基于视觉推理的机器人多物体堆叠场景抓取方法

基于视觉的机器人抓取方法是研究智能机器人抓取问题的重要思路.本文提出了一种基于机器视觉推理的适用于多物体堆叠场景的机器人抓取方法,算法包含了场景理解和抓取规划两个步骤.在第一步的场景理解中,本文的算法包含两个主要部分:视觉操作关系推理和抓取部位检测.在视觉操作关系推理中,本文提出了一种基于深度卷积网络的视觉操作关系网络(Visual Manipulation Relationship Network, VMRN),以对物体和操作关系进行实时推理.在视觉操作关系网络中,通过设计物体对池化层,实现了物体检测和操作关系推理的端对端训练,提升了算法的速度和性能.在第二步的抓取部位检测中,本文提出了基于有向锚点框的全卷积视觉抓取部位检测网络,实现了对物体抓取部位的实时检测,并在康奈尔抓取数据集上取得了目前最高的精度.在抓取规划中,通过结合场景深度信息和抓取部位检测结果,获取当前被抓取物体的抓取点和对应的抓取向量,并通过坐标系变换将Kinect坐标系的抓取向量映射为机器人坐标系的抓取向量,完成当前抓取.实验结果表明,本文提出的机器人抓取方法能够在多物体堆叠环境下按照正确顺序完成抓取任务,并成功抓取目标物体.     

基于特征点的空间目标三维位姿单目视觉确定算法

针对基于特征点的空间目标包括相对位置和相对姿态等的三维位姿单目视觉确定问题,提出了一种基于逆投影思想的迭代方法.给出了一种包含景深估计和绝对方位解算两阶段的迭代算法,在景深估计阶段首先计算由转移矩阵表示的最优平移矢量,然后重构各特征点,并利用其在逆投影线上投影更新各特征点的景深;在绝对方位解算阶段采用Umeyama绝对方位解析算法计算相对姿态矩阵,上述两阶段迭代进行直至结果收敛.利用全局性收敛性定理证明了文中算法的全局收敛性.最后,以航天器交会对接最终逼近段的视觉测量为背景对该算法进行了数学和物理仿真,进一步验证了算法的有效性和收敛性.     

月面采样机械臂动态任务规划方法研究

由于月面着陆姿态、工作环境和机械臂变形等多种不确定因素影响,月面采样机械臂的任务规划结果无法事先准确确定,对月面采样机械臂的表取采样任务规划系统的准确性、实时性和灵活性提出了较高的要求.为保证有限时间内灵活准确地进行月面采样作业任务规划,本文提出了月面采样机械臂的动态任务规划方法,设计了包括任务整体规划、采样策略规划和...     

基于红外辐射特征的空间目标属性预测

利用空间目标红外辐射测量数据,提出了系统的计算分析方法,对空间目标的温度、发射率等属性进行预测,进而判断空间目标的类型和运行状态.通过建立空间目标红外辐射光谱计算模型,模拟了探测器接收到的红外辐射光谱信号,采用独立成分分析方法提取了空间目标不同材料的光谱发射率特征,判断了空间目标的部件个数和材料类型,采用最小二乘拟合方法反演了空间目标各部件的投影面积与表面温度.模拟结果表明:该方法对空间目标参数的反演误差较小,能够实现对空间目标属性的预测.研究成果对于空间目标类型和状态的判断,具有十分重要的意义.     

柔性机械臂正则化逆动力学的有理分式模型

提出了柔性机械臂正则化逆动力学的有理分式模型,论证了该模型了对计算机力矩病态行为的抑制作用,并讨论了正则化参数选取实现轨迹跟踪精度与计算力矩频率带宽之间折衷的含义。计算机数值仿真结果印 该方法有效性。     

基于拉格朗日方程和模态理论的纺机柔性机械臂弹性振动与轨迹运动控制

针对纺机机械臂系统在使用过程中时效性和稳定性较差等问题,基于拉格朗日方程和模态理论对纺机柔性机械臂系统进行动力学建模,通过时间尺度对纺机柔性机械臂系统弹性振动和转动副轨迹追踪进行研究。研究结果表明:载体位姿角实际轨迹与期望轨迹能够在短时间内迅速同步,追踪误差在时间范围内实际轨迹与期望轨迹基本一致;在鲁棒控制条件下纺机柔性机械臂追踪误差变化幅值相对于常规PD控制较小,系统追踪误差达到稳定值所需时间也较短;由于系统引入主动振动抑制方法,系统在运行过程中相对于未引入振动抑制系统,一阶模态幅值明显下降,初始阶段波动明显减小。     

基于眼波前像差的视觉矫正及超视觉的光学研究

结合眼波前像差和角膜面形的实际测量、视功能检测和激光角膜手术的临床、光学系统像差的矫正和优化, 给出了在基于眼波前像差的视觉光学矫正和超视觉领域所取得的研究成果, 其中包括不同孔径、不同视场、不同物距和瞬态调节下眼波前像差的特点, 可见光复光波段对超视觉的局限, 以及现行激光角膜手术对眼波前像差的影响等. 研究结果表明, 人眼的波前像差是一个动态、多元的像差的综合, 需找到最优化的切削数据, 才能从激光手术中获得趋于超视觉的效果, 即使如此也涉及到动态自由面形光学; 准分子激光角膜原位磨镶术虽能矫正一定程度的近视, 却对暗视场情况下的视力起负面作用.     

QD-RRT:基于Q距离函数和快速扩展随机树的机械臂运动规划方法

在传统运动规划算法快速扩展随机树(rapidly-exploring random trees, RRT)的基础上,引入了目标偏置策略和一种基于Q距离(Q-distance, QD)函数的避障方法.在随机树生成过程中,首先通过目标偏置策略引导随机树以一定概率朝目标点生长.若机械臂在新生成的路径节点所表示的位形处与环境障碍物发生碰撞,则使用Q距离函数快速高效地计算二者的嵌入距离,并利用Q距离函数的可微性,计算碰撞点的Q距离函数关于机械臂各个关节角度的梯度,对原有的路径点进行修正.这减少了RRT算法在路径扩展过程中的盲目性、随机性.使用MATLAB与CoppeliaSim机器人仿真软件对该算法进行仿真实验验证, QD-RRT算法与传统RRT算法相比,收敛速度更快,生成的路径质量更优.当环境空间障碍物较复杂或路径需要穿过狭长通道时,该算法优势更加明显.同时,该算法也可应用于RRT的某些改进算法中,例如RRT*.本文也将RRT*与QD-RRT*做出了比较.     

面向空间态势感知的天基可见光空间目标自主跟踪方法

天基可见光(space-based optical, SBO)监视是空间态势感知的重要手段之一.传统的天基观测平台都需要在自身精密星历已知的情况下,通过对目标的测量,确定其状态.而本文提出了自主天基空间目标监视的概念,天基可见光观测平台在自身精密星历未知时,也可以完成空间态势感知任务.与传统的目标跟踪不同,此方法只需依靠平台获取的在惯性系下描述的仅测角测量信息,便可实现自主定轨.结合长弧段的观测数据,本文给出了基于历史数据的事后自主轨道改进算法.通过分析发现,观测卫星对其他目标观测的历史数据也可用于改进原有的被观测目标的轨道.基于此,本文提出了通过额外测量量辅助下的实时自主跟踪策略,可通过单星搭载多SBO相机,对多目标同时跟踪的方式实现.最后,本文通过仿真算例验证了所提出方法的可行性.与传统的空间目标跟踪相比,虽然自主跟踪的精度较低,但在同时跟踪两目标时,尤其是在同时跟踪低轨和高轨两目标的情况下,估计精度能接近传统方法的水平.本文为发展自主天基空间态势感知平台提供了可行的方法.     

基于搜索空间缩减策略的供水管网抗震设计参数优化

供水管网抗震优化设计模型以用户节点的抗震安全能力为设计目标,包含管网拓扑布局及管段结构抗震能力两个设计参数,寻找最优设计参数是离散变量组合优化问题.提出了一种基于两阶段搜索空间缩减策略的管网抗震优化设计模型求解方法,第一阶段利用度约束连通图生成初始种群,缩小优化初始搜索空间;第二阶段采用违约个体修补策略转换优化进行过程中不满足约束条件个体所处的搜索空间,实现了优化过程中搜索空间的动态缩减,提高了优化搜索的效率.此方法在供水管网抗震优化设计中有较高的效率,也可为其他有约束离散变量优化问题提供参考.     

基于SVM的旋转机械转子故障预示研究

支持向量机包括支持向量回归机和支持向量分类机.本文提出了一种用于旋转机械转子故障预示的方法,通过支持向量分类机（SVC）对旋转机械转子故障进行分类并建立故障分类器,利用支持向量回归机（SVR）对转子运行状态趋势进行预示,并将预示结果输入到SVC以判断预示结果的属性.对支持向量回归机进行了仿真研究.将支持向量机与神经网络算法从理论和实验研究两个方面进行了对比研究,结果表明,该方法具有较好的故障预示能力.     

一种新型3-DOF串并混联拟人机械臂的研制

提出了一种新型3-DOF串并混联拟人机械臂及这种机械臂的基于性能图谱的概率参数设计方法, 对这种机械臂进行了运动学性能分析, 推导出这种混联机械臂的位置反解方程、速度传递平衡方程和静力传递平衡方程, 定义了速度传递性能评价指标、力传递性能评价指标及各全域性能评价指标, 绘制了各全域性能评价指标的性能图谱, 应用基于性能图谱的概率参数设计方法, 为这种机械臂选取了合理的结构参数, 同时, 考虑加工与装配工艺性, 设计了一种 3-DOF串并混联拟人机械臂, 为这种机械臂的应用奠定了基础. 这种机械臂具有运动灵活、刚度大、惯性小和工艺性好等优点, 在精密抛光、航空、造船、汽车等现代工业领域有广阔的应用前景, 这种机械臂与球面三自由度并联机构串联在一起, 可构成 6-DOF串并混联拟人机械臂.     

基于市场机制的网格资源分配策略研究

网格资源的分配策略是网格资源管理体系的核心,它决定了该体系对资源的组织能力和分配能力,体现了网格资源管理体系管理的有效性和服务质量的优劣性.本文从市场的角度入手,把网格资源的供需方比拟为市场中的买卖方,引入柯布-道格拉斯效用函数,用数学方法具体分析了在时间和费用需求的保障前提下,供需方最优的资源出价.此决算方法给网格资源分配提供了科学的依据,是市场机制下实现网格资源分配策略的核心.     

大空间内仓室火灾机械排烟的实验研究与模拟计算分析

首先理论分析得到了仓室火灾时大空间机械排烟换气量的计算模型. 通过全尺寸热烟测试实验, 研究不同换气率(air change per hour, ACH)情形下仓室火灾在大空间内的蔓延过程, 实验表明规范设计换气量情形下, 仓室火灾的热释放速率为0.34 MW, 0.67 MW, 1 MW时, 有效空气高度大约分别为6 m, 4 m, 2 m. 通过自发展的大空间-仓室双区模拟程序进行数值实验, 比较0.25 ~ 4 MW的仓室火灾在不同ACH情形下大空间内的烟气控制效果, 计算表明烟气层控制在5 m以上的换气率分别为3 ACH, 6 ACH, 10 ACH, 10 ACH, 指出集中排烟量的需求要远超过规范的设计量. 针对这个问题, 提出了对高火灾荷载仓室进行辅助分布式机械排烟控制的方法, 通过火灾算例预测, 表明如果从安全和经济两个角度考虑, 辅助地采用分布式仓室排烟设计, 可以有效的减少大空间机械排烟换气率的设计值的需求量.     

基于城市设计的大尺度城市空间形态研究

在当今中国史无前例的城市化进程中,相当多的中国城市都不同程度地经历了城市规模的急剧扩张．伴随着城市规划的持续编制、修编和实施,城市的功能结构、空间环境、街廓肌理乃至社会等发生了显著的变化,而所有这些都直接发生在某一城市尺度、甚至是发生在某一城市的大尺度空间形态上．本文通过对城市空间形态构成、演进和外显表征的描述和分析,尝试建构城市形态影响要素模型,进而讨论与形态密切相关的城市用地属性及保护、调整和开发潜力．同时,基于城市设计参与良好城市空间形态塑造和建设管理的专业特征,提出针对大尺度城市空间形态的量化评析技术方法,从而为城市政府和规划建设管理部门提供技术支持．     

基于视觉显著性的人脸文字区域提取

基于Matlab图像文字区域检测新方法对图文进行分离和显著性操作,并采用显著性度量对传统人脸文字区域检测的结果做进一步的显著性融合,实现了基于视觉显著性的人脸文字区域提取。实验结果表明,这种基于视觉显著性的人脸文字区域提取解决方案具有比较高的查全率和精确度。     

地基观测空间在轨运行圆锥目标的激光多普勒频谱

利用目标坐标系下旋转圆锥目标激光多普勒频谱特征,结合一种假想运行轨道数据和空间目标坐标系、地基坐标系和地心坐标系间的变换关系,构建了空间在轨运行圆锥目标的激光多普勒频谱地基观测模型.通过3种实例,详细计算并分析了不同尺寸、粗糙表面圆锥目标以及不同地基观测方向下的激光雷达后向接收归一化功率随在轨运行时间和多普勒频移量的变化情况.数值计算表明:在轨运行的圆锥目标,其尺寸、表面粗糙度、地基坐标系下的观测方向都对多普勒频谱特征都有影响,地基激光雷达后向接收归一化功率随在轨运行时间和多普勒频移的变化都按一定规律呈周期性波动;旋转速度一定的情况下,圆锥目标尺寸越大,多普勒频移也越大;圆锥目标表面越粗糙,地基激光雷达后向接收归一化功率随在轨运行时间和多普勒频移的变化起伏越显著.本文工作对进一步开展地基观测空间在轨运行的各种复杂目标奠定了理论研究基础,将为开展空间微运动和真假目标地基激光雷达探测实验研究提供技术支持.     

基于类别空间的基因选择

基因选择通常是在基因空间中进行的. 由于基因空间的维数(基因数目)比该空间中的样本数要多得多, 这种做法存在严重的维数发难(curse of dimensionality)问题, 其结果是在基因空间中所建立数据模型难于获得满意的精度, 基于所建立模型的基因选择结果可信度低. 如何对具有极少样本的极高维空间进行特征选择(基因选择)是一个极具挑战性的课题. 将基因空间变换为它的对偶空间, 称为类别空间, 从而空间的维数仅为基因空间中样本的类别数, 空间中的样本数则为基因空间的维数. 显然, 在类别空间中不存在任何维数发难现象; 提出了在类别空间中基于将不同的类尽可能分开的原则、并借助主分量分析的基于类别空间基因选择方法. 对真实基因数据的基因选择实验, 并通过Fisher指标、加权Fisher指标以及leave-one-out cross validation等可分性指标, 与其他两种基因选择方法进行了深入的比较, 结果表明该方法是十分有效的.     

基于视觉的嫦娥四号探测器着陆点定位

我国于2018年12月8日发射嫦娥四号月球探测器,实施世界上首次月球背面软着陆和巡视探测.探测器着陆点的快速高精度定位是其中的一个重要技术环节,也是着陆器和巡视器开展月面探测工作的重要前提.本文基于高精度图像匹配和几何变换方法,结合实际工程任务需求,首先利用探测器动力下降期间的近实时高压缩比降落序列影像完成了着陆点的快速初始定位;其次利用回放的低压缩比降落影像对该位置进行了精化,最终解算的嫦娥四号探测器着陆点位置为(177.5884°E, 45.4565°S).该定位方法及结果被成功应用于实际工程任务中,为嫦娥四号任务着陆区的地形分析及后续遥操作的任务规划提供了重要支持.     

基于AGA算法虚拟企业单元化构建策略研究

虚拟企业单元化构建问题本质上包括异地制造资源的优化组合和制造单元的构建两个部分,本文结合虚拟企业的资源和组织特点,在满足相关约束条件的基础上提出了以总成本和总时间为优化目标的虚拟企业单元化构建模型,并运用基于精英策略和自适应遗传算法对模型加以求解,最后结合实例验证模型的有效性。