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基于Lü系统的移动机器人完成特殊情况下全覆盖路径规划的参数值选择策略 Research Article

李彩虹1,刘聪1,宋勇2,梁振英1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第2期页码 231-244 doi: 10.1631/FITEE.2200211

摘要：针对移动机器人完成特殊情况下的全覆盖路径规划（complete coverage path planning, CCPP）任务，基于Lü系统，提出一种构造混沌机器人的系统参数值综合选择策略，以满足特殊任务下遍历轨迹高随机性和高覆盖率的需求首先利用混沌系统必为耗散系统的特点，大致确定Lü系统成为耗散系统的参数取值范围；然后计算耗散系统下的李雅普诺夫指数谱，缩小系统参数的取值范围；其次画出这些参数下的相平面，大致判断其轨迹的拓扑分布特性；进一步在好的参数取值里，计算每个参数下变量的皮尔逊相关系数，判断每个变量的随机特性。最后，在所确定参数值下，利用其中的变量构造混沌机器人，并仿真测试了覆盖率，研究覆盖率和变量随机特性之间的关系。上述综合选择策略根据覆盖轨迹混沌性和随机性的要求，逐渐缩小了系统参数的取值范围。与使用一组固定的经典参数值的Lü系统相比，经过综合方法选择参数值的系统，能挑选出李雅普诺夫指数大的变量来构造混沌机器人，从而使覆盖轨迹的随机性能更高。

关键词：混沌移动机器人；Lü系统；全覆盖路径规划；参数值选择策略；李雅普诺夫指数；皮尔逊相关系数

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特殊任务下基于Arnold系统的移动机器人全覆盖路径规划 Regular Article

Cai-hong Li, Chun Fang, Feng-ying Wang, Bin Xia, Yong Song,lich@sdut.edu.cn

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第11期页码 1530-1542 doi: 10.1631/FITEE.1800616

摘要：基于Arnold动力学系统，提出一种压缩变换方法进行特殊任务下的移动机器人全覆盖路径规划。首先，将Arnold系统中的z变量与机器人运动学方程结合，构造混沌机器人。其次，利用混沌机器人中能够产生较高覆盖率的初始值构造候选集。然后，根据设计的收缩变换方法将轨迹收缩到机器人当前位置，形成连续全覆盖轨迹，以执行特殊任务。与传统方法相比，该算法不需要对给定工作场所的边界进行避障，具有较高覆盖率，且产生的覆盖轨迹混沌特性基本不变，使机器人能够以全覆盖、随机或不可预测的规划路径完成特殊任务。

关键词：混沌机器人；Arnold动力学系统；压缩变换；全覆盖遍历路径；候选集

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移动机器人障碍躲避的最佳路径

郭戈

《中国工程科学》 2003年第5卷第5期页码 70-75

摘要：

提出一种以障碍物和机器人位置和速度等信息为基础的障碍躲避方法，重点探讨了确定性环境下障碍躲避和转弯过程中机器人应遵循的合理路径问题，并通过证明指出了给定环境条件下实现转弯和障碍躲避的最佳路径。

关键词：移动机器人超声波传感器障碍躲避路径规划最佳路径

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特殊任务下基于Chebychev映射的移动机器人 Article

Cai-hong LI, Yong SONG, Feng-ying WANG, Zhi-qiang WANG, Yi-bin LI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2017年第18卷第9期页码 1305-1319 doi: 10.1631/FITEE.1601253

摘要：本文提出一种在特殊任务下基于Chebychev映射的移动机器人混沌全覆盖路径规划器的设计新策略。所设计的混沌路径规划器包含一个二维的Chebychev映射，该映射由两个一维的Chebychev映射构建而成。对规划器所产生的时间序列，进行反正弦变换，可以改善系统的混沌特性和均匀分布特性，从而提高机器人在完成特殊任务时的覆盖率和随机特性。通过仿射变换，Chebychev混沌系统映射到机器人工作空间的可行区域内，然后设计有障碍物环境下全覆盖路径规划的通用方法。仿真结果显示，所设计的混沌路径规划器在可行空间能够安全运行，不需要设计避障算法。所设计策略能够满足特殊任务下随机性、遍历性和高效率的需求。

关键词：移动机器人；Chebychev映射；混沌；仿射变换；全覆盖路径规划

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移动机器人运动规划研究综述

刘华军,杨静宇,陆建峰,唐振民,赵春霞,成伟明

《中国工程科学》 2006年第8卷第1期页码 85-94

摘要：

机器人运动规划是移动机器人导航的核心技术之一。40多年来，运动规划技术发展迅速，涌现出了许多规划算法，但因为环境描述方式差异巨大，技术差别大，实验比较难度较大。在总结机器人发展史上具有典型意义的规划算法的基础上，提出了路径规划算法的评价标准和形式化描述方式，介绍了每种算法的原理或技术，从搜索策略和环境建模的角度将它们分为四大类，分别是基于自由空间几何构造的规划算法、前向图搜索算法、基于随机采样的运动规划算法以及智能化规划算法，并按照提出的标准比较它们的性能。

关键词：移动机器人运动规划机器人导航几何构造空间搜索随机采样人工智能

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基于势场导向权的改进机器人路径规划免疫算法

王孙安,吴灿阳

《中国工程科学》 2013年第15卷第1期页码 73-78

摘要：

为了解决复杂环境中移动机器人的路径规划问题，结合人工势场法计算量小的特性和人工免疫网络的自适应调节能力，提出了一种改进的路径规划免疫算法。为了提高免疫网络的搜索能力以及免疫网络的收敛性，将人工势场法的规划结果作为先验知识构建了导向权，同时将抗体命令清晰度和抗体转移后的距离变化作为变量，构建了新的抗体转移概率算子。仿真结果表明，与其他算法相比，新算法在最优规划能力和网络收敛性能方面都有明显提高。

关键词：免疫网络人工势场移动机器人路径规划

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基于自适应网络模糊推理系统的移动机器人导航控制器 Research Article

Panati SUBBASH, Kil To CHONG

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第2期页码 141-151 doi: 10.1631/FITEE.1700206

摘要：在障碍物高度杂乱的未知环境中自主导航是移动机器人研究的一个基本问题。提出一种基于自适应网络模糊推理系统（ANFIS）的差分驱动移动机器人导航控制器，用超声波传感器捕捉移动机器人周围的环境信息。在移动机器人导航过程中，考虑到环境噪声对传感器读数的影响，将加性高斯白噪声添加到传感器读数中并反馈给已训练的ANFIS控制器。在3种不同环境下对移动机器人进行导航，评价该导航控制器的鲁棒性。通过与已有移动机器人导航控制器（如神经网络、模糊逻辑）比较行程长度、行程效率、弯曲能量，验证ANFIS控制器性能。

关键词：自适应网络模糊推理系统；加性高斯白噪声；自主导航；移动机器人

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一种新型变尺寸多移动机器人的运动协同方法 Research Article

邢子超,汪星恺,王硕,吴维敏,胡瑞芬

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第4期页码 521-535 doi: 10.1631/FITEE.2200160

摘要：多移动机器人系统（MMRS）广泛用于制造业和仓储等工业场景的运输。在MMRS中，碰撞和死锁可能导致财产损失或系统停滞，因此运动协同十分重要。然而，在一些场景中，机器人尺寸在载货和未载货时是不同的，即机器人尺寸是变化的，这使得运动协同更具挑战性。基于区域控制的方法首先需要将环境划分为不相交区域，然后通过区域的分配静态或动态地进行运动协同。但是，这种基于区域控制的方法对于变尺寸机器人不够精确，降低系统效率。因此，提出一种基于粘连节点的运动协调方法，可基于路线图和机器人实时路径动态避免碰撞和死锁。

关键词：多移动机器人系统；碰撞避免；死锁避免；粘连节点；运动协同

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一种直观的一般秩相关系数 Research Articles

Divya PANDOVE, Shivani GOEL, Rinkle RANI

《信息与电子工程前沿（英文）》 2018年第19卷第6期页码 699-711 doi: 10.1631/FITEE.1601549

摘要：相关分析是研究数据模式和预测的有效机制。在看似无关的数据中建立相关性可得到许多有趣发现。提出一种算法，用于量化相关性理论并得出一个直观且更精确的相关系数。为计算配对值之间相关性，提出一项预测指标，称为一般秩相关系数。其满足预测指标的5个基本标准：样本规模的独立性、数值介于−1与1之间、测量单调性程度、对异常值不敏感性、直观演示。同时，展示了所提方程的数学推导过程，并与斯皮尔曼等级相关系数比较。结果表明，该指标在所有预测度量标准上均优于现存指标。

关键词：一般秩相关系数；多变量分析；预测指标；斯皮尔曼等级相关系数

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长走廊环境下视觉特征辅助的移动机器人定位研究 Research Article

葛耿育1,3,张毅2,王维1,胡立鹤1,王洋1,蒋勤1

《信息与电子工程前沿（英文）》 2023年第24卷第6期页码 876-889 doi: 10.1631/FITEE.2200208

摘要：定位在移动机器人导航系统中起着至关重要的作用，是自主移动的基本能力。在室内环境中，当前主流的定位方案使用2D激光雷达，利用即时定位和建图（SLAM）技术来构建占据栅格地图；然后，基于已知的地图来定位。为解决这一问题，本文提出一种从粗到细的模式，该模式使用视觉特征辅助长走廊中的移动机器人定位。首先，移动机器人被远程控制，沿着中线从起始位置移动到终点。在移动过程中，使用基于激光的SLAM方法建图。同时，根据关键帧选择策略创建关键帧图像组成的视觉地图。关键帧通过时间戳与机器人的姿势相关联。其次，基于提取的激光扫描距离特征，提出一种移动策略，确定初始粗略位置。这对于移动机器人来说至关重要，因为它给出了机器人需要移动到哪里才能调整姿势的指令。然后，移动机器人根据移动策略以适当的视角捕捉图像，并将其与图像地图进行匹配，以获得粗略的定位。定位成功率达98.8%，平均移动距离仅0.31米。此外，当移动机器人被绑架到走廊中的另一个位置时，该方法依然有效。

关键词：移动机器人；定位；即时定位和建图（SLAM）；走廊环境；粒子滤波；视觉特征

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A-STC：一种基于拍卖的多机器人协同螺旋生成树覆盖运动规划方法 Research Article

Guan-qiang GAO, Bin XIN

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第1期页码 18-31 doi: 10.1631/FITEE.1800551

摘要：多机器人覆盖运动规划问题是多机器人领域常见问题，要求任务区域内每个点都被机器人传感器或者执行器覆盖一次。提出一种新的有效离线运动规划方法，即基于拍卖的螺旋生成树覆盖（A-STC）算法，解决多机器人覆盖运动规划问题。首先，将布局空间分解为机器人最小覆盖半径两倍的大栅格。基于大栅格之间的连通关系，生成一个无向连接图。机器人可利用巡航无向图中的生成树得到覆盖的运动轨迹。其次，A-STC算法采用拍卖机制构造每个机器人的生成树。在该拍卖机制下，每个机器人都可成为拍卖机器人和竞价机器人。拍卖机器人通过启发式规则从自身生成树的邻居节点中选择一个节点作为拍卖物品。竞价机器人根据拍卖节点的连通关系和运动轨迹的估计长度确定竞标价格。最高出价的竞价机器人被选为中标机器人。拍卖过程后，可接受的覆盖运动轨迹可被快速规划生成。计算实验证明了A-STC算法和运动轨迹估计方法的有效性。

关键词：覆盖运动规划；多机器人系统；拍卖算法；螺旋生成树覆盖算法

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智能家居环境中基于移动机器人的失物搜索 Research Articles

Qi WANG, Zhen FAN, Wei-hua SHENG, Sen-lin ZHANG, Mei-qin LIU

《信息与电子工程前沿（英文）》 2019年第20卷第8期页码 1036-1048 doi: 10.1631/FITEE.1800275

摘要：智能家居可提供补充信息以帮助家居服务机器人。本文利用智能家居环境中机器人所获取的历史轨迹数据，提出一种机器人失物搜索（MIF）系统。首先，提出一种多传感器融合方法定位和跟踪用户。其次，利用人物历史轨迹所包含的知识，提出一种路径规划方法生成机器人搜索路径。再次，应用一种基于卷积神经网络的实时物体检测单元检测目标丢失物品。基于搭建的智能家居测试平台进行MIF系统相关实验。

关键词：家居服务机器人；智能家居；异质传感器；机器人自主失物搜索

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基于神经网络的固定时间约束下外骨骼机器人加速度重构方法 Research

薛涛1,王子威1,张涛1,白鸥2,张萌3,韩斌4

《信息与电子工程前沿（英文）》 2020年第21卷第5期页码 649-808 doi: 10.1631/FITEE.1900418

摘要：精准的加速度信号采集对机械外骨骼系统十分重要，但其难以通过传感器系统直接测量。现有基于重构算法的加速度获取方法能够保证重构误差的有限时间收敛和扰动抑制，但忽略了误差约束和初始状态无关方法。在该算法中，提出一种新型指数型障碍李雅普诺夫函数处理误差约束问题，该函数提供一种统一简洁的李雅普诺夫稳定性证明模板。与此同时，设计一种分数阶滑模控制律，以实现固定时间收敛；为进一步提升系统鲁棒性，使用自适应权重矩阵构建的径向基神经网络近似和消除完全未知的扰动。值得注意的是，该框架下误差的收敛时间与初始状态以及扰动无关，只取决于预设参数，并且重构误差始终位于预定义的界内。数值仿真实验和人体实验结果验证了本文方法的优点以及在实际场景中的鲁棒性。

关键词：加速度重构；固定时间收敛；约束控制；障碍李雅普诺夫函数；初始状态无关方法；外骨骼机器人

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基于人工免疫算法的SVG电压外环控制器控制策略

杨建宁,孙玉坤,李自成,孙运全

《中国工程科学》 2007年第9卷第10期页码 30-35

摘要：

针对高维非线性电力系统复杂的控制对象，在静止无功发生器（SVG）的电压偏差-无功的控制方法上，采用人体免疫系统维持自身功能正常的机理，以稳定电力系统工作状态,提出基于人工免疫算法的SVG外环控制器控制策略。研究中识别电力系统中相应抗原物质的电压变动因素，细胞激活生成过程的模糊建模，运用Mamdani模糊推理和重心中心解模糊方法，得到内环控制所需要的无功参考值指令。结果表明，所提出的仿生免疫机理的控制方案对于SVG中动态无功调节过程和对电力系统稳定性的控制作用是有效的。

关键词：电力系统静止无功发生器类人体免疫反应模型李雅普诺夫能量函数

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磁控微型机器人的选择性与独立控制——综述 Review

王敏, 吴天一, 刘锐, 张焯然, 刘军

《工程（英文）》 2023年第24卷第5期页码 21-38 doi: 10.1016/j.eng.2023.02.011

摘要：

磁驱动方法具有无线连接和高安全性的特点，是一种常见的微型机器人驱动技术，适用于微流体操作以及医疗微型机器人导航等应用。然而，由于微型机器人或被驱动的目标暴露在同一片磁场环境中，使得选择性地控制单个机器人或多个目标中的某一部分变得具有挑战性。本文回顾了磁场驱动的多微型机器人或多关节微型机器人系统的选择性和独立控制方法的最新进展。这些选择性和独立的控制方法将全局磁场解码为特定配置，用于多个微型机器人的独立驱动。这些方法包括将机器人设计成具有与众不同的物理属性或者在工作空间中的不同位置产生性质各异的磁场。对选定目标的独立控制使多个微型机器人能够有效协作以完成更复杂的操作。本文从一个独特的视角来解释如何在磁场中操纵单个微型机器人以在小尺度机器人中实现高水平的群体智能，这有助于加速微型机器人技术在现实生活中应用的转化和发展。