智能机器人

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1. 助力型下肢外骨骼机器人研究综述

贺贵松, 黄学功, 李峰, 汪辉兴

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2024, 29 (1): 1-15. DOI: 10.1007/s12204-022-2489-3

摘要（613）

PDF（pc）（1195KB）（173）

助力型下肢外骨骼机器人是一种可穿戴智能机器人系统，涉及力学、材料、电子、控制、机器人学等诸多领域。该系统借助外部能源为人类提供额外的动力，可以增强人体的机能，帮助穿戴者承受以往无法承受的重量。同时，通过合理的结构设计和被动储能等方式，还可以对特定动作进行辅助。本文首先介绍了助力型下肢外骨骼机器人在国内外的研究现状，针对几种典型样机进行了详细分析。之后又对其结构设计、驱动方式、感知技术、控制方法、能源管理、人机耦合等关键技术进行了综述，并将外骨骼机器人常用的一些设计方法进行了归纳与对比。最后总结了助力型下肢外骨骼机器人研究中依旧存在的问题和可能的解决方案，并对未来的发展趋势进行了展望。

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2. 个性化下肢康复外骨骼机器人的关键技术综述

陶璟, 周振欢

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2024, 29 (1): 16-28. DOI: 10.1007/s12204-022-2452-3

摘要（566）

PDF（pc）（1179KB）（460）

康复治疗和日常生活辅助对提高脑卒中、脊髓损伤、脑瘫、骨科术后病人以及老年人群等下肢运动障碍患者的生活质量有关键作用。下肢康复外骨骼机器人在以上人群康复治疗和生活辅助方面具有良好应用前景。本文针对面向多样化个性化用户需求的外骨骼机器人开发，首先分析并综述了下肢康复外骨骼机器人本体模块化、仿生柔顺驱动、个性化自适应步态规划以及面向个体的运动意图感知与推理方法和技术。进一步，基于服务化理论，探讨了面向个性化医疗的下肢康复外骨骼机器人产品服务系统开发潜力和关键支持技术。康复外骨骼今后研究趋势应是从个体化特征和个性化需求入手，以此驱动外骨骼机器人本体技术和服务化开发，从而技术上实现真正人机协同与融合，效用上实现可获得的高质量康复医疗和生活辅助。

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3. 用于膝关节辅助的集成式液压驱动可穿戴机器人

赵亚飞, 黄超逸, 邹玉莹, 邹可涵, 邹笑阳, 薛嘉琦, 李晓婷, KOH Keng Huat, 王小军, 赖伟超, 胡勇, 席宁, 王峥

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2023, 28 (3): 289-295. DOI: 10.1007/s12204-023-2602-2

摘要（417）

PDF（pc）（1156KB）（159）

与衰老过程有关的疾病可能导致膝关节功能失调，因此需要以可穿戴机器人护膝的形式提供膝关节援助。然而，现有的可穿戴机器人在协助老年人的日常活动中面临着力的有效传递和适应人体运动的困难。尽管软体驱动器已被广泛用于可穿戴机器人中，在便携的基础上实现快速响应和运动控制仍然是一个挑战。针对这些问题，我们提出了一个集成多传感器和直驱液压驱动系统的软体护膝机器人系统。我们在便携式液压系统中实现了可控和快速的力输出。多传感器的反馈使机器人系统能够通过人的生理信号和动作信息与人体进行协作。人类用户的测试结果验证了该膝关节机器人可以通过肌电信号触发而向膝关节提供辅助扭矩。

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4. 手术机器人的力感知技术进展

高红岩1, 2, 艾孝杰1, 2, 孙正隆3, 陈卫东1, 2, 高安柱1, 2

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2023, 28 (3): 370-381. DOI: 10.1007/s12204-023-2607-x

摘要（567）

PDF（pc）（1017KB）（182）

力感知在微创手术中对于手术情况分析和安全交互至关重要。因此，集成力感知技术的手术机器人能够保证精确和安全的手术过程。在过去的几十年里，手术机器人的力感知技术已经取得了相当大的进展。本文综述了目前用于手术机器人的基于电和光的力传感器，包括压阻式、压电式、电容式、强度/相位调制和光纤布拉格光栅传感器，同时也讨论了它们的原理、应用、优点和局限性。最后，我们对于当前手术机器人力感知技术进行了总结。

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5. Cable-Driven Flexible Exoskeleton Robot for Abnormal Gait Rehabilitation

XU Ziwei (徐子薇), XIE Le (谢叻)

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2022, 27 (2): 231-239. DOI: 10.1007/s12204-021-2403-4

摘要（222）

PDF（pc）（1563KB）（70）

The number of people with abnormal gait in China has been increasing for years. Compared with traditional methods, lower limb rehabilitation robots which address problems such as longstanding human guidance may cause fatigue, and the training is lacking scientific and intuitive monitoring data. However, typical rigid rehabilitation robots are always meeting drawbacks like the enormous weight, the limitation of joint movement,and low comfort. The purpose of this research is to design a cable-driven flexible exoskeleton robot to assist in rehabilitation training of patients who have abnormal gait due to low-level hemiplegia or senility. The system consists of a PC terminal, a Raspberry Pi, and the actuator structure. Monitoring and training are realized through remote operation and interactive interface simultaneously. We designed an integrated and miniaturized driving control box. Inside the box, two driving cables on customized pulley-blocks with different radii can retract/release by one motor after transmitting the target position to the Raspberry Pi from the PC. The force could be transferred to the flexible suit to aid hip flexion and ankle plantar flexion. Furthermore, the passive elastic structure was intended to assist ankle dorsiflexion. We also adopted the predictable admittance controller,which uses the Prophet algorithm to predict the changes in the next five gait cycles from the current ankle angular velocity and obtain the ideal force curve through a functional relationship. The admittance controller can realize the desired force following. Finally, we finished the performance test and the human-subject experiment.Experimental data indicate that the exoskeleton can meet the basic demand of multi-joint assistance and improve abnormal postures. Meanwhile, it can increase the range of joint rotation and eliminate asymmetrical during walking.

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6. Eye Robotic System for Vitreoretinal Surgery

DAI Qianlin (代倩琳), XU Mengqiao (徐梦乔), SUN Xiaodong (孙晓东), XIE Le∗ (谢叻)

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2022, 27 (1): 1-6. DOI: 10.1007/s12204-021-2369-2

摘要（568）

PDF（pc）（1040KB）（268）

Micro incision vitrectomy system (MIVS) is considered to be one of the most difficult tasks of eye surgery, due to its requirements of high accuracy and delicate operation under blurred vision environment. Therefore, robot-assisted ophthalmic surgery is a potential and efficient solution. Based on that consideration, a novel master-slave system for vitreoretinal surgery is realized. A 4-DOF remote center of motion (RCM) mechanism with a novel linear stage and end-effector is designed and the master-slave control system is implemented. The forward and inverse kinematics are analyzed for the controller implementation. Then, algorithms with motion scaling are also integrated into the control architecture for the purpose to enhance the surgeon’s operation accuracy. Finally, experiments on an eye model are conducted. The results show that the eye robotic system can fulfill surgeon’s motion following and simulate operation of vitrectomy, demonstrating the feasibility of this system.

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7. 一种基于双螺纹斜齿轮管的新型同心圆管机器人

陈韦池, 刘浩城, 李子建, 郭靖, 翟振坤, 孟伟,

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2023, 28 (3): 296-306. DOI: 10.1007/s12204-023-2595-x

摘要（303）

PDF（pc）（2087KB）（80）

鼻咽癌是一种源于鼻黏膜的恶性肿瘤，常发生在头颈部。同心管机器人可形成复杂的形状，并可到达难以触及的病灶，因此常用于微创手术。然而一些同心管机器人由于其传动设计显得笨重，本文提出了一种基于双螺纹斜齿轮管的轻型螺旋齿轮传动装置。其驱动单元的紧凑和小型化，使得这种同心管机器人比传统同心管机器人更轻巧。通过运动学分析，得到了齿轮管姿态与电机输出角的映射关系。本文对驱动机构的精度、稳定性和重复性进行了测试。实验结果表明：该系统在平移试验中的定位误差小于0.3 mm；稳定性试验中滚动角度误差小于0.6°；平移重复性试验误差小于0.005 mm。最后使用同心管机器人进行了尖端瞄准试验，验证了同心管机器人用于手术的可行性。

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8. 多结构柔性夹持器提高夹持的鲁棒性

李林霖, 高飞扬, 郑雄飞, 张黎明, 李世杰, 王赫然

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2023, 28 (3): 307-311. DOI: 10.1007/s12204-022-2508-4

摘要（229）

PDF（pc）（2071KB）（62）

近年来，软体抓手因其高柔顺性在医疗康复等各个领域引起了广泛的关注。然而，传统的PneuNet仅通过包络抓取（EG）可靠地抓取中大型物体，无法实现捏取（PG）来稳定抓取小而薄的物体，这是由于EG需要大弯曲角度而PG需要相对小很多的弯曲角度。我们提出了一种多结构软体夹持器（MSSG），每个手指只有一个气路，它将近端段的PneuNet与远端段的普通软气动执行器（NSPA）相结合，这样可以在不损失EG的情况下实现PG，并且远端和近端段之间的高度差增强了PG的鲁棒性。基于MSSG的稳定性（指弯曲角度描述）和鲁棒性（拉拔力描述）对抓取进行了表征，并采用有限元方法分析了MSSG的弯曲角度和拉拔力。此外，通过实验验证了抓取性能，结果表明每指单气路的MSSG能够在不损失EG的情况下实现PG，并有效增强了PG的鲁棒性。

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9. 基于少量多核光纤光栅传感器的单孔连续体手术机器人形状感知

黎定佳1,2,3,4, 王重阳1,2,3, 郭伟5, 王志东6, 张忠涛5, 刘浩1,2,3

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2023, 28 (3): 312-322. DOI: 10.1007/s12204-023-2579-x

摘要（296）

PDF（pc）（2606KB）（58）

本文提出了一种在单孔连续体手术机器人（CSR）中使用少量多核光纤光栅（FBG）传感器进行形状感知的方法。传统的方法利用正运动学模型计算单孔CSR的形状，其受到模型精度的限制。如果将FBG传感器用于形状传感，其精度将受到传感器数量的影响，特别是在长而灵活的CSR中。为了解决这一问题，提出了一种基于扩展卡尔曼滤波（EKF）的融合方法。分别使用CSR正运动学模型和FBG传感器进行形状重建，并用EKF将两个结果融合。CSR运动模型的方法采用了正运动学模型的增量形式进行形状重建，FBG传感器的方法则采用了离散弧段假设进行形状重建。融合方法可以消除运动学模型的不准确性，仅使用少量FBG传感器即可获得更精确的形状重建结果。通过不同载荷条件下多种弯曲形状的实验验证了该算法的有效性。结果表明，该方法在鲁棒性和有效性方面明显优于传统方法。

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10. 基于层次决策网络的鼻拭子采样机器人视觉定位方法

李国志a，邹水中b，丁数学a

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2023, 28 (3): 323-329. DOI: 10.1007/s12204-023-2581-3

摘要（246）

PDF（pc）（743KB）（44）

本文主要研究一种用于鼻拭子机器人自动采样操作的视觉定位方法。使用机器人完成鼻拭子采样任务可以减少医务人员对新型冠状病毒病（COVID-19）患者的直接接触，从而减小COVID-19带来的负面影响，对COVID-19的检测和防疫具有重要意义。该方法根据COVID-19的传播特点使用层次决策网络来处理机器人的行为约束条件，并结合医务人员的采样动作特点设计了使用单臂机器人进行鼻拭子采样操作的视觉导航定位方法。该方法所使用的决策网络综合考虑了人工采样操作中引起潜在接触感染风险的影响因素，以尽可能降低病毒在人员之间的传播概率。进一步形成具有人工智能特征的视觉伺服控制策略，并完成稳定、安全的鼻拭子机器人采样操作。实验证明，该方法能够实现良好的机器人视觉系统的定位，可以为公共卫生防控提供必要的技术支持。

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11. 基于实时切片到体积配准的机器人辅助甲状腺活检自主导航

李坚1，王星超1，钟敏2，郑剑2，孙正隆1

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2023, 28 (3): 330-338. DOI: 10.1007/s12204-023-2606-y

摘要（197）

PDF（pc）（1034KB）（31）

随着医学成像和机器人技术的进步，完全自动诊断治疗的想法变得越来越有吸引力。超声检查具有无创、无辐射、成像速度快等特点，越来越多地被应用于临床，如妇产科、外科穿刺等。在本文中，我们提出了一种使用混合切片到体积配准方法的基于实时图像的视觉伺服控制方案。以这种方式，即使在存在干扰的情况下，机器人也可以根据术前计划自主将超声探头定位到所需的姿态。我们使用了甲状腺活检模体模型来设计和进行实验。结果表明，本文所提出的方案可以实现高达30 Hz的刷新率和（0.52±0.65）mm的跟踪精度。

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12. 用于有效刚体运动再现和识别的柔性轨迹描述

杨健鑫，郭遥

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2023, 28 (3): 339-347. DOI: 10.1007/s12204-023-2604-0

摘要（159）

PDF（pc）（1121KB）（29）

在人机交互中，时空运动的识别和复现是分析人体行为和运动必要的前提条件。刚体运动轨迹被证明可以为运动描述提供充分信息线索。在之前的研究中，我们提出了一种灵活的双平方根函数轨迹描述（DSRF）来表示刚体运动轨迹，它相对于原始数据提供鲁棒的描述。本研究的重点是探索DSRF描述子在有效的运动复现和运动识别中的应用。具体而言，本文提出了两种基于DSRF的复现方法，包括递归重构和在线优化。具有上下文信息的新轨迹可以从单个示教轨迹复现，同时保留与原始轨迹的相似性。此外，采用模板匹配方法实现了基于DSRF描述子的运动识别。实验结果验证了该方法对刚体运动的再现和识别的有效性。

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13. 输入受限的超冗余移动医疗机械臂混合控制

张凯波1，陈丽1，董琦2

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2023, 28 (3): 348-359. DOI: 10.1007/s12204-023-2580-4

摘要（234）

PDF（pc）（909KB）（30）

为降低医务人员在传染病区域工作的感染风险，提出了采用超冗余移动医疗机械臂（HRMMM）代替医务人员在医疗服务中执行接触性任务。设计了一种基于运动学的姿态跟踪算法，以实现高精度的位姿跟踪。建立了HRMMM的运动学模型，推导了其整体雅可比矩阵。为了保证准确的目标跟踪，设计了基于罗德里格斯旋转公式的跟踪误差，并推导了跟踪误差与夹爪速度之间的关系。考虑到物理的输入约束，建立了HRMMM的关节约束模型，采用变量替换法将非对称约束转换为对称约束，所有约束都通过除以其最大值进行无量纲化。为了满足医疗事件中的实时运动控制要求，设计了一种基于伪逆（PI）和二次规划（QP）的混合控制器，无输入约束饱和时采用PI方法，出现约束饱和时采用QP方法。设计二次性能指标保证PI和QP之间的平滑切换。仿真结果表明HRMMM可以在满足在不同类型的输入约束情况下，以平滑的运动轨迹接近目标姿态。

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14. 具有增强注意力的前景分割网络

姜锐1，朱瑞祥1，蔡萧萃1，苏虎2

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2023, 28 (3): 360-369. DOI: 10.1007/s12204-023-2603-1

摘要（326）

PDF（pc）（734KB）（44）

运动物体分割（MOS）是包括医疗机器人在内的所有机器人视觉系统的基本功能之一。基于深度学习的MOS方法，特别是深度端到端MOS方法，在该领域正得到积极研究。前景分割网络（FgSegNets）是最近提出的代表性深度端到端MOS方法。本研究探索了一种新的机制，通过引入相对较少的参数来提高FgSegNets的空间特征学习能力。具体来说，我们提出了增强注意力（EA）模块，它是注意力模块和轻量级增强模块的并行连接，顺序注意力和残差注意力为其特殊情况。还提出将EA与FgSegNet_v2集成，采用轻量级卷积块注意力模块作为注意力模块，并在编码器的两个最大池化层之后插入EA。派生的新模型名为FgSegNet_v2_EA。消融研究验证了所提出的EA模块和集成策略的有效性。CDnet2014数据集上的实验结果显示，FgSegNet_v2_EA在场景相关评估和场景无关评估设置下分别比FgSegNet_v2提高了0.08％和14.5％，这表明EA对提高FgSegNet_v2的空间特征学习能力具有积极作用。

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15. 中国康复和辅助机器人的发展：困境与解决方案

赵玲玲1，郭遥2

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2023, 28 (3): 382-390. DOI: 10.1007/s12204-023-2596-9

摘要（298）

PDF（pc）（367KB）（64）

中国正在迅速进入老龄化社会，因此对慢性疾病管理和个性化医疗产生了巨大需求。在中国，康复和辅助机器人的发展在研究和工业领域都受到了极大的关注。康复和辅助机器人可以帮助指导患者完成康复训练，也能协助功能受损的人进行日常活动。在过去的几十年里，我们见证了具有不同的功能和用途的康复和辅助机器人的发展。然而，与研究领域的蓬勃发展相比，专门的法规和政策建设相对滞后。由于康复和辅助机器人需要与人类密切合作和互动，所以在相关伦理问题和法律法规方面建设带来了前所未有的挑战。本文旨在概述中国康复和辅助机器人主要发展困境，并提出相应的潜在对策。

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16. 柔性输尿管镜末端偏转运动的迟滞特性建模与运动补偿

华鹏a，舒雄鹏a，谢叻a,b

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2023, 28 (4): 507-. DOI: 10.1007/s12204-022-2505-7

摘要（122）

PDF（pc）（1652KB）（62）

柔性输尿管镜手术已广泛应用于上尿路疾病的诊断和治疗中，该手术的关键步骤是医生操作柔性镜末端到达目标区域进行诊疗。然而，柔性输尿管镜末端的偏转会表现出很明显的柔性迟滞特性，这可能是降低医生操作精度的最重要因素之一，因此在实际手术中医生往往需要花费较长的时间操作柔性镜末端到达目标治疗区域。本研究中，我们通过大量重复实验获得了柔性输尿管镜末端偏转的迟滞运动曲线，然后分别使用分段线性近似方法和长短期记忆网络方法对迟滞特性曲线进行建模分析。在此基础上，我们提出两种柔性镜末端偏转运动的迟滞补偿策略并开展一系列补偿实验来验证运动补偿策略的有效性。实验结果表明这两种迟滞补偿策略可以显著地提高柔性镜末端偏转运动精度，平均补偿误差不超过5°。

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17. 一种新型线驱动手术软体机器人

李茹1，陈方2，俞文伟3，IGARASH Tatsuo3,4，舒雄鹏1，谢叻1,5,6

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2024, 29 (1): 60-72. DOI: 10.1007/s12204-022-2497-3

摘要（113）

PDF（pc）（2939KB）（63）

机器人辅助腹腔镜根治性前列腺切除术（RARP）广泛应用于前列腺癌的治疗。RARP中主要使用的刚性器械不能克服手术中盲区问题，导致更多创伤，如器械通过时需要更多切口和刚性器械造成额外组织损伤。软体机器人相对灵活，理论上具有无限自由度，可以克服刚性仪器的问题。本文研制了一种单孔经膀胱机器人辅助根治性前列腺切除术（STvRARP）系统。该柔性机械手直径为10 mm，最大弯曲角度为270°，具有良好的灵活性和灵巧性。本文介绍了软体机器人的设计和机械结构。根据所设计的柔性机械臂特点，建立了柔性机械臂的运动学模型，并进行了逆运动学补偿。建立了手术软体机器人主从控制系统，验证了所设计的手术软体机器人的可行性。

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18. 基于深度强化学习的多模态多目标多机器人任务分配算法

苗镇华1, 黄文焘2, 张依恋3, 范勤勤1

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2024, 29 (3): 377-387. DOI: 10.1007/s12204-023-2679-7

摘要（320）

PDF（pc）（975KB）（171）

多机器人任务分配直接影响多机器人协作系统的整体性能。为提高多机器人协作系统的有效性、鲁棒性和安全性，本文提出一种基于深度强化学习的多模态多目标进化算法。在所提算法中，使用一种改进的多模态多目标进化算法来对多机器人任务分配问题进行求解，并在最后一代利用深度强化学习以端到端的方式给出各个机器人执行任务的路线。为验证所提算法的性能，与三种知名的多模态多目标进化算法在三种不同场景的多机器人任务分配问题上进行比较。实验结果表明，所提算法能够提供尽可能多的等效方案来提高多机器人协作系统在不确定环境下的可用性和鲁棒性，并且能够找到最佳方案来提高多机器人协作系统的整体任务执行效率。

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19. 一种四阶段的快速移动机器人局部轨迹规划方法

黄山1，黄洪钟1，曾奇2

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2024, 29 (3): 428-435. DOI: 10.1007/s12204-022-2423-8

摘要（65）

PDF（pc）（1810KB）（29）

局部轨迹规划承担着移动机器人快速、平滑避障的功能，是评估移动机器人导航能力的主要指标之一。目前的方法把局部轨迹规划的各项要求表示成统一的问题进行求解，在计算能力受限时，基本上不能满足实时性。针对上述情况，本文提出了一种在低成本处理器上运行速度可以达到500 Hz的快速局部轨迹规划算法。把轨迹规划问题分为前端搜索和后端优化两个部分，其中前端搜索部分包括环境拓扑分析和图搜索，后端部分包括满足运动学约束的轨迹生成和最优轨迹的选取。与目前大多数方法不同，本文把轨迹规划问题分解成四个子模块，每一个子模块只考虑一个问题。通过四个子模块组合形成一个完整的规划算法，该算法快速地生成一条平滑、无碰撞的轨迹。实验证明提出的方法可以生成平滑且满足运动学约束的安全轨迹，并且有较快的规划速度。

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20. 基于影响系数法的机器人动力学方程约束关系建立

徐亚茹1,2，李克鸿1,2，商新娜2，金晓明1,2，刘荣3，张建成1,2

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2024, 29 (3): 450-456. DOI: 10.1007/s12204-023-2661-4

摘要（35）

PDF（pc）（656KB）（27）

工作要求和环境的多样性使得工业机器人的自由度数和结构复杂性不断增加，难以建立其精确的动力学模型，对实现稳定、快速、准确的轨迹跟踪控制造成很大的阻碍。因此，在利用运动学影响系数法求解Jacobian矩阵和Hessian矩阵的基础上，推导了多自由度工业机器人解析动力学方程中约束关系的一般表达式，建立了基于Udwadia-Kalaba理论的含一般约束关系表达式的解析动力学方程，从而解决了多自由度工业机器人在完成复杂任务约束时增加约束关系建立时间的问题。以SCARA机器人为研究对象，仿真结果表明：该方法为复杂约束条件下的工业机器人系统建模提供了一种新的思路。

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21. 动态环境下基于改进DQN的多智能体路径规划方法

李舒逸, 李旻哲, 敬忠良

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2024, 29 (4): 601-612. DOI: 10.1007/s12204-024-2732-1

摘要（205）

PDF（pc）（1213KB）（132）

动态环境中多智能体路径规划问题一直是一个挑战，主要是由于障碍物位置的不断变化以及智能体之间复杂的相互作用。这些因素导致解决方案收敛速度慢，甚至在某些情况下完全发散。为了解决这个问题，提出了一种利用双重决斗深度Q网络（D3QN）的新方法，适用于动态多智能体和复杂环境。设计了一种基于多智能体位置约束的新奖励函数，并采纳了一种基于增量学习的训练策略，以实现多个智能体的协作路径规划。此外，为了避免收敛到局部极值，引入了贪婪和玻尔兹曼概率选择策略来进行行动选择。为了融合雷达和图像传感器数据，构建了卷积神经网络-长短时记忆（CNN-LSTM）架构，以提取多源测量的特征作为D3QN的输入。同时，在使用机器人操作系统和Gazebo的模拟环境中验证了算法的效能和可靠性。仿真结果显示，所提出的算法为动态场景中的路径规划任务提供了实时解决方案。在平均成功率和准确性方面，所提出的方法优于其他几种深度学习算法，而且收敛速度也得到了提升。

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22. 基于控制屏障函数的自主移动机器人安全编队分布式模型预测控制

穆建彬，杨海丽，何德峰

J Shanghai Jiaotong Univ Sci 2024, 29 (4): 678-688. DOI: 10.1007/s12204-024-2747-7

摘要（38）

PDF（pc）（969KB）（22）

针对不确定扰动环境下自主多移动机器人系统的安全编队问题，设计了一种基于鲁棒控制屏障函数（RCBF）的分布式模型预测控制（DMPC）方法。首先，分析系统在编队过程中的安全性要求，并将其归为避碰和距离连通性保持两部分。基于避碰和连通性保持要求分别设计RCBF约束，并组合得到安全约束。然后，将所设计的安全约束与自主多移动机器人编队控制目标相结合，得到优化问题，并与DMPC方法结合以实现安全编队控制。最后，提出RCBF-DMPC算法，在满足约束和期望目标的前提下，保证算法的迭代可行性和稳定性。并通过仿真实验验证了所设计算法能够满足协同编队要求且保证系统安全性。

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专题