【CAA期刊】《信息与控制》2024年第53卷第6期

张一勤, 王亚刚, 姚旭文, 何佳桥, 周康寿, 孟巧玲, 喻洪流

上海理工大学

摘要：智能助行器作为重要的辅助工具，在帮助行动不便的个体维持独立性和减轻日常活动困难方面发挥着广泛的应用。其中，用户运动意图估计是使用者准确控制助行器的关键。本文针对下肢行动不便的人群设计了一款智能助行器，该助行器通过3维力传感器和2维激光雷达采集用户行走状态信息。在用户运动意图估计算法中，原有的线速度估计方法容易受到里程计误差的干扰，为此，提出了一种基于用户腿部相对位置的用户意图线速度估计方法。同时，为解决仅依赖3维力传感器难以准确估计下肢行动不便人群的意图角速度的问题，引入了基于多传感器融合技术的角速度估计方法。同时考虑到算法处理数据造成的滞后，本文将Informer模型融入算法中，克服了人机实时交互的困难。研究结果表明，所提的线速度估计方法准确度达到98.44%，而角速度估计算法准确度达到了96.6%。通过肌电信号反映，用户能够更轻松地使用本文设计的助行器，而Informer模型进一步提升了用户使用助行器的便捷性。一系列实验验证了所提方法的有效性。

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02  3维环境下基于LVI-SAM的放射区域重建与定位框架

太原理工大学

摘要：核安全一直是核应用领域关注的焦点，利用携带核辐射探测传感器的移动机器人代替传统人工探测已经成为发展趋势。为了解决在未知3维环境下对于表面辐射源的定位与监测，通过使用携带激光雷达、相机、IMU (inertial measurement unit)和核辐射探测传感器的移动机器人代替人工进行辐射监测，本文提出了一种基于LVI-SAM (Lidar-Visual-Inertial odometry via Smoothing and Mapping)的自主辐射地图构建框架。该地图构建框架结合同时定位和地图构建(SLAM)技术和辐射探测技术，在LVI-SAM框架下利用激光雷达和视觉信息对环境进行3维重建，然后将3维点云降维投影构建环境栅格地图，之后利用辐射传感器和LVI-SAM坐标系的变换关系确定辐射源在场景中的位置，实现将辐射地图和3维环境地图进行融合，可以完成对放射区域在3维环境中的定位。最后，在ROS (robot operating system)中搭建仿真环境。实验结果验证了3维环境下表面辐射地图构建方法的有效性。

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03  基于环境特征融合的海战单目标态势感知

上海理工大学

摘要：态势感知是指在实时战场环境下，对敌方作战意图进行推理判断。为了提高对海战单目标情况预测的准确性，提出了一种基于环境特征融合的CNN-BiGRU (CNN-Bidirectional Gated Recurrent Unit)海战单目标态势感知模型。首先，提出了一种环境特征与时序特征相融合的方法，解决环境信息冗余对意图预测的影响；然后，卷积神经网络结合BiGRU网络，实现环境特征和时序特征的提取与融合。实验结果表明，融合了环境特征的态势感知模型提高了意图识别的准确率，解决了单目标海战的意图预测问题。

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04   3维未知复杂环境下无人机群协同围捕

张红强, 蒋萍, 吴亮红, 王汐, 左词立, 陈祖国, 陈亮

湖南科技大学

摘要：针对3维未知复杂环境下无人机群协同围捕问题，提出了一种基于膨胀算法和3维简化虚拟受力围捕模型相结合的围捕算法(3D-ESVFH)。首先构建无人机个体运动模型，针对3维未知复杂环境中的非凸障碍物，采用半球和球形膨胀相结合的膨胀算法，并对自然界中围捕行为进行分解，抽象出3维简化虚拟受力围捕模型，接着采用李雅普诺夫函数对系统进行稳定性分析。不同情况下的仿真结果表明，所提的围捕方法可以使无人机群避障的同时保持良好的围捕队形。将膨胀算法和3维简化虚拟受力围捕模型分别与循障算法、松散偏好规则方法进行对比分析，本文方法在时间消耗、路径消耗上分别减少了12.72%、9.79%和20.05%、8.35%。

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05  基于自适应混沌麻雀搜索算法的机械臂最优时间轨迹规划

赵亮, 刘瑞雪, 张玮奇, 吴静文, 陈锋

西安建筑科技大学

摘要：针对机械臂关节在最优时间轨迹规划过程中存在的效率低下和稳定性不佳的问题，提出一种基于自适应混沌麻雀搜索算法的最优时间轨迹规划策略。首先在轨迹规划过程中，以各段时间的时间为优化目标，以各个关节的角度、角速度、角加速度作为约束条件，使用4-5-4多项式插值算法对轨迹点进行拟合；其次在传统麻雀搜索算法中引入Tent透镜反向成像策略、自适应权重策略和柯西变异策略，提高了算法的收敛精度和收敛速度，进而提高轨迹规划的效率和稳定性；最后，使用6自由度机械臂进行实验验证，仿真结果表明，使用改进算法进行轨迹规划，机械臂的运行时间大幅减少，并且机械臂运行平稳。

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06  基于CIR波动幅相联合等效的物理层欺骗攻击

中国科学院沈阳自动化研究所

摘要：在介质开放的无线网络中，物理层安全是上层安全的有效补充。为有的放矢地研究防御机制，设计实时生效且不易检测的物理层欺骗攻击成为一项关键且具有挑战性的任务。本文提出一种基于信道脉冲响应(channel impulse response，CIR)波动幅值和相位联合等效的物理层欺骗攻击方法。首先，针对现有研究仅利用单一CIR幅值信息且细粒度波动特征模拟能力弱所导致的攻击易被检测问题，利用CIR幅值和相位信息对位置欺骗攻击进行建模，以提高攻击成功率；进一步，理论分析证明CIR构成的矩阵为病态矩阵，揭示了CIR的微小波动使得攻击者模拟的CIR与预期产生巨大偏差的根本原因；进而，针对由于幅值和相位差异性导致的联合解决矩阵病态时融合困难的问题，将CIR幅/相波动距离进行等效对齐，分析得到CIR相似度阈值，从而筛选最优攻击的CIR，避免微小波动导致的攻击偏差。在两种典型场景的数据集中，进行了大量实验，结果表明，相较于已有欺骗攻击，所提出的攻击策略在原本可能攻击失败的位置能够攻击成功，且针对幅相检测方法攻击成功率更高。

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07  基于肌压信号与惯性测量单元的下肢运动意图识别

上海理工大学

摘要：对截肢者下肢运动意图的准确识别是提高下肢假肢人机交互性能，降低假肢使用者运动能耗的关键。本文通过自行设计的信号采集系统对股骨截肢者和健全受试者进行了7种不同步态模式下的下肢运动学信号采集，包括大腿残端肌压信号(FMG)和6自由度惯性测量单元(IMU)的大小腿角度、加速度等信号，同时，采用了特征融合的方法将两种信号的时域特征进行融合，并利用机器学习的方法研究了不同信息源融合下的下肢步态模式分类准确率情况。研究结果表明，在3种分类算法下，截肢受试者和健全受试者FMG-IMU信号的平均分类准确率比单一FMG信号与单一运动学信号训练模型的平均分类准确率分别最高提高了4.7%与9.5%，最高可达99.6%的平均分类准确率。这一结果表明基于FMG信号与IMU信号融合的下肢运动意图识别方案能取得良好的效果，有望进一步拓宽FMG信号在下肢运动意图识别领域的研究，同时为下肢假肢的进一步改进和优化提供理论支持和实践指导。

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08  不确定严格反馈系统的无反步预设性能自适应控制：一种全驱系统方法的设计

江苏海洋大学

摘要：针对不确定严格反馈型非线性系统，提出了一种无反步递推的指定时间预设性能自适应跟踪控制设计方法。该方法通过引入一种新型的指定时间性能函数对跟踪误差边界进行定量设定并将原不确定严格反馈系统转化为一类伪高阶全驱(HOFA)系统，然后结合全驱系统方法进行控制设计，不仅改进了预设性能控制，而且避免了现有结果基于自适应反步法迭代设计的不足，简化了控制器设计过程。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统所有信号一致最终有界，系统输出能跟踪参考信号且跟踪误差能在指定时间收敛到预设精度范围。最后，通过直流电机驱动机械臂的仿真实验，验证了所提理论方法的有效性。

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09  基于生成式对抗网络的龙门式焊接机器人双目视觉方法

襄阳职业技术学院

摘要：为了克服电弧焊中焊接件热膨胀变形、烟雾干扰视觉导致难以获取准确的焊缝信息的问题，实现对于非标大型工件的自动焊接功能，本文设计了双目视觉焊缝空间位置信息采集系统，配置了红色线型结构激光、窄带红色滤镜和双目视觉相机，与焊枪一起固定在机器人的执行末端，在焊接过程中对于焊缝进行实时图像采集和位置感知。本文设计了生成式对抗网络(GAN)架构的深度学习神经网络，并采用了迁移学习进行跨域训练。实验表明，所设计的双目视觉系统能有效利用双目图像数据，实时输出在焊接区域里焊缝的位置和深度，在无专门图像校正的条件下，焊接过程中焊缝横向位置和焊缝高度二者的识别精度均可达1.0 mm。本文设计的焊接机器人双目视觉方法简明可行且成本低廉。

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10  基于改进灰狼算法的润叶机控制参数优化

昆明理工大学

摘要：针对仅靠人工经验调节润叶机相关控制参数难以准确适应外界因素和来料特性波动的问题，提出了一种烟叶质量预测和工艺参数自适应优化的方法。首先，通过系统的分析工艺流程，归纳关键控制参数和影响其调控的主要因素；其次，采用贝叶斯优化极度梯度提升树算法拟合工艺参数与出口烟叶含水率和温度的关系；最后，以标准的出口烟叶质量作为优化目标获取全局最优解。为了稳定润后烟叶质量和润叶机运行状态，本文基于灰狼算法进行了改进，提出了有界稳定惩罚灰狼算法。该算法融入了自适应惩罚函数和稳定性优化，加快算法收敛速度的同时降低了控制参数的波动。实验结果表明，与人工调节相比，所提方法使出口烟叶的含水率和温度波动范围值分别降低了42.5%和29.9%，并且优化参数后润叶机运行更平稳。

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11  晶圆驻留时间约束下双组合设备协同调度

江西理工大学

摘要：在半导体晶圆制造中，违反驻留时间约束会导致晶圆损坏，同时，双组合设备涉及两个设备间的资源协调配合，使得调度更加复杂。本文考虑晶圆驻留时间约束，研究了配置全并行加工模块的双组合设备的稳态协同调度问题。首先，构建面向资源的Petri网模型，描述了具有驻留时间约束和全并行加工模块的双组合设备的稳态加工过程，提出控制策略防止系统发生死锁；其次，通过分析加工模块的负载和机械手的任务过程，得到了机械手无任务冲突的条件；针对任务冲突的情况，推导出系统的可调度条件，并开发了两个算法求解系统的稳态周期时间和可行的机械手调度方案；最后，通过实例来验证算法的可行性与有效性。

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