基于合作博弈的智能集群自主聚集策略

以无人车集群系统协同监视再入体着靶过程为任务背景,开展智能集群自组织策略相关技术研究。设计无人车集群执行再入体着靶协同监视的集群行为模式;针对协同监视过程中的集群聚集行为,提出基于合作博弈的智能集群自主聚集策略。各智能体以实现群体聚集为"合作目标",以降低自身能量消耗为"竞争目标",开展博弈;基于微粒群算法规划局部路径,最终使群体系统涌现出聚集行为。仿真实验验证了设计的自主聚集策略的有效性。     

基于合作博弈的智能集群自主聚集研究

智能集群是指由大量智能体构成、采用自组织策略协作完成任务的群体。以无人车集群系统协同监视再入体着靶过程为任务背景,开展智能集群自组织策略的关键技术研究。设计了无人车集群执行再入体着靶协同监视的集群行为模式,提出了基于合作博弈的智能集群自组织策略,各智能体以实现群体聚集为“合作目标”,以降低自身能量消耗为“竞争目标”,开展博弈,基于微粒群算法规划局部路径,最终使群体系统涌现出聚集行为。仿真实验验证了设计的自主聚集策略的有效性。     

冗余空间机器人基座姿态调整的笛卡尔路径规划

空间机器人系统的机械臂和基座之间存在着动力学耦合,为了保证笛卡尔路径规划的同时可以调整基座的姿态,文章以冗余自由度空间机器人为研究对象,首先建立了空间机器人系统的运动学方程;由于存在一定的冗余度,通过将基座姿态运动方程与广义雅可比矩阵组合得到扩展后的雅可比矩阵,实现了基座和机械臂运动的协调规划;最后讨论了基座姿态无扰路径规划,并与零空间法进行了对比。建立平面三自由度空间机器人系统,分别采用零空间法和扩展雅可比矩阵法进行了基座姿态无扰路径规划和基座姿态跟踪路径规划,仿真结果验证了方法的有效性。     

基于单体视觉投影的集群控制策略

与常见的无人系统集群需要进行预先规划和控制机制不同,生物集群采用分布式和反应式架构,具备完成复杂任务的强大智能能力。受生物集群系统启发,设想无人系统集群中的个体能够对所遇到的环境进行独立反应,并展现出集群协同行为。针对这一设想,提出基于单体视觉膜投影模型的集群控制方法,并对其进行理论分析和推导,实现了群体内自组织集群控制;通过观察和计算运动过程中群体的稳定性、一致性、协调性等相关指标,探究所提出自组织模型对不同类型任务的适应性。此外,针对群体遭遇外来攻击的情形,设计了合理的群体避障机制,使得集群能够实现紧急安全避障,从而提高集群面临突发情况时的应对能力。     

狭窄环境中基于几何法的全局路径规划新方法

研究狭窄障碍环境下基于几何法的移动机器人全局路规划方法。用不同多边形表示机器人和障碍物,多边形集合构成环境地图。利用数组矩阵存储机器人和障碍物的顶点坐标,便于计算机进行识别、分析和计算。在此基础上,建立了两个子函数——障碍物筛选子函数和凸包计算子函数。通过对两个子函数的循环调用,找出所有较优无碰路径,最后根据一定准则选择全局最优路径。该算法把狭窄障碍环境中的路径规划问题转换成凸包计算问题,且能够生成多条可供替换的较优路径。当环境空间相对狭窄、机器人形状较为复杂,在路径转弯处作旋转运动时,可根据安全需要选择合适的运动路径,从而增加了算法的适用性。仿真结果表明:该算法简便高效,能够满足路径实时规划要求。     

基于雾计算的路网-野区路径规划研究

针对路网、野区联合路径规划需求,提出了在雾计算平台上的路网-野区无缝衔接的路径规划方法,适用于路径规划区域同时覆盖城市道路与野区的情况.综合雾计算的特点,分析了路网-野区路径规划服务的应用方式.提出了适用于路网-野区环境下的启发函数,提供路径最短、时间最短两种模式的路径寻优算法.仿真和试验结果表明所提供的基于雾计算的路网-野区路径规划方法的可行性,能够满足路网-野区的路径规划需求.     

慢刀伺服加工环曲面的刀具路径规划方法

如何规划刀具路径、进而获得高质量的数控加工代码,是应用慢刀伺服技术加工环曲面的关键技术之一。提出了基于等距面规划刀位点轨迹的刀具路径规划方法,推导了外凸环曲面的面形方程及其等距面方程,对比分析了两种导动曲线及两种数据点离散方法,优选了刀具路径规划方案,应用VB.net语言编写了慢刀伺服加工环曲面用数控代码生成软件,在Vericut平台上对数控代码进行了仿真验证,直观地展示了虚拟加工面相对理论曲面的残留区域,仿真结果验证了方法的可行性。结果表明:将外凸环曲面方程中的非一次常数项a变为a+r_d,即得到外凸环曲面的等距面方程;所提刀具路径规划方法适用于慢刀伺服加工外凸环曲面;该方法对应用慢刀伺服技术加工其他面型的光学镜面具有借鉴价值。     

动态目标的Field D~*算法及路径的提取计算

FieldD*算法计算的路径消耗较优并较为平滑,但该方法的计算量很大,尤其是在对动态目标的规划时,计算时间无法满足实际要求。针对该缺陷,在对FieldD*计算原理分析的基础上,提出了在目标是动态的情况下,只进行前目标与新目标的路径规划,并对FieldD*计算所得路径消耗只进行局部修改的动态规划算法,该动态算法可以有效减少计算量。将得到的路径消耗值应用到路径的提取算法中,路径提取算法针对路径消耗的不同情况下,提出不同的路径提取方法,并最终得出总体路径消耗最优的路径。在以栅格法建立的数字海图中进行仿真验证,该动态计算和路径提取算法与D*算法相比,计算所得的路径更为平滑,路径的总体消耗也更少,缺点是所需计算时间略长。     

面向协同区域反恐侦察的无人机集群规划与控制

以无人机集群协同侦察多个区域内潜在的恐怖分子为背景,提出了一种基于贪婪算法的求解思路,设计了任务分配-路径规划-跟踪控制的算法流程,解决了面向协同区域反恐侦察的无人机集群规划与控制问题。首先,设计任务分配算法,为无人机分配任务区域,解决多无人机多目标的任务分配问题;然后,每一架无人机进行路径规划,生成从当前点到任务区域以及在任务区域侦察的组合路径;再使用追踪虚拟目标点的方法,使无人机沿着规划航线飞行。任务分配-路径规划-跟踪控制在线滚动执行,使无人机集群协同执行反恐侦察任务。对上述算法进行了数值仿真,并基于开源仿真平台搭建复合翼无人机协同仿真环境,进一步验证了算法流程。     

基于组合函数的弹药装填机器人轨迹规划

针对非确定环境下弹药装填机器人作业过程需满足平稳、连续及实时控制易于实现的要求,提出了基于三次多项式与五次多项式相结合的组合函数的弹药装填机器人轨迹规划方法,并对弹药装填机器人取弹作业进行了轨迹规划和仿真计算,实时得到各关节角度、角速度和角加速度,结果表明:该方法既能保证弹药装填作业过程的平稳性与连续性,又能满足作业轨迹高阶导数连续性的要求.     

复杂环境下基于多目标粒子群的DWA路径规划算法

针对机器人在障碍物分布密集的复杂环境中运行时,动态窗口法(dynamic window approach,DWA)易出现避障失败或规划不合理的情况,提出一种基于多目标粒子群优化算法(multi-objective particle swarm optimization,MOPSO)的改进DWA规划算法。在建立多障碍物环境覆盖模型的基础上,提出一种障碍物密集度的判断方法;优化DWA算法中的子评价函数;利用改进的MOPSO算法实现DWA权重系数的动态调整,将权重系数的自适应变化问题转化为多目标优化问题;根据路径规划的要求将安全距离和速度作为优化目标,并使用改进的MOPSO算法对相应的多目标优化模型进行优化求解。仿真结果表明,该算法使机器人有效地通过障碍〖BHDWG8,WK10YQ,DK1*2,WK1*2D〗〖XCLXY.TIF;%129%129〗听语音 聊科研与作者互动 物密集区的同时兼顾了运行的安全性和速度,具有更好的路径规划效果。     

【专题】无人系统互操作性发展现状与关键问题

无人系统正在加速由专用化、单一化向通用化、标准化发展,多无人系统协同、无人-有人系统协同、无人系统集群等新型作战概念不断成熟。无人系统互操作性是提高无人系统联合作战能力的倍增器和推动无人系统系列化发展的重要抓手,也是适应无人系统协同化、集群化发展的必然需求。本文详细阐述了无人系统互操作性的概念内涵,从顶层规划、技术创新和能力验证三个方面分析了无人系统互操作性发展现状,提出了一种针对跨域、多域无人系统互操作的等级模型,构建了自底向上和自顶向下相结合的互操作性关键支撑技术体系,剖析了通用/开放体系架构、标准协议与模块化组件、自主能力评估验证、数据传输与数据策略等技术因素,并展望了下一步研究重点。     

航天器软件的研发路线

航天器自主能力构建面临着需求不断增多、多变、复杂化、未知的发展趋势,需要在软件研发方式和架构设计上做出改变。在分析已有的4种研发路线的基础上,提出第5条路线,即基于模型化、数据化设计思想的研发路线;提出具有即插即用能力的业务模型,采用电子数据单技术自底向上构建设备级和功能业务级的即插即用能力;以智能规划业务为例说明了业务模型的设计应用。路线5的目标是为构建航天器自主能力和星地之间智能管控能力提供可持续发展的基础。     

基于几何算法的水下航行器路径规划

在分析水下航行器路径规划影响因素及主要障碍物特点的基础上,提出了一种基于几何算法的水下航行器路径规划算法,并采用该算法对障碍物进行建模和路径规划研究,解决了水下航行器航经多障碍物海区的路径规划问题.最后,通过仿真试验验证了该算法的准确性与可行性.     

一种地形分析结果的多层次表示及量化方法

为了适应作战仿真智能实体的分层次路径规划，提出了一种地形分析结果的多层次表示及量化方法。根据全局路径规划与局部路径规划的概念和数字高程模型的多尺度表示模型，建立了地形坡度分析和可视性分析结果的多层次表示方法和量化公式。结合坡度计算和可视性计算公式，运用该方法实现了一个具体数字高程模型的多层次量化，分析了方法的有效性和可行性。试验结果表明：该方法可以实现分析结果的多层次表示，满足分层路径规划对地形分析的要求。     

伞衣优化设计对群伞系统气动特性的影响分析

随着载人航天、深空探测等航天任务的蓬勃发展,航天器回收载荷质量大幅提高,以单具降落伞为功能核心的传统减速系统已不能满足大质量回收载荷日益提高的迫切要求,发展群伞减速着陆系统是实现大载重航天器高效减速和无损着陆要求的发展方向。本文采用数值模拟手段对群伞系统的气动特性开展仿真研究,结合环帆伞构型优化设计,分析了多种构型下群伞系统的气动特性。通过对仿真结果进行流场分析和数据对比发现,开窗/开缝设计既能够确保群伞系统具有良好的阻力特性,又能够维持群伞系统的工作稳定性,避免单伞之间由于受力而发生碰撞现象。采用数值仿真手段不仅可以提高降落伞研制效率,降低研发成本,也为设计人员掌握群伞系统的工作原理、促进降落伞设计理论发展提供了有力保证。     

一种安全私有云架构研究与设计

提出了一种安全私有云解决方案,是通过研究云计算安全体系模型,结合私有云架构特点设计的一种安全架构。与其他私有云解决方案相比,该架构安全系数较高,具有多层次、可扩展和强安全的特点。能够保证云用户安全快速登录云系统,使用透明加解密来保证用数据的可用性和安全性,实现了云数据的密文访问控制功能,增强了云存储数据的机密性,为私有云解决方案提供安全技术保障。     

多CPU探测机器人分布式体系结构研究

星球探测机器人是一个带有部分自主行为的自主智能机器人系统,它的体系结构不仅决定了系统完成任务的能力、系统对环境事件的反应能力,而且还决定了系统的健壮性.星球探测机器人的容错网络结构是系统设计的核心,文章提出了一个高可靠的分布式计算系统架构,并对架构的容错网络通信技术进行了分析.