未知環(huán)境中移動機(jī)器人導(dǎo)航控制研究.ppt

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1、中 南 大 學(xué) 智 能 科 學(xué) 研 究 中 心蔡 自 興未 知 環(huán) 境 中 移 動 機(jī) 器 人 導(dǎo) 航 控 制 研 究Research on Navigation Control of Mobile Robots in Unknown Environment April 19, 2021 2 My Luckiness with Donghua我與東華之緣v1993年訪問中國紡織大學(xué)，參觀實驗室，受到邵世煌校長的熱情接待；從此成為好朋友。 v近年來，與丁永生教授等在人工智能研究領(lǐng)域有所交流，互相學(xué)習(xí)。v長期以來，我們的著作和教材得到很好的交流。v2007年，我指導(dǎo)的龔濤博士來東華大學(xué)工作，進(jìn)一步

2、密切了聯(lián)系。我和龔濤都是寶鋼全國教育基金特等獎獲得者。 April 19, 2021 3 近 年 來 主 要 科 研 工 作 Scientific Research in recent Yearsv 未 知 環(huán) 境 中 移 動 機(jī) 器 人 導(dǎo) 航 控 制 的 理 論 和 方法 研 究 ， 國 家 自 然 科 學(xué) 基 金 重 點 項 目 ， 2003 2006v 異 質(zhì) 多 移 動 體 的 協(xié) 同 xx與 重 構(gòu) 技 術(shù) 的 基 礎(chǔ) 研究 ， 國 家 國 防 基 礎(chǔ) 研 究 項 目 ， 2006 2008v 高 速 公 路 車 輛 智 能 駕 駛 的 關(guān) 鍵 科 學(xué) 問 題 研 究 ，國 家 自

3、 然 科 學(xué) 基 金 重 大 專 項 ， 2008 2011 April 19, 2021 4 提 綱1、 研 究 要 點2、 代 表 性 成 果 3、 成 果 統(tǒng) 計4、 實 驗 平 臺本 成 果 由 中 南 大 學(xué) 、 國 防科 大 和 吉 林 大 學(xué) 共 同 完 成 April 19, 2021 5 v研 究 具 有 良 好 可 擴(kuò) 展 性 的 移 動 機(jī) 器 人 體 系 結(jié) 構(gòu)v研 究 未 知 環(huán) 境 中 基 于 概 率 和 多 傳 感 器 融 合 的 移 動 機(jī)器 人 地 圖 建 模 和 定 位 方 法v與 移 動 機(jī) 器 人 導(dǎo) 航 相 關(guān) 的 機(jī) 器 學(xué) 習(xí) 方 法 及 其 應(yīng)

4、用 研究v研 究 考 慮 動 力 學(xué) 特 性 的 局 部 軌 跡 規(guī) 劃 及 路 徑 跟 蹤 理論 和 方 法v研 究 移 動 機(jī) 器 人 故 障 診 斷 及 容 錯 控 制 方 法v研 制 一 個 驗 證 上 述 理 論 和 方 法 的 移 動 機(jī) 器 人 原 型 實驗 系 統(tǒng) 及 其 軟 件 平 臺1 研 究 要 點 April 19, 2021 6 四 層 遞 階 式 智 能 導(dǎo) 航 控 制 體 系 結(jié) 構(gòu)導(dǎo) 航 控 制 的 自 學(xué) 習(xí) 和 自 優(yōu) 化 理 論 與 方 法近 似 Voronoi邊 界 網(wǎng) 絡(luò) 拓 撲 建 模 方 法滾 動 時 域 跟 蹤 控 制 策 略基 于 對 偶 四

5、元 數(shù) 的 導(dǎo) 航 理 論軟 故 障 補 償 的 自 適 應(yīng) 粒 子 濾 波 技 術(shù)2代表性成果 April 19, 2021 7 (1) 四 層 遞 階 式 智 能 導(dǎo) 航 控 制 體 系 結(jié) 構(gòu)提 出 一 種 移 動 機(jī) 器 人 自 主 導(dǎo) 航 系 統(tǒng) 四 層 遞 階 式 結(jié) 構(gòu) 。具 有 時 間 和 空 間 上 的 多 分 辨 率 特 點 ， 從 而 使 得 控 制 系統(tǒng) 的 實 時 性 和 控 制 精 度 能 夠 同 時 得 到 滿 足 。子 任 務(wù) 系 統(tǒng) 監(jiān) 控任 務(wù)行 為 決 策行 為 規(guī) 劃操 作 控 制任 務(wù) 規(guī) 劃其 它 環(huán) 境 信 息 機(jī) 器 人機(jī) 器 人運 行 環(huán) 境環(huán)

6、 境 感 知與 處 理 機(jī) 器 人 狀 態(tài)與 定 位 信 息規(guī) 劃 軌 跡動 作行 為 用 戶 接 口圖 1 四 層 模 塊 化 的 移 動 機(jī) 器 人 自 主 導(dǎo) 航 體 系 結(jié) 構(gòu) April 19, 2021 8 (1) 四 層 遞 階 式 智 能 導(dǎo) 航 控 制 體 系 結(jié) 構(gòu) vHQ3無 人 駕 駛 系 統(tǒng) 在 高 速 公 路 正 常 交 通 情 況 下 的 穩(wěn) 定 自 主 駕駛 速 度 達(dá) 到 130km/h,最 高 速 度 達(dá) 160km/h； 該 車 將 參 加 2007年 舉 辦 的 俄 羅 斯 “ 中 國 年 ” 展 覽 。 v“ 豐 越 4500” 無 人 越 野 車 在

7、 中 等 起 伏 的 地 形 中 進(jìn) 行 了 實 時 繞 障 等 行 駛 試 驗 。 圖 2 HQ3無 人 駕 駛 汽 車 以 及 “ 豐 越 4500” 無 人 越 野車 April 19, 2021 9 (1) 四 層 遞 階 式 智 能 導(dǎo) 航 控 制 體 系 結(jié) 構(gòu) 月 球 車 中 南 移 動 1號 (MORCS-1) 圖 3 月 球 車 以 及 中 南 移 動 1號 April 19, 2021 10 (2) 導(dǎo) 航 控 制 的 自 學(xué) 習(xí) 和 自 優(yōu) 化 理 論 與 方 法 在 基 于 核 的 策 略 迭 代 增 強 學(xué) 習(xí) 、 多 目 標(biāo) 進(jìn) 化學(xué) 習(xí) 等 機(jī) 器 學(xué) 習(xí) 理 論

8、 方 面 取 得 了 重 要 研 究 進(jìn)展 ， 提 高 了 機(jī) 器 學(xué) 習(xí) 求 解 復(fù) 雜 優(yōu) 化 決 策 問 題的 效 率 。 提 出 了 基 于 學(xué) 習(xí) 的 控 制 器 設(shè) 計 與 自 優(yōu) 化 框 架 ，并 應(yīng) 用 于 汽 車 倒 車 與 側(cè) 向 控 制 、 移 動 機(jī) 器 人六 輪 協(xié) 調(diào) 控 制 。 為 解 決 未 知 環(huán) 境 中 移 動 機(jī) 器人 控 制 器 性 能 自 優(yōu) 化 問 題 提 供 了 新 方 法 。 April 19, 2021 11 (2) 導(dǎo) 航 控 制 的 自 學(xué) 習(xí) 和 自 優(yōu) 化 理 論 與 方 法 提 出 基 于 核 的 策 略 迭 代 增 強 學(xué) 習(xí) 算

9、法 ,通 過 將 核 函 數(shù)方 法 引 入 到 增 強 學(xué) 習(xí) 的 值 函 數(shù) 與 策 略 逼 近 問 題 中 ，有 效 提 高 了 策 略 迭 代 增 強 學(xué) 習(xí) 求 解 大 規(guī) 模 空 間Markov決 策 問 題 的 學(xué) 習(xí) 效 率 ， 并 且 在 理 論 上 對 算 法的 收 斂 性 進(jìn) 行 了 分 析 。 *: 5 次策略迭代后的誤差曲線 : 初始控制器的誤差曲線針 對 非 線 性 對 象 的 仿 真 結(jié)果 表 明 ， 經(jīng) 過 較 少 次 數(shù) 的學(xué) 習(xí) 迭 代 ， 控 制 器 的 性 能可 以 得 到 較 大 優(yōu) 化 ， 并 且學(xué) 習(xí) 算 法 能 夠 收 斂 到 近 似最 優(yōu) 解 。

10、 圖 4 仿 真 實 驗 結(jié) 果相 關(guān) 成 果 得 到 IEEE Trans. on Neural Networks 的“ 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 反 饋 控 制 專 輯 ”評 審 專 家 的 好 評 。 April 19, 2021 12 (2) 導(dǎo) 航 控 制 的 自 學(xué) 習(xí) 和 自 優(yōu) 化 理 論 與 方 法 針 對 移 動 機(jī) 器 人 導(dǎo) 航 控 制 中 的 約 束 優(yōu) 化 問 題 ，提 出 了 約 束 優(yōu) 化 進(jìn) 化 學(xué) 習(xí) 算 法 ， 包 括 ：v 基 于 多 目 標(biāo) 優(yōu) 化 的 約 束 處 理 技 術(shù) ， 該 方 法在 13個 基 準(zhǔn) 測 試 函 數(shù) 上 得 到 了 目 前 求 解 約束

11、 優(yōu) 化 問 題 的 最 好 結(jié) 果 。v 提 出 了 一 種 處 理 約 束 優(yōu) 化 問 題 的 三 階 段 均衡 模 型 ， 能 夠 自 適 應(yīng) 地 調(diào) 節(jié) 優(yōu) 化 參 數(shù) 。相 關(guān) 研 究 成 果 已 被 IEEE Trans. on Evolutionary Computation (2篇 )， IEEE Trans. on Systems Man and Cybernetics, Part B和 Engineering Optimization接 收 和 發(fā) 表 。 April 19, 2021 13初 始 控 制器 設(shè) 計 基 于 SVM的 控 制 器表 示 基 于 增 強學(xué) 習(xí)

12、的 控制 器 優(yōu) 化 新 控 制 器下 樣 本 采集 與 處 理 圖 5 具 有 自 學(xué) 習(xí) 功 能 的 控 制 器 設(shè) 計 框 架 (2) 導(dǎo) 航 控 制 的 自 學(xué) 習(xí) 和 自 優(yōu) 化 理 論 與 方 法 提 出 了 一 種 結(jié) 合 統(tǒng) 計 學(xué) 習(xí) 和 增 強 學(xué) 習(xí) 的 控 制器 設(shè) 計 與 自 優(yōu) 化 框 架 ， 采 用 了 如 下 兩 種 自 優(yōu)化 機(jī) 制 ：v 利 用 SVM技 術(shù) 實 現(xiàn) 了 數(shù) 據(jù) 驅(qū) 動 的 控 制 器 優(yōu) 化v 利 用 增 強 學(xué) 習(xí) 算 法 實 現(xiàn) 了 模 型 驅(qū) 動 的 控 制 器 優(yōu) 化 April 19, 2021 14 汽 車 倒 車 試 驗經(jīng) 過

13、 10次 迭 代 ， 汽 車 側(cè)向 跟 蹤 精 度 10cm 側(cè)向跟蹤精度(cm) 圖 6 對 支 持 向 量 進(jìn) 行 優(yōu) 化 前 后 控 制 器 的 跟 蹤 精 度 對 比 (2) 導(dǎo) 航 控 制 的 自 學(xué) 習(xí) 和 自 優(yōu) 化 理 論 與 方 法 April 19, 2021 15 (3) 近 似 Voronoi邊 界 網(wǎng) 絡(luò) 拓 撲 建 模 方 法提 出 一 種 針 對 復(fù) 雜 環(huán) 境 的 近 似 Voronoi邊 界 網(wǎng)絡(luò) (AVBN)拓 撲 建 模 方 法 。 通 過 檢 測 “ 閉 包 柵格 ” 并 在 “ 閉 包 柵 格 ” 處 增 加 虛 擬 障 礙 物 ，實 現(xiàn) 非 凸 集

14、障 礙 環(huán) 境 中 網(wǎng) 絡(luò) 的 互 連 。特 點 ：v為 非 凸 集 障 礙 環(huán) 境 下 網(wǎng) 絡(luò) 的 連 通 性 難 題 提 供 了 有效 的 解 決 方 案 。v與 經(jīng) 典 的 廣 義 Voronoi圖 (GVG)方 法 相 比 ， AVBN方 法 構(gòu) 建 的 拓 撲 圖 的 節(jié) 點 數(shù) 目 明 顯 減 少 。 April 19, 2021 16 非 凸 集 障 礙 環(huán) 境 中 網(wǎng) 絡(luò) 的 連 通 性(b) 引 入 虛 擬 障 礙 形 成 連 通 網(wǎng) 絡(luò) 說 明 ： AVBN方 法 :(1) 在 障 礙 生 長 過 程 中 檢 測 “ 閉 包 柵 格 ” (將 鄰域 的 自 由 區(qū) 域 分

15、割 為 二 部 分 的 柵 格 )(如 圖 7(a)所 示 ); (2)在 “ 閉 包柵 格 ” 處 增 加 虛 擬 障 礙 ; (3)進(jìn) 行 障 礙 生 長 形 成 連 通 的 網(wǎng) 絡(luò) 。(3) 近 似 Voronoi邊 界 網(wǎng) 絡(luò) 拓 撲 建 模 方 法(a)檢 測 閉 包 柵 格 ， 并 形 成不 連 通 的 閉 環(huán)圖 7 AVBN處 理 非 凸 集 障 礙 連 通 性 問 題 April 19, 2021 17 (3) 近 似 Voronoi邊 界 網(wǎng) 絡(luò) 拓 撲 建 模 方 法節(jié) 點 規(guī) 模 比 較 ： 圖 8說 明 ： GVG方 法 生 成 的 拓 撲圖 節(jié) 點 數(shù) 為 83個 ；

16、 AVBN方 法 產(chǎn)生 拓 撲 圖 節(jié) 點 數(shù) 為 28個 。 (a)實 際 環(huán) 境 (b) GVG方 法 生 成 拓 撲 網(wǎng) 絡(luò) （ 83節(jié) 點 ） (c) AVBN方 法 生 成 的 拓 撲 網(wǎng) 絡(luò) （ 28節(jié) 點 ） 圖 8 GVG方 法 與 AVBN方 法 的 比 較 April 19, 2021 18 (4) 滾 動 時 域 跟 蹤 控 制 策 略 滾 動 時 域 跟 蹤 控 制 策 略v針 對 存 在 外 部 干 擾 、 控 制 約 束 以 及 模 型 不 確 定 性的 輪 式 移 動 機(jī) 器 人 系 統(tǒng) ；v應(yīng) 用 預(yù) 測 控 制 的 滾 動 優(yōu) 化 原 理 ， 在 線 重 復(fù)

17、求 解 約束 H 跟 蹤 問 題 ；v使 得 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 能 夠 實 時 協(xié) 調(diào) 提 高 干 擾 抑 制 性 能 與滿 足 控 制 量 約 束 之 間 的 矛 盾 ;v在 理 論 上 證 明 了 閉 環(huán) 系 統(tǒng) 的 穩(wěn) 定 性 、 H 抗 干 擾性 能 和 滿 足 控 制 約 束 。 April 19, 2021 19 (4) 滾 動 時 域 跟 蹤 控 制 策 略 干 擾 影 響起 始 點 外 部 干 擾 降 低 性能滿 足 約束圖 9 跟 蹤 8 字 期 望 軌 跡 。 大 干 擾 作用 時 ， 自 動 降 低 性 能 指 標(biāo) 以 便 滿 足 約 束 ； 大 干 擾 消 失 后 ， 自

18、 動 提 高 性 能 指 標(biāo) 。 April 19, 2021 20 (4) 滾 動 時 域 跟 蹤 控 制 策 略 相 關(guān) 成 果 2006年 6月 發(fā) 表 于 國 外 期 刊 Automatica上 。 截 至 到 2006年 12月 1日 ， 該 文在 ScienceDirect公 布 的 Automatica期 刊 論 文 下載 次 數(shù) 排 序 中 名 列 前 茅(http:/ 2006年 度 高 等 學(xué) 校 科 學(xué) 技 術(shù) 獎 自 然 科 學(xué) 獎二 等 獎 。 April 19, 2021 21 (5) 基 于 對 偶 四 元 數(shù) 的 導(dǎo) 航 理 論運 用 對 偶 四 元 數(shù) 代 數(shù)

19、 重 新 詮 釋 捷 聯(lián) 式 慣 性 導(dǎo)航 的 基 本 原 理 ， 得 到 了 三 個 對 偶 四 元 數(shù) 運 動學(xué) 方 程 。 以 此 為 基 礎(chǔ) 的 對 偶 四 元 數(shù) 算 法 將 傳統(tǒng) 算 法 中 的 圓 錐 、 劃 船 和 卷 軸 修 正 整 合 到 一起 ， 簡 化 了 算 法 結(jié) 構(gòu) ， 降 低 了 實 現(xiàn) 難 度 。理 論 上 證 明 了 在 高 精 度 和 高 動 態(tài) 環(huán) 境 中 ， 對偶 四 元 數(shù) 算 法 的 精 度 優(yōu) 于 傳 統(tǒng) 算 法 。 該 結(jié) 論在 眾 多 仿 真 實 驗 中 得 到 證 實 。相 關(guān) 成 果 發(fā) 表 于 IEEE Trans. on Aerosp

20、ace and Electronic Systems(3篇 ), IEEE Trans. on Signal Processing (2篇 )等 刊 物 。 April 19, 2021 22 April 19, 2021 23 (6) 軟 故 障 補 償 的 自 適 應(yīng) 粒 子 濾 波 技 術(shù) 針 對 輪 式 移 動 機(jī) 器 人 軟 故 障 補 償 問 題 (軟 故 障 包 括 航 跡推 算 傳 感 器 故 障 /車 輪 受 阻 、 打 滑 等 ) ， 提 出 了 一 種 自適 應(yīng) 粒 子 濾 波 框 架 ， 將 領(lǐng) 域 依 賴 的 建 議 分 布 自 適 應(yīng) 和領(lǐng) 域 獨 立 的 粒 子

21、數(shù) 目 自 適 應(yīng) 兩 種 機(jī) 制 有 機(jī) 結(jié) 合 起 來 。其 主 要 創(chuàng) 新 包 括 ：v 根 據(jù) 領(lǐng) 域 相 關(guān) 的 殘 差 特 征 自 適 應(yīng) 調(diào) 整 建 議 分 布 。v 根 據(jù) 兩 個 粒 子 集 表 示 的 近 似 分 布 之 間 KL距 離 自 適 應(yīng)調(diào) 整 粒 子 數(shù) 目 。v 為 解 決 粒 子 濾 波 器 估 計 效 率 與 精 度 之 間 的 矛 盾 提 供了 一 種 可 行 的 解 決 途 徑 。 April 19, 2021 24 (6) 軟 故 障 補 償 的 自 適 應(yīng) 粒 子 濾 波 技 術(shù)(a)線 速 度 標(biāo) 準(zhǔn) 差 (b)偏 航 率 標(biāo) 準(zhǔn) 差 (c)正

22、常 與 故 障 情 況 下 的 粒 子 集 建 議 分 布 自 適 應(yīng) 結(jié) 果 分 析圖 10 噪 聲 方 差 以 及 建 議 分 布自 適 應(yīng) 結(jié) 果說 明 ： 圖 10(a),(b) 中 紅 色 星 號 表 示 故 障 點 ， 說 明 軟 故 障 導(dǎo) 致 噪 聲方 差 增 加 。 圖 10(c) 說 明 相 對 于 正 常 情 況 ， 故 障 情 況 下 搜 索 空 間 擴(kuò) 大 (導(dǎo) 致 所 需 要 的 粒 子 數(shù) 目 也 相 應(yīng) 增 加 ) ， 提 高 了 故 障 補 償 能 力 。時 間 (s)時 間 (s)速度(mm/s) 偏航率(deg/s) X坐 標(biāo) (mm)Y坐標(biāo)(mm) Ap

23、ril 19, 2021 25 精 度 與 時 間 比 較 分 析圖 11 五 種 算 法 的 精 度 比 較(6) 軟 故 障 補 償 的 自 適 應(yīng) 粒 子 濾 波 技 術(shù)說 明 ： 算 法 1為 我 們 的 方 法 ， 算 法 2為 常 規(guī) 方 法 (粒 子 數(shù) N=5000)，算 法 3為 建 議 分 布 自 適 應(yīng) +固 定 粒 子 數(shù) 目 (N=5000)， 算 法 4為 建議 分 布 自 適 應(yīng) +KLD采 樣 方 法 調(diào) 整 粒 子 數(shù) ， 算 法 5為 航 跡 推 算 。 圖11說 明 ： 算 法 1與 算 法 3、 算 法 4精 度 (誤 差 約 為 24mm)明 顯 高

24、于 算法 2、 算 法 5。 時 間 (s)誤差(mm) April 19, 2021 26 粒 子 數(shù) 目 調(diào) 整 的 合 理 性 以 及 時 間 分 析(6) 軟 故 障 補 償 的 自 適 應(yīng) 粒 子 濾 波 技 術(shù)圖 12 粒 子 數(shù) 目 自 適 應(yīng) 結(jié) 果 比 較表 1 粒 子 數(shù) 目 以 及 精 度 、 時 將 的 關(guān) 系 表 1說 明 ： 算 法 2和 3的 平均 粒 子 數(shù) 目 大 于 1000后 ,增 加 粒 子 數(shù) 目 對 提 高 估 計精 度 收 效 甚 微 。圖 12說 明 ： 所 提 出 方 法 的平 均 粒 子 數(shù) 目 較 KLD采 樣方 法 顯 著 減 少 。綜

25、合 圖 11以 及 圖 12： 所 提出 方 法 在 保 證 了 較 高 精 度的 同 時 ， 降 低 了 粒 子 數(shù) 目 ，從 而 提 高 了 效 率 。誤差(mm) April 19, 2021 27 1. 在 AVBN方 法 的 基 礎(chǔ) 上 進(jìn) 行 了 改 進(jìn) ， 包 括 ： 修 正 采 用 四 鄰 域 和 八 鄰 域 擴(kuò) 張 方法 導(dǎo) 致 的 邊 界 非 平 滑 和 失 真 效 果 ； 去 除 一 些 離 散 虛 擬 障 礙 帶 來 的 多 余 路 徑 ；去 除 在 室 內(nèi) 復(fù) 雜 環(huán) 境 中 建 模 可 能 產(chǎn) 生 的 虛 假 路 徑 等 。 2. 提 出 將 模 糊 邏 輯 應(yīng) 用

26、 于 最 大 似 然 估 計 的 地 圖 匹 配 方 法 中 ， 以 改 善 移 動 機(jī) 器人 自 定 位 的 性 能 。3. 基 于 視 覺 顯 著 性 提 出 一 種 具 有 遠(yuǎn) 近 尺 度 不 變 性 、 旋 轉(zhuǎn) 不 變 性 、 平 移 不 變 性及 部 分 光 照 不 變 性 的 穩(wěn) 定 的 自 然 路 標(biāo) 提 取 方 案 。 4. 提 出 并 實 現(xiàn) 了 一 種 增 量 式 視 覺 拓 撲 建 模 及 定 位 方 法 。5. 提 出 了 一 種 未 知 環(huán) 境 移 動 機(jī) 器 人 的 多 分 辨 率 地 形 特 征 提 取 方 法 6. 提 出 了 一 種 基 于 預(yù) 測 -校 正

27、思 想 的 立 體 匹 配 算 法 . 7. 針 對 移 動 機(jī) 器 人 的 應(yīng) 用 背 景 ， 提 出 了 一 種 基 于 立 體 視 覺 的 光 流 場 計 算 方 法 8. 提 出 了 視 覺 量 角 計 的 設(shè) 計 思 想 和 基 于 視 覺 量 角 計 的 航 跡 修 正 算 法9. 提 出 了 一 種 新 的 SVM近 似 求 解 算 法 10. 在 SVM理 論 框 架 下 ， 針 對 無 標(biāo) 號 樣 本 的 分 類 問 題 ， 提 出 了 一 種 簡 潔 的 的 二 次 優(yōu) 化 模 型 附 其 它 重 要 成 果 April 19, 2021 28 11. 提 出 了 一 種

28、融 合 支 持 向 量 機(jī) 的 紋 理 分 類 和 機(jī) 器 視 覺 中 的 重 投 影 方 法 的 障 礙檢 測 新 方 法 。12. 提 出 了 一 種 新 的 基 于 核 的 多 步 時 域 差 值 學(xué) 習(xí) 算 法 KLS-TD 13. 提 出 了 兩 種 模 糊 策 略 梯 度 增 強 學(xué) 習(xí) 方 法14. 提 出 大 范 圍 環(huán) 境 下 基 于 操 作 算 子 概 率 自 適 應(yīng) 的 移 動 機(jī) 器 人 進(jìn) 化 路 徑 規(guī) 劃 方法 和 變 化 環(huán) 境 下 基 于 免 疫 克 隆 選 擇 進(jìn) 化 算 法 與 示 例 學(xué) 習(xí) 的 移 動 機(jī) 器 人 路 徑規(guī) 劃 方 法 15. 利 用

29、進(jìn) 化 算 法 (包 括 遺 傳 算 法 ， 正 交 遺 傳 算 法 ， 進(jìn) 化 策 略 和 混 合 算 法 )求 解 約束 優(yōu) 化 問 題 ， 得 到 了 目 前 求 解 約 束 優(yōu) 化 問 題 的 較 好 結(jié) 果 16. 提 出 了 一 種 新 的 統(tǒng) 一 控 制 器 設(shè) 計 方 案 ， 解 決 了 參 考 軌 跡 “ 持 續(xù) 激 勵 ” 條 件下 的 統(tǒng) 一 設(shè) 計 問 題 17. 針 對 在 運 動 過 程 中 出 現(xiàn) 滑 動 而 破 壞 理 想 非 完 整 約 束 的 輪 式 移 動 機(jī) 器 人 設(shè) 計了 魯 棒 統(tǒng) 一 控 制 律 ， 在 實 際 跟 蹤 /鎮(zhèn) 定 的 意 義 下

30、， 同 時 解 決 機(jī) 器 人 的 軌 跡 跟蹤 和 姿 態(tài) 鎮(zhèn) 定 問 題 。18. 針 對 在 不 確 定 曲 面 上 運 動 的 輪 式 移 動 機(jī) 器 人 的 鎮(zhèn) 定 和 跟 蹤 問 題 給 出 系 統(tǒng) 化的 魯 棒 統(tǒng) 一 控 制 律 設(shè) 計 框 架 。 19. 基 于 終 端 滑 模 控 制 理 論 設(shè) 計 了 一 種 不 連 續(xù) 反 饋 鎮(zhèn) 定 控 制 律 。 20. 設(shè) 計 了 一 種 全 局 漸 近 鎮(zhèn) 定 的 控 制 器 附 其 它 重 要 成 果 April 19, 2021 29 21.對 狀 態(tài) 和 控 制 受 限 的 以 3維 乘 方 式 描 述 的 WMR運 動

31、學(xué) 模 型 ， 設(shè) 計 了 一 種 能 夠 在滿 足 約 束 條 件 下 實 現(xiàn) 鎮(zhèn) 定 的 控 制 器 22.針 對 LABMATE的 運 動 誤 差 模 型 ， 將 CLF與 Backstepping法 相 結(jié) 合 ， 進(jìn) 行 軌 跡 跟 蹤控 制 其 設(shè) 計 23.針 對 LABMATE的 全 動 態(tài) 模 型 ， 研 究 了 動 力 學(xué) 模 型 中 帶 有 參 數(shù) 不 確 定 和 控 制 受 限的 魯 棒 軌 跡 跟 蹤 控 制 其 設(shè) 計 問 題 。 24.提 出 了 將 領(lǐng) 域 約 束 和 粒 子 濾 波 器 集 成 的 兩 種 策 略 并 應(yīng) 用 于 移 動 機(jī) 器 人 航 跡 推

32、 算系 統(tǒng) 傳 感 器 失 效 故 障 的 診 斷 。 25.粒 子 濾 波 器 難 以 處 理 復(fù) 雜 邏 輯 ， 高 維 空 間 可 能 導(dǎo) 致 濾 波 器 低 效 。 針 對 這 些 問 題提 出 集 成 邏 輯 推 理 與 多 粒 子 濾 波 器 的 故 障 診 斷 方 法 26.模 糊 自 適 應(yīng) 粒 子 濾 波 器 方 法 (FAPF)包 括 兩 種 自 適 應(yīng) 機(jī) 制 ： 狀 態(tài) 空 間 自 適 應(yīng) 和 粒子 數(shù) 自 適 應(yīng) 。 27.提 出 一 種 結(jié) 合 粒 子 濾 波 器 與 神 經(jīng) 網(wǎng) 絡(luò) 的 未 知 異 常 檢 測 以 及 已 知 故 障 診 斷 的 方 法 。 28.

33、在 平 面 運 動 狀 態(tài) 下 ， 實 現(xiàn) 了 機(jī) 器 人 異 常 運 動 狀 態(tài) （ 包 括 車 體 受 阻 、 車 輪 受 阻 、 車 輪 被 卡 等 ） 的 監(jiān) 測 與 識 別 。 附 其 它 重 要 成 果 April 19, 2021 30 3 成 果 統(tǒng) 計v專 著 未 知 環(huán) 境 中 移 動 機(jī) 器 人 導(dǎo) 航 控 制 研 究 的 進(jìn) 展 , 科 學(xué) 出版 社 ， 2008 高 級 專 家 系 統(tǒng) ： 原 理 、 設(shè) 計 及 應(yīng) 用 ， 科 學(xué) 出 版 社 ，2005 未 知 環(huán) 境 中 移 動 機(jī) 器 人 導(dǎo) 航 控 制 的 理 論 與 方 法 研 究 論文 集 (2004、

34、2005、 2006共 3卷 ) v論 文論 文 總 數(shù) 量 :257篇 ， 不 少 重 要 論 文 為 三 校 聯(lián) 合 發(fā) 表 國 外 論 文 ： 101篇 (期 刊 ： 21篇 ， 會 議 ： 80篇 ) 國 內(nèi) 論 文 : 156篇 (期 刊 ： 135篇 ， 會 議 ： 21篇 )檢 索 情 況 SCI： 37篇 ， EI： 91篇 ， ISTP： 44篇 April 19, 2021 31 3 成 果 統(tǒng) 計l IEEE Transactions on System, Man and Cybernetics（ 1）l IEEE Transactions on Evolutionary

35、 Computation（ 2）l IEEE Transactions on Neural Networks（ 1）l Automatica（ 2）l IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems（ 2l IEEE Transactions on Signal Processing（ 2） l IEEE Signal Processing Letters（ 1）l Journal of Guidance, Control, and Dynamics（ 1）l Advanced Robotics（ 1）l Advances in Ar

36、tificial Intelligence (4)l Advances in Computer Sciences (5)l Engineering Optimization (1)l International Journal of Computer Science and Network Security (1)l International Journal on E-Learning (1) l Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Transactions of the ASME (1) 在 以 下 國 際 期 刊 上

37、發(fā) 表 /錄 用 論 文 20多 篇 April 19, 2021 32 v申 報 專 利 ：一 種 移 動 機(jī) 器 人 三 維 環(huán) 境 感 知 方 法 （ 已 受 理 ）基 于 人 工 免 疫 系 統(tǒng) 的 移 動 機(jī) 器 人 軟 件 故 障 診 斷 系統(tǒng) （ 已 受 理 ）v人 才 培 養(yǎng)博 士 畢 業(yè) ： 16人 ， 在 讀 博 士 ： 13， 共 29人碩 士 畢 業(yè) ： 47人 ， 在 讀 碩 士 ： 17， 共 64人v依 托 項 目 建 立 的 實 驗 室NSFC重 點 項 目 移 動 機(jī) 器 人 導(dǎo) 航 控 制 實 驗 室3 成 果 統(tǒng) 計 April 19, 2021 33 4

38、 實 驗 平 臺 國 家 自 然 科 學(xué) 基 金 重 點 項 目 實 驗 室 越 野 車 視 頻中 南 移 動 -1視 頻月 球 車 視 頻 April 19, 2021 34 歡 迎 批 評 指 正敬 祝 國 慶 節(jié) 和中 秋 節(jié) 快 樂 April 19, 2021 35 April 19, 2021 36 Teaching Reforms recently Disciplinary Reformsv 智 能 科 學(xué) 基 礎(chǔ) 系 列 課 程 國 家 級 教 學(xué) 團(tuán) 隊 ，國 家 教 育 部 ， 2008v全 國 雙 語 教 學(xué) 示 范 課 程 人 工 智 能 ， 國家 教 育 部 ， 20

39、07v 國 家 級 精 品 課 程 智 能 控 制 ， 國 家 教 育部 ， 2006v國 家 級 精 品 課 程 智 能 控 制 ， 國 家 教 育部 ， 2003 April 19, 2021 37 April 19, 2021 38 Teaching Reforms recently Teaching & Book Writingv機(jī) 器 人 學(xué) ， 第 二 版 ， 清 華 大 學(xué) 出 版 社 ，2009v機(jī) 器 人 學(xué) 導(dǎo) 論 ， 機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社 ， 2009v未 知 環(huán) 境 中 移 動 機(jī) 器 人 導(dǎo) 航 控 制 的 理 論與 方 法 ， 科 學(xué) 出 版 社 ， 2008

40、v人 工 智 能 辭 典 ， 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 ， 2008v智 能 控 制 原 理 與 應(yīng) 用 ， 清 華 大 學(xué) 出 版 社 ，2007 April 19, 2021 39 機(jī) 器 人 學(xué) 基 礎(chǔ)國 家 級“ 智 能 科 學(xué) 基 礎(chǔ)系 列 課 程教 學(xué) 團(tuán) 隊 ”機(jī) 器 人 學(xué) 課 程配 套 教 材機(jī) 械 工 業(yè) 出 版 社2009 April 19, 2021 40 2009年 9月 April 19, 2021 41 我 國 首 部 權(quán) 威 的 人 工 智 能 工 具 書化 學(xué) 工 業(yè)出 版 社2008 April 19, 2021 42 未 知 環(huán) 境 中移 動 機(jī) 器 人

41、導(dǎo) 航 控 制理 論 與 方 法科 學(xué) 出 版 社2009 April 19, 2021 43 智 能 控 制 研 究 生 用 書 國 家 精 品 課 程立 體 配 套 教 材清 華 大 學(xué) 出 版 社2007 April 19, 2021 44 Teaching Reforms recently Teaching & Book Writing（Continued）v智 能 控 制 導(dǎo) 論 ， 中 國 水 利 水 電 出 版 社 ，2007v人 工 智 能 及 其 在 決 策 系 統(tǒng) 中 的 應(yīng) 用 ， 國防 科 技 大 學(xué) 出 版 社 ， 2006v高 級 專 家 系 統(tǒng) ： 原 理 、 設(shè)

42、 計 與 應(yīng) 用 ， 科學(xué) 出 版 社 ， 2005v人 工 智 能 控 制 ， 化 學(xué) 工 業(yè) 出 版 社 ， 2005v人 工 智 能 基 礎(chǔ) ， 高 等 教 育 出 版 社 ， 2005 April 19, 2021 45 智 能 控 制 本 科 生 用 書 國 家 精 品 課 程立 體 配 套 教 材2007 April 19, 2021 46 為 部 隊 研 究 生班 專 門 編 著人 工 智 能 及 其在 軍 事 中 的 應(yīng) 用 國 防 科 大 出 版 社 2006 April 19, 2021 47 高 級 專 家 系 統(tǒng)（ 與 美 國 教 授 合 著 ) 科 學(xué) 出 版 社20

43、05 April 19, 2021 48 智能控制 (AI-Based Control) 研究生用書 2005 April 19, 2021 49 國 家 教 育 部優(yōu) 秀 網(wǎng) 絡(luò) 課程 配 套 教 材高 等 教 育 出 版社2005 April 19, 2021 50 Teaching Reforms recently3. Teaching & Book Writing（Continued）v人 工 智 能 及 其 應(yīng) 用 ， 第 三 版 研 究 生 用 書 ，清 華 大 學(xué) 出 版 社 ， 2004v智 能 控 制 ， 第 二 版 ， 電 子 工 業(yè) 出 版 社 ，2004v人 工 智 能

44、 及 其 應(yīng) 用 ， 第 三 版 本 科 生 用 書 ，清 華 大 學(xué) 出 版 社 ， 2003 April 19, 2021 51 國 家 精 品 課 程配 套 教 材人 工 智 能及 其 應(yīng) 用 第 三 版研 究 生 用 書2008年 11月第 5次 印 刷 April 19, 2021 52 智 能 控 制第 二 版電 子 工 業(yè)出 版 社2004 April 19, 2021 53 國 家 精 品 課 程配 套 教 材人 工 智 能及 其 應(yīng) 用 第 三 版本 科 生 用 書2009年 6月第 13次 印 刷 April 19, 2021 54 人 工 智 能及 其 應(yīng) 用第 二 版（

45、 1996）國 家 教 育部 科 技 進(jìn)步 一 等 獎（ 1998） April 19, 2021 55 Teaching Reforms recentlyv機(jī) 器 人 學(xué) ， 清 華 大 學(xué) 出 版 社 ， 2000v智 能 控 制 基 礎(chǔ) 與 應(yīng) 用 ， 國 防 工 業(yè) 出 版 社 ，1998v vIntelligent Control：Principles，Techniques & Applications, World Scientific Publishersv智 能 控 制 （ 第 一 版 ） ， 電 子 工 業(yè) 出 版 社 ， 1990v機(jī) 器 人 原 理 及 其 應(yīng) 用 ， 中

46、 南 大 學(xué) 出 版 社 ， 1988v人 工 智 能 及 其 應(yīng) 用 （ 第 一 版 ） ， 清 華 大 學(xué) 出 版社 ， 1987 April 19, 2021 56 機(jī) 器 人 學(xué)2002年 獲 全 國高 校 優(yōu) 秀 教 材一 等 獎清 華 大 學(xué) 出 版 社2000 April 19, 2021 57 中 國 國 防 工業(yè) 系 統(tǒng) 出 版基 金 支 持 出版 專 著（ 自 譯 于 英 文 ）國 防 工 業(yè) 出 版 社1998 April 19, 2021 58 國 際 首 部 智能 控 制 系 統(tǒng)英 文 專 著（ Singapore-New Jersey ） World Scienti

47、fic1997 April 19, 2021 59 國 內(nèi) 外 首 部 關(guān)于 智 能 控 制 的系 統(tǒng) 著 作 ， 全國 統(tǒng) 編 教 材（ 1990）獲 全 國 第 三 屆優(yōu) 秀 教 材 （ 電子 類 ） 一 等 獎（ 1996） April 19, 2021 60 我 國 首 部 關(guān)于 智 能 機(jī) 器人 系 統(tǒng) 專 著（ 1988）入 選 中 國優(yōu) 秀 科 技 圖書 要 覽 1990 April 19, 2021 61 我 國 首 部 具有 自 主 知 識產(chǎn) 權(quán) 的 人 工智 能 著 作清 華 大 學(xué) 出 版 社1987 April 19, 2021 62 歡 迎 討 論 指 教敬 祝 國 慶 節(jié) 和中 秋 節(jié) 快 樂