基于多智能体深度强化学习的船舶协同避碰策略

船舶避碰是智能航行中首要解决的问题,多船会遇局面下,只有相互协作,共同规划避碰策略,才能有效降低碰撞风险.为使船舶智能避碰策略具有协同性、安全性和实用性,提出一种基于多智能体深度强化学习的船舶协同避碰决策方法.首先,研究船舶会遇局面辨识方法,设计满足《国际海上避碰规则》的多船避碰策略.其次,研究多船舶智能体合作方式,构建多船舶智能体协同避碰决策模型:利用注意力推理方法提取有助于避碰决策的关键数据;设计记忆驱动的经验学习方法,有效积累交互经验;引入噪音网络和多头注意力机制,增强船舶智能体决策探索能力.最后,分别在实验地图与真实海图上,对多船会遇场景进行仿真实验.结果表明,在协同性和安全性方面,相较于多个对比方法,所提出的避碰策略均能获得具有竞争力的结果,且满足实用性要求,从而为提高船舶智能航行水平和保障航行安全提供一种新的解决方案.     

基于时间窗的AGV动态避碰路径规划方法

为了解决多AGV在动态不稳环境下的无碰撞路径规划和系统效率提升的问题,提出了基于时间窗的AGV无碰撞路径规划方法。首先建立了多AGV的避碰模型,并结合时间窗模型,将多AGV的无碰撞路径规划分为预先规划和实时规划两阶段,预先规划阶段进行多AGV无冲突时间窗的计算和最大化系统中AGV的流通量,实时规划阶段通过改变AGV在避碰模型上的占用优先级和局部重规划的方法进行动态避碰。最后以某智能仓储为应用案例进行仿真实验,证明了该算法能有效避免多AGV的碰撞,提高AGV的流通量,同时在动态环境下具有较好的鲁棒性和柔性。     

基于RFID的天车避碰系统的设计

基于RFID的无线天车避碰系统,给出了天车定位方案的工作原理、对系统硬件和软件进行了设计。在天车运行的过程中,实现对两个天车之间距离的监测,声光报警、停车控制。与传统的天车避碰系统相比,由于采用RFID定位技术和无线数据传输技术,使系统受到的环境影响很小,数据传输范围大,定位精度较高。     

雷达导航避碰模糊识别

在多目标雷达导航避碰过程中,识别目标船相 对于本船可能发生碰撞的危险程度是驾驶员十分重要的工作,通常是由驾驶员根据经验作出 人为的识别或判断,本文运用模糊数学综合评判理论于船舶雷达导航避碰技术中,综合分析目 标相对于本船的方位,距离,最近碰撞点和最近碰撞时间参数,将目标碰撞危险程度这一模糊 概念加以数量化,最终提出一种新的目标碰撞危险度综合评判数学模型.     

面向实时自避碰的双臂机器人力矩控制策略

为解决双臂机器人运动过程中的自碰撞问题，提出了一种面向实时自避碰的双臂机器人力矩控制策略。利用机械臂正向运动学构建双臂机器人动态骨架包围盒，用于简化计算关节间最小距离；根据机械臂关节空间阻抗控制规则，设计了基于关节间距离的力矩控制算法，将运动中各关节间距离转换为避碰力矩，并将避碰力矩和其他任务的期望力矩相加，从而得到控制双臂机器人运动的实际力矩。实验表明：当双臂机器人的设定杆件相互靠近且达到避碰距离时，本研究所提出的自避碰策略能够及时对机器人的运动关节产生一组平滑的避碰力矩，避免了机器人自身发生碰撞，验证了所提算法的有效性及实用性。     

基于改进DWA的多无人水面艇分布式避碰算法

针对多艘无人水面艇(USV)相遇自主避碰问题,考虑可能存在异常行驶的USV,基于改进动态窗口法(DWA)提出一种包含碰撞风险检测和行驶职责划分的分布式避碰算法.首先,引入障碍物预测轨迹和权重因子改进传统DWA的距离评价函数,提高USV躲避多个动态障碍物的能力,同时,结合国际海上避碰规则(COLREGS)引入新的规则评价函数约束USV的避让动作;然后,引入期望速度和航向改进现有碰撞风险检测算法,减少因碰撞风险变化导致的轨迹波动;接着,针对COLREGS仅规定两船相遇时的行驶职责划分问题,提出一种考虑异常USV的多USV职责划分方法;最后,基于Matlab实现多USV相遇自主避碰仿真.实验结果表明,即使存在异常USV,分布式避碰算法依旧保证正常USV能够作出符合COLREGS的安全避让动作.     

基于蚁群算法的机器人路径规划

针对移动机器人规避障碍和寻找最优路径问题,提出了在复杂环境下移动机器人的一种路径规划方法.采用了栅格法建立了机器人工作平面的坐标系,整个系统由全局路径规划和局部避碰规划两部分组成.在全局路径规划中,用改进蚁群算法规划出初步全局优化路径;局部避碰规划是在跟踪全局优化路径的过程中,通过基于滚动窗口的环境探测和碰撞预测,对动态障碍物实施有效的局部避碰策略,从而使机器人能够安全顺利的到达目标点.仿真实验的结果表明了所述方法能在较短时间内找到最佳路径并规避障碍.     

一种基于效益的多机器人避碰协调策略

多移动机器人系统在完成同时定位和地图构建SLAM任务时,机器人之间常常存在相互碰撞的问题,而这种碰撞的避免又不同于一般的避障,因为避障问题中的障碍物一般是不动的。为了解决机器人之间的避碰问题,提出了一种基于效益的多机器人避碰协调策略。该策略以提高多机器人系统探索效率为主,确定机器人通过交叉路口的顺序。同时考虑了动态协调避碰的情况,给出了确定机器人通过交叉路口顺序的算法。通过机器人在交叉路口实现避碰协调算法的仿真示例,对该方法的避碰协调过程进行了说明,并对仿真结果进行了分析,同时对仿真中机器人和目标位置的空间关系给出了合理的假设。     

基于前视声纳信息的AUV避碰规划方法

提出了基于实时前视声纳信息实现AUV避碰规划的框架.整个避碰规划系统包括声纳探测目标、目标跟踪、特征信息提取、目标运动估计、避碰算法等部分.在小型局域网仿真系统上仿真表明,该控制方法使得AUV能够较好的实现对静止目标和运动目标的避碰.     

基于FPGA和ARM的船舶防撞系统设计

研究设计了一种基于FPGA和ARM的船舶防碰撞告警设备。该设备主要应用在中小型船只上,与船上原有经济型航海雷达配合使用构成一个新系统。防碰撞告警设备从原航海雷达上采集雷达原始数据,并将数据进行变换和二次信息处理,使系统具有自动目标跟踪、危险目标自动识别以及各种危险目标告警的功能。在不影响原航海雷达功能的前提下,为其增加了防撞避碰的功能。     

智能小车无线环境监测系统设计

温湿度、光强及烟雾数据的监测在工业生产车间、仓库货物维护中尤为重要,针对传统有线监测方式运行成本高及信息反馈滞后等不足,设计一种基于LabVIEW的智能小车无线监测系统。由下位机STM32F103RCT6控制器对多路环境参数进行数据采集,通过NRF24L01无线通信模块对数据进行传输,利用LabVIEW虚拟仪器软件在上位机对智能小车进行自动寻迹和手动控制模式切换,可实现智能小车高效率的前进、后退、左转及右转,自主避障等动作,同时通过无线通信模块将小车上的各个传感器数据采集到上位机监测界面,实现显示、存储、报警等功能。测试结果表明,系统能有效准确的反映环境数据变化,便于长时间实时的对环境数据进行采集、传输与分析,可有效提高对车间、仓库的实时监测水平,具有一定的实用推广价值。     

Sensor-based collision avoidance: Theory and experiments

A new on-line control strategy for sensor-based collision avoidance of manipulators and supporting experimental results are presented in this article. This control strategy is based on nullification of virtual forces applied to the end-effector by a hypothetical spring-plus-damper attached to the object's surface. In the proposed approach, the real-time arm control software continuously monitors the object distance measured by the arm-mounted proximity sensors. When this distance is less than a preset threshold, the collision avoidance control action is initiated to inhibit motion toward the object and thus prevent collision. This is accomplished by employing an outer feedback loop to perturb the end-effector nominal motion trajectory in real-time based on the sensory data. The perturbation is generated by a proportional-plus-integral (PI) collision avoidance controller acting on the difference between the sensed distance and the preset threshold. This approach is computationally very fast, requires minimal modification to the existing manipulator positioning system, and provides the manipulator with an on-line collision avoidance capability to react autonomously and intelligently. A dexterous RRC robotic arm is instrumented with infrared proximity sensors and is operated under the proposed collision avoidance strategy. Experimental results are presented to demonstrate end-effector collision avoidance both with an approaching object and while reaching inside a constricted opening. © 1996 John Wiley & Sons, Inc.     

汽车碰撞预警主动安全预测方法

汽车主动避撞系统的研究主要是为了能够提前对汽车碰撞做出预警及自动处理,有效抑制交通事故的发生。文中开展基于摄像头、激光雷达、车间通信的车辆防碰撞预警关键技术研究,提出了一种适用于智能车超车换道阶段的基于TTC和冲突概率估计的碰撞概率主动安全预测算法。综合考虑时间域和超车距离等条件的约束,建立车辆超车换道最小安全距离模型;依据超车行为约束条件,提出碰撞时间与碰撞概率的公式(TTC);同时引入多元高斯分布的概率密度函数,用冲突潜在领域表示潜在冲突的可能性大小,建立了两车潜在冲突区域重合的概率密度计算模型。在1∶10模拟赛道仿真平台上对所提方法进行了模拟测试,其对4辆智能车200次的同向及反向接近预警警报和紧急警报的准确率均为100%,从而验证了该方法的有效性。     

基于动力学的张拉整体柔性臂数字孪生系统

连续型机器人因其具有柔顺大变形、灵巧运动等特点,已成为未来提升机器人安全性和交互性的发展趋势,而数字孪生是实现机器人-环境-人之间共融共存的重要技术保障.本文以张拉整体连续型柔性臂为研究对象,结合数字孪生和虚拟仿真等技术,让张拉整体柔性臂在虚拟空间和实际物理空间中得以深度融合.搭建数据通讯架构实现数据实时传输和驱动,以提升柔性臂与人的协同工作效率,并可在复杂的环境中通过碰撞检测反馈实现动态避障.进一步,开发了一款基于动力学的张拉整体柔性臂数字孪生系统,并通过虚实双向操控验证了所建系统的有效性,为机器人远程智能监测与控制提供了参考.     

一种铝线生产智能监控系统

鉴于某铝线生产车间已经实现了WiFi网络全覆盖的情况,设计了一种基于WiFi无线传输的生产智能监控系统。监控终端外围设备将采集到的现场数据以无线WiFi方式上传至上位机,企业管理者可通过上位机监控软件实时查看生产数据,了解第一手生产资料。上位机同时可以自动完成信息反馈,监控终端根据反馈数据能实时控制生产进程。该系统针对工业现场环境中布线难的问题提出了WiFi无线传输的设计方案,切实解决了铝线企业对现场生产的实时监控问题。     

ADS-B与TCAS II数据融合算法研究

面对空中交通密度越来越大,TCAS II在实际应用中暴露出的虚警和不必要告警等问题愈加明显。为了提供可靠连续的监视信息,提高防撞系统的性能,给出了一种ADS-B与TCAS II组合监视数据融合算法。该算法首先建立了飞机状态空间模型,并分析了ADS-B和TCAS II数据内容和特点,然后研究了数据融合前需要解决的关键问题,利用Kalman滤波器对数据进行处理,采用了在线性最小方差意义下的按标量加权最优信息融合准则和算法对数据进行融合。对该算法进行仿真,结果表明融合后的数据估计误差比任何一个传感器单独估计的误差都要小,说明该算法能够得到较高精度的数据,有效增强了防撞系统的性能。     

空间机器人双臂捕获卫星操作的事件采样输出反馈神经网络避撞柔顺控制

讨论漂浮基空间机器人双臂捕获非合作卫星过程避免关节冲击破坏的避撞柔顺控制问题,提出在机械臂与关节电机之间加入一种旋转型串联弹性执行器(rotatory series elastic actuator,RSEA)作为柔顺缓冲机构,其作用在于:1)捕获碰撞过程,通过其内置弹簧的拉伸或压缩吸收捕获操作过程中被捕获卫星对空间机器人关节产生的冲击能量;2)捕获完成后的镇定过程,利用设计与之配合的避撞柔顺控制策略保证关节冲击力矩限制在安全范围.利用第二类拉格朗日方程推导得到捕获操作前含柔顺机构双臂空间机器人系统及目标卫星的各分体系统动力学模型;基于系统动量守恒关系、系统运动几何关系及牛顿第三定律,得到捕获操作后双臂空间机器人与被捕获卫星混合体系统综合动力学方程;针对捕获操作后受碰撞影响而产生不稳定运动的混合体系统,提出一种基于事件采样输出反馈的RBF神经网络避撞柔顺控制方案.上述方案与柔顺机构相结合不仅能有效吸收被捕获卫星的冲击能量,还能在冲击能量过大时应时开、关双臂空间机器人关节电机,以防止关节电机发生过载和破坏.通过李雅普诺夫稳定性理论证明系统的全局稳定性,并通过仿真结果验证所提避撞柔顺控制方案的有效性.     

基于PLC控制的制动缸检测系统设计

制动缸作为铁路货车制动系统的关键部件,提出了一种基于PLC控制的制动缸性能检测系统的设计方案,包括机械、液压、气动、电气和软件。实现计算机与PLC的串行通信,并以专家控制方式对整个检测过程进行实时监控;具备智能化功能,可自动记录管理数据,判断检测结果,分析故障原因。该系统可完成平滑性试验、全行程保压试验、分段保压试验的试验过程。目前,该装置已在太原机车车辆厂使用,并通过了铁道部运输局的技术评审。     

多船避碰智能决策的生成与优化方法

多船避碰是船舶避碰中最复杂的问题，也是船舶自动避碰方法研究中的难点之一． 本文首先简述船舶智能避碰的策略，再讨论多船会遇态势的划分原则及其分类，然后着重讨 论海域无约束多船智能避碰决策的产生与优化方法．     

基于超声波的倒车防撞报警系统设计

超声波倒车防撞报警系统又称为倒车雷达,是为了解决倒车过程发生的碰撞问题,提高驾驶员驾驶的安全而设计的。系统核心为超声波测距系统,由主控芯片、超声波发射电路、超声波接收电路和显示模块组成。系统以STC89C51单片机为主控芯片,以555定时器为超声波发射电路核心,CX20106A为超声波接收电路核心,以液晶LCD1602为显示模块核心,同时增加测温补偿模块和声光报警电路。此系统结构简单、成本低、易于控制。