摘要 智能仿生扑翼飞行机器人以自然界飞行生物为原型,通过机翼扑动产生升推力,具备低能耗、高隐蔽性及高机动性的优势.本文以具备飞行实验基础的智能扑翼飞行机器人为研究核心,系统梳理该领域在扑翼飞行机器人设计、感知决策控制系统及智能自主飞行关键技术三方面的研究进展.首先,依据翼展尺度将其划分为小型、中型、大型三类,分别介绍不同尺度机型的系统参数与性能指标;其次,对应上述尺度分类,概述各类型扑翼飞行机器人的感知决策控制系统配置与特点;最后,从技术深度维度,依次阐述简单、有限、高级3个层级的智能自主飞行关键技术.基于上述文献调研,本文进一步凝练了当前该领域面临的关键科学问题,并展望了未来研究方向.

关键词 智能仿生扑翼飞行机器人; 扑翼飞行机器人设计; 感知决策控制系统; 智能自主飞行关键技术; intelligent bionic flapping-wing robot; flapping-wing robot design; perception-decision-control systems; intelligent autonomous flight technologies

摘要 集群系统协同定位技术因其在GPS拒止环境中可大幅提升机器人集群自主性和适应性而受到广泛的关注.本文系统地归纳总结了集群协同定位领域的研究结果,包括集群系统分布式协同定位算法、定位性能表征与优化以及协同定位技术在智能集群系统中的应用.本文重点分析了不同集群协同定位方法各自的优缺点,讨论了基于传感器网络部署和智能体轨迹优化的集群系统定位增强方法,指出了集群协同定位方法在分布式形状控制、协同建图与搜索以及隐式协同等具体任务中的重要作用,阐明了未来值得进一步深入研究的开放性问题.

关键词 集群系统; 分布式协同定位; 拓扑条件; 激励条件; 定位性能; swarm systems; distributed cooperative localization; topology condition; excitation condition; localization performance

摘要 在多机械臂系统中,拓扑变换是难以避免的.然而,现有考虑多机械臂系统的研究,通常要求其在每一时刻都保持连通状态.任意一条通信链路损坏都可能导致系统崩溃,对通信链路具有较高的依赖性,这使其难以适用于非连通生产场景.针对上述研究的缺陷,本文提出一种基于联合连通有向平衡图的方案,有效地实现了在非连通环境下的多机械臂协同控制,降低了系统对通信链路的依赖性.该方案优化了系统的通信资源分配,使信息按照指定方向传输,减少了信息双向流动的冗余性.最终,通过仿真实验验证了该方案的有效性.

关键词 多机械臂系统; 协同控制; 有向图; 联合连通; multi-manipulator system; collaborative control; directed graph; joint connectivity

摘要 人形机器人是机器人技术的集大成者,在服务国家重大战略需求中扮演着重要的角色,可以协助或取代人在危险、肮脏和重复的环境中,执行各种类型的任务.本文以人工智能(artificial intelligence,AI)大模型驱动的具身智能人形机器人技术与展望为切入口,系统介绍人形机器人的发展背景与意义,重点阐述大模型技术,如大型自然语言模型、视觉Transformer、视觉语言模型、视觉生成模型、具身多模态大模型等,并从分布式模块化大模型技术、端到端一体化大模型技术、云边端协同化大模型技术等3个方面,详细介绍AI大模型驱动的具身智能人形机器人关键技术.具身智能人形机器人的应用场景十分广泛,而大模型技术的发展为机器人感知识别、认知决策、规划调度、行为控制注入语言理解、视觉泛化、常识推理等关键能力,进一步推动人形机器人在智能制造、国防安全等领域的应用.最后本文探讨了大模型驱动的具身智能人形机器人的技术挑战与展望.

关键词 人形机器人; 具身智能; 自然语言大模型; 视觉语言大模型; 具身多模态大模型; humanoid robot; embodied intelligence; natural large language model; visual language large model; embodied multimodal large model

摘要 基于形式化方法的多智能体任务规划因其丰富的任务形式和多样的系统功能而备受关注.然而,随着智能体数量增加,规划复杂度呈指数级增长,因此形式化方法在计算效率和集群规模上都受到了限制.已有的改良方法中,基于图搜索的方法对计算效率改进有限,只能处理中等规模的集群;而基于组合优化的算法忽略了智能体动作模型,无法处理大规模协同任务.本文针对以上局限,提出了基于智能体动作链的偏序任务分配算法,在保证正确性的基础上大幅提升规划性能.进一步针对环境不确定性和在线新任务,设计了自适应重规划算法和协作同步机制,确保任务执行过程中的鲁棒性.最后,通过数值仿真和对比验证了算法的有效性和可靠性.

关键词 多智能体任务规划; 形式化方法; 线性时序逻辑; 在线自适应; 偏序集; multiagent task planning; formal method; linear temporal logic; online self-adaptation; partially ordered set

摘要 随着无人机技术的发展,无人机集群对抗已成为国内外研究热点.现有决策算法的研究主要集中于同构无人机集群对抗场景,且当应用于更复杂对抗场景时,存在奖励函数设计难度大、决策实时性难以满足等问题.为此,本文针对异构无人机集群对抗的实时机动决策问题展开研究.首先,构建了一个长机–僚机异构无人机集群的对抗仿真环境,其中,长机和僚机具有不同的机动和攻击能力,且对胜负具有不同影响力.其次,本文提出了一种基于多智能体强化学习的分布式无人机集群协同机动控制算法,并设计了一套结合课程学习和自博弈的策略训练与优化方法.通过设计简单的稀疏奖励结合课程学习方法即可学到异构无人机集群协同机动策略;引入自博弈对抗方式,使得对手无人机的策略更具针对性,以提升对抗的强度,从而进一步优化机动策略,使其更贴近实际需求.最后,仿真验证了本文所提方法的有效性和可扩展性.

关键词 集群对抗; 协同决策; 自博弈; 多智能体强化学习; 无人机; swarm confrontation; cooperative decision-making; self-play; multi-agent reinforcement learning; UAV

摘要 智能驾驶汽车已成为人们关注的热点话题之一.然而,现有的智能驾驶技术仍面临一系列挑战,如交通障碍物的遮挡所引起的模型漏检,以及当汽车驶入隧道等光线骤变的场景时所引起的传感器感知精度下降导致的误检问题等.为保证复杂场景下车辆的感知安全,智能驾驶多模态感知技术应运而生.然而,现有的多模态融合方法仍局限于对检测精度的提升,缺乏感知过程的可解释性,并缺少对模型感知过程的评价指标.本文从信息论角度出发,按照通信模型的构建方法对感知模型进行设计,提出了一种基于信源信道联合编码理论的多模态融合感知模型,从理论上对模型的感知过程进行解释.同时,提出了一种新的评价指标——平均信息熵变(average entropy variation, AEV),用AEV来实时反映模型与外界感知交互过程中的稳定性.进而,对多模态模型的感知过程进行量化分析,增加模型的可解释性.最后,与其他的感知模型在KITTI数据集的评估结果进行比较,我们的模型在经过相似的网络结构时平均信息熵变下降到0.5904,更好地保证了检测任务的感知安全.

关键词 可解释性; 信息论; 信源信道联合编码; 多模态融合; 智能驾驶; interpretability; theory of information; joint source-channel coding; multimodal fusion; intelligent driving

摘要 冗余机器人在智能制造、救灾抢险与太空探索等领域扮演着重要角色.然而,对结构信息不准确或未知的冗余机器人进行运动规划是一个棘手的问题.此外,若不考虑冗余机器人末端执行器的姿态约束,可能会因姿态的不可控性导致任务失败.为解决该问题,在考虑末端姿态保持和多层关节物理限制的基础上,本文针对模型未知的冗余机器人提出了一种基于数据驱动技术的双层运动规划方案.该方案在关节角加速度层求解的同时能实现最小化关节角速度范数的要求.进而,构建一个离散神经动力学求解器以在线求解该方案.理论分析、仿真和物理实验验证了所提数据驱动的冗余机器人双层运动规划方案的可行性和有效性.

关键词 冗余机器人; 姿态保持; 数据驱动; 神经动力学; 非线性优化; redundant robots; orientation maintaining; data-driven; neural dynamics; nonlinear optimization

摘要 针对多智能体系统通信网络遭受欺骗攻击与隐私窃取问题,本文提出了一种新的具备隐私保护能力的多智能体系统弹性一致性算法.首先考虑到多智能体系统在信息传输环节直接将真实状态信息暴露给外界的问题,设计了一种基于状态分配思想的节点状态信息处理机制,来保证系统中节点状态信息隐私的安全性.其次考虑到外部攻击者对系统收敛的影响,在状态分配机制上进一步引入了检测环节,从而保证系统安全收敛.然后通过数学理论分析证明了算法能够有效保护节点初始状态信息隐私的同时能够保证系统实现弹性一致性收敛.最后通过数值仿真实验与对比实验,进一步验证了本文算法的有效性.

关键词 多智能体系统; 弹性一致性; 欺骗攻击; 隐私保护; 网络安全; multi-agent systems; resilient consensus; deception attack; privacy-preserving; cyber security

摘要 针对含有未知输入和外部干扰的非线性自动驾驶车辆时变跟驰队列系统,研究系统部分状态可测情况下的车辆道路跟驰和状态一致性控制问题.基于车辆跟驰和二自由度动力学模型,得到含有外部干扰和未知输入的离散化状态方程,利用前导跟驰特性,得到自动驾驶车辆跟驰队列系统;利用比例积分状态观测器解决系统部分状态不可测问题,提出一种基于观测器实现含有未知输入和外部干扰的自动驾驶车辆状态一致性控制协议;将观测器估计效果和一致性控制问题转化为误差系统的稳定性问题,由此构造Lyapunov-Krasovkii函数,利用离散系统稳定性理论推导出一个充分条件;通过求解线性矩阵不等式(linear matrix inequality, LMI)得到跟驰系统的增益矩阵和参数矩阵,利用H_∞性能指标分析系统鲁棒性.仿真结果表明:所设计观测器能够估计未知输入、外部干扰和系统状态,并且基于观测器设计能够使自动驾驶车辆道路跟驰和状态达到一致.

关键词 智慧交通; 自动驾驶车辆; 道路跟驰; 多智能体系统; 一致性控制; 外部干扰; intelligent transportation; autonomous vehicle system; path following; multiagent system; consistency control; external disturbance