多模态文本视觉大模型机器人地形感知算法研究

1

作者 孙浩 谢滔 +5 位作者 何龙 郭文忠 虞永方 吴其军 王建伟 东辉 《图学学报》 北大核心 2025年第3期558-567,共10页

为提升机器人在动态复杂环境下对地形的智能感知能力,提出了一种基于多模态文本视觉大模型信息融合地形分割算法,集成了SLIC图像数据预处理、CLIP和SAM掩码生成模块、Dice系数后处理。首先,对原始输入图像进行SLIC预处理,得到图像分割子... 为提升机器人在动态复杂环境下对地形的智能感知能力,提出了一种基于多模态文本视觉大模型信息融合地形分割算法,集成了SLIC图像数据预处理、CLIP和SAM掩码生成模块、Dice系数后处理。首先,对原始输入图像进行SLIC预处理,得到图像分割子块,通过增加提示点提高后续掩码质量,可显著提高地形分类准确度。然后,通过文本-图像预训练大模型CLIP,将输入视觉图像和预设地形文本信息进行匹配,并借助其可解释性和零次学习,生成各地形提示点集合。由SAM大模型接受上述集合生成带有语义标签的掩码数据,并通过Dice系数后处理筛选可用掩码。以Cityscapes数据集为地形分割样本,验证了该算法相较于监督和无监督学习框架下主流分割算法的优越性,在无需标记数据的情况下,实现了76.58%的有效掩码生成率,IoU达到90.14%。针对四足机器人地形感知任务,添加U-net编/解码器网络量化验证模块。以生成掩码作为数据集,构建轻量化地形分割模型,部署在四足机器人的边缘计算设备,并在真实环境中开展地形分割实验。实验结果表明,2种掩码优化方法分别使模型MIo U提升了2.36%和2.56%,最终轻量化模型MIoU达到96.34%,地形分割精度可靠,该算法有效指导了机器人快速地从起点安全行进到目标地,并有效避开草地等非几何障碍物。 展开更多

关键词 深度学习 文本视觉大模型 足式机器人 地形感知 计算机视觉

在线阅读 下载PDF 职称材料

特殊水下环境的移动机器人几何定位方法

2

作者 罗哲文 刘治 樊继壮 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第17期7238-7243,共6页

针对移动机器人在水下完成核反应堆堆内构件检修时的无人自主定位任务,提出了一种结合惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)与单目视觉测距的机器人水下几何定位方法。结合实际环境需求,简述了单目相机测距原理;针对水下核辐射... 针对移动机器人在水下完成核反应堆堆内构件检修时的无人自主定位任务,提出了一种结合惯性测量单元(inertial measurement unit,IMU)与单目视觉测距的机器人水下几何定位方法。结合实际环境需求,简述了单目相机测距原理;针对水下核辐射环境对传感器使用的限制,提出了基于单目视觉校正惯性测量单元位姿估计积分误差和几何定位方法,模拟实验验证表明该定位方法能够有效地校正机器人利用惯性测量单元定位过程中产生的累积误差,提高了机器人的水下运动定位精度。 展开更多

关键词 核电站堆内构件 移动机器人 单目视觉 IMU 水下定位

在线阅读 下载PDF 职称材料

一种考虑弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的机器人刚度辨识方法

3

作者 郭万金 李儒 +3 位作者 王利斌 郝钦磊 曹雏清 赵立军 《中国机械工程》 北大核心 2025年第5期974-985,共12页

为解决含有弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的3T2R型高灵巧性机器人的刚度辨识问题,提出一种机器人刚度辨识方法。分析机器人紧凑性和经济性复合式构型设计的结构特点及作业姿态调整高灵巧性的运动特点,构建机器人雅可比矩阵,并建立... 为解决含有弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的3T2R型高灵巧性机器人的刚度辨识问题,提出一种机器人刚度辨识方法。分析机器人紧凑性和经济性复合式构型设计的结构特点及作业姿态调整高灵巧性的运动特点,构建机器人雅可比矩阵,并建立机器人末端变形模型,分析机器人弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构对机器人末端变形的影响;考虑机器人弱刚性关节传动链结构和柔性杆结构的共同作用影响及机器人弱刚性大变形的结构特征,进行机器人关节刚度辨识,并对移动关节3进行变刚度建模。实验结果表明,所提方法比常规刚度辨识方法辨识出的机器人关节3、关节4和关节5的刚度分别增大了146.59%、30.18%和36.07%;在所选6组机器人位姿处末端综合变形实测值和理论计算值的误差率为4%~6%,验证了所提刚度辨识方法的有效性。 展开更多

关键词 刚度辨识 弱刚性关节传动链 柔性杆 机器人末端变形 高灵巧性机器人

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于元启发式优化的机器人智能体无碰撞轨迹规划

4

作者 谢宗武 马博宇 +3 位作者 孙万东 杨晓航 姬一明 谢光虎 《载人航天》 CSCD 北大核心 2024年第4期510-515,共6页

针对机器人智能体在复杂三维环境中的安全运动,提出一种基于元启发式优化的无碰撞轨迹规划方案。轨迹点采用五次样条插值,以确保运动轨迹足够平滑,且起始点和目标点的速度与加速度均为零。以轨迹长度最短为优化目标,将轨迹与障碍物的最... 针对机器人智能体在复杂三维环境中的安全运动,提出一种基于元启发式优化的无碰撞轨迹规划方案。轨迹点采用五次样条插值,以确保运动轨迹足够平滑,且起始点和目标点的速度与加速度均为零。以轨迹长度最短为优化目标,将轨迹与障碍物的最近距离限制在约束条件中,从而表述为一个优化问题,并采用基于元启发式的灰狼算法进行求解。随后,在复杂的三维地形中对该方案开展2个模拟仿真。结果表明:该方案能够有效地在规划空间内求解出预定数目的最优轨迹插值点,通过五次样条插值形成的轨迹长度达到最短,且不与障碍物发生任何碰撞。 展开更多

关键词 机器人智能体 轨迹规划 无碰撞 五次样条插值 灰狼算法 元启发式

在线阅读 下载PDF 职称材料

面向航天器自主维护的空间机器人发展战略研究 被引量：2

5

作者 赵亮亮 李雪皑 +1 位作者 赵京东 刘宏 《中国工程科学》 CSCD 北大核心 2024年第1期149-159,共11页

空间机器人能够适应空间极端环境,突破人类太空探索的极限,极大地提高空间操控的安全性和经济性,是提升空间科学技术水平的核心装备,可为航天事业发展提供重要支撑和有力保障。本文详细阐述了发展航天器自主维护空间机器人技术对于推动... 空间机器人能够适应空间极端环境,突破人类太空探索的极限,极大地提高空间操控的安全性和经济性,是提升空间科学技术水平的核心装备,可为航天事业发展提供重要支撑和有力保障。本文详细阐述了发展航天器自主维护空间机器人技术对于推动我国航天强国建设、促进国防科技发展以及引领变革性技术创新等方面的重大价值;从政策、技术、市场等角度,分析了国内外空间机器人的发展现状及趋势;剖析了目前我国航天器自主维护空间机器人的技术挑战与面临问题;基于国家重大战略需求、研究基础及发展方向,论证了面向航天器自主维护空间机器人的发展体系和突破路径。研究建议:加快科技创新2030—在轨服务重大专项实施,加大空间机器人智能操控基础研究支持力度,加速构建政府-企业-高校协同发展创新机制,加强空间机器人国际合作、引进国际高端人才。 展开更多

关键词 空间机器人 航天器自主维护 智能操控 太空作业 太空经济

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于甲虫搜索算法的空间机械臂轨迹规划技术研究 被引量：1

6

作者 王证普 曹宝石 +4 位作者 刘阳 李雪皑 孙浩然 孙奎 谢宗武 《载人航天》 CSCD 北大核心 2024年第6期784-790,共7页

针对中国空间站问天实验舱机械臂(EMM)的轨迹规划任务,提出了一种基于甲虫搜索(BAS)算法的轨迹规划技术,使机械臂关节轨迹满足多目标约束的同时,机械臂末端沿预定的任务轨迹运动。基于GJK算法将机械臂本体与周围障碍物的最小距离作为首... 针对中国空间站问天实验舱机械臂(EMM)的轨迹规划任务,提出了一种基于甲虫搜索(BAS)算法的轨迹规划技术,使机械臂关节轨迹满足多目标约束的同时,机械臂末端沿预定的任务轨迹运动。基于GJK算法将机械臂本体与周围障碍物的最小距离作为首要优化目标,保证机械臂与障碍物保持安全距离;根据笛卡尔空间中的目标轨迹,基于DH法建立的EMM运动学模型,将机械臂末端与目标轨迹的位置误差作为次级优化目标;为减少机械臂关节磨损,把第3、4、5关节运动行程作为第三个优化目标。采用加权系数法将3个优化目标组成轨迹规划算法的优化模型。实验结果表明:提出的轨迹规划算法具有较快的收敛速度,末端误差曲线变换平缓,精度明显高于粒子群算法的结果。验证了BAS规划出的轨迹能够使机械臂末端在跟踪目标轨迹的同时,机械本体可安全避开空间站舱外的障碍物。 展开更多

关键词 空间机械臂 轨迹规划 甲虫搜索算法 避障 高精度运动

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于臂型角的Baxter机械臂运动映射方法

7

作者 赵京东 王梓睿 +6 位作者 张佳钰 孔祥祎 罗浩伦 姜伟 刘思远 赵亮亮 谢宗武 《载人航天》 CSCD 北大核心 2024年第6期735-745,共11页

在采用机器人进行远程操作过程中,针对任务空间映射算法的参数确定缺少系统化理论的问题,提出了一种系统化的定缩放因子映射算法和姿态映射算法,使映射后的人臂工作空间尽可能充满机械臂工作空间;针对任务空间映射会丢失臂型角信息的问... 在采用机器人进行远程操作过程中,针对任务空间映射算法的参数确定缺少系统化理论的问题,提出了一种系统化的定缩放因子映射算法和姿态映射算法,使映射后的人臂工作空间尽可能充满机械臂工作空间;针对任务空间映射会丢失臂型角信息的问题,提出基于黄金分割法的臂型角逆运动学求解方法,将臂型角的概念推广到有连杆长度的SRS型机械臂中;针对Kinect相机的随机抖动,提出基于卡尔曼滤波的消抖算法。实验结果表明:逆运动学算法能以平均时间28 ms正确跟踪期望轨迹;轨迹跟踪x方向平均误差为904 mm,y方向误差为1049 mm,z方向误差为649 mm,臂型角平均跟踪误差为074°。Baxter机械臂能够执行期望的目标轨迹,并能够根据人臂的臂型角调整构形。 展开更多

关键词 远程操作 任务空间映射 臂型角 卡尔曼滤波

在线阅读 下载PDF 职称材料

星表探索漫游器地形通过风险的快速感知方法

8

作者 谢宗武 姬一明 +1 位作者 刘阳 马博宇 《载人航天》 CSCD 北大核心 2024年第5期659-665,共7页

星表漫游器是一类在地外行星表面执行探索、取样等任务的移动机器人,漫游器的高自主性、高可靠性依赖于其对自身周围地形环境的准确感知。针对漫游器自主导航对感知系统的要求,提出一种针对星表地形环境进行快速通过风险感知的方法。基... 星表漫游器是一类在地外行星表面执行探索、取样等任务的移动机器人,漫游器的高自主性、高可靠性依赖于其对自身周围地形环境的准确感知。针对漫游器自主导航对感知系统的要求,提出一种针对星表地形环境进行快速通过风险感知的方法。基于开源的星表地貌仿真系统生成逼真的虚拟数据集,同时考虑漫游器自身物理和运动学参数对地形通过风险的影响。实验结果表明:所提方法将单帧RGB图片的风险感知计算时间降低至0.1 s,相对于根据深度数据计算真实的通过风险,提出方法虽然略微损失了计算精度,但却带来计算速度的显著提升。基于神经网络的架构也赋予该方法处理跨尺度图像输入的能力,对不同分辨率的RGB图片输入都能保持较高的计算速度。 展开更多

关键词 通过性分析 星表探索 地形重建 深度学习

在线阅读 下载PDF 职称材料

空间站组合臂安装载荷的自主安全操控策略 被引量：2

9

作者 刘冬雨 刘宏 +2 位作者 刘业超 谢宗武 高升 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期303-313,共11页

针对空间站暴露载荷操作任务,提出一种组合臂安装载荷的自主安全操控策略。该策略由机械臂末端视觉伺服进行安装操作的精细初定位,克服天地差异、舱体充压变形、组合臂大范围开环运动等误差影响,为机械臂安装载荷提供准确的初始条件;由... 针对空间站暴露载荷操作任务,提出一种组合臂安装载荷的自主安全操控策略。该策略由机械臂末端视觉伺服进行安装操作的精细初定位,克服天地差异、舱体充压变形、组合臂大范围开环运动等误差影响,为机械臂安装载荷提供准确的初始条件;由力控制和自主交互流程进行载荷对接安装,适应载荷对接前残余位姿偏差,减少天地、机械臂与载荷交互时间、力控制持续时间,降低宏微机械臂间动力学耦合影响,自主柔顺和安全完成载荷插拔操作。该操控策略经过地面仿真和试验验证,并成功应用在组合臂操作舱外暴露载荷任务中,确保空间站载荷安装任务圆满成功。 展开更多

关键词 空间站 空间载荷安装 空间机械臂 精细操作 力控制

在线阅读 下载PDF 职称材料

辐射肋式空间可展开天线机构设计与分析

10

作者 田大可 宋玉群 +3 位作者 金路 高海明 刘荣强 赵丙峰 《中国空间科学技术（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第2期40-50,共11页

可展开天线机构是网面可展开天线的关键组成部分,对天线展开后结构的稳定性和刚度具有重要影响。针对空间可展开天线大型化、高收纳率、高精度化发展趋势,设计了一种辐射肋式空间可展开天线机构新构型。首先,开展了天线整体结构设计,根... 可展开天线机构是网面可展开天线的关键组成部分,对天线展开后结构的稳定性和刚度具有重要影响。针对空间可展开天线大型化、高收纳率、高精度化发展趋势,设计了一种辐射肋式空间可展开天线机构新构型。首先,开展了天线整体结构设计,根据结构组成进行尺寸计算并建立了结构的三维模型;然后,采用数值仿真软件开展了机构运动学仿真研究,并分析了运动的变化规律;最后,建立了有限元模型,开展了结构模态分析。研究结果表明,所提出的机构能够实现由收拢至展开的运动变化,展开过程中机构具有良好的同步性,构件间无干涉,验证了结构方案及原理的正确性和可行性。研究结果对于空间可展开天线基础理论及工程应用等具有较高的参考价值。 展开更多

关键词 空间折展机构 可展开天线 分叉结构 机构设计 运动学分析 模态分析

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于耦合自适应连杆机构的欠驱动手指设计及控制

11

作者 戴景辉 樊绍巍 +1 位作者 程明 姜力 《哈尔滨工程大学学报》 2025年第9期1829-1837,共9页

为复现人手的运动功能,针对耦合型假肢手适应性差,自适应假肢手运动拟人性差的问题,本文提出一种兼具耦合运动功能与自适应运动功能的欠驱动手指机构。介绍了耦合自适应连杆机构的原理以及欠驱动手指机构的设计方案,然后对手指运动学进... 为复现人手的运动功能,针对耦合型假肢手适应性差,自适应假肢手运动拟人性差的问题,本文提出一种兼具耦合运动功能与自适应运动功能的欠驱动手指机构。介绍了耦合自适应连杆机构的原理以及欠驱动手指机构的设计方案,然后对手指运动学进行了分析,获得了手指各关节间的运动耦合关系以及手指的工作空间。建立手指的静力学模型,并分析了指尖抓握时的指尖输出力特性以及自适应抓握时手指的稳定性。设计了手指的位置控制以及阻抗控制策略使手指具备主动柔顺特性。最后进行了手指抓握以及控制实验,实验结果表明,所设计欠驱动手指具有较高的输出力、高稳定性以及良好的顺应性。所设计手指结合了耦合手与自适应手的优点,有效提升了假肢手的抓握性能。 展开更多

关键词 欠驱动 稳定性 自适应 假手 阻抗控制 静力学分析 工作空间 手指机构

在线阅读 下载PDF 职称材料

模块化可展开天线结构刚柔耦合设计与驱动力分析

12

作者 田大可 张昊 +4 位作者 王永滨 方纪收 金路 石祖玮 范小东 《中国空间科学技术(中英文)》 2025年第4期144-153,共10页

模块化可展开天线具有通用性好、适应性强、拓展灵活等特点,是满足未来大尺度天线在轨装配、在轨建造等需求的一种具有较大发展潜力的构型形式。为更好地掌握六棱柱模块化可展开天线在轨展开过程中结构的力学特性,开展了天线结构刚柔耦... 模块化可展开天线具有通用性好、适应性强、拓展灵活等特点,是满足未来大尺度天线在轨装配、在轨建造等需求的一种具有较大发展潜力的构型形式。为更好地掌握六棱柱模块化可展开天线在轨展开过程中结构的力学特性,开展了天线结构刚柔耦合设计及驱动力分析。首先,开展了模块化可展开天线结构方案设计,阐述了结构组成及展收原理。其次,基于解析几何方法,建立了等效包络圆数学模型,求得了肋单元夹角等关键参数,并建立了可展开天线结构三维模型。再次,对上弦杆、斜腹杆、下弦杆等径向长杆进行柔性化处理,采用多体动力学仿真软件建立了模块化可展开天线机构刚柔耦合多体动力学模型。最后,分别从有重力、无重力两个方面对单模块、多模块天线在不同约束位置下的展开驱动力的变化规律进行了分析。研究结果表明:展开过程若存在重力,则约束位置的选择对驱动力影响较大;若不存在重力,则天线约束位置对展开影响较小。所开展的结构设计及多方案驱动力分析可为该型天线的样机研制及工程化应用提供一定的借鉴和参考。 展开更多

关键词 可展开天线 模块化结构 刚柔耦合结构 空间几何建模 驱动力分析

在线阅读 下载PDF 职称材料

纳秒激光加工金属疏水性能转变的环保处理方式及机理

13

作者 王继强 徐艳桦 +2 位作者 高蕴礼 闫永达 耿延泉 《中国表面工程》 2025年第4期42-63,共22页

纳秒激光直写(NDLW)是一种通过纳秒脉冲激光束在材料表面实现局部加工的技术,广泛应用于微米尺度结构的制备。该方法通过激光烧蚀或光化材料,实现对材料表面进行刻蚀与形貌调控。通常,经NDLW处理的抛光金属表面表现出(超)亲水性,随后通... 纳秒激光直写(NDLW)是一种通过纳秒脉冲激光束在材料表面实现局部加工的技术,广泛应用于微米尺度结构的制备。该方法通过激光烧蚀或光化材料,实现对材料表面进行刻蚀与形貌调控。通常,经NDLW处理的抛光金属表面表现出(超)亲水性,随后通过环境空气中有机物的吸附、低温退火或激光二次处理等绿色环保处理方式,可实现表面润湿性的转变,获得(超)疏水性表面。所制备的超疏水表面具有防霜防冰、流体减阻、抗菌等多种优异性能,在航空航天、生物医疗等领域具有广阔的应用前景。系统阐述润湿性调控的理论基础及纳秒激光加工金属材料的物理机制,重点综述在无化学修饰剂参与的条件下,通过环境友好型处理方式实现金属表面由(超)亲水性向(超)疏水性转变的研究进展,并探讨相关转变机制。最后对当前研究现状进行总结,并提出未来发展方向,旨在为相关领域研究人员提供全面的参考与借鉴。 展开更多

关键词 纳秒激光直写 疏水性 微结构 金属表面加工

在线阅读 下载PDF 职称材料