自主/遥控水下机器人研究与应用

1.自主/遥控水下机器人 海洋对人类而言是神秘和未知的领域,人类对它的探索从未停止过.水下机器人(UUV,Un-manned Underwater Vehicles)作为人类认识和开发海洋的重要手段之一,其在海洋科学及工程中的应用日益受到广泛关注.通常我们说的水下机器人,是指"能在水中浮游或在海底行走、具有观察能力和使...     

基于UNet深度学习算法的东海大型漂浮藻类遥感监测

基于语义分割神经网络UNet,利用GOCI(Geostationary Ocean Color Imager)卫星传感器数据,构建出能够有效提取大型漂浮藻类的深度学习模型,实现了对大型漂浮藻类信息端到端、像素到像素的分割识别.验证结果表明:所提出的深度学习模型对验证集中大型漂浮藻类的平均识别精度达到88.54％;通过与...     

机器人控制系统关键模块的形式化验证

随着机器人应用在越来越多的领域,人们对其安全性的要求越来越高,作为机器人的核心,控制系统设计的可靠性对整个系统的安全至关重要;针对一种模块化设计的机器人控制系统架构,利用xMAS(eXecutable MicroArchitecture Specification,可执行微架构描述)模型在定理证明器ACL2中对其功能正确性进行验证,首先对Xmas在ACL2中的形式化理论做了阐述,然后对该机器人控制系统中的加速度传感器数据采集模块建立xMAS模型,提取关键属性并进行验证;将xMAS模型和定理证明器ACL2相结合,可以很好地解决机器人控制系统的验证问题,为机器人控制系统的形式化验证提供一个有效的方法参考。     

基于支持向量机的外骨骼机器人灵敏度放大控制

为了准确控制外骨骼机器人跟随人体运动,需要建立其动态、精确的数学模型;人体下肢外骨骼是一个多自由度、强耦合以及非线性的多连杆系统,难以建立准确的运动学和动力学模型;文章使用三维运动捕捉与空间定位系统,获取实际人体运动参数(运动学与动力学),应用支持向量机(SVM)学习人体下肢外骨骼的数学模型;基于该模型构造基于支持向量机模型的灵敏度放大控制方法;文章使用MATLAB和LIBSVM建立外骨骼下肢机器人的数学模型,并进行仿真分析;仿真结果表明基于SVM的模型学习方法,能够准确计算出人体下肢外骨骼的动力学模型,并简化建模过程;基于SVM的灵敏度放大控制,能够有效计算出人体下肢外骨骼各关节(髋关节、膝关节、踝关节)的输出力矩,并控制外骨骼机器人跟随人体运动。     

一种基于流形学习的近红外光谱分析建模方法

近红外光谱分析的重要内容之一是基于校正样品集建立光谱和化学成分或类别之间的回归模型。流形学习是一类新的机器学习方法,它能够揭示出复杂数据的本质维数,提取最重要的特征信息,并用于建立回归或分类模型。文章以近红外光谱为研究对象,针对近红外光谱数据维数高、谱带归属难以确定等特点,基于流形学习中局部线性嵌入(LLE)算法的思想,提出了一种最小二乘局部加权回归(LS-LWR)建模方法。最后,利用各种浓度葡萄糖溶液的近红外光谱,对该方法进行了验证。同时建立主成份回归(PCR)和偏最小二乘回归(PLSR)模型,通过计算预测标准偏差(SEP)与LS-LWR模型进行比较。实验结果表明,LS-LWR模型有更好的预测效果,而且具有模型简单、稳定性好和计算省时等优点。     

基于信息增益率的WNB水下机器人故障分类

提高故障诊断能力对于确保水下机器人系统的稳定运行具有重要意义,故障分类是目前水下机器人故障诊断所面临的一个重要问题。针对水下机器人推进器系统数据特征,提出一种基于信息增益率的加权朴素贝叶斯故障分类算法。首先,计算故障训练样本的先验概率,将各属性的信息增益率作为权值;其次,构建基于增益率加权的朴素贝叶斯分类模型;然后,对检测的故障数据利用分类模型获取具有最大后验概率的故障模式,实现故障分类。与朴素贝叶斯算法和决策树算法相比,仿真实验结果表明基于信息增益率加权的朴素贝叶斯算法的分类成功率更高,能够有效地实现水下机器人的故障分类。     

线性σ模型和在J/ψ→γp(-p)的p(-p)质量谱中观测到的增强现象

假定BES合作组在辐射衰变J/ψ→γp(-p)中观测到的p(-p)谱的增强是由于存在一个pp的分子态,用线性σ模型计算了它的束缚能和寿命.具体考虑了这种增强现象是由于p(-p)可能形成一个S波或P波共振态,并把计算结果和实验数据做了比较.与氘核不同,由于p(-p)可以通过s道湮没,因此通过研究它的总宽度可以获得线性σ模型及其相关问题的信息.     

基于模糊K均值聚类和Sarsa(λ)算法的自适应爬壁机器人路径规划

针对现有爬壁机器人规划算法难以实现在线自适应高效规划的问题,设计了一种基于模糊K-Means算法和经典Sarsa(λ)算法自适应爬壁机器人规划算法;首先,对爬壁机器人的动力学模型进行了建模和分析,然后,对爬壁机器人规划中的状态进行自适应聚集从而实现值函数的近似,设计了K值可变的改进模糊K均值聚类算法对状态进行自适应地在线聚类,将聚类中心对应的值函数作为整个聚类所有数据对象的值函数的近似值,最后,对基于模糊K均值聚类算法和Sarsa(λ)算法的爬壁机器人在线规划算法进行了定义和描述,在MATLAB环境下对简单障碍物场景和复杂障碍物场景分别仿真实验,实验结果表明文中方法能有效地进行路径规划,随着情节数的增加,规划结果逐渐收敛到最优值,同时在环境变化时,收敛效果不受影响,具有较好的稳定性,是一种高效地实现爬壁机器人在线规划的方法。     

人类语言出自非洲

 人类基因和表型的多样性呈现距离非洲越远则越少的趋势。奥克兰大学的阿特金森(Quentin Atkinson)发现在现代语言中,距离非洲越远地区的语素(语言的最小单位)也越少。含有最多音素的方言存在于非洲所说的语言之中,而所含音素最少的口语则存在于南美洲和太平洋的热带岛屿(如图)。通过《语言结构的世界地图》(World Atlas of Language Structures)中504 种语言的数据,他发现所有语言都出自非洲。5 万～7 万年前人类大批走出非洲,带走部分音素。这与非洲考古学发现也是相吻合的。
世界各地的这种音素使用的模式反映了人类基因的多样性模式,因为基因多样性也随人类活动范围从非洲向外扩张而衰减。一般而言,地球上的那些最近才有人居住区域的地方语言中所含的音素较少,而那些容留人类生活数千年之久的区域(特别是撒哈拉以南的非洲)仍然有着最多的音素。这一音素使用的衰减无法通过人口的移动或其他地区性的因素来解释,它强有力地证明了现代人语言起源于非洲。     

机器人智能视觉路径选择系统的设计与实现

机器人视觉路径选择系统的性能,对于提高不同领域机器人应用性能具有重要的应用意义;提出了考虑最优路径数据挖据的机器人视觉路径选择系统的优化设计方法,分析了该系统组成的总体结构,给出了系统的电机驱动模块、图像采集处理模块、USB接口以及电源模块的硬件结构设计,分析了考虑最优路径数据挖据机器人视觉路径规划的具体过程,介绍了系统实现路径规划的关键程序代码,实现机器人视觉路径的准确选择;实验结果说明,所设计模型可实现机器人路径的有效规划,具有较高的规划效率和精度。      

用双粒子模型研究微量元素与Ni在Ni3Al晶界共富集现象

双粒子模型的基础是描述原子之间相互作用势为EAM(embedded atom method)势的Monte Carlo模拟.模型建议:在Ni3Al晶界弛豫时,微量元素原子既被看作为偏析子又被看作为诱发子.作为偏析子它在晶界偏析(或富集),作为诱发子它诱发Ni原子在晶界偏析(或富集).可见本模型能解析共偏析(或共富集)现象.根据正(或诱发子)效应与负(或偏析子)效应的联合影响,模型解释了Ni在Ni3Al晶界最明显富集现象.     

夸克与对称性自发破缺

用普通物理和原子物理的语言论述了对称性破缺机制和理论模型,介绍了2008年度诺贝尔物理学获奖者小林诚(Makoto Kobayashi)、益川敏英(Toshihide Maskawa)关于弱相互作用的理论模型(KM模型)和对称性破缺的起源,它是对电弱统一理论的完美补充;详细分析了在微观粒子世界系列实验中对称性自发破缺和夸克的发现.     

机器人控制系统串口模块的形式化验证

随着机器人应用在越来越多的领域,人们对其安全性的要求越来越高,作为机器人的核心,控制系统设计的可靠性对整个系统的安全至关重要。针对一种模块化设计的机器人控制系统架构,利用xMAS(eXecutable MicroArchitecture Specification,可执行微架构描述)模型在定理证明器ACL2中对其功能正确性进行验证,由于xMAS模型在ACL2中的形式化工作并不完全,首先补充和改进了xMAS在ACL2中的形式化工作,然后对该机器人控制系统中的串口模块建立xMAS模型,提取关键属性并进行验证。本文将xMAS模型和定理证明器ACL2相结合,可以很好地解决机器人控制系统的验证问题,为机器人控制系统的形式化验证提供一个有效的方法参考。     

基于模糊距离和DS证据融合的清洁机器人定位设计

针对现有清洁机器人定位算法具有的定位精度不高且难以保证在线定位的实时性问题,设计了一种基于模糊距离和DS(DEMPSTER-SHAFER)证据融合的清洁机器人自定位算法。首先,对清洁机器人的总体结构进行了建模和分析,并对其进行硬件设计,为了实现清洁机器人的实时精确定位,采用DS证据数据融合方法对多传感器采集的数据进行有效数据融合,为了进一步提高其精确性,引入了模糊距离,定义当前传感器采集数据与理想结果之间的距离,根据距模糊距离的大小自适应地调大或减少传感器采集数据分配信度的权重,将加权信度作为新的信度进行融合得到最终的融合结果。在不同的场地中进行实际试验,对文中设计的清洁机器人进行实际定位,实验结果表明文中方法能有效地进行定位,较经典的DS证据融合和其它方法具有较高的定位精度,且具有较小的时间复杂度和空间复杂度, 具有较大的优越性。     

用双粒子模型研究微量元素与Ni在Ni3Al晶界共富集现象

双粒子模型的基础是描述原子之间相互作用势为EAM(embedded atom method)势的Monte Carlo模拟. 模型建议：在Ni₃Al晶界弛豫时，微量元素原子既被看作为偏析子又被看作为诱发子. 作为偏析子它在晶界偏析(或富集)，作为诱发子它诱发Ni原子在晶界偏析(或富集). 可见本模型能解析共偏析(或共富集)现象. 根据正(或诱发子)效应与负(或偏析子)效应的联合影响，模型解释了Ni在Ni₃Al晶界最明显富集现象. 关键词： 偏析子与诱发子 基体效应 在晶界共富集 晶界内聚性     

一种改进的运动学低能电子衍射和数据平均方法在Si(111)3~(1/2)×3~(1/2)-Al表面上的应用

本工作运用运动学低能电子衍射和数据平均方法(KLEED和CMTA),对Si(111)3~(1/2)×3~(1/2)-Al表面的原子结构进行研究。在大的参数范围内对T_4和H模型进行优化后,发现T_4模型与实验符合得更好(R_(VHT)=0.158),并且定出Al原子和最上面六层Si原子的位置。该模型中所有键长相对于体内值的变化都在5％以内。它与由全动力学低能电子衍射(DL-EED)分析得到的模型完全相符。这一成功的应用再次表明改进后的KLEED和CMTA方法是一种简单、实用、可靠的表面结构分析手段,用它对一些很复杂的表面进行结构分析已成为可能。     

基于动态结构模型的两轮机器人平衡控制研究

针对无监督学习网络模型对于特定的映射空间,期望产生特定的影响具有一定的局限性,提出了有监督的可生长结构的动态结构模型;该模型将动态结构模型与径向基函数网络结构有机结合,采用的是需要时生长的自组织生长算法,通过插入新的神经元、改变竞争层神经元间的连接以及调整层与层的连接权值,达到模型输出的精度要求,有效地解决了在输入特定的网络数据时,能产生期望的输出;该模型应用于两轮平衡机器人的平衡控制,经过仿真实验表明,该动态结构模型能够实现对两轮平衡机器人的平衡控制,且有一定的抗干扰性和实用价值。     

AGS能量下核系统的强阻止性

本文给出了一个简单的相对论性强子级联模型,并用它模拟了Si(14.6A GeV/c)+Au的反应.研究了共振态对质子π的快度分布以及质子横质量分布的影响.在此模型中,碰撞粒子的纵动量变化(非弹情形)由阻止律给出;而粒子的横动量分布通过指数分布或高斯分布抽样.我们的结果与E810(814)数据和E802的新结果较好地符合.这表明:共振态△的引入能更好地反映碰撞的物理过程;AGS能量下核系统的强阻止性已无可非议.     

红外光谱计算机辅助解析程序

本文介绍一种人工智能红外光谱解析程序,它是我们提出的1R1S红外光谱解析系统的关键部份。此程序在NLC-1180E微计算机上运行时使用Fortran语言,在Perkin-Elmer 3600数据站上运行时使用Basic语言。建立程序的过程中,我们着重作如下三方面努力:(1)在大量实     

基于视觉流形正则化的机器人实时定位新方法

提出了一种基于核主分量分析(PCA)正则化的机器人实时定位算法。此算法以半监督学习完成离线训练,首先,以机器人在其预置运动路径上采集到的畸变图像中的稀疏目标面积为观察数据,将部分标定数据的坐标作为其标签,然后以核PCA所揭示的低维视觉流形为正则化约束条件,运用最小二乘方法估计无标签数据坐标。在线定位阶段,利用调和函数估计在线采集到的数据坐标,从而实现基于无标定单目视觉传感器的机器人在线定位。实验结果表明,和其他常规的定位方法相比较,提出的实时定位算法的计算复杂性小、定位精度高、实时性强,能够满足工业机器人和医疗服务机器人等方面的实时定位要求。