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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
填料的表面改性及其在高分子材料中的应用
随着我国四个现代的高速发展,对高分子材料制品提出了各种新的要求。为了满足不同用途的需要,除了积极发展新的合成橡胶和合成树脂之外,还应该在现有树脂或橡胶加工成制品的过程中,利用化学方法或物理方法改变制品的一些性能,以达到预期的目的,这就是高分子材料改性。高分子材料改性一般可分为化学改性和物理改性。物理改性分为填充改性和共混改性等。填充改性是指在高分子材料成型加工过程中加入无机或有机填充剂,不仅能使高分子材料制品价格大大降低,而且更重要的是能显著改善高分子材料的机械性能或增加其他功能性,如导热性能、导电性能、光学性能等等。然而,无机填料和高分子材料间密度的差异妨碍了填料在基体中的均匀分散,因而给混炼成型加工带来了困难。又因为两者表面能不同,在遇到外力时,高分子材料与填料界面上应力集中易产生空隙,加速材料的老化。为了提高填料与高分子材料的亲和能力,需要对填料进行活化处理。本项目即涉及用于塑料和橡胶中大部分填料的表面处理技术,包括多种填料,如炭黑、碳纳米管、硅灰石、滑石粉、云母、碳酸钙、铁粉等等。该处理技术简单,易产业化,并具有成功产业化案例:某企业要求向再生丁基橡胶中加入铁粉和钙粉,需大量填充使胶料密度达到2.7,但直接添加,根本加不进去如此大量的填料,经本技术改性后,成功添加到胶料中,且密度达到要求。
华东理工大学 2021-04-11
茶树咖啡碱合成酶基因启动子TCSP及其应用
本发明提供茶树咖啡碱合成酶基因启动子TCSP及其在制备转基因植物中的应用.本发明以茶树DNA为模板,用GenomeWalking方法克隆得到茶树TCS基因启动子序列,然后利用Gateway技术构建重组植物表达载体pKGWFS7TCSP,采用农杆菌介导的烟草遗传转化,以表达GUS基因的方式进行启动子活性功能验证.本发明首次从茶树中克隆出特异性咖啡碱合成酶基因启动子TCSP,并验证了其活性,对于揭示茶树咖啡碱合成的机理,生物调控茶树咖啡碱的含量具有重要意义.
安徽农业大学 2021-04-29
一种环氧树脂导热复合材料及其制备与应用
本发明涉及高分子复合材料领域,具体涉及一种导热环氧树脂复合材料及其制备方法。一种导热环氧树脂复合材料,包含如下质量份数的组分:碳纳米管0.5~3.0份;纳米氮化铝0.5~10.0份;硅烷偶联剂0.1~1.0份;硬脂酸0.1~0.5份;环氧树脂60~80份;固化剂8~30份。本发明使用氨基功能化的碳纳米管和偶联剂表面改性的纳米氮化铝为导热填料,分散环氧树脂中,制备具有导热性能的环氧树脂材料,操作工艺简单,一方面可以保证材料的导热性能,另一方面可以降低成本。该复合材料所使用的功能填料的添加量少,产品的稳定性好,可用于电器、电子散热等方面。
华中科技大学 2021-04-10
3D打印的生物墨水材料及其制备方法和应用
本发明公开了一种用于3D打印的生物墨水材料及其制备方法和应用,生物墨水材料,由按质量浓度百 分比计的如下原料制备而成:生物大分子5%-18% ;水76%-93 .5%或者预交联剂76%-93 .5%;促凝剂 1 .5%-6%;上述原料的质量浓度百分比之和为100%。且上述墨水打印出来后将会进行水洗,交联剂予以 定型。
中山大学 2021-04-10
一种从海带中分离的翅孢壳真菌及其应用
本发明提供一种从海带中分离的翅孢壳真菌,其保藏编号CGMCC No.14640。本发明再一个方面提供上述真菌的次生代谢产物,所提供的次生代谢产物在制备抗老年痴呆制品中的应用。本发明从海带中分离纯化出内生菌,并对菌株进行体外AChE抑制活性的筛选,对活性菌株进行鉴定和发酵条件的优化。该真菌代谢物的乙酸乙酯相具有抗氧化损伤和抑制乙酰胆碱酯酶的双重活性,能够改善D‑半乳糖致AD模型小鼠学习记忆
青岛农业大学 2021-01-12
近红外荧光磁性微乳纳米粒子及其制备方法和应用
本发明公开了一种近红外荧光磁性微乳纳米粒子及其制备方法和在肿瘤治疗中的应 用,本发明将磁性纳米粒子与近红外荧光量子点或与近红外荧光有机染料分子一起包埋 到油包水的微乳中,微乳中还可包埋抗癌药物,通过磁性纳米粒子的磁导向作用,将微 乳包埋的近红外荧光物质靶向到肿瘤部位或固定在肿瘤部位,在近红外光的激发下,通 过近红外荧光物质发射的近红外荧光所产生的热效应来杀伤肿瘤细胞,利用近红外荧光 量子点还可以通过光激发产生的具有高活性的²OH和²O↓自由基与热效应一起来 协同摧毁肿瘤细胞。热效应和抗癌药物的毒杀作用以及量子点的光催化活性来协同摧毁 肿瘤细胞。本发明对于临床上恶性肿瘤的治疗具有重要的意义,应用前景广阔。
同济大学 2021-04-13
一种荧光微球及其喷雾干燥制备方法和应用
本发明公开了一种荧光微球及其喷雾干燥制备方法和应用,本发明通过喷雾干燥方 法将近红外荧光物质和磁性纳米颗粒包埋到高分子微球中,或者是将金纳米颗粒与磁性 纳米颗粒包埋到高分子微球中,成球与包埋一步完成。微球中还可以进一步包埋抗癌药 物,微球表面还将连接具有识别功能的生物分子。本发明所获得的微球可通过近红外荧 光物质或金纳米颗粒在激发光的激发下所产生的热效应来摧毁肿瘤细胞,或同时利用抗 癌药物的毒杀作用和近红外荧光物质或金纳米颗粒产生的热效应来治疗肿瘤。微球中的 磁性纳米颗粒可将微球定位或固定于肿瘤部位。本发明获得的微球还可用于生物医学的 标记示踪中。
同济大学 2021-04-13
一种祖师麻的有效组分群及其制备方法和应用
【发 明 人】狄留庆;吴皓;许惠琴;单进军;静芸芸;杜秋;张新庄;毕肖林;赵晓莉【技术领域】 本发明涉及中药制剂技术领域,具体是涉及一种祖师麻的有效组分群及其制备方法,以及祖师麻有效组分群在制备抗类风湿性关节炎药物中的应用。【摘要】 一种祖师麻抗类风湿关节炎的有效组分群,其活性成分为总香豆素和总皂苷,按一定重量配比所制成;其制法为:将祖师麻药材粉碎成粗粉,先用醇提,醇提液回收醇 后,加水分散,再分别先后用两种有机溶剂萃取、回收、浓缩,先得到a萃取物(二萜类成分),再得到b萃取物(总香豆素成分);弃去a萃取物(二萜类成分),将b萃取物萃取 后的药液上大孔吸附树脂柱,用乙醇洗脱,回收乙醇,浓缩得c提取物(总皂苷成分);将总香豆素成分和总皂苷成分按一定重量配比混合制成。本发明的祖师麻有效组分   群,制备工艺简单、易操作,不需高温、高压设备,成本低,去除有毒的二萜类成分,降低了毒性,提高了安全性,药理试验结果表明本发明有效组分群治疗类风湿关节炎 效果显著优于单一组分总香豆素。  
南京中医药大学 2021-04-13
一种治疗冠心病的中药复方及其制备方法与应用
【发 明 人】严冬;钱玉良【技术领域】本发明涉及一种中药复方,具体涉及一种具有治疗冠心病作用的中药复方,本发明还涉及该中药复方在制备治疗冠心病中的应用。【摘要】本发明公开了一种治疗冠心病的中药复方及其制备方法与应用,该中药复方由下列重量份数的原料组成:麦冬6~60份、山茱萸3~15份、水蛭3~20份、红景天6~60份、银杏叶6~60份、虎杖6~60份。本发明提供的中药复方,根据中医药理论,采用辨证论治的理论进行中药配比组方,药理实验结果表明,本发明提供的中药复方具有很好的补养心肾,清热活血,化瘀通络作用,现代药理研究表明其具有较强的提高心肌携氧能力,扩冠,抗凝,抗炎,降脂等作用,从而能够抗心肌缺血,缓解冠心病心绞痛;抗动脉硬化,预防血栓形成的功效。且本发明提供的中药复方不良反应低,可用于冠心病的治疗。 
南京中医药大学 2021-04-13
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