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水下机械手研究进展
1
作者 肖华平 李翰林 刘书海 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2026年第1期99-116,共18页
从驱动方式的角度综述水下机械手的发展现状,讨论动力学建模、运动控制及自主智能化在水下机械手作业中的关键作用,分析末端执行器从刚性向柔性演化的趋势,总结现有水下机械手在结构设计、动力学模型、自主智能控制等方面存在的问题.动... 从驱动方式的角度综述水下机械手的发展现状,讨论动力学建模、运动控制及自主智能化在水下机械手作业中的关键作用,分析末端执行器从刚性向柔性演化的趋势,总结现有水下机械手在结构设计、动力学模型、自主智能控制等方面存在的问题.动力学建模、运动控制及自主智能技术作为实现水下机械手作业的关键技术,旨在应对作业环境的复杂性和不确定性.具有自主作业与精确运动控制能力的智能水下机械手在现代海洋工程、深海探索以及海洋资源开发中展现出广阔的应用前景. 展开更多
关键词 水下机械手 驱动方式 动力学模型 运动控制 自主智能化 末端执行器
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基于内窥镜视觉的机器人辅助手术中力估计方法
2
作者 邢元 王建敏 +3 位作者 马剑雄 唐吉思 马志康 史靖 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2026年第1期99-110,共12页
在机器人辅助微创手术中,精确的力反馈对于提高手术操作的安全性与质量至关重要.然而,现有的解决方案在实际应用场景中仍面临着如小型化、精准化和普适性等多重挑战,限制了其在复杂临床场景中的广泛应用.因此,如何实现高精度、低成本且... 在机器人辅助微创手术中,精确的力反馈对于提高手术操作的安全性与质量至关重要.然而,现有的解决方案在实际应用场景中仍面临着如小型化、精准化和普适性等多重挑战,限制了其在复杂临床场景中的广泛应用.因此,如何实现高精度、低成本且适用于多种组织类型的力估计成为研究重点.为此,基于手术机器人配备的内窥镜系统,构建了包含多种材料和丰富力学信息数据集,并提出了结合注意力机制的深度学习模型,以优化内窥镜视觉信息的特征提取,从而提升力估计的准确性和鲁棒性.模型以材料变形的内窥镜图像作为输入,结合卷积神经网络的特征提取能力和循环神经网络的时序建模能力,实现对手术器械与组织之间交互力的精确估计.此外,为进一步探究注意力机制在力估计任务中的作用和优化策略,提出了3种不同的注意力模块引入方案.实验结果表明:采用DenseNet-BiLSTM结构并引入SENet模块的模型在3种材料上取得了最佳性能,显著提升了模型的整体表现;同时,注意力模块的位置对不同组织材料的力估计效果具有差异性影响.研究验证了基于内窥镜视觉的深度学习方法在精确估计手术过程中器械与组织间的交互力方面的有效性和可行性,为未来机器人辅助微创手术系统的发展和优化提供了新的方向与理论依据. 展开更多
关键词 机器人辅助微创手术 视觉反馈 交互力估计 注意力机制 深度学习
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基于FPGA的DDPG算法硬件映射解析与机器人运动技能学习
3
作者 朱晓庆 毕兰越 +5 位作者 宫婉儒 吴通 李钟军 吴杜兴 张川 杨晓蓬 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2026年第1期24-34,共11页
为研究神经网络和强化学习算法与高等动物进化原理之间的联系,本文结合深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)算法构建了一套可观测、可解释的轮足机器人自主运动控制系统。首先在FPGA(field-programmable gate ... 为研究神经网络和强化学习算法与高等动物进化原理之间的联系,本文结合深度确定性策略梯度(deep deterministic policy gradient,DDPG)算法构建了一套可观测、可解释的轮足机器人自主运动控制系统。首先在FPGA(field-programmable gate arrays)上部署Actor-Critic神经网络,并设计了一套FPGA-ARM机器人控制系统,通过实时导出网络权值激活信号并生成权值热力图,以可视化展示策略演化过程。实验表明,该方案单步计算时延缩减至28μs,5000步内完成收敛。同时,权值热力图揭示了策略在初期、中期及后期3个阶段的动态演化,定性分析表明,非关注区域对整体策略影响微弱、资源利用更趋优化。本文提出的硬件-算法协同框架为强化学习“黑箱”可观测性研究提供了新范式,展示了FPGA在嵌入式机器人控制中兼具低延迟、高并行和低功耗的独特优势,为多智能体协作与异构平台下的实时技能学习与硬件加速提供了潜在应用前景。 展开更多
关键词 机器人 学习机理解析 技能学习 FPGA 强化学习
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基于模仿学习的滑动转向移动机器人脱困方法研究
4
作者 毕松 丁赟 《农机化研究》 北大核心 2026年第2期199-208,251,共11页
滑动转向移动机器人因其结构简单紧凑、运行稳定和制造成本低的优势在农业移动机器人领域备受欢迎。户外果园中存在大量局部地形起伏的路面,当滑动转向移动机器人在其中行走时会出现部分轮胎脱地现象;当滑动转向移动机器人在轮胎脱地时... 滑动转向移动机器人因其结构简单紧凑、运行稳定和制造成本低的优势在农业移动机器人领域备受欢迎。户外果园中存在大量局部地形起伏的路面,当滑动转向移动机器人在其中行走时会出现部分轮胎脱地现象;当滑动转向移动机器人在轮胎脱地时进行转向过程中会进入受困状态。因此,从滑动转向移动机器人受困机理和脱困控制的角度出发,研究了基于本体感知和生成对抗模仿学习的滑动转向移动机器人异常检测和脱困控制方法;在Unity引擎中搭建了户外局部地形起伏的仿真环境,并对实际滑动转向移动机器人进行了动力学仿真;设计了滑动转向移动机器人的状态空间、动作空间和用于生成模仿学习的脱困专家策略,实现了滑动转向移动机器人的自主脱困和路径跟踪。滑动转向移动机器人的脱困控制试验表明,结合LSTM模型的模仿者策略最终脱困成功率为62%。根据模仿者策略在路径跟踪时的轨迹与实时运行数据可知,其具备在脱困后实现原有路径跟踪的能力。 展开更多
关键词 滑动转向移动机器人 脱困控制 生成对抗模仿学习 受困检测 本体感知
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农业仓储潜入式AMR减振系统优化设计
5
作者 戚得众 丁璐 +2 位作者 袁丽峰 吴云志 孙强 《中国农机化学报》 北大核心 2026年第1期295-301,共7页
采用SLAM激光雷达导航的潜入式自主移动机器人AMR已应用于农业仓储领域,为实现更好的自主导航需采用对角双激光雷达,而双激光雷达在信息耦合过程中,车体振动会造成导航定位失败。为解决这一问题,需对潜入式AMR的机械结构进行优化设计。... 采用SLAM激光雷达导航的潜入式自主移动机器人AMR已应用于农业仓储领域,为实现更好的自主导航需采用对角双激光雷达,而双激光雷达在信息耦合过程中,车体振动会造成导航定位失败。为解决这一问题,需对潜入式AMR的机械结构进行优化设计。首先设计一种减振驱动单元,并建立该结构力学模型,同时构建AMR工作路面模型。然后利用Adams与Abaqus软件对优化前后AMR结构进行刚柔耦合动力学仿真,仿真结果表明:优化后AMR相比优化前AMR在A、B级路面上Z向加速度均方差优化率分别为36.9%、55.1%,在障碍路面也有较高优化率。最后通过试验验证该设计结构减振性能的有效性,并满足潜入式AMR雷达激光导航及其他性能要求。 展开更多
关键词 农业仓储 潜入式AMR 减振驱动单元 刚柔耦合 动力学
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基于双层模糊控制与改进遗传算法的移动机器人路径规划算法
6
作者 田敏 吴晓枫 《计算机应用研究》 北大核心 2026年第1期183-190,共8页
为提升移动机器人在复杂道路环境下执行多任务时的路径安全性与规划效率,提出了一种结合双层模糊控制系统和改进遗传算法的方法,以应对移动机器人路径规划中复杂道路环境与多元化任务安全性的挑战。该方法首先构建了一个基于专家系统的... 为提升移动机器人在复杂道路环境下执行多任务时的路径安全性与规划效率,提出了一种结合双层模糊控制系统和改进遗传算法的方法,以应对移动机器人路径规划中复杂道路环境与多元化任务安全性的挑战。该方法首先构建了一个基于专家系统的双层模糊控制系统:第一层将复杂路况和障碍物转换为道路安全度等级,第二层结合任务安全等级生成遗传算法的适应度权重。通过引入道路安全因素优化遗传算法的适应度函数模型,增强路径规划的安全性。算法实现上,采用伯努利混沌映射、Gaussian算子和Symmetrical Sigmoid算子优化选择、交叉、变异操作,提升了全局搜索能力和效率。实验表明,该方法相较于其他算法,路径距离最大减少5.9%,转弯次数最大减少85.7%,且在多种对比实验中表现出优异的普适性和鲁棒性,有效解决了复杂道路环境与任务安全需求之间的关系。 展开更多
关键词 改进遗传算法 路径规划 双层模糊控制系统 移动机器人
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自驱动关节臂坐标测量机双关节模组误差分析与建模
7
作者 杨洪涛 李天增 +3 位作者 沈梅 柯源 梁志平 王龙 《煤矿机械》 2026年第1期88-93,共6页
双关节模组是由2个单关节模组进行集成改进得到的,其误差相互耦合并具有相关性。现有的关节模组误差模型无法直接应用于双关节模组的误差建模。因此,根据设计的双关节模组的结构组成和工作原理,并结合实际工况建立了双关节模组测量模型... 双关节模组是由2个单关节模组进行集成改进得到的,其误差相互耦合并具有相关性。现有的关节模组误差模型无法直接应用于双关节模组的误差建模。因此,根据设计的双关节模组的结构组成和工作原理,并结合实际工况建立了双关节模组测量模型。分析双关节模组的动静态误差来源及误差之间相关性影响,建立双关节模组等效杆长误差模型、转角误差模型和相关性误差模型,分别对等效杆长误差、相关性误差进行理论计算与静态仿真。理论与仿真对比结果表明,双关节模组等效杆长误差为0.88%,最大相关弯曲误差和最大相关扭转误差分别相差0.86%和2.9%。搭建了双关节模组转角误差标定实验平台,实验结果表明,转角误差的仿真与实验结果均呈周期性变化趋势,实验误差范围为[43.29″,91.86″],为后续误差补偿提供了理论依据。 展开更多
关键词 双关节模组 误差源分析 等效杆长误差 综合转角误差 相关性误差
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基于工业机器人的宜宾燃面自动化加工程序设计
8
作者 沈涛 串俊刚 刘永兴 《科技风》 2026年第2期1-3,共3页
宜宾燃面作为四川宜宾地方传统的非遗食品,其生产工艺受传统习惯限制,存在生产效率低、人工成本高及产品质量不稳定等问题。本研究通过深入分析宜宾燃面的生产现状,对原料配比及搅拌控制、成型精度控制、烘干参数控制、切割精度及效率... 宜宾燃面作为四川宜宾地方传统的非遗食品,其生产工艺受传统习惯限制,存在生产效率低、人工成本高及产品质量不稳定等问题。本研究通过深入分析宜宾燃面的生产现状,对原料配比及搅拌控制、成型精度控制、烘干参数控制、切割精度及效率控制进行深入分析,提出引入工业机器人技术对宜宾燃面生产设备进行自动化改造,运用Python技术对机器人程序进行设计,实现燃面生产流程的智能化与精准控制,对传统食品自动化与智能化生产设备研制具有一定指导意义。 展开更多
关键词 工业机器人 燃面生产 自动化改造 精准控制 生产效率
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轮式爬杆机器人结构设计与分析
9
作者 庞然 解南枫 李荣 《煤矿机械》 2026年第1期132-137,共6页
针对油气管道、桥梁拉索等杆状设施人工高空检测风险高、效率低的问题,设计一种具备越障能力与直径适应性的轮式爬杆机器人。该机器人采用周向均匀布置的4组爬行机构,搭配可调弹性压紧机构,通过调整压紧臂转角(10°~30°)实现φ... 针对油气管道、桥梁拉索等杆状设施人工高空检测风险高、效率低的问题,设计一种具备越障能力与直径适应性的轮式爬杆机器人。该机器人采用周向均匀布置的4组爬行机构,搭配可调弹性压紧机构,通过调整压紧臂转角(10°~30°)实现φ60~200 mm杆径适配,驱动轮借助2个自由度完成杆体表面缺陷越障,同时提升负载能力(可搭载15 kg检测设备)与爬行稳定性。基于ABAQUS建立有限元模型,分别进行了静力学及模态分析,结果表明所设计结构强度满足需求;模态分析结果表明,其前6阶固有频率为0~0.759 Hz,与杆体1~3 Hz振动频率无交集,可有效避免共振。该机器人可替代人工完成杆状设施检测,显著提升作业效率与安全性,为能源、基建领域杆状设施维护提供技术支撑。 展开更多
关键词 爬杆机器人 越障能力 静力分析 模态分析
原文传递
面向柔性生产的工业机器人自适应控制技术
10
作者 陈宏 蒋蓓 +1 位作者 毛伟 张海龙 《中国科技信息》 2026年第1期169-171,共3页
1背景.在制造业迈入智能化发展阶段后,构建快速响应“多品种、小批量”生产任务的柔性生产体系成为现代制造业转型升级的主要途径。工业机器人是智能制造的主要执行单元,在柔性生产中需要应对和满足高效、精密与可预测性等诸多生产要求... 1背景.在制造业迈入智能化发展阶段后,构建快速响应“多品种、小批量”生产任务的柔性生产体系成为现代制造业转型升级的主要途径。工业机器人是智能制造的主要执行单元,在柔性生产中需要应对和满足高效、精密与可预测性等诸多生产要求,因此机器人的设计也必须具备高度环境感知、自主决策能力与良好的抗干扰能力。研究也将基于此点,深入剖析面向柔性生产的工业机器人自适应控制技术的内涵、要点及控制策略,以便为推动制造业的智能化升级提供理论参考与技术支撑。 展开更多
关键词 工业机器人 自适应控制技术 柔性生产
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基于改进APF-RRT的采摘机械臂运动路径规划
11
作者 贾通 潘星宇 +3 位作者 钱振东 路红 李佩娟 张文 《农机化研究》 北大核心 2026年第2期173-182,共10页
在农业自动化快速发展的背景下,机械臂作为果园智能采摘作业的核心设备,其路径规划能力直接影响作业效率。然而果园环境复杂,传统人工势场法(APF)、快速随机搜索树(RRT)等路径规划算法在避障能力与运动平滑等方面仍存在一定不足,难以满... 在农业自动化快速发展的背景下,机械臂作为果园智能采摘作业的核心设备,其路径规划能力直接影响作业效率。然而果园环境复杂,传统人工势场法(APF)、快速随机搜索树(RRT)等路径规划算法在避障能力与运动平滑等方面仍存在一定不足,难以满足高效、安全的采摘需求。针对上述问题,提出了一种基于改进APF-RRT的路径规划算法。通过人工势场引导目标采样方向,增强路径趋近性,并引入非线性斥力场模型平滑势能分布,缓解斥力突变导致的局部震荡;同时,设计了基于最小障碍距离的动态步长策略,自适应调整采样粒度,以兼顾搜索效率和避障精度;通过障碍可行性检测方法去除冗余节点,结合三次B样条曲线实现路径平滑处理,提升路径连续性与执行稳定性。试验表明:在二维空间环境下,改进APF-RRT算法较RRT与APF-RRT算法分别缩短耗时78.75%、58.99%,路径长度减少16.88%、5.93%;在三维空间环境下,耗时缩短88.85%、65.20%,路径长度减少19.60%、5.61%;在机械臂仿真环境中,改进算法生成的路径更加平滑,转折点数量减少。研究结果验证了改进APF-RRT算法在复杂果园下具备良好的全局搜索与避障能力,以及较好的有效性与稳定性。 展开更多
关键词 采摘机械臂 路径规划 人工势场法 快速随机搜索树 改进APF-RRT算法 避障
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改进浣熊优化算法的移动机器人路径规划
12
作者 王玉杰 刘杰 +3 位作者 杨靖 覃涛 郭元萍 颜非亚 《电光与控制》 北大核心 2026年第1期98-105,共8页
针对浣熊优化算法种群质量下降、优化精度低等缺陷,提出一种混合策略改进的浣熊优化算法(ICOA)。首先,利用改进的Tent混沌使种群分布更加均匀,提高种群的随机性和遍历性;其次,引入非线性收敛因子调整全局搜索和局部开发的权重,加快算法... 针对浣熊优化算法种群质量下降、优化精度低等缺陷,提出一种混合策略改进的浣熊优化算法(ICOA)。首先,利用改进的Tent混沌使种群分布更加均匀,提高种群的随机性和遍历性;其次,引入非线性收敛因子调整全局搜索和局部开发的权重,加快算法收敛速度;然后,引入樽海鞘群算法的领导者机制,增强算法的全局寻优能力;随后,应用透镜成像原理的折射反向学习策略生成反向解,避免算法陷入停滞,将ICOA在6个经典基准函数上进行测试,结果显示,ICOA在寻优能力和收敛速度方面有明显提高;最后,将ICOA用于求解机器人路径规划问题。结果表明,ICOA具备更强的寻径能力,相较对比算法SIPSO、ECOA和COA在20×20和40×40栅格地图中的平均路径长度分别缩短了7.67%、5.34%、6.65%和4.05%、7.40%、5.71%。 展开更多
关键词 路径规划 移动机器人 浣熊优化算法 Tent混沌 透镜成像
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四轮电驱动水田除草机器人运动建模与路径跟踪控制
13
作者 肖扬帆 李彦明 +2 位作者 刘子翔 贡亮 刘成良 《农机化研究》 北大核心 2026年第2期165-172,182,共9页
目前,我国水稻生产正在实现全程机械化、智能化,而除草机械和除草机器人的缺乏却成为其短板。为此,基于水田环境的特点,设计了一种四轮独立电驱动高地隙水田除草机器人。针对机器人特殊的前轮差速转向方式控制问题,建立了运动学模型,根... 目前,我国水稻生产正在实现全程机械化、智能化,而除草机械和除草机器人的缺乏却成为其短板。为此,基于水田环境的特点,设计了一种四轮独立电驱动高地隙水田除草机器人。针对机器人特殊的前轮差速转向方式控制问题,建立了运动学模型,根据模型提出了一种四轮独立驱动差速转向控制器,从而实现高地隙除草机器人的四轮独立驱动转向控制。针对高地隙水田除草机器人在路径跟踪过程中的精度和稳定性要求,提出了一种基于超螺旋趋近律的快速终端滑模控制算法,降低了滑模控制算法的抖振,缩短了路径跟踪收敛时间。基于李雅普诺夫判据检验了算法闭环系统的稳定性。使用MatLab/Simulink建立了除草机器人运动学仿真模型,将两种控制器结合进行系统仿真,结果表明:在初始横向偏差为-0.5 m时,调节时间约为3.5 s,且无超调。实际作业试验结果表明:采用此算法进行作业时,横向绝对偏差的平均值为0.0282 m,均方差为0.0334 m,能有效提高自主导航控制系统的稳定性和快速性。 展开更多
关键词 水田 除草机器人 路径跟踪 四轮独立驱动控制 超螺旋滑模控制
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木勺毛坯捆抓取柔性夹持器结构优化
14
作者 张加成 张森 +2 位作者 刘玉童 黄辉 赵辉 《森林工程》 北大核心 2026年第1期140-150,共11页
针对木勺模压工艺中人工浸水效率低、木勺毛坯易损的问题,设计一种面向木勺毛坯捆抓取的自适应柔性夹持器。结合有限元分析软件,开展优化试验方案的设计。提出基于超参数优化的贝叶斯优化算法(Bayesian optimization,BO)-随机森林(rando... 针对木勺模压工艺中人工浸水效率低、木勺毛坯易损的问题,设计一种面向木勺毛坯捆抓取的自适应柔性夹持器。结合有限元分析软件,开展优化试验方案的设计。提出基于超参数优化的贝叶斯优化算法(Bayesian optimization,BO)-随机森林(random forest,RF)方法(BO-RF),构建柔性夹持器应变能的回归预测模型,并运用可解释性机器学习方法(SHapley Additive exPlanations,SHAP)从全局和单个样本层面对模型进行可解释性分析。基于该预测模型,以最大上表面应变能和最小整体应变能为优化目标,应用遗传算法开展柔性夹持器的优化设计,并计算基于BO-RF模型的多目标帕累托(Pareto)前沿。仿真结果验证所提建模与优化方法的有效性和可行性。 展开更多
关键词 柔性夹持器 木勺毛坯捆 有限元分析 BO-RF随机森林 SHAP分析 遗传算法 多目标优化 应变能
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基于自适应阈值伪谱法的空间机器人轨迹优化
15
作者 倪浩 刘壮 +4 位作者 马晓龙 张欧阳 陈萌 刘健行 吴立刚 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2026年第1期1-11,共11页
为解决传统Radau伪谱法在轨迹优化求解效率与轨迹解可行性之间存在的矛盾,本文提出一种基于自适应阈值的分段升阶伪谱法,用于提升非线性优化问题的求解精度,加快收敛速度。该方法通过动态比较迭代过程中的误差矩阵极大值与标准时间步长... 为解决传统Radau伪谱法在轨迹优化求解效率与轨迹解可行性之间存在的矛盾,本文提出一种基于自适应阈值的分段升阶伪谱法,用于提升非线性优化问题的求解精度,加快收敛速度。该方法通过动态比较迭代过程中的误差矩阵极大值与标准时间步长,在误差超过自适应阈值的区间设置新分段点,并在误差小于偏差阈值的分段内增加配点数,这种策略对轨迹解的平滑/非平滑区间进行针对性优化,从而以较少的分段数和配点数达成轨迹规划目标。相比于传统Radau伪谱法,自适应分段升阶方法能够以较少迭代轮次收敛到期望结果,实现数值精度与求解效率的有效平衡。为验证算法性能,本研究基于自由飞行空间机器人非合作目标捕获场景进行了对比仿真实验。实验结果表明,本文提出的自适应分段升阶方法,在求解耗时和轨迹解的末端精度方面均优于对比方法,显示出更好的综合表现。 展开更多
关键词 自由飞行空间机器人 轨迹规划 最优控制 伪谱法 自适应阈值
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时空运动耦合的地空协同智能配送规划方法
16
作者 付金宇 朱红 +3 位作者 杨子澳 宋罘林 汪义睿 曹建 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2026年第1期56-64,共9页
为提升时空运动耦合约束的物流配送效率和灵活性,通过结合无人机高机动和无人车强运载能力,构建了异构空地协同智能物资配送系统。设计了一种多层级多尺度的多机物资配送轨迹规划方法(multi-layer multi-scale multi-robot transportati... 为提升时空运动耦合约束的物流配送效率和灵活性,通过结合无人机高机动和无人车强运载能力,构建了异构空地协同智能物资配送系统。设计了一种多层级多尺度的多机物资配送轨迹规划方法(multi-layer multi-scale multi-robot transportation trajectory planning,M^(3)TTP),基于改进蚁群算法与概率路线图算法相结合,以优化多目标障碍约束下的旅行商问题轨迹求解结果,实现多尺度的分层任务分配决策规划。实验结果表明,考虑实际环境中空间障碍物和动态时序约束条件,通过改进的末端启发式算法构建邻接矩阵,可以实现小尺度的已知路网信息下求解最优配送路径。提出的异构协同任务作业时间同步机制,以Dubins算法将规划的轨迹均匀离散,提高了地空配送任务中多机协同效率。设计的M^(3)TTP方法可以增强系统在时空运动耦合约束下的适应性和配送效率。 展开更多
关键词 地空异构协同 智能运输配送 轨迹规划 多层级最优 时空运动耦合约束
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信号时滞对NMPC路径跟踪系统的影响机理与消减方法
17
作者 白国星 伊力夏提·伊力哈木江 +3 位作者 王俊朋 孟宇 顾青 段孟滨 《工程科学学报》 北大核心 2026年第1期129-141,共13页
目前已有一些针对路径跟踪控制中信号时滞问题的研究工作,但这些工作大多针对某种特定的控制方法,而在路径跟踪控制方法中,非线性模型预测控制(Nonlinear model predictive control,NMPC)具有能够显式处理系统约束、便于实现多目标优化... 目前已有一些针对路径跟踪控制中信号时滞问题的研究工作,但这些工作大多针对某种特定的控制方法,而在路径跟踪控制方法中,非线性模型预测控制(Nonlinear model predictive control,NMPC)具有能够显式处理系统约束、便于实现多目标优化、能够有效利用被控对象前方参考路径信息等优势,但是针对NMPC路径跟踪控制系统中时滞问题的研究较不成熟,制约了这种控制方法的实际应用.为解决上述问题,开展了以下研究工作.首先构建了能够较好地孤立出时滞影响的类车机器人路径跟踪控制系统.接着分析了信号时滞对NMPC路径跟踪控制系统的影响机理,即时滞会导致控制器产生的控制信号不能适应类车机器人在执行控制信号时所处的位置.然后提出了基于增长NMPC预测时域的时滞影响消减方法,即在迭代周期不变的情况下,在无时滞系统较优预测步数的基础上增加二倍时滞周期比以上的整数.最后通过计算机仿真和实验验证了提出方法的有效性.仿真和实验结果表明,信号时滞对NMPC路径跟踪控制系统存在影响,未考虑时滞的NMPC控制算法能够在无时滞系统中实现高精确性路径跟踪,而在有时滞系统中控制失效.通过增长预测时域可以有效消减信号时滞的影响,在信号时滞约为0.2 s的仿真与实验系统中,基于该方法的NMPC控制器可以保证路径跟踪控制的位移误差幅值不超过0.1258 m,航向误差幅值不超过0.0583 rad. 展开更多
关键词 路径跟踪 信号时滞 预测控制 类车机器人 预测时域
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手腕运动下的动态肌电解码研究
18
作者 杨心昊 徐宝国 宋爱国 《南京信息工程大学学报》 北大核心 2026年第1期1-10,共10页
手腕是人体最灵活的部位之一,通过对表面肌电信号(Surface Electromyography,s EMG)进行分解能够有效地解码出人体运动的深层次神经驱动.目前关于手腕力矩的研究大多集中在等长收缩下,动态下的神经驱动解码依然欠缺.本文研究了手腕在不... 手腕是人体最灵活的部位之一,通过对表面肌电信号(Surface Electromyography,s EMG)进行分解能够有效地解码出人体运动的深层次神经驱动.目前关于手腕力矩的研究大多集中在等长收缩下,动态下的神经驱动解码依然欠缺.本文研究了手腕在不同阻力下运动时的运动单元(Motor Unit,MU)分解,具体来说,通过磁流变阻尼器来设置不同的阻力水平,将采集到的完整肌电信号划分成运动单元动作电位(Motor Unit Action Potential,MUAP)变化微小的短区间,再在每个短区间上使用静态分解算法来获得运动单元尖峰序列(Motor Unit Spike Train,MUST),并通过短区间的重叠部分对MU进行追踪,从而得到完整的发放序列.本文研究了在20%最大自愿收缩力(Maximum Voluntary Contraction,MVC)、40%MVC、60%MVC三种阻力下,腕部伸展和屈曲时的运动单元分解.结果表明,三种阻力下,本文的动态分解算法能够有效地从小臂肌电信号中分解出MU,随着阻力的增加,分解出的MU数目有所下降.手腕伸展过程最多能分解出10±1个MU,脉冲信噪比(Pulse-to-Noise Ratio,PNR)和轮廓系数(Silhouette Coefficient,SIL)分别能够达到19.87±1.42 d B和0.91±0.03,屈曲过程最多能分解出22±3个MU,PNR和SIL值分别能够达到20.69±2.14 dB和0.92±0.03.本研究表明不同阻力下对手腕运动的肌电信号进行神经解码是可行的,对高密度肌电的动态应用有着重要意义. 展开更多
关键词 高密度肌电 手腕运动 运动解码 动态分解 神经驱动
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基于扩散策略的血管介入手术导丝控制研究
19
作者 骆雨晟 朱利丰 宋爱国 《南京信息工程大学学报》 北大核心 2026年第1期18-25,共8页
针对血管介入手术中导丝控制任务繁重,以及现有机器人系统自动化程度不足的问题,提出一种基于扩散策略的导丝自主控制算法,来提高手术机器人执行此类欠驱动控制任务时的成功率与稳定性.首先,将导丝控制任务建模为马尔可夫决策过程;然后... 针对血管介入手术中导丝控制任务繁重,以及现有机器人系统自动化程度不足的问题,提出一种基于扩散策略的导丝自主控制算法,来提高手术机器人执行此类欠驱动控制任务时的成功率与稳定性.首先,将导丝控制任务建模为马尔可夫决策过程;然后,通过模仿学习的方法利用专家示范数据训练机器人系统,使机器人能够在不同血管环境下进行高效操作;最后,通过去噪扩散概率模型将专家控制策略建模为条件概率分布,以此根据观测状态引导控制动作的生成.在主动脉弓仿真场景中分别对左锁骨下动脉分支和头臂干动脉分支进行介入测试,并与目前已有的模仿学习方法进行效果对比,实验结果表明,提出的方法在两个任务上的得分均有显著提升,且对于超参数的设定不敏感,具有较好的训练稳定性. 展开更多
关键词 血管介入 机器人辅助手术 模仿学习 扩散策略
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作者 倪浩(文/图) 刘壮(文/图) +4 位作者 马晓龙(文/图) 张欧阳(文/图) 陈萌(文/图) 刘健行(文/图) 吴立刚(文/图) 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2026年第1期23-23,共1页
封面图片来自于本期论文“基于自适应阈值伪谱法的空间机器人轨迹优化”,生动地呈现了自由飞行空间机器人在太空微重力环境下,精准捕获一个处于非合作自旋状态的金色目标卫星的作业场景。针对传统伪谱法在求解效率与数值精度之间难以平... 封面图片来自于本期论文“基于自适应阈值伪谱法的空间机器人轨迹优化”,生动地呈现了自由飞行空间机器人在太空微重力环境下,精准捕获一个处于非合作自旋状态的金色目标卫星的作业场景。针对传统伪谱法在求解效率与数值精度之间难以平衡的问题,该论文提出了一种基于自适应阈值的分段升阶策略,通过动态监控迭代误差来优化网格配置。实验数据表明,该方法在保持高数值可行性的同时,将计算耗时大大缩短,并有良好的优化表现,可为失效卫星捕获、空间碎片清理等在轨服务任务提供重要的理论支撑与技术方案。 展开更多
关键词 自适应阈值 微重力环境 伪谱法 轨迹优化
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