基于参数化最优的仿人机器人倒地运动控制

针对仿人机器人的倒地运动控制,用经典的参数化优化方法求得最优控制函数的一个近似解．然后, 利用参数化控制及强化技术,基于几个分段的常数去逼近最优解,再将最优控制问题转化为一系列参数优化问题． 利用该方法提出了仿人机器人倒地优化控制算法,并与遗传算法进行了比较．最后,通过仿真对算法进行了验证．     

仿人机器人相似性阶梯行走约束与优化控制

针对基于运动相似性的仿人机器人动作规划中固定运动捕获轨迹难以适应可变目标环境的问题,以仿人机器人上阶梯为例,提出了一种基于运动相似性的行走约束与优化控制方法.首先,为相似性阶梯运动轨迹划分子相关键姿势,施加运动学约束;其次,对运动的稳定性、方向、落脚缓冲等施加动力学约束;再次,结合粒子群优化与分层强化学习方法,提出粒子群分层强化矢量位置择优算法,用于对机器人阶梯运动轨迹进行优化.实验证明了方法的有效性.     

基于最优S型曲线轨迹的硅片传输机器人末端振动抑制方法

针对硅片传输机器人末端低频振动问题,提出了一种基于最优S曲线轨迹的硅片传输机器人低频振动的抑制方法.该方法通过推导在参数化S型曲线输入条件下非线性时变系统的动态响应近似方程得到系统低频振动的振幅方程,并通过优化振幅方程中的S型曲线参数使得低阶振动振幅达到最小值,从而实现低频振动的抑制.首先对硅片传输机器人进行运动学、末端位置误差以及刚柔耦合动力学建模并进行动态特性分析.随后推导了在参数化S曲线输入条件下系统末端的时域动态响应方程近似解析解与振幅方程近似解析解,并根据硅片传输机器人自身的动态特性给出了最优S曲线参数计算方法.最后分别通过数值仿真分析与实验对该方法进行验证.实验结果表明,应用该方法后硅片传输机器人末端x方向的低频振动的振幅降低了53.9%,y方向的低频振动的振幅降低了45%.     

人体步行规律与仿人机器人步态规划

从仿生学角度分析了人体的步行运动规律,提出了一种基于人体运动规律的仿人机器人步态参数设定方法.首先对人体步行运动数据进行捕捉并分析,得出人体各步态参数间的函数关系,以人体步行相似性作为评价指标,提出仿人机器人步态参数的设定方法.其次,通过分析人体在步行过程中的补偿支撑脚偏航力矩的基本原理,提出了基于双臂及腰关节协调运动的仿人机器人偏航力矩补偿算法,以提高仿人机器人行走的稳定性.最后通过仿真及实验验证了所提出的步态规划方法的正确性及有效性.     

基于PSO的空间机械臂轨迹规划技术研究

研究机器人的机械臂轨迹优化问题,空间机器人系统的机械臂和基座之间存在动力学耦合,基座姿态稳定性容易受到机械臂运动的反作用干扰.为了使空间机器人系统的姿态稳定性不受的影响,提出了一种基于PSO(粒子群优化算法)的参数化5-3-5轨迹规划方法.利用PSO的优化能力找到合适的参数组合,进行关节空间轨迹规划.通过对比实验,运用动力学仿真对方法的有效性进行了验证.仿真结果表明,方法规划出的轨迹运动光滑,且按段轨迹运动机械臂对基座姿态的扰动符合预期要求,证明规划轨迹的有效性.     

仿人机器人相似性运动轨迹跟踪控制研究

提出一种基于带观测器的条件状态反馈控制的仿人机器人相似性运动轨迹跟踪控制方法.首先,分析了7连杆双足机器人动力学模型,阐述了其运动能量方程与动力学特征方程; 其次,基于带观测器的状态反馈控制器原理,构建起三维倒立摆平衡控制模型; 最后,由线性二次型调节器确定状态反馈增益矩阵,使机器人轨迹跟踪误差最小化,以复现出较高相似度的双足步行运动效果.实验验证了该方法的有效性.     

基于平面激光测量的移动机器人自定位方法

提出了两种基于平面激光测量的移动机器人自定位方法. 第一种方法是改进的Hough 密度谱的方法, 它的主要优点是避免了现有方法Hough 变换离散化过程中的信息损失问题，提高了算法的精度和鲁棒性. 该方法在引进一种新的Hough 密度谱的基础上，根据谱相关函数值和运动参数的密度得到机器人运动参数的候选值，并应用Hausdor 相似性度量从候选值确定运动参数的最终估计. 第二种方法是基于Fourier-Mellin 变换的方法，主要利用Fourier 变换的位移理论和Fourier-Mellin不变量来估计运动参数. 为了避免图像离散化造成的信息损失，在该方法中使用基于Hausdor 距离的最近点迭代(ICP) 算法来进一步精化平移向量. 实验结果表明，这两种方法均可有效地提高机器人的定位精度，具有一定的实际应用价值.     

仿人机器人相似性运动研究进展

针对仿人机器人模仿人体运动问题, 从运动轨迹角度比较了基于运动解析方程方法与基于人体运动相似性方法的特点, 阐述了相似性运动系统基本结构, 分析了图像捕捉与处理、相似性特征处理、相似性运动约束与优化等模块功能, 阐述了相似性运动中的人体运动捕获与处理、运动关节解算、运动模型简化与重定向、关键姿势处理与相似度评价、关节空间位姿计算、动力学匹配约束等方面的研究现状, 最后提出了研究展望。     

基于人体运动的仿人型机器人动作的运动学匹配

提出了仿人型机器人模仿人体运动的相似性函数,讨论了运动学约束,并给出了满足运动约束条件且具有与人体动作高相似性的运动求解算法. 在有33个自由度的仿人型机器人实体上完成了模仿人的太极拳动作,验证了方法的有效性.     

仿人机器人复杂动态动作设计及相似性研究

提出了一种基于人体运动的考虑节奏相似性的仿人机器人复杂动态动作设计方法. 首先, 把人体的运动分割成基本动作段, 给出了运动学约束, 讨论了复杂动态动作的稳定性调节方法. 然后, 提出了考虑运动节奏的仿人机器人模仿人体动作的相似性函数, 并给出了满足运动学约束和动力学稳定性、具有高相似性的运动轨迹求解方法. 最后, 通过在仿人机器人 BHR-2 上进行中国功夫``刀术'实验验证了该方法的有效性.     

A method for determination of optimal gaits with application to a snake-like serial-link structure

In this paper, we present a method of determining optimal gaits for shape actuated locomotion systems. This method is the synthesis of techniques for computing reduced equations for robotic locomotion systems and a numerical optimal control strategy. Symmetry reduction processes induce a form of locomotion system dynamics that reveals a cyclic-like coupling between group, shape, and momenta coordinates. This form allows one to focus on designing gaits, abandoning concern over shape dynamics. Using this vantage point we indicate how a numerical optimal control method based on Gaussian quadrature may be acclimatized to periodicity, thus providing optimal gaits. The method is demonstrated by means of its application to a snake-like serial-link structure or snake robot. This application provides scientific merit to hypotheses concerning observed locomotion phenomena amongst animals employing undulatory propulsive mechanisms.     

相似度自适应样本块的高分辨SAR图像阴影修复

高分辨率SAR图像目标阴影可为目标识别提供更多的信息,对SAR图像目标阴影进行修复可以获取完整的目标阴影.采用传统样本匹配方法对SAR图像进行目标阴影修复时会出现阴影区域漏判问题和过渡区域不均匀问题.提出一种相似度自适应样本块的SAR图像目标阴影修复方法.利用SAR图像中目标及其阴影斜距的相对位置关系作为待修复区域的预判依据,有效地解决了阴影区域漏判问题;然后采用相似度自适应样本块的图像修复方法,改善了过渡区域不均匀问题.实验结果表明,本文方法可以有效地恢复高分辨率SAR图像中缺失的目标阴影.     

基于最低度偏置重启随机游走的链路预测方法

链路预测是数据挖掘主题中的一个重要问题。基于随机游走的相似性方法一般设定游走粒子转移到相邻节点的概率是相等的,忽略了节点度值对转移概率的影响。针对此问题,提出一种基于lowest-degree偏置重启随机游走的链路预测方法。首先引入最低度偏置函数,对游走粒子的转移概率进行重新定义,然后将最低度偏置随机游走策略运用到重启随机游走中,探究粒子在游走过程中最低度偏向策略对节点相似度的影响。在九个真实网络数据集上进行链路预测,结果表明,所提方法具有良好的预测精度,且挖掘了更多网络拓扑结构信息,证明该算法在节点相似性的评估上具有一定的优势。     

Real‐time horse gait synthesis

Horse locomotion exhibits rich variations in gaits and styles. Although there have been many approaches proposed for animating quadrupeds, there is not much research on synthesizing horse locomotion. In this paper, we present a horse locomotion synthesis approach. A user can arbitrarily change a horse's moving speed and direction, and our system would automatically adjust the horse's motion to fulfill the user's commands. At preprocessing, we manually capture horse locomotion data from Eadweard Muybridge's famous photographs of animal locomotion and expand the captured motion database to various speeds for each gait. At runtime, our approach automatically changes gaits based on speed, synthesizes the horse's root trajectory, and adjusts its body orientation based on the horse's turning direction. We propose an asynchronous time warping approach to handle gait transition, which is critical for generating realistic and controllable horse locomotion. Our experiments demonstrate that our system can produce smooth, rich, and controllable horse locomotion in real time. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于粗糙集和模糊聚类的新闻视频镜头边界检测方法

为了将视频分割成镜头,目前的方法都是提取某些特征然后构造不同的相异性函数。然而,太多的特征就会降低镜头分割算法的效率。因此,有必要对每一个镜头检测决策进行特征约简。基于此,提出了基于粗糙集和模糊聚类的分类方法并得到了相应的决策规则。针对新闻场景的特殊性,将镜头分割成突变过渡、渐变过渡以及无场景变化3类。用超过2个小时的新闻视频所做的实验获得了96.5%的查全率和97.9%的准确率。     

Development of wheel-less snake robot with two distinct gaits and gait transition capability

Snake robots are mostly designed based on single mode locomotion. However, single mode gait most likely could not work effectively when the robot is subject to an unstructured working environment with different measures of terrain complexity. As a solution, mixed mode locomotion is proposed in this paper by synchronizing two types of gaits known as serpentine and wriggler gaits used for non-constricted and narrow space environments, respectively, but for straight line locomotion only. A gait transition algorithm is developed to efficiently change the gait from one to another. This study includes the investigation on kinematics analysis followed by dynamics analysis while considering related structural constraints for both gaits. The approach utilizes the speed of the serpentine gait for open area locomotion and exploits the narrow space access capability of the wriggler gait. Hence, it can increase motion flexibility in view of the fact that the robot is able to change its mode of locomotion according to the working environment.     

基于块间光照不一致性的深度伪造检测算法

深度伪造技术的迅速发展和广泛传播引起了社会的广泛关注,但深度伪造技术的恶意应用也给社会带来了潜在威胁。因此,如何检测出此类深度伪造内容成为热门研究课题。以往的多数深度伪造检测算法着重于捕捉像素级别的细微伪造痕迹。目前的深度伪造算法大多忽略了伪造前后的光照信息,导致原始人脸与伪造人脸之间存在一定的光照不一致性,这为使用光照不一致性来检测深度伪造提供了可能。从引入光照不一致性信息和为特定任务设计网络结构模块两个角度设计了对应的算法。针对光照的引入,通过设计对应的通道融合算法,将更多的光照不一致信息提供给网络特征提取层,从而衍生出新的网络结构。为了保证该网络结构的可移植性,将特征通道融合的过程置于网络提取信息之前,从而使所提算法能够完整移植至常见的深度伪造检测网络。针对网络结构的设计,从网络结构和损失函数设计两个角度出发,提出了基于块间相似性的光照不一致性深度伪造检测算法。对于网络结构,基于伪造图像篡改区域和背景区域不一致的特性,在网络特征层中对提取特征进行分块,通过对比块间余弦相似度得到特征层相似矩阵,使网络拟合重心更偏向于光照不一致性。在此基础上,基于特征层相似性对比方案,通过将输入图像与该图像的未篡改图像进行块间真伪性对比,为这一任务设计了独立的真实数据参考及损失函数。实验结果表明,与基线算法相比,所提算法对于深度伪造检测的准确性有明显提升。     

融合单纯形映射与熵加权的聚类方法

由于分类型和数值型属性特性的差异,设计混合类型数据聚类算法时通常需要对两种类型属性区别对待,增加了聚类算法的设计与实现难度。另外,不同属性所包含的信息量存在差异,但现有算法通常平等对待各个属性。提出了一种融合单纯形映射与信息熵加权的混合类型数据聚类算法。基于单纯形理论将分类型属性映射为高维数值属性向量,应用信息熵理论为各属性分配权重建立相似性度量公式,将该度量方法应用于K-Means算法框架得到聚类算法。在6个UCI的混合数据集上的实验表明,提出的聚类算法优于传统映射聚类算法和K-Prototype算法,在准确度上分别提高了2.70％和18.33％。