性能。具体而言,改进Bouc-Wen迟滞模型以更准确地表征气动人工肌肉的输入-输出关系,并使用对应的逆模型进行前馈补偿,提高控制精度。同时,建立机械臂之间的误差信号传递,提升机械臂的运动同步性。然后,充分考虑气动人工肌肉并联机器人的全驱特性,在全驱系统方法框架下设计自适应气压控制器,确保跟踪误差和同步误差渐近收敛。最后,完成闭环系统的稳定性分析,并基于硬件平台进行了迟滞拟合对比测试和运动控制对比测试。对比结果表明所提迟滞模型的拟合精度和所提控制方法的跟踪精度均优于对比方法,充分验证了所提方法的可行性。

关键词：并联机器人气动人工肌肉迟滞逆补偿同步控制全驱系统方法

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面向目标实时稳定跟踪的无人机主动观测轨迹规划

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控制与决策 2025年

作者：王子玉张世勇董千里奚浩博张雪波南开大学机器人与信息自动化研究所南开大学人工智能学院

在无人机目标跟踪任务中,实时规划一条安全、有效且具有高度目标可见性的轨迹,是实现目标稳定跟踪的关键.为保证无人机在复杂未知环境下实现目标稳定跟踪,提出了一种无人机主动观测轨迹规划方法.首先,使用预测模型获得一系列离散的未来... 详细信息

在无人机目标跟踪任务中,实时规划一条安全、有效且具有高度目标可见性的轨迹,是实现目标稳定跟踪的关键.为保证无人机在复杂未知环境下实现目标稳定跟踪,提出了一种无人机主动观测轨迹规划方法.首先,使用预测模型获得一系列离散的未来目标轨迹点;其次,根据当前环境地图信息,在每个目标轨迹点周围生成可视区域和初始视点,并设计一系列代价函数对视点进行优化;最后,结合每个目标轨迹点的最优视点位置约束对无人机跟踪轨迹进行优化.仿真结果表明,所提出方法能够在各种复杂环境中完成目标实时稳定跟踪任务,较好地解决了现有方法存在的目标被遮挡问题.

关键词：无人机目标跟踪轨迹规划可视区域视点优化

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性能函数引导的无人机集群深度强化学习控制方法

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自动化学报 2025年

作者：王耀南华和安张辉钟杭樊叶心梁鸿涛常浩方勇纯机器人视觉感知与控制技术国家工程研究中心湖南大学电气与信息工程学院湖南大学机器人学院南开大学机器人与信息自动化研究所南开大学智能技术与机器人系统研究院

针对无人机集群系统,提出了一种性能函数引导的深度强化学习控制方法,同时评估性能函数的示范经验与学习策略的探索动作,保证了高效可靠的策略更新,实现了无人机集群系统的高性能控制.首先,利用领航-跟随集群框架,将无人机集群的控制问... 详细信息

针对无人机集群系统,提出了一种性能函数引导的深度强化学习控制方法,同时评估性能函数的示范经验与学习策略的探索动作,保证了高效可靠的策略更新,实现了无人机集群系统的高性能控制.首先,利用领航-跟随集群框架,将无人机集群的控制问题转化为领航-跟随框架下的跟踪问题,进而提出了基于模型的跟踪控制方法,利用性能函数将集群编队误差约束在给定范围内,实现了无人机集群的模型驱动控制.接下来,为了解决复杂工况下性能函数极易失效难题,将深度强化学习方法和性能函数驱动方法结合,提出了性能函数引导的深度强化学习控制方法,利用性能函数的示范经验辅助训练强化学习网络,通过同时评估探索与示范动作,保证学习策略显著优于性能函数驱动控制方法,有效提高了无人机编队控制精度与鲁棒性.实验结果表明,该方法能够显著提升无人机集群的控制精度,实现了兼顾鲁棒性与飞行精度的高性能集群控制.

关键词：无人机集群深度强化学习引导式学习智能编队控制

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基于风格迁移的柔性输尿管内窥镜图像深度估计

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天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2025年第1期58卷 47-55页

作者：辛运帏尹晶晶赵煜代煜崔亮殷小涛南开大学网络空间安全学院天津300071 天津市网络与数据安全技术重点实验室天津300071 南开大学机器人与信息自动化研究所天津300350 民航总医院泌尿外科北京100123 解放军总医院第四医学中心泌尿外科北京100048

输尿管内窥镜手术是目前针对肾结石的主流治疗方案,其外形细长、镜体柔软,能够灵活穿越人体自然腔道的内径狭窄的尿道和输尿管,检查视野范围更广,使医生能够更好地观察到病变区域.但一般的输尿管内窥镜仅配备单目摄像头进行配合手术操作... 详细信息

输尿管内窥镜手术是目前针对肾结石的主流治疗方案,其外形细长、镜体柔软,能够灵活穿越人体自然腔道的内径狭窄的尿道和输尿管,检查视野范围更广,使医生能够更好地观察到病变区域.但一般的输尿管内窥镜仅配备单目摄像头进行配合手术操作,无法借助额外设备获取数据导致了其图像信息的匮乏;同时,相比于胃肠、鼻镜等手术场景,本研究的肾内场景在不具备公开数据集的同时,图像质量参差不齐,表面纹理细节不足,孔洞区域褶皱少,受模糊反光等干扰大,都易使深度估计受到影响针对以上问题,提出了一种基于改进风格迁移模型的深度估计方法.该方法首先根据术前CT图像重建肾脏内部腔道模型并提取中心路径,将虚拟内窥镜的摄像头设置在插值后的路径点上,构建了虚拟内窥镜漫游图像与深度估计图像一一对应的数据集,并基于此数据集训练了一个深度估计模型;随后,使用添加高效通道注意力(ECA)模块的改进风格迁移模型,将真实内窥镜图像域迁移至虚拟内窥镜图像域;最后,再将经由风格迁移产生的虚拟内窥镜图像送入上述训练得来的深度估计模型中,最终实现真实内窥镜图像的深度估计.所提方法的可行性及有效性在输尿管钬激光碎石术的图像中得到验证.

关键词：深度估计风格迁移注意力机制深度学习

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基于观测偏差校正的无人地面车级联自抗扰跟踪策略

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机器人 2025年第2期47卷 213-226页

作者：赵辰阳李宝全朱常富张雪波天津工业大学控制科学与工程学院天津300387 天津市自主智能技术与系统重点实验室天津300387 南开大学机器人与自动信息系统研究所天津300071 天津市智能机器人重点实验室天津300071

无人地面车辆(UGV)在复杂外部环境下难以保持其良好的动态性能。为此,本文提出了级联形式的偏差校正自抗扰控制策略,通过提高观测器对扰动的估计精度来增强UGV控制系统的扰动抑制能力。首先,将广义外部扰动与系统内部扰动重构为总扰动,... 详细信息

无人地面车辆(UGV)在复杂外部环境下难以保持其良好的动态性能。为此,本文提出了级联形式的偏差校正自抗扰控制策略,通过提高观测器对扰动的估计精度来增强UGV控制系统的扰动抑制能力。首先,将广义外部扰动与系统内部扰动重构为总扰动,并设置校正项以扩展初级扰动观测器的观测阶次。之后,为提高观测精度,在次级扰动观测器中对未被及时观测出的扰动残余值进行估计。基于反馈线性化理论,设计了包含总扰动估计值的轨迹跟踪控制律,从而提高UGV的轨迹跟踪误差收敛速度和跟踪精度。为了提高控制器对不同UGV模型的适应性,针对控制器关键参数与闭环模型的对应关系设计了参数配置规则。通过理论分析证明了系统的稳定性和抗扰性能,并在多种情况下进行对比实验以测试所提方法的性能。实验结果表明,所提策略可有效改善UGV在不确定环境下的轨迹跟踪效果。

关键词：无人地面车辆轨迹跟踪级联扩张状态观测器偏差校正

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一种双摆效应桥式起重机光滑鲁棒控制方法

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振动与冲击 2019年第22期38卷 1-6页

作者：孙宁张建一吴易鸣方勇纯南开大学机器人与信息自动化研究所

在现代工业领域,起重机被广泛用于大体积负载的运输工作。在许多实际应用场景中,由于吊钩的质量无法忽略不计,整个起重机系统往往呈现出复杂的双摆效应,这一特性增强了起重机系统的复杂性、非线性与欠驱动特性。因此,针对具有双摆效应... 详细信息

在现代工业领域,起重机被广泛用于大体积负载的运输工作。在许多实际应用场景中,由于吊钩的质量无法忽略不计,整个起重机系统往往呈现出复杂的双摆效应,这一特性增强了起重机系统的复杂性、非线性与欠驱动特性。因此,针对具有双摆效应的起重机系统,提出了一种新型的鲁棒控制策略,实现了台车的精确定位,并有效地消除了负载与吊钩的两级摆动。具体而言,首先对原系统模型进行近似线性化处理,得到了可以准确描述双摆起重机特性的近似化模型。在此基础上,提出了一种基于超螺旋的光滑鲁棒控制算法,并通过严格的理论分析证明了闭环系统的稳定性。将所提方法应用于双摆起重机硬件实验平台,实验结果验证了所提控制器的优良性能。

关键词：双摆效应起重机消摆鲁棒控制

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主从式手术机器人主手消抖方法

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机器人 2019年第3期41卷 327-333页

作者：姜紫阳代煜张建勋孙会娇南开大学机器人与信息自动化研究所

针对实际操作中主手机械臂引入的抖动噪声,首先使用高精度加速度计对不同人不同时段的抖动信号进行采集并分析其特点,继而再根据抖动信号的先验信息设计改进型自适应带限多线性傅里叶拟合器(BMFLC).该方法使用覆盖抖动信号频率段的具有... 详细信息

针对实际操作中主手机械臂引入的抖动噪声,首先使用高精度加速度计对不同人不同时段的抖动信号进行采集并分析其特点,继而再根据抖动信号的先验信息设计改进型自适应带限多线性傅里叶拟合器(BMFLC).该方法使用覆盖抖动信号频率段的具有特定间隔的基频信号通过最小均方(LMS)算法拟合抖动信号,用以补偿手术操作中抖动信号的影响.针对抖动信号中幅值较高的频段,提出拟合器频带的稠密划分方法.实验结果表明,改进型BMFLC算法的补偿效果比标准型提高约10%.

关键词：主从手术机器人生理抖动信号拟合自适应滤波

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针对输入时滞的桥式起重机鲁棒控制

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自动化学报 2019年第6期45卷 1065-1073页

作者：何博方勇纯卢彪, 南开大学机器人与信息自动化研究所

针对工业桥式起重机输入信号存在时滞的问题,本文设计了一种鲁棒跟踪控制器.具体而言,本文通过分析欠驱动桥式起重机的特性,引入辅助系统,将时滞模型等效为不存在时滞的模型.在此基础上,考虑系统参数的不确定性,设计了一种鲁棒跟踪控制... 详细信息

针对工业桥式起重机输入信号存在时滞的问题,本文设计了一种鲁棒跟踪控制器.具体而言,本文通过分析欠驱动桥式起重机的特性,引入辅助系统,将时滞模型等效为不存在时滞的模型.在此基础上,考虑系统参数的不确定性,设计了一种鲁棒跟踪控制器.本文使用基于Lyapunov理论的稳定性分析及证明方法,通过建立Lyapunov-Krasovskii (LK)方程证明了位置跟踪误差以及摆角可以在有限时间内收敛到一个界内,且界的大小与控制增益负相关.完成控制器设计后,将其与工业上常用的比例–积分–微分(Proportion-integration-differentiation, PID)控制方法进行比较.仿真及实验结果表明,本文所设计的控制器优于PID控制器,具有良好的控制性能.

关键词：桥式起重机输入时滞鲁棒控制 Lyapunov方法

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基于原子力显微镜动力学模型的新型接触式扫描成像策略（英文）

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控制理论与应用 2019年第11期36卷 1920-1928页

作者：刘存桓方勇纯樊志王超武毅男南开大学机器人与信息自动化研究所

面向高速高精度原子力显微镜(AFM)的扫描成像策略是当今微纳米控制领域的热点问题.本文设计了一种新型的原子力显微镜接触式扫描算法,该算法充分挖掘了AFM压电陶瓷运动平台和微悬臂的动力学特性,通过对微悬臂偏转角进行跟踪控制以达到AF... 详细信息

面向高速高精度原子力显微镜(AFM)的扫描成像策略是当今微纳米控制领域的热点问题.本文设计了一种新型的原子力显微镜接触式扫描算法,该算法充分挖掘了AFM压电陶瓷运动平台和微悬臂的动力学特性,通过对微悬臂偏转角进行跟踪控制以达到AFM高速高精度成像的目的.在动力学建模方面,本文提出了一种新颖的基于AFM压电陶瓷运动平台动态方程及微悬臂动态特性的复合动力学模型,该模型所构建的动力学系统可以通过压电陶瓷的输入电压对微悬臂偏转角进行精确控制.在此基础上,本文设计了一种新型的图像融合算法,利用AFM正反向扫描得到的两幅图像进行融合匹配,能够较好地消除AFM控制周期暂态特性所带来的图像畸变,提高AFM扫描成像准确度.本文所提出扫描成像策略的有效性在AFM实验平台上进行了验证,实验结果表明此成像策略能够在较高扫描频率下得到较为理想的成像效果.最后通过对比实验将这种方法与传统接触式扫描算法的成像效果进行了比较,结果表明对比传统方法本文所提出的AFM成像策略可以更好地保证成像速度和精确度.

关键词：原子力显微镜接触式扫描动力学建模压电陶瓷非线性控制

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