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An MLP-CycleGAN-based data-driven model for soft dielectric elastomer actuators with minimal Sim2Real gap
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作者 Xiazhi HU Huangwei JI +4 位作者 Xiongfei FENG Jianing WU Kai LUO Xiangyang ZHU Feifei CHEN 《Science China(Technological Sciences)》 2025年第7期85-96,共12页
Model-guided design of dielectric elastomer actuators(DEAs)is essential for enabling their application in soft robotics.However,current modeling methods primarily rely on the finite element method(FEM),which suffers f... Model-guided design of dielectric elastomer actuators(DEAs)is essential for enabling their application in soft robotics.However,current modeling methods primarily rely on the finite element method(FEM),which suffers from low computational efficiency.Additionally,the simulation-to-reality(Sim2Real)gap,mainly arising from variations in material properties and manufacturing processes,poses a significant challenge.In this work,we propose a data-driven modeling framework aimed at accurately and rapidly predicting voltage-induced displacements while minimizing the Sim2Real gap.The framework integrates a multi-layer perceptron(MLP)model,which serves as a computationally efficient surrogate for the FEM model,and a cycle-generative adversarial network(CycleGAN)model,which mitigates the Sim2Real gap by leveraging adversarial learning to process both simulation and experimental data.Dimensional analysis is performed to extend the framework's applicability across different DEA scales.The surrogate model delivers global predictions in just 0.8 s,achieving linear coefficients of determination(R^(2))of 0.99106 for release distance prediction and 0.99375 for actuation distance prediction compared to experimental results.Our model can quickly identify the feasible range of biaxial prestretch ratios required for generating the desired deformation,thereby streamlining the design process.Finally,a soft robotic gripper is designed and fabricated,demonstrating versatile object-grasping capabilities. 展开更多
关键词 soft robotics dielectric elastomer actuators(DEAs) sim2real CycleGAN
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基于改进STN的指针式仪表图像校正方法
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作者 曲海成 张旺 田鹏飞 《计算机工程与科学》 北大核心 2025年第6期1097-1105,共9页
针对指针式仪表校正任务中存在的倾斜旋转角度过大、常规校正方法校正效果不理想等问题,提出了一种基于改进STN的指针式仪表图像校正方法。该方法利用前置网络模型ASTN-FP对仪表图像的单应性参数和指针角度进行预测,添加自适应变换层和... 针对指针式仪表校正任务中存在的倾斜旋转角度过大、常规校正方法校正效果不理想等问题,提出了一种基于改进STN的指针式仪表图像校正方法。该方法利用前置网络模型ASTN-FP对仪表图像的单应性参数和指针角度进行预测,添加自适应变换层和特征金字塔结构,增强模型对多尺度仪表处理的学习能力,提高网络性能。在训练阶段采用Sim2Real训练策略,引入合成数据集进行训练,并使用真实数据进行微调。在仪表校正阶段,将单应性变换和透视变换相结合,增强模型处理复杂变换的能力。最后在模拟和真实数据上进行了验证实验,结果表明:对比主流图像校正方法,所提方法在校正效率和平均校正时间上有了较大提升,校正后数据的识别精度为95.3%,验证了所提方法的有效性。 展开更多
关键词 仪表校正 自适应变换层 特征金字塔 sim2real 合成数据
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仿真到现实环境的自动驾驶决策技术综述
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作者 胡学敏 黄婷玉 +3 位作者 余雅澜 任佳佳 谢微 陈龙 《中国图象图形学报》 CSCD 北大核心 2024年第11期3173-3194,共22页
自动驾驶汽车作为未来交通的重要发展方向,决策技术是其进行安全高效行驶的关键。基于成本和安全性的考虑,最新的自动驾驶决策技术往往先在仿真环境中研究,再在现实世界中应用,故在自动驾驶决策领域,仿真到现实的方法能帮助自动驾驶系... 自动驾驶汽车作为未来交通的重要发展方向,决策技术是其进行安全高效行驶的关键。基于成本和安全性的考虑,最新的自动驾驶决策技术往往先在仿真环境中研究,再在现实世界中应用,故在自动驾驶决策领域,仿真到现实的方法能帮助自动驾驶系统更有效地进行学习、训练和验证。然而,仿真环境和现实环境之间的差距会在这些模型和技术转移到真实车辆时带来挑战,这种仿真到现实环境域差距的问题促使研究人员探索解决该问题的途径,并且提出各种有效的方法。本文将这些方法总结为两大类:虚实迁移和平行智能。前者通过不同方法将在模拟环境中训练的车辆决策迁移到现实环境中,以解决域差距问题;后者通过构建虚拟的人工系统和现实的物理系统,将二者进行交互、比较、学习和实验,从而解决自动驾驶决策在现实环境中的适配问题。本文首先从虚实迁移和平行智能的原理,以及自动驾驶决策领域应用的角度进行了详细综述,这也是首次从平行智能的角度来思考自动驾驶决策技术中仿真到现实环境的问题,然后总结了搭建仿真环境常用的自动驾驶模拟器,最后归纳了仿真到现实环境的自动驾驶面临的挑战和未来的发展趋势,既为自动驾驶在现实场景的应用与推广提供技术方案,也为自动驾驶研究人员提供新的想法和方向。 展开更多
关键词 自动驾驶 决策技术 域差距(RG) 虚实迁移(sim2real) 平行智能(PI)
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A Learning-based Control Framework for Fast and Accurate Manipulation of a Flexible Object
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作者 Junyi Wang Xiaofeng Xiong +1 位作者 Silvia Tolu Stanislav N.Gorb 《Journal of Bionic Engineering》 SCIE EI CSCD 2024年第4期1761-1774,共14页
This paper presents a learning-based control framework for fast(<1.5 s)and accurate manipulation of a flexible object,i.e.,whip targeting.The framework consists of a motion planner learned or optimized by an algori... This paper presents a learning-based control framework for fast(<1.5 s)and accurate manipulation of a flexible object,i.e.,whip targeting.The framework consists of a motion planner learned or optimized by an algorithm,Online Impedance Adaptation Control(OIAC),a sim2real mechanism,and a visual feedback component.The experimental results show that a soft actor-critic algorithm outperforms three Deep Reinforcement Learning(DRL),a nonlinear optimization,and a genetic algorithm in learning generalization of motion planning.It can greatly reduce average learning trials(to<20 of others)and maximize average rewards(to>3 times of others).Besides,motion tracking errors are greatly reduced to 13.29 and 22.36 of constant impedance control by the OIAC of the proposed framework.In addition,the trajectory similarity between simulated and physical whips is 89.09.The presented framework provides a new method integrating data-driven and physics-based algorithms for controlling fast and accurate arm manipulation of a flexible object. 展开更多
关键词 Deep reinforcement learning Deformable object manipulation Variable impedance control sim2real Visual tracking
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基于薄壁零件刚度仿真到真实迁移的力控制研究 被引量:2
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作者 陈鹏飞 李祥飞 +3 位作者 何显铭 蔡元昊 赵欢 丁汉 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第17期53-63,共11页
复杂薄壁零件广泛应用于航空航天领域,但由于结构复杂、壁厚较小、受载易变形,因此其加工过程中的恒力控制较为困难,导致零件加工精度难以满足要求。阻抗控制提供了一种控制恒定接触力的有效方式。然而,当零件(即环境)初始位置未知时,... 复杂薄壁零件广泛应用于航空航天领域,但由于结构复杂、壁厚较小、受载易变形,因此其加工过程中的恒力控制较为困难,导致零件加工精度难以满足要求。阻抗控制提供了一种控制恒定接触力的有效方式。然而,当零件(即环境)初始位置未知时,现有在线刚度估计方法无法保证环境刚度估计值收敛到真实值。此外,尽管可以通过离线策略精确辨识环境刚度,但力/形变数据获取过程复杂耗时。为此,提出了一种仿真到真实迁移(sim2real)的环境刚度精确估计方法。首先,利用有限元仿真获取零件不同位置的刚度值,并通过域随机化算法得到不同材料、形状零件的仿真环境刚度库。然后,采用神经网络学习仿真环境下的刚度数据,根据该结果预测真实环境中不同种类零件的刚度值。所提出的环境刚度估计方法克服了环境刚度和初始位置无法同时在线精确估计的难点,且比离线辨识策略更为简单高效。采用直线模组与悬臂梁开展试验验证,结果表明所提出的方法可以精确估计环境刚度,估计误差小于10%,利用估计刚度值进行的力跟踪误差小于±0.5 N,均优于现有基于Lyapunov的估计方法。 展开更多
关键词 薄壁零件 恒力加工 刚度估计 仿真到真实迁移
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