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面向人—机器协同的带记忆强化行为控制任务管理 Research Article

黄捷1,2,3,莫智斌1,2,3,张祯毅1,2,3,陈宇韬1,2,3

《信息与电子工程前沿(英文)》 2022年 第23卷 第8期   页码 1174-1188 doi: 10.1631/FITEE.2100280

摘要: 针对机器协同提出一种基于行为控制框架的带记忆强化任务管理(RLTS)。由于重复的人工干预,现有人—机器协同决策时间成本高、任务跟踪误差大,限制了机器系统的自主性。此外,基于空间行为控制框架的任务管理依赖手动制定优先级切换规则,难以在机器和多任务情况下实现最优行为优先级调整策略。提出一种带记忆强化任务管理基于空间行为控制框架融合深度Q-网络和长短时记忆神经网络知识,实现任务冲突时最优行为优先级调整策略以及降低人为干预频率。当机器在紧急情况下置信度不足时,所提带记忆强化任务管理会记忆人类干预历史,在遭遇相同人工干预情况时重新加载历史控制信号。仿真结果验证了该方法的有效性。最后,通过一组受外界噪声和干扰的移动机器实验,验证了所提带记忆强化任务管理在不确定现实环境中的有效性。

关键词: 机器协同基于空间行为控制任务管理强化知识    

通过行为足迹学习人类习惯的个性化服务机器 Article

李坤, Max Q.-H. Meng

《工程(英文)》 2015年 第1卷 第1期   页码 79-84 doi: 10.15302/J-ENG-2015024

摘要:

对家用的私人机器来说,个性化服务和预先设计的任务同样重要,因为机器需要根据操作者的习惯调整住宅状况。为了学习由诱因、行为和回报构成的操作者习惯,本文介绍了行为足迹,以描述操作者在家中的行为,并运用逆向增强学习技巧提取用回报函数代表的操作者习惯。本文用一个移动机器调节室内温度,来实施这个方法,并把该方法和记录操作者所有诱因和行为的基准办法相比较。结果显示,提出的方法可以使机器准确揭示操作者习惯,并相应地调节环境状况。

关键词: 个性化机器     习惯学习     行为足迹    

机器任务规划:基于PDDL和ASP的任务规划系统实验比较研究 Special Feature on Intelligent Robats

Yu-qian JIANG, Shi-qi ZHANG, Piyush KHANDELWAL, Peter STONE

《信息与电子工程前沿(英文)》 2019年 第20卷 第3期   页码 363-373 doi: 10.1631/FITEE.1800514

摘要: 面对无法用单一动作解决的复杂任务时,机器需要通过任务规划算法生成一个动作序列。现有任务规划可以帮助智能机器开发人员解决许多种类任务规划问题。本文比较了目前最先进的基于规划领域定义语言(planning domain description language, PDDL)和回答集程序(answer set programming, ASP)规划的性能PDDL是特别为任务规划而设计的动作语言,被广泛应用于各种规划问题。ASP主要用于知识推理,同时也能解决任务规划问题。针对这两种语言,本文使用尽可能相同的领域描述。实验结果表明,基于PDDL的规划善于解决需要生成较多待执行动作的问题,而基于ASP的规划更适合解决涉及对象较多的任务,或需对前提条件和后置条件做复杂推理的规划问题。针对具体机器规划问题,本文得到的结论可以帮助研究人员从通用规划系统中选择合适规划

关键词: 任务规划;机器;规划领域定义语言(PDDL);回答集程序(ASP)    

用于Aerostack空中机器框架的一种执行控制方法 None

Martin MOLINA, Alberto CAMPORREDONDO, Hriday BAVLE, Alejandro RODRIGUEZ-RAMOS, Pascual CAMPOY

《信息与电子工程前沿(英文)》 2019年 第20卷 第1期   页码 60-75 doi: 10.1631/FITEE.1800552

摘要: 执行控制机器结构设计中的关键环节,对机器终端系统质量有重要影响。描述了一种一般性的执行控制方法,用于Aerostack空中机器软件架构,并提出执行控制和设计决策中的技术挑战。所提算法有一个原创设计,结合了用于行为(如位置检测和性能监测)执行控制的分布式方法,并集中协调,以保证并行执行的一致性。实验结果表明,该方法对不同类型空中任务具有一般性和可用性,可以高效执行任务。该方法受机器操作系统标准支持,故适用性较广;此外,Aerostack框架集成了一项开源工程。因此,该方法的技术细节对开发者完全开放,开发者可自由地将其用于开发新型空中机器系统

关键词: 空中机器控制结构;行为控制;执行系统    

A-STC:一种基于拍卖的机器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: 机器覆盖运动规划问题是机器领域常见问题,要求任务区域内每个点都被机器传感或者执行覆盖一次。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,解决机器覆盖运动规划问题。首先,将布局空间分解为机器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的生成树。在该拍卖机制下,每个机器都可成为拍卖机器和竞价机器。拍卖机器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被选为中标机器。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;机器系统;拍卖算法;螺旋生成树覆盖算法    

基于自适应网络模糊推理系统的移动机器导航控制 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导航控制,用超声波传感捕捉移动机器周围的环境信息。设计了一个基于模糊逻辑的导航控制,用于获取数据集训练ANFIS控制。在移动机器导航过程中,考虑到环境噪声对传感读数的影响,将加性高斯白噪声添加到传感读数中并反馈给已训练的ANFIS控制。在3种不同环境下对移动机器进行导航,评价该导航控制的鲁棒性。通过与已有移动机器导航控制(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控制性能。仿真结果表明,与其他控制相比,ANFIS控制器具有更好性能,能够在不同环境中顺利导航且不与障碍物发生碰撞。

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    

飞行驾驶机器——一种面向有人飞行的新型无人驾驶系统 Article

金子博, 李道春, 向锦武

《工程(英文)》 2023年 第27卷 第8期   页码 242-253 doi: 10.1016/j.eng.2022.10.018

摘要:

飞行驾驶机器是一种新型的无人驾驶概念,是指通过机器系统操纵驾驶有人飞机,从而形成一种新型的无人飞行系统,充分发挥有人飞机的平台成熟度、负载能力和适航性等优点,同时显著扩展了无人飞行的应用领域本文详细讨论了飞行驾驶机器这一概念及其优点,并提出了一种面向有人直升机的直升机驾驶机器。根据直升机操纵机构的操控特点设计了驾驶机器伺服机构。对驾驶机器系统进行了运动学分析,并在此基础上建立了驾驶机器飞行控制的直接驱动方法,减少了机器伺服过程的操纵延迟和控制误差。建立了驾驶机器的配套地面站系统,实现了不同飞行模式下驾驶机器系统的功能集成。最后,设计研制了一套直升机驾驶机器样机,并将其安装在有人直升机上进行了飞行测试。测试结果表明,驾驶机器能够独立驾驶直升机实现前飞、后飞、侧飞和转弯飞行,验证了直升机驾驶机器的有效性。

关键词: 直升机     飞行驾驶机器     飞行控制     无人系统    

陆空协同模态智能机器系统发展战略研究

黄强,孟非,余张国,林德福,徐彬,朵英贤

《中国工程科学》 2021年 第23卷 第5期   页码 116-121 doi: 10.15302/J-SSCAE-2021.05.015

摘要:

陆空协同模态智能机器系统能够适应陆空环境,具有模态特征,具有高级智能,能够协同完成复杂任务。该系统在社会各领域具有广泛应用前景,是促进全球科技、社会、经济发展的新动能。本文针对发展我国陆空协同模态智能机器系统的重大需求,全面分析了该领域的国内外发展现状和我国目前存在的问题,我国的地面、空中机器及智能系统与国外存在较大差距,但是陆空协同机器系统各国都还处于起步阶段本文提出了贯穿理论与关键技术、核心部件与单元、平台与系统装备,以及系统应用的发展目标、发展布局、发展路线图和政策建议等,从而形成相关技术体系、核心部件产业体系、智能机器装备体系以及社会应用。研究表明陆空协同模态智能机器系统未来能够全方位融入智慧社会,应用于智慧医疗、教育、家居、交通、制造等领域,服务国计民生。

关键词: 智能机器     陆空协同     模态     人工智能    

磁控微型机器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驱动技术,适用于微流体操作以及医疗微型机器导航等应用。然而,由于微型机器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微型机器或多关节微型机器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,用于多个微型机器的独立驱动。这些方法包括将机器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以在小尺度机器中实现高水平的群体智能,这有助于加速微型机器技术在现实生活中应用的转化和发展。

关键词: 微型机器     磁性机器     独立控制     选择性控制     机器微操作    

从有缆遥控水下机器到自治水下机器

封锡盛

《中国工程科学》 2000年 第2卷 第12期   页码 29-33

摘要:

文章给出了水下机器的定义,依据定义进行了分类,简要回顾了几类重要水下机器的进展,指出了无人无缆自治水下机器(AUVs)是当今水下机器研究与开发的热点,介绍了最近20年沈阳自动化研究所与国内外有关单位合作,在水下机器领域从无人有缆遥控水下机器(ROVs)到AUVs的研究开发工作,它从一个侧面反映了我国在这一领域的进展情况

关键词: 水下机器     AUVs     ROVs     潜水     海洋开发     海洋工程    

一种新型变尺寸移动机器的运动协同方法 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: 移动机器系统(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,机器尺寸在载货和未载货时是不同的,即机器尺寸是变化的,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实时路径动态避免碰撞和死锁。所提方法已应用于多个工业项目,本文基于一些制造业项目进行实验。理论分析和实验结果表明所提算法是有效和高效的。

关键词: 移动机器系统;碰撞避免;死锁避免;粘连节点;运动协同    

基于阻抗控制的人机协作范式研究及其机器装配应用 Article

赵兴炜, 陈沂洺, 钱璐, 陶波, 丁汉

《工程(英文)》 2023年 第30卷 第11期   页码 83-92 doi: 10.1016/j.eng.2022.08.022

摘要:

-机器协作由于人和机器的优势互补而成为一个新兴的研究领域。本文提出了一种基于阻抗控制人机协作理论框架。在人机理论协框架下,是决策者,机器是执行者,装配任务提供环境约束。机器是执行装配动作的主要执行者,具有位置控制、拖动控制、正阻抗控制和负阻抗控制等方式。为了揭示人机协作框架的特点,本文讨论了不同控制模式的切换条件图和人机协同耦合系统的稳定性分析。最后进行了人机协作装配实验,在装配公差为0.08 mm或配合过盈配合时,均可完成装配任务。实验表明,人机协同装配具有人与机器的互补优势,能够有效地完成复杂的装配任务

关键词: 人机协作     阻抗控制     机器装配    

可佳:一种容忍环境变化的自助服务机器 Special Feature on Intelligent Robats

Wei SHUAI, Xiao-ping CHEN

《信息与电子工程前沿(英文)》 2019年 第20卷 第3期   页码 307-317 doi: 10.1631/FITEE.1900096

摘要: 可佳是一个家庭服务机器。硬件结构由一个可移动底盘、一个机械臂、两个相机构成;软件系统包括6个模块:感知、物体操纵、自然语言理解、运动规划、任务规划和整合决策。通过在线运行这些模块,机器能够适应不可预知的动态环境。提出一个分层方法,将运动规划结果和神经网络结合,让机器在执行动作时能够容忍传感、齿轮间隙和人工干预造成的误差。在可佳机器上验证了该方法,并让可佳在不断人为干扰下成功操纵微波炉烹饪爆米花。

关键词: 机器任务规划;物品操纵    

类生命机器发展与未来挑战 Review

张闯,王文学,席宁,王越超,刘连庆

《工程(英文)》 2018年 第4卷 第4期   页码 452-463 doi: 10.1016/j.eng.2018.07.005

摘要:

类生命机器由活体生物系统与传统机电系统深度有机融合而成,具有高能量效率、高本质安全性、高灵敏度以及可自修复等潜在优点。由于类生命机器具有单独生命体或者以机电系统为主体的传统机器系统所不具备的特性,因此对其的研究已成为当今的热点,并且在近些年的研究中取得了一定的重要成果。本文系统地总结了类生命机器的发展。首先,讨论了类生命机器的潜在发展趋势。然后,回顾了现有类生命机器的性能,其中包括机器简单的运动以及运动速度和方向的控制特性。接下来讨论了现有类生命机器所使用的活体生物材料和非生命材料以及相应的加工制造方法。而后,回顾了现有类生命机器所采用的控制方法,其中包括物理及化学控制方法。最后,讨论了类生命机器未来发展中在感知、驱动、智能、活体生物材料、非生命材料、控制方法及信息技术等方面所面临的关键挑战。

关键词: 类生命机器     融合机器     生物驱动     心肌细胞     肌肉细胞    

通过物流机器网络实现仓库自动化:一种信息物理控制方法 Tutorial

蔡凯

《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.2000156

摘要: 本文提供使用机器网络实现仓库自动化的背景教程并回顾近期相关文献。提出一种新的信息物理控制方法,以实现机器服务“货到”物流作业的安全、无锁死、高效和自适应行为。该方法的核心是增量式监督控制设计算法,该算法相对于机器数量在计算上可扩展。最后,给出30个机器在可变环境下的一个实例分析,以验证该方法的有效性。

关键词: 离散事件系统;信息物理系统机器网络;仓库自动化;物流    

标题 作者 时间 类型 操作

面向人—机器协同的带记忆强化行为控制任务管理

黄捷1,2,3,莫智斌1,2,3,张祯毅1,2,3,陈宇韬1,2,3

期刊论文

通过行为足迹学习人类习惯的个性化服务机器

李坤, Max Q.-H. Meng

期刊论文

机器任务规划:基于PDDL和ASP的任务规划系统实验比较研究

Yu-qian JIANG, Shi-qi ZHANG, Piyush KHANDELWAL, Peter STONE

期刊论文

用于Aerostack空中机器框架的一种执行控制方法

Martin MOLINA, Alberto CAMPORREDONDO, Hriday BAVLE, Alejandro RODRIGUEZ-RAMOS, Pascual CAMPOY

期刊论文

A-STC:一种基于拍卖的机器协同螺旋生成树覆盖运动规划方法

Guan-qiang GAO, Bin XIN

期刊论文

基于自适应网络模糊推理系统的移动机器导航控制

Panati SUBBASH, Kil To CHONG

期刊论文

飞行驾驶机器——一种面向有人飞行的新型无人驾驶系统

金子博, 李道春, 向锦武

期刊论文

陆空协同模态智能机器系统发展战略研究

黄强,孟非,余张国,林德福,徐彬,朵英贤

期刊论文

磁控微型机器的选择性与独立控制——综述

王敏, 吴天一, 刘锐, 张焯然, 刘军

期刊论文

从有缆遥控水下机器到自治水下机器

封锡盛

期刊论文

一种新型变尺寸移动机器的运动协同方法

邢子超,汪星恺,王硕,吴维敏,胡瑞芬

期刊论文

基于阻抗控制的人机协作范式研究及其机器装配应用

赵兴炜, 陈沂洺, 钱璐, 陶波, 丁汉

期刊论文

可佳:一种容忍环境变化的自助服务机器

Wei SHUAI, Xiao-ping CHEN

期刊论文

类生命机器发展与未来挑战

张闯,王文学,席宁,王越超,刘连庆

期刊论文

通过物流机器网络实现仓库自动化:一种信息物理控制方法

蔡凯

期刊论文