竞逐智能科技新赛道 跑出国企创新加速度

创新院着眼国家和集团公司赋予的使命任务,以集团公司“1+5”战略为指导,坚决打赢“四大攻坚战”,始终保持“枕戈待旦、箭在弦上”的战斗姿态,坚定必胜信念、强化责任担当,在实现高水平科技自立自强、推动高质量发展、建设世界一流企业上承担更大责任、展现担当作为。

无人集群作战任务的多智能体强化学习卸载决策

近年来,任务卸载作为保障无人集群高效协同作战的关键技术之一,正成为研究热点。任务卸载旨在克服单平台算力不足、能量有限等约束,将计算任务卸载到边缘网络的服务器上进行处理,以达到降本增效的目的。以无人集群辅助的天地一体化协同侦察为作战场景,考虑战时复杂多变的电磁环境以及集群组网拓扑时变性,利用Lyapunov优化把长期任务卸载解耦为在线马尔可夫决策过程。为解决混合动作空间收敛难、学习效率底的问题,结合凸优化和多智能体深度确定性策略,分层求解功率分配和任务分配问题,提出数据-模型双层优化驱动的多智能体强化学习卸载决策算法。数值实验结果表明,新算法能够根据时变的战场环境自适应调整智能体任务卸载策略,达到提升传统算法性能和优化复杂多维目标的目的。

仿人灵巧手的稳定抓取方法研究综述

作为引领新一轮科技革命和产业变革的重要抓手,人形机器人通过集成具有类人抓取能力的仿人灵巧手,有望在工业生产、家庭服务、反恐排爆等不同应用场景中辅助或代替人类进行精细、复杂的作业。针对不同应用场景下的仿人灵巧手稳定抓取方法研究展开综述,梳理不同结构仿人灵巧手稳定抓取构型的实现形式,总结仿人灵巧手基于外部传感/本体传感的接触状态分析与估计方法,归纳仿人灵巧手在与物体发生全局相对运动/局部相对运动下的抓取状态检测与识别方法,给出常用的仿人灵巧手稳定抓取控制策略。分析仿人灵巧手在接触、抓取过程中上述方法的应用优势及不足,讨论软体材料、动态场景等因素影响下仿人灵巧手稳定抓取方法研究面临的挑战,并展望了其研究趋势及在人形机器人上的应用。

两栖类仿生机器人研究现状及发展前景

两栖机器人是新世纪科学技术发展的产物,通常集成了空中飞行、地面移动、水中巡游中的两种运动能力,不仅具备在两种领域的作业能力,还能够根据任务需求适时切换,实现跨域作业,极大地提升了机器人的应用潜力。本文从陆空两栖、水空两栖、水陆两栖三个方面介绍了两栖类仿生机器人的国内外研究现状,分析了各类两栖机器人的特点,并对当前两栖机器人存在的问题进行了总结。

分布式驱动地面无人平台直接横摆力矩控制研究

分布式电驱动平台以其优越的越障能力和机动能力受到国内外国防军事领域的广泛关注。为提高8×8独立驱动无人平台越野机动的行驶控制稳定性,提出一种分布式独立驱动无人平台的驱动扭矩优化分配控制框架。首先,建立了面向控制的整车动力学模型并提出一种分层控制框架。在该控制框架内,上层控制器用于快速求解无约束条件下的需求驱动力矩和横摆力矩,下层控制器以轮胎垂直载荷利用率以及路径跟踪控制精度为目标,采用二次规划算法对各轮胎扭矩分配进行优化求解,获取最优驱动力分配方案。其次,利用TruckSim和MATLAB搭建了越野机动仿真环境,对所提出的分层控制框架进行能效验证。联合仿真实验结果表明,该控制方法能合理分配车轮转矩,提高车辆的行驶稳定性,从而提升平台的越野自主机动能力。

面向机器视觉任务的语义传输方案

随着信息通信、人工智能、物联网等技术不断融合,智慧城市、自动驾驶、工业互联网等垂直行业领域快速发展,由此产生了大量机器视觉任务以及海量的图像视频数据传输需求。语义通信技术作为一种高效的新型通信方式,关注传输数据的内在含义,通过从冗余的业务信源中提取语义信息进行编码传输,可以显著提升传输效率。针对图像信源传输及处理需求,结合语义分割、注意力机制等方式,探究了端到端图像语义传输方案。进而,面向图像重构任务,考虑动态信道条件,设计了基于卷积神经网络的端到端语义自适应传输框架,并利用信源信道联合编码方法,进一步提高传输性能。仿真分析表明,相比传统通信方案,所提方案在低信噪比条件下,实现峰值信噪比不低于30 dB的同时,实现结构相似性指数高于0.9,有效提升了图像重构质量。

基于模糊粗糙数的变形球机器人方案配置

针对球形机器人在多需求非结构化环境下设计方案配置与选型中存在的主观性和不确定性问题,提出了模糊粗糙数与复杂比例评估(Complex Proportional Assessment,COPRAS)相耦合的方案评估方法。综合考虑方案设计时不同需求特征指标间的重要度关系,基于模糊粗糙数实现对需求特征指标的定量分析;采用COPRAS方法对所有备选设计方案进行综合评估,根据效用度指数得到所有备选设计方案的优先级排序,确定最优的配置方案,并以变形球机器人的选型为例进行了评估验证。结果表明,该方法具有较好的可靠性和实用性,为以后机器人设计方案的配置选型提供了有效参考。

足式越野机器人集群系统关键技术与应用展望

足式机器人作为典型的地面移动机器人之一,其越野能力和智能水平不断提升,将足式越野技术与集群技术深入融合,是未来无人化装备发展的重要趋势之一。首先分析了群体仿生学机理、单体足式越野机器人、集群感知与协作和集成演示与应用等方面的研究现状,提出了足式越野机器人集群系统面临的技术挑战和科学问题,从足式越野机器人高机动越野、群体自组织机理与集群协作决策控制、群体协同态势感知和通讯自组网与应用验证四个方面深入剖析了亟待解决的核心关键技术,最后对足式越野机器人集群在军民领域的发展前景提出了设想和建议。

基于变波阻抗控制策略的六足机器人双边遥操作

针对变时延条件下六足机器人行进任务中的跟踪性较差问题,本文提出了一种基于波阻抗在线补偿策略的六足机器人双边遥操作控制方法。该策略以四通道控制架构为基础,采用时延预估器对通信时延进行预估,并设计波阻抗在线调整规则,以此提高系统的跟踪性。同时结合时域无源性控制方法,对通信环节与环境端潜在的有源性进行二次补偿,保证系统的绝对无源,利用Llewellyn准则设计主从端的控制律参数。搭建基于Vortex半物理仿真实验平台与实物实验平台对本文所提出的方法进行验证。实验结果表明变波阻抗控制结合时域无源性控制可以保证系统的无源性,相对于传统双边遥操作速度跟踪性提高了84.3%,力波动范围降低了84.7%。

移动机器人跨域跃质关键技术综述

人类探索陆域、天域、空域、海域等空间的脚步从未停止,该过程蕴含了多域-多介质环境的复杂科学问题。移动机器人是实现跨域跃质环境下运动能力的典型代表,未来将走向更广的陆面、更高的蓝天、更远的深空、更深的海底,对移动机器人能够在多域-多介质环境中始终保持高性能提出了挑战。介绍了移动机器人在能量域-时空域-信息域的科学融合,及其在探索新域新质道路上所发挥的越来越重要的作用。归纳了移动机器人在支撑与牵引技术、速度与稳定技术、交互与协同技术等方面的基础理论研究应用及国内外发展现状。对移动机器人学科重点解决的多域-多介质机器人既有机动性和作业智能性问题提出建议,以期能够完成人类所不可及的任务,真正实现机器人装备体系在多域-多介质环境下的广泛应用。

新技术形势下四足、双足机器人技术的变革

从科研思维、行为模式方面,论述四足、双足机器人国内发展现状,对比国内与波士顿动力公司间存在的差距。从科研范式的角度分析新技术推动下中国在四足、双足机器人换道超车的核心技术及发展方向,总结国内在电驱动关节及足式机器人控制方面所面临的机遇,提出基于AI驱动的足式机器人系统设计方法。

仿生足式机器人动作规划与运动控制技术综述

仿生足式机器人具有克服障碍和适应复杂地形的能力,在抢险救灾等方面具有广泛的应用前景。本文针对仿生足式机器人在控制这一领域可能产生技术突破的关键点进行了讨论。首先是介绍了角色动画这一技术在机器人领域的应用发展。其次总结了轨迹优化的特点及代表性工作。再次,针对仿生足式机器人的移动控制,介绍了具有代表性的方法与成果。最后,本文对仿生足式机器人关键技术进行了总结,并讨论了未来发展趋势。

面向无人集群的边缘计算技术综述

未来智能化战争无人集群作战中,计算力的云边端供给成为重要模式,其边缘计算技术作为关键使能技术,能解决作战边缘任务执行实时性差、带宽受限、数据安全等问题。阐明无人集群背景下边缘计算的概念和技术内涵,给出一个面向战术边缘的云-边-端分布式系统框架,以实现无人集群作战的信息互联互通、战场局部和全局态势感知、群智能决策和协同控制;对该框架涉及的关键技术,包括边缘计算框架、边云协同、计算卸载、边缘指挥控制等关键技术展开综述;展望和总结了无人集群作战下的边缘计算技术,为未来智能化战争边缘战术提供了参考。

面向集群协同的两点相对定位技术

无人集群节点间精确位置获取是集群协同的基础,但在复杂多变的应用环境中,全球导航卫星系统(GNSS)难以提供稳定准确的位置信息;难以部署辅助锚点;传统相对定位方法大多存在节点数量限制。针对上述3个问题,提出了一种GNSS拒止条件下的集群节点相对定位的新方法。以搭载惯性测量单元(IMU)和超宽带传感器的两个节点为例建立了相对定位模型,采用扩展卡尔曼滤波算法,融合机载IMU和机间距离信息,实现了相对位置的最优估计。仿真实验结果表明:在无人机相距200 m的范围内,所提方法可达到约1.3 m的相对定位精度,与现有多节点相对定位算法相比,提高了约4倍;在无需GNSS和辅助锚点的支持下,即可实现两个节点之间的高精度相对定位,能够为无人集群在复杂应用环境下的协同定位提供有效可行的解决方案。

油气混相回流泵送密封结构启动过程摩擦磨损性能试验

针对航空发动机轴承腔油气混相回流泵送密封(OG-RPS)结构启动过程中转速低于开启转速时密封端面易发生摩擦磨损问题,采用Plint摩擦磨损试验机进行了摩擦学性能试验。选择浸锑石墨和浸树脂石墨2种典型软环,18Cr2Ni4WA钢、表面喷涂Al2O3陶瓷和表面喷涂Cr2O3陶瓷3种典型硬环,改变转速和载荷模拟密封启动过程的速度和端面比压变化,监测密封端面摩擦系数和温度,并与机械密封结构试验数据进行对比。结果表明:螺旋槽能有效提升摩擦副润滑特性,减少表面磨损,大幅降低摩擦系数和温升,最高可分别降低73.02%和63.41%;表面喷涂陶瓷能有效提高密封面抗磨损性能,其摩擦面更平滑;对摩擦副组对浸树脂石墨和表面喷涂陶瓷更容易获得超低摩擦系数(COF<0.01)。研究结果可为航空发动机轴承腔OG-RPS密封环设计选材和性能优化提供数据支撑。

变刚度四足机器人的连续型仿生脊柱设计

为提高四足机器人面对广域地形环境的机动性和适应性,设计一种可变刚度的连续型仿生脊柱。采用金属构件作为脊柱的连接件和支撑件,模拟猎豹的脊柱骨架;使用钢丝绳传动作为主动力驱动,模拟生物肌肉纤维的发力;在脊柱板之间设置不同刚度的弹簧模拟肌腱的储能与释能功能。通过建立静力学模型研究负载及绳驱动拉力对脊柱的影响。研究结果表明:采用的连续型构型为四足机器人躯干在上下弯曲方向提供了灵活性,并使负载施加的力沿脊柱方向分散,减小脊柱的损耗;脊柱可以实现躯干部分整体弯曲与回复,最大弯曲角度达到25°。变力恒载实验中,0 kg和30 kg负载下,仿真结果和实验结果的模型末端位置相对误差分别为2.71%和4.00%;恒力变载实验中,750 N和1400 N拉力下,仿真结果和实验结果的模型末端位置相对误差分别为4.25%和2.79%。脊柱的响应频率可以达到1.62 Hz,变刚度试验测得的等效弯曲刚度范围为4.70~51.36 N/mm,最大负载为334.9 N,可以满足四足仿生机器人在广域地形的应用需求。

四足机器人特定复杂运动技能控制

为了提高四足机器人的运动多样性和地形适应性,提出一种复杂运动行为控制方法,通过构建四足机器人动力学模型,在此基础上进行离线滚动优化预测,生成四足机器人复杂行为的期望轨迹。在运动学、关节扭矩、接触力、运动状态和地形高度等非线性约束下更全面地优化了轨迹,设计在线轨迹跟踪控制器与落足控制器,实现四足机器人复杂行为的在线控制。在多复杂运动的动态仿真环境下评估了所提方法,机器人可以实现前跳、后空翻、前空翻和旋转跳跃,并可以在给定地形信息下跳跃障碍物。将在线轨迹跟踪控制器迁移到四足机器人物理样机中,完成了四足机器人向前跳跃的实验。实验结果表明,所提出的方法能够使四足机器人有效地完成多种特定复杂运动技能的稳定控制。

基于扩张状态观测器和模型预测方法的四足机器人抗干扰复合控制

为提高存在模型不确定及外界扰动的情况下对四足机器人的控制效果,提出结合扩张状态观测器、二次型优化(Quadratic Programming,QP)及模型预测控制(Model Predictive Control,MPC)的复合控制算法。基于单刚体四足机器人模型,设计基于MPC的控制算法,实现对四足机器人的控制。考虑到模型及参数的不确定性,以及环境中存在的外界扰动,进一步利用变带宽非线性扩张状态观测器对机器人受到的总和扰动进行估计,并利用估计结果,设计基于QP的足端力重分配算法,实现对总和扰动的补偿。通过仿真实验验证了本文所提控制算法的有效性。仿真结果表明,在使用抗干扰复合控制方法之后,机器人在质量发生重大变化和受到外力作用下,依然可以保持良好的控制效果,与传统控制方法相比,机器人的控制精度和抗干扰能力得到了明显提升。

多轴分布式驱动无人车辆极限操纵状态整车集成控制方法

包络线控制起源于航空航天工业,它提供了飞行状态的安全保障和机动边界,为飞行器控制带来了良好效果。基于8×8多轴分布式驱动无人车辆和包络线方法核心思想,提出一种将车辆推向极限的整车动力学控制器。通过建立轮胎滑移圆提出一种新的方法以用于评估车辆驱动力状态,并将轮胎滑移状态与车辆“g-g”图相结合,用来实现无人驾驶状态下逼近车辆操纵能力极限,发挥车辆动力性能与灵活性能,同时确保在轨迹跟踪时的跟踪精度,精准高效地完成平台任务。考虑外界环境不确定扰动与因素变化对极限状态下车辆稳定性影响,基于车辆横向动力学模型的稳定特性分析,获得不同条件下稳定域相平面,并探索其变化机理、归纳数学描述表达式。通过对车辆稳定相平面的分析,提出以车辆横摆力矩为输出的稳定保持控制器。针对上层控制器驱动力与横摆力矩的输出,设计下层转矩分配控制策略,通过冗余执行器的最优分配实现整车性能发挥。整车集成控制策略部署于一辆8×8原型试验车辆,在越野路面上进行多项科目测试,试验结果表明:在高速条件下,无人车在轨迹跟踪中具有更好的动力性能和安全性能。

编队机动自适应车间距保持控制

编队机动是地面无人平台自主导航技术的重要功能之一。研究编队机动系统的车速自适应车间距保持控制方法,建立车速自适应车间距控制框架,将车间距保持控制分为串联的3个部分:跟驰模型、车间距控制和速度规划。以传统时距模型为基础,引入前后车速度关系的修正项,提出改进非线性跟驰模型,模型符合编队机动逻辑,根据车速变化自适应调节安全车间距,提高编队效率。以距离误差和速度误差的加权组合作为车间距控制的目标,设计加权系数的自修正PID控制器,提高了控制响应和控制精度。以参考速度和前后车运动特性为约束,设计速度规划器,对期望速度进行精确跟踪。通过仿真实验和实车实验验证车间距保持控制的性能,实验结果表明控制算法对不同速度具有较好的控制效果,在越野环境前车频繁加减速的工况下具有较好的跟驰性能,且自动适应速度变化过程。