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机械臂无模型视觉反馈控制及其自适应操作应用研究
一、项目简介 随着科技进步和社会需求的发展,机器人手/臂除了工业生产,也越来越多用于服务人类的其它各个领域,这必然会使机器人承担比工业中更加多样的操作任务,面临更加多变的工作环境。因此,国内外对非结构自然环境下、具备自主操作能力的机器人的研究十分重视。当前,具备视觉感知能力的机器人已被公认为机器人发展的主流趋势,将视觉与机器人操作相融合,是对人类行为的模拟,由此产生的视觉伺服控制方法为机器人自主操作能力的实现带来了新的思路,代表了机器人的先进控制技术,也是促进机器人智能化发展的一个重要驱动。可以预见,未来的视觉系统将会成为机器人名副其实的眼睛,视觉伺服技术在机器人自主操作中将具有不可替代的作用。 视觉伺服利用视觉传感器提供的环境信息对机器人运动进行实时反馈控制,涉及机器人机械几何设计、运动学和动力学、自动控制理论、计算机视觉图像处理和摄像机标定等,是智能机器人领域中具有重要理论意义的研究课题之一。迄今为止,机器人手/臂的视觉伺服方法在太空遥操作、机器人手术、水果采摘、工业装配、焊接、抓取以及微操作等方面得到越来越多的应用。然而,现阶段可实际应用的方案主要面向特定的标定环境、模型参数已知,机器人操作是编码定式的,不具备模型未知条件下的自主操作能力,特别是当面向未来的刚-柔-软体共融机器人时,其柔型结构造成的运动模型及参数的变化与不确定性,必然使现有确定模型的研究方法失效。因此,无模型(目标几何模型,手眼标定模型,机器人运动模型)、非结构环境下的自适应操作对机器人提出了新挑战,是机器人手臂(尤其柔型手臂)视觉伺服控制研究的难点与前沿问题,不断深入对非结构环境下、无模型的机器人手/臂视觉伺服控制的研究具有重要的理论和现实意义。 在非结构自然环境下使机器人像人一样协调自适应操作是当今机器人研究领域的一项尚未实现但又令人感兴趣的研究工作。从理论上看,非结构自然环境下实现机器人柔性操作,就当前研究依靠单一的控制器设计是困难的。因此,本项目借鉴人的手眼协调操作是自适应学习过程,涉及智能进化和行为优化,将随机动态规划理论,结合约束规则与最优化控制,探索一种变参手眼关系,实现机器人在非结构自然环境下的自适应操作。 二、前期研究基础 研究团队一直致力于机器人视觉反馈控制的研究。在基础理论研究上,针对无标定视觉伺服控制方案与设计,均提出了一些新型方法,有扎实的理论基础和知识积累,并不断跟踪和深入在无模型视觉伺服控制的方面研究和前沿问题。目前,已经着手在无模型视觉伺服的可靠性、稳定性控制方面做了充分的探索工作:针对机器人无标定全局稳定操作问题,研究了一种鲁棒卡尔曼滤波(RKF)合作Elman神经网络(ENN)的全局稳定视觉伺服控制方法;提出了一种基于网络辅助尔曼滤波状态估计的无标定视觉伺服方法,提高伺服系统的鲁棒性。同时,立足机器人发展前沿,建立了多模特征深度学习抓取系统,在无结构环境下实现了机器人智能抓取与定位。 已发表的与项目相关的主要论文有: [1] 仲训杲,徐敏,仲训昱,彭侠夫.基于多模特征深度学习的机器人抓取判别方法.自动化学报,2016,7(42), pp:1022-1029. (EI) [2] Xungao Zhong, Xunyu Zhong and Xiafu Peng. Robots Visual Servo Control with Features Constraint Employing Kalman-Neural-Network Filtering Scheme. Neurocomputing, 2015, 151(3), pp:268-277 (SCI)  [3] Xungao Zhong, Xunyu Zhong and Xiafu Peng. Robust Kalman FilteringCooperated Elman Neural Network Learning forVision-Sensing-Based RoboticManipulation with Global Stability. Sensors, 2013, 10(13), pp:13464-13486. (SCI) [4] Xungao Zhong, Xiafu Peng, Xunyu Zhongand Lixiong Lin. Dynamic Jacobian Identification Based on State-Space for Robot Manipulation. Applied Mechanics andMaterials, vols. 475-476 (2014)pp: 675-679.(EI) [5] Xungao Zhong, Xiafu Peng, Xunyu Zhong and Xueren Dong. Multi-Channel with RBF Neural Network Aggregation Based on Disparity Space for Color Image Stereo Matching. IEEE 5th International Conference on Advanced Computational Intelligence (ICACI), 10(2012) PP:620-625. (EI) [6]XUNGAO ZHONG, XIAFU PENG, XUNYU ZHONG. NEURAL-BAYESIAN FILTERING BASED ON MONTE CARLO RESAMPLING FOR VISUAL ROBUST TRACKING. Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 2013, 2(50), pp: 490-496. [7] Xungao Zhong, Xiafu Peng and Xunyu Zhong. Severe-Dynamic Tracking Problems Based on Lower Particles Resampling. TELKOMNIKA Indonesian Journal of Electrical Engineering. 2014, 12(6), pp:4731-4739. [8] Xunyu Zhong, Xungao Zhong and Xiafu Peng. Velocity-Change-Space-based Dynamic Motion Planning for Mobile Robots Navigation. Neurocomputing. 2014, 143(11), pp:153-163. (SCI) [9] Xunyu Zhong, Xungao Zhong, Xiafu Peng. VCS-based motion planning for distributed mobile robots: collision avoidance and formation. Soft Computing,2016,5(20), pp: 1897-1908. (SCI) [10] 仲训杲,徐敏, 仲训昱, 彭侠夫. 基于雅可比预测的机器人无模型视觉伺服定位控制, 控制与决策, 已在线发表, 2018. [11] 仲训杲,徐敏, 仲训昱, 彭侠夫. 基于图像的机器人非标定视觉反馈控制全局定位方法, 厦门大学学报(自然科学版), 已录用, 2018. 三、应用技术成果 (一)基于多模特征深度学习的机器人抓取判别 研究了多模特征深度学习及其在机器人智能抓取判别中的应用,该方法针对智能机器人抓取判别问题, 研究多模特征深度学习与融合方法. 该方法将测试特征分布偏离训练特征视为一类噪化, 引入带稀疏约束的降噪自动编码 (Denoising auto-encoding, DAE), 实现网络权值学习; 并以叠层融合策略, 获取初始多模特征的深层抽象表达, 两种手段相结合旨在提高深度网络的鲁棒性和抓取判别精确性. 实验采用深度摄像机与 6 自由度工业机器人组建测试平台, 对不同类别目标进行在线对比实验. 结果表明, 设计的多模特征深度学习依据人的抓取习惯, 实现最优抓取判别, 并且机器人成功实施抓取定位, 研究方法对新目标具备良好的抓取判别能力. (二)无标定视觉伺服解决方案及其机器人操作应用 研究了无标定视觉伺服方法及其在机械臂任务操作中的应用。首先提出视觉伺服目标:假设机器人或者摄像节的模型参数未知或者部分未知,视觉伺服的目标是使用摄像节作为传感器,引导机械臂运动,使当前图像特征收敛到期望图像特征,从而完成定位或者跟踪的任务。 手眼协调关系描述。关节图像雅克比矩阵定量描述了机械臂关节变化引起图像特征变化,它是关节-图像映射的局部线性化矩阵。 建立图像雅克比的在线估计器。将关节图像雅克比矩阵的每一个元素作为辅助系统的状态,建立辅助系统的状态方程;摄像机提取到的图像特征作为测量值,建立辅助系统的观测方程。根据Kalman滤波器理论,我们设计了对关节图像雅克比的在线实时估计算法。 构建基于图像矩的目标函数。为了避免传统的基于点特征的缺陷,例如点特征的标记、提取与匹配过程复杂且通用性较差问题。构建基于图像矩的图像特征向量完成视觉伺服任务,来提高视觉伺服系统的稳定性和可靠性。 四、合作企业 厦门万久科技股份有限公司是一家集销售、软件研发、技术服务、加工技术整合为一体的高新技术企业。目前公司的经营范围涉及CNC软件开发及数控系统销售、CNC控制零件销售及专业维修;工艺优化、机台升级与技术改造、工程配电与软件优化、专用机控制系统开发、多轴机的设计与开发、机台精度检测与校正优化服务等。公司是国际知名生产制造企业——富士康的产品供应商和技术服务商。    
厦门大学 2021-04-11
一种层燃炉氮氧化物排放量的复合控制系统
本发明属于锅炉节能与环保的技术领域,并公开了一种层燃炉 氮氧化物排放量的复合控制系统,该系统包括层燃炉本体,自带烟气 循环的分级燃烧装置、SNCR 脱硝装置、多功能烟气在线监测仪和 PLC 控制系统;分级燃烧装置均匀分布在炉膛两侧的墙上,其进气端的中 心设置有进风管,进风管的另一端设置有绝热稳焰钝体,进气端器壁 还设置有二次风旋流器,远离进气端的一端还设置有稳燃腔,将适量 煤粉或燃气、新鲜空气及循环烟气的混合物通过该分级燃烧装置喷入 层燃炉内。该发明的复合控制系统可显著提高燃料氧化反应速度和炉 膛温度均匀性,能够实现燃料充分燃烧和低氮燃烧,减少空气过剩系 数,实现脱硝效率和热效率的双重提升,达到节能减排的目的。
华中科技大学 2021-04-13
一种振镜式激光扫描大幅面材料成形加工控制系统
本发明公开了一种振镜式激光扫描大幅面材料成形加工控制系 统,其包括上位机、激光扫描主控制器和多个激光扫描从控制器;激 光扫描主控制器和多个激光扫描从控制器基于 EtherCAT 总线冗余环 型拓扑结构连接,激光扫描主控制器作为 EtherCAT 通信主站,多个激 光扫描从控制器作为 EtherCAT 通信从站。上位机通过总线与激光扫描 主控制器双向通信,激光扫描从控制器解析激光扫描主控制器指令、 提供/采集各类信号,
华中科技大学 2021-04-14
一种面向变截面柔性电子的恒应力收卷控制系统及其方法
本发明属于柔性电子收卷控制相关技术领域,并公开了一种面 向变截面柔性电子的恒应力收卷控制系统,其包括张力传感器、张力 控制器、卷径传感器、内应力测量装置、内应力控制器和执行件等; 其中卷径传感器用于实现料卷外径的测量;张力传感器用于检测薄膜 张力并反馈给张力控制器实现张力的闭环控制;内应力测量装置包括 一组压力传感器、导电滑环以及若干固定零件,并用于实现料卷内部 应力分布状态的测量并将其馈给张力控制器,实现料卷内部应力的闭 环控制。本发明还公开了相应的收卷控制工艺。通过本发明,能够以 更为高效和高精
华中科技大学 2021-04-14
一种用于消化道内窥镜检查的胶囊机器人及其控制系统
本发明公开了一种用于消化道内窥镜检查的胶囊机器人,包括胶囊外壳、设置在胶囊外壳内部的内置永磁体、齿轮传动机构、影像采集单元,以及可伸出胶囊外壳的回转腿;其中内置永磁体可在外置永磁体的驱动下旋转;齿轮传动机构的输入端与内置永磁体相连,用于将旋转运动转换为绕着胶囊机器人主轴线的回转运动,其输出端与回转腿构成移动副,用于驱动回转腿以改变其伸出胶囊外壳的长度;影像采集单元用于拍摄被检部位,并将所拍摄的影像发送至影像接收处理装置,由此执行内窥镜检查过程。本发明还公开了相应的运动控制系统。通过本发明,能够灵活执
华中科技大学 2021-04-14
一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系统及方法
本发明公开了一种电网电压不对称下变流器的虚拟同步控制系 统及方法,采用双锁相锁幅环交叉耦合结构,直接控制变流器的输出 电压与电网同步,从而控制变流器输出功率。本发明采用正序、负序 锁相锁幅器实现同步控制器,能分别跟踪电网正、负序电压变化,在 电网电压不对称时实现变流器与电网之间的同步。采用本发明的系统 和方法可使变流器具有自发地对电网提供无延时的动态功率支撑的能 力,并在电网不对称时消除变流器输出的负序电流、抑制有功功率和无功功率的波动,不仅能保持虚拟同步控制的优点,较好的稳定性及 自发地为电网提无
华中科技大学 2021-04-14
连铸二冷配水模型及自动控制技术
连铸二次冷却对铸坯的表面与内部质量具有显著的影响。欲得到优质铸坯,重要的是合理地控制浇铸过程铸坯温度,而连铸二冷配水的目的是均匀冷却铸坯,使铸坯表面温度保持在允许的范围内,对提高连铸坯的质量好连铸生产具有重要的作用。原冶金部科技司将此项目列为“八五”攻关课题“大型连铸机自动控制系统的研究开发”中一个重要研究课题,主要是以济钢板坯连铸机而冷控制为研究对象,应用二维传热数学模型,建立了板坯连铸机二冷配水计算模型,编制了二冷配水计算软件,完成了对不同钢种和断面的连铸冷却的配水计算和控制系统,实现了对连铸而冷水在线控制。 本项目主要用在板坯、矩形坯、方坯连铸机二冷配水控制系统,结合现场具体条件,利用传热学基本原理建立凝固传热数学模型好计算软件,计算配水参数,实现二冷水自动控制,从而确保连铸机高的产量好良好的质量。
北京科技大学 2021-04-13
连铸二冷配水模型及自动控制技术
连铸二次冷却对铸坯的表面与内部质量具有显著的影响。欲得到优质铸坯,重要的是合理地控制浇铸过程铸坯温度,而连铸二冷配水的目的是均匀冷却铸坯,使铸坯表面温度保持在允许的范围内,对提高连铸坯的质量好连铸生产具有重要的作用。原冶金部科技司将此项目列为“八五”攻关课题“大型连铸机自动控制系统的研究开发”中一个重要研究课题,主要是以济钢板坯连铸机而冷控制为研究对象,应用二维传热数学模型,建立了板坯连铸机二冷配水计算模型,编制了二冷配水计算软件,完成了对不同钢种和断面的连铸冷却的配水计算和控制系统,实现了对连铸而冷水在线控制。本项目主要用在板坯、矩形坯、方坯连铸机二冷配水控制系统,结合现场具体条件,利用传热学基本原理建立凝固传热数学模型好计算软件,计算配水参数,实现二冷水自动控制,从而确保连铸机高的产量好良好的质量。
北京科技大学 2021-04-13
SMS地表水模拟系统软件
产品详细介绍请登录 中国科学软件网 了解更多SMS软件信息和报价。三维可视化的性能优化 SMS是最先进的软件系统,能够在三维环境中进行地表水模拟。 在真实的3D中进行模型互动 优化的OpenGL图形改进硬件渲染 创建逼真的渲染 为PowerPoint 或者web presentations生成动画 图像悬垂在模型上面并控制不透明度 注释——增加指北针、基准尺、基准图和公司标志等等 导入你所需要的 模型需要很多不同来源的数据。那就是为什么SMS设计为能轻易地导入大量的文件类型: 光栅图像包括地理参考和投影支持 地形图&航空照片 海拔&海底地形数据 网站数据服务,如TerraServer ArcGIS地理数据库和形文件 CAD文件包括.dwg, .dgn 和 .dxf格式 全球投影支持包括Cartesian和地理系统 为带分隔符的文本文件和电子表格而设计的文件导入向导 
北京天演融智软件有限公司 2021-08-23
一种用于多轴重型车辆的油气平衡悬架及其液压控制系统
本发明公开了一种用于多轴重型车辆的油气平衡悬架,包括上转动臂、油气弹簧和下摆动臂,其中对于关键组件的油气弹簧而言,它包括缸筒、中空活塞杆以及上下联接体,上下联接体分别通过关节轴承与上转动臂和车轴相联接;中空活塞杆上端的活塞中设置有阻尼孔和单向阀,形成阀体总成,活塞杆下端通过螺纹与下联接体固定相连,构成活塞杆组件,并将缸筒分隔为上端的无杆腔和下端的有杆腔;在中空的活塞杆内固定设置有内置油气缸,该油气缸中的浮动活塞将其分隔为上部内气室和下部内油室。本发明还公开了相应的液压控制系统。通过本发明,能够有效避
华中科技大学 2021-04-14
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