期刊,机器人 2024年卷4期_国家学术搜索

期刊信息/Journal information

机器人

中国自动化学会　中国科学院沈阳自动化研究所

主办单位：中国自动化学会　中国科学院沈阳自动化研究所

主　　编：王越超

出版周期：双月刊

国际刊号：1002-0446

电子邮箱：jqr@sia.cn

电　　话：024-23970050

邮政编码：110016

地　　址：沈阳市南塔街114号

机器人/Journal RobotCSCD北大核心CSTPCDEI

查看更多>>《机器人》是中国自动化学会与中国科学院沈阳自动化研究所联合主办的全国性学术期刊，双月刊，A4开本，96页，刊号：ISSN1002-0446；CN21-1137/TP，邮发代号8-59，单月15日出版发行，定价10元。本刊创刊于1979年，原名《国外自动化》，1979年成为国内外公开发行期刊，1986年更名为《机器人》。《机器人》设有论文与报告、综论与介绍、研究通讯、短文等栏目，主要报道中国在机器人学及相关领域中的学术进展及研究成果，机器人在一、二、三产业中的应用实例，发表机器人控制、机构学、传感器技术、机器智能与模式识别、机器视觉等方面的论文。收录情况：中文自然科学核心期刊中国学术期刊文摘中国学术期刊综合评价数据库中文期刊全文数据库中国科学引文数据库 INSPEC数据库 EI PageOne数据库

正式出版

收录年代

面向高机动飞行的旋翼气动模型构建方法

包一峰谷丰杜心田于利...

385-396页

查看更多>>摘要：旋翼气动机理复杂、变量耦合严重，如何在线准确估计旋翼气动力是实现旋翼飞行机器人高机动安全自主飞行的关键问题之一。为此，本文提出了一种基于叶素动量理论的集成参数模型构建方法，结合参数集成的思想，将叶素动量模型中的叶素积分式简化为代数式，以提升计算效率并降低参数辨识的复杂度，同时保留旋翼诱导速度为状态变量，避免了近似悬停飞行状态假设，使模型能够适应高速高机动的飞行状态。基于实机机动飞行数据的仿真实验结果表明，该方法构建的模型相较于常见的集成参数模型和仅基于叶素动量理论的模型，整体旋翼气动合力预测误差分别同比降低20％和50％，且与仅基于叶素动量理论的模型相比计算效率提升显著。

关键词：

旋翼无人机旋翼气动力叶素动量理论集成参数多旋翼无人机

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万方数据

基于行为的多差速机器人强化学习任务监管器设计

张祯毅黄捷

397-413,424页

查看更多>>摘要：针对多差速机器人系统提出了一种基于试错学习的多智能体强化学习任务监管器。此方法解决了基于行为的多智能体系统总是依赖人的智能设计切换规则以决策行为优先级的问题。首先，在零空间行为控制框架下引入了差速模型代替质点模型，首次推导了具有非完整约束的零空间行为控制范式，从而提升了系统对最小极值状态的鲁棒性。然后，首次将行为优先级切换问题建模为协作式马尔可夫博弈问题，学习了一个最优的联合策略以动态且智能地决策行为优先级，不仅避免了人工设计切换规则，而且降低了在线计算和存储负担。仿真结果显示，所提出多智能体强化学习任务监管器具有优越的行为优先级切换性能。在AgileX Limo系列多差速机器人系统上的成功应用，验证了该任务监管器的实用性。

关键词：

差速机器人行为控制强化学习任务监管器智能决策

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万方数据

基于三分支混合特征提取的双目立体匹配算法

范诗萌孙炜覃宇覃业宝...

414-424页

查看更多>>摘要：基于深度学习的双目立体匹配算法大多采用卷积神经网络(CNN)进行特征提取。但该网络存在感受野有限、卷积核权重共享等固有的局限性，难以提取到强辨识度的特征，易导致弱纹理区域、细节区域等有挑战性区域的匹配精度较低。针对该问题，本文提出一种基于三分支混合特征提取的双目立体匹配算法。具体地，将CNN分支、Swin Transformer分支、融合分支并联设置，并对左、右图像进行特征提取，并联分支设置有效地保留了 CNN的局部特征表达能力和Swin Transformer框架的全局特征表达能力。融合分支由多阶段的全局-局部信息适配器组成，不仅能实现本阶段全局信息和局部信息的融合与表达，而且能够跨不同阶段有效地传播特征，从而筛选出适用于弱纹理区域和细节区域的强相关特征信息，提高了立体匹配的精度。在SceneFlow数据集上进行的消融实验验证了本文算法的有效性。利用SceneFlow、KITTI 2012、KITTI2015数据集进行了测试。本文方法在SceneFlow数据集上的端点误差为0。652个像素;在KITTI 2012数据集上的非遮挡区域，视差误差大于5个像素的百分比为0。79％。结果表明本文算法具有优异的立体匹配精度。

关键词：

双目立体匹配卷积神经网络特征提取局部特征全局特征

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万方数据

复杂地形环境下的多传感器融合SLAM技术

路春晓钟焕刘威周勇...

425-435页

查看更多>>摘要：针对在野外、森林、山地或建筑工地等复杂环境中，SLAM(同时定位与地图构建)算法精度下降、定位漂移或甚至失效的问题，提出一种复杂地形环境下的多传感器融合SLAM算法。首先，针对剧烈运动时点云畸变严重的问题，提出了一种自适应划分雷达帧的子帧分割方法，并利用IMU(惯性测量单元)预积分技术进行点云畸变补偿，降低点云帧内失真，提高SLAM算法在剧烈运动时的鲁棒性;然后，算法前端基于迭代误差状态卡尔曼滤波(IESKF)算法，融合激光雷达、IMU的数据进行状态估计，为后端提供精确的初始位姿;后端基于因子图，融合前端激光惯导里程计因子、闭环检测因子、全球定位系统(GPS)因子，提高SLAM算法的准确性和全局一致性。最后，在剧烈运动场景、校园综合场景以及野外森林场景中对算法进行了测试。实验结果显示，与FAST-LIO2算法和LIO-SAM算法相比，本文算法的定位精度更高，建图更加清晰，在剧烈运动场景中更具鲁棒性。

关键词：

同时定位与地图构建迭代误差状态卡尔曼滤波(IESKF)因子图传感器融合

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万方数据

考虑点云结构和表观信息的激光雷达-惯性SLAM算法

姚二亮宋海涛赵婧范晓婧...

436-449页

查看更多>>摘要：为提高移动机器人在卫星拒止环境下的精确导航能力，克服大范围运动场景下的定位误差累积问题，提出一种考虑点云结构和表观信息的激光雷达-惯性SLAM(同时定位与地图创建)算法。该算法主要包含2个部分:考虑点云结构的激光雷达-惯性里程计以及基于点云表观的闭环检测与优化。激光雷达-惯性里程计线程中，通过IMU(惯性测量单元)信息预测导航状态量，构建了考虑点云结构的直接对齐观测方程，并采用迭代误差扩展卡尔曼滤波器实时地更新导航状态量。闭环检测与优化线程中，根据点云表观差异、相对运动位姿和时间约束判定关键帧，而后基于点云表观筛选得到候选闭环关键帧，并根据表观匹配距离和2维距离对候选闭环关键帧进行排序，最后确认闭环关键帧并构建位姿图，实现全局位姿优化和地图调整。在西安世博园开展的自主导航实验表明，该算法能够实时完成自主导航，并在环形运动中准确检测闭环，有效完成闭环优化，轨迹起点和终点的平均误差仅为0。07 m。此外，进一步测试了激光雷达退化环境下的多模态组合导航切换方法，该方法有效提升了自主导航的可靠性。

关键词：

同时定位与地图创建3维激光雷达惯性测量单元结构和表观闭环检测

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万方数据

基于不确定性建模的3D场景感知方法

高一王忠立王颖博

450-464页

查看更多>>摘要：本文旨在解决多任务场景感知中存在的局限性，包括缺乏对检测、跟踪、建图、定位等任务的状态估计不确定性的系统建模分析。将场景感知任务划分为前景感知和背景感知，前者主要涉及前景目标的检测与跟踪，而后者专注于机器人的定位和建图任务。为了实现对复杂场景的多任务感知，将二者融合于动态贝叶斯网络框架下，将多任务场景感知问题建模为系统状态参数的联合优化估计问题，采用贝叶斯后验概率估计对各系统参数状态进行建模。从LiDAR(激光雷达)传感器的点云测量噪声入手，分析了目标检测与跟踪网络中真值标注和自身姿态估计的不确定性并构建了点云测量及标签的不确定性模型和基于预测置信度的跟踪模型，同时分析了定位误差对建图不确定性及目标跟踪任务的影响，使用迭代扩展卡尔曼滤波对姿态最大后验概率估计进行优化。本文方法可实现复杂大规模动态环境的场景感知，在KITTI和UrbanNav数据集上的实验结果表明，本文方法有效解决了复杂场景下动态目标对环境建图的影响，具有高精度和鲁棒性。

关键词：

场景感知动态贝叶斯网络不确定性模型目标检测与跟踪同步定位与地图创建

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万方数据

多机协同的类脑同步定位建图方法

赵杭飘徐剑君李涛唐凤珍...

465-475页

查看更多>>摘要：低计算量和存储量的优势使得类脑导航模型RatSLAM适用于大型环境的地图构建。为了进一步提高其建图效率，本文提出了一种多机器人协同RatSLAM系统。首先，设计使用了集中式的通信系统用于机器人间信息的交互。其次，提出了一种环境重叠区域检测方法以实现机器人之间的数据关联，从而进行经验节点间相对位姿计算。最后，提出一种改进型图松弛算法，利用机器人之间的位姿关系进行多机器人地图融合，完成全局统一的经验认知地图的实时在线构建。在公开数据集上以及真实物理实验环境中验证了所提方法的有效性。实验结果表明，相比单机器人，多机器人在保持较高地图精度与较少存储量的同时，平均建图效率提升45％。进一步与当前其他地图融合方法进行了比较，本文方法取得了更好的建图结果，验证了所提方法的有效性和准确性。

关键词：

同步定位与建图(SLAM)类脑导航RatSLAM多机器人地图融合

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万方数据

多视角视觉-惯性融合的车间AGV精确导航方法

王鑫李耕宇曾子铭高焕兵...

476-487页

查看更多>>摘要：以实现车间AGV精确导航为目标，针对视觉-惯性融合定位方法存在的缺少绝对位姿、绝对尺度估计不准确、累积误差大等问题，提出一种多视角视觉-惯性紧耦合的实时定位方法。首先为了建立全局参考坐标系，实现长期漂移校正，设计了一种具有全局一致性的视觉-惯性融合AGV导航框架。然后针对视觉-惯性融合初始化过程中的尺度估计不准问题，提出多视角相机与IMU(惯性测量单元)联合初始化方法，通过最大后验概率模型得到更精准的初始化参数。针对跟踪估计部分存在的误差累积和惯性偏差漂移问题，提出二维码位姿修正模型，对部分关键帧进行周期性补偿。针对优化建图部分存在的位姿优化易陷入局部极值问题，提出位姿约束优化模型，提高AGV定位精度。搭建了车间AGV导航平台上对本文方法进行了验证，并与当前最先进的视觉-惯性导航方法进行比对，结果表明本文方法的时间效率与定位精度均明显优于对比方法;平移的均方根误差小于50 mm，旋转的均方根误差小于2°。

关键词：

AGV(自动导引运输车)导航视觉-惯性融合多视角二维码全局一致

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万方数据

基于动态避障风险区域的仿生机器鱼路径规划方法

李宗刚王治平夏广庆康会峰...

488-502页

查看更多>>摘要：针对来流速度固定、存在多个静态漂浮障碍物和动态障碍物的复杂水环境中胸尾鳍协同推进仿生机器鱼的自主避碰问题，提出了一种基于动态避障风险区域(DAR)的路径规划方法。首先，结合所建立的机器鱼水动力学模型，利用扩展卡尔曼滤波法构造沿障碍物运动方向的类椭球形动态避障风险区域，其长轴与障碍物的运动速度成正比，并通过模糊控制方法对卡尔曼滤波过程的噪声方差进行估计，得到该区域的精确边界;其次，结合机器鱼视场内障碍物的位姿与速度，去除同向运动且速度大于机器鱼的无风险障碍物，实时获得动态环境中的避障风险区域集合，进而得到机器鱼可通行时变区域;最后，根据先避近后避多、边界距离最短原则初步确定先转向、后俯仰的空间避碰策略，进而以障碍物作为外界扰动，设计以期望位姿为输入的非线性模型预测控制器，实时优化得到机器鱼的转弯半径、俯仰角和两侧胸鳍相位差等控制参数，驱动机器鱼安全、快速地通过当前障碍物区域。实验结果表明，机器鱼通过多障碍物区域时，与风险区域边界的最小距离为0。15 m，速度最高达0。15 m/s，空间避障速度最高为0。3 m/s，运动机动性较高且运动轨迹比较平滑，验证了所提方法的有效性。

关键词：

仿生机器鱼动力学分析动态避障风险区域非线性模型预测控制

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万方数据

绳驱动踝关节康复机器人的运动学与刚度研究

杨凯盛胡俊豪韩陈洁崔玉国...

503-512页

查看更多>>摘要：针对现有踝关节康复机器人存在的人机结构匹配度不高、柔顺性不足、适应性弱等问题，提出了一种新型绳驱动变刚度踝关节康复机器人。考虑到绳索的单向受力特性使得绳驱动机器人具有变刚度特性，基于柔性并联机构理论创新设计了一种结构简单紧凑、刚度-拉力线性度高的变刚度装置，以提高变刚度控制的范围和精度。通过康复机器人的运动静力学和刚度建模分析，揭示了调节绳索长度来调控机器人位姿，以及调节绳索张力来调控机器人刚度的规律。在此基础上，提出了面向刚度的绳索张力分配算法以实现刚度控制，并通过仿真案例验证了算法的可行性。最后，设计了绳驱动踝关节康复机器人的控制系统，研制了机器人样机，通过实验验证了机器人运动控制方法。研究结果表明所设计的绳驱动踝关节康复机器人具有人机结构匹配、刚度可调等优点。

关键词：

踝关节康复绳驱动机器人变刚度装置刚度建模绳索张力分配

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