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机器人关节通信总线系统的建模与验证被引量：7: 2018年; 高速串行现场总线(controller area network,简称CAN)被广泛部署到机器人通信系统中.而服务机器人任务具有并发性和高实时性的特点,因此,如何根据总线协议规范和应用需求精化设计模型,保证系统设计的正确性和实时性要求,避免设计阶段的漏洞十分必要.针对传统方法的局限性,提出使用形式化方法对基于CAN现场总线型控制系统进行建模分析.首先,对系统进行模型抽象和形式表达;其次进行形式建模和自动验证,在UPPAAL中实现主控制器、关节控制器、收发器、仲裁器和CAN总线的时间自动机模型;最后对机器人通信系统进行正确性验证和实时性分析.实时性分析发现:随着总线上关节节点数的增多,低优先级节点的最坏仲裁时延的增长速率加大.针对这个问题,在形式模型中加入了改进的动态优先级策略.实验结果表明:部署动态优先级策略后不仅减小了低优先级节点的仲裁时延,而且还可以加大CAN总线的节点负载量,为系统设计提供有效的指导和参考.; 孟瑶李晓娟关永王瑞张杰; 关键词：形式化验证时间自动机 CAN 动态优先级

基于旋量理论和代数消元6R机器人逆解算法被引量：10: 2018年; 为了解决6自由度后3关节轴线相交于一点的串联机器人逆运动学问题,采用指数积(POE)方法建立运动学模型,并采用几何、代数方法和Paden-Kahan子问题进行逆运动学求解。几何方法获得前3关节运动轨迹的交点,将求解转换成已知的Paden-Kahan子问题,使几何意义更加清晰、直观,且大大简化了计算。采用代数消元法MATLAB求解第4,5关节,减少了人工计算,有效避免了由复杂计算产生的错误。最终,得到了1组封闭的逆运动学的解。通过实验计算出逆解最大位姿误差为10-12数量级,证明了提出的算法具有很高的精度,验证了算法的正确性。; 赵荣波施智平关永邵振洲王国辉吴立峰; 关键词：旋量理论逆运动学

基于UPPAAL的认知机器人控制行为建模与验证被引量：8: 2016年; 随着机器人技术的高速发展,越来越多的人开始聚焦到认知机器人领域的研究,机器人系统中的两大研究领域主要是路径规划和任务规划,而传统的规划问题主要侧重于任务规划.本文的研究是在机器人基于行为的控制结构的基础上,提出机器人系统的任务规划层次框架.认知机器人的大部分的控制行为需要人的参与,这就要求这类机器人系统具有在线自适应的能力,而采用传统的验证方法验证其正确性和实时性上存在一定的局限性.采用形式化方法对认知机器人系统的简单实例建模并验证几个重要的属性,采用时间自动机对系统进行形式化的描述,并结合符号化模型检测工具Uppaal进行验证.针对系统的重要属性采用计算树逻辑的形式表述.; 巩卫卫王瑞李晓娟; 关键词：UPPAAL

串联机器人雅可比矩阵的高阶逻辑形式化被引量：4: 2016年; 机器人雅可比矩阵是描述机器人运动性能的重要参数,保证机器人雅可比矩阵的描述、求解及分析的正确性和可靠性非常重要.然而传统的数值计算与计算机代数符号方法不能给出100%精确和完备的分析与验证.基于高阶逻辑定理证明技术固有的高可靠性和证明完备性,以运动旋量和串联机器人正向运动学指数积公式为数学基础,在高阶逻辑定理证明器HOL4中建立串联机器人正向运动学的形式化模型,对其旋量法描述的速度雅可比矩阵进行严格的形式化分析与验证.最后通过对Stanford机器人的雅可比矩阵的形式化分析,说明本文形式化工作的实用性和正确性.; 杨秀梅施智平吴爱轩关永叶世伟张杰; 关键词：形式化验证

Android与ROS交互通信的可靠性设计被引量：2: 2018年; 目前,Google和Willow Garage已经为Android系统构建ROS(Robot Operating System)环境提供了基于rosjava的应用功能包集合android_core,便于Android移动终端和ROS进行互联互通。然而,当前的通信机制不能保证Android应用对基于ROS的机器人进行可靠的远程控制。为解决上述问题,从ROS中的应用层和通信机制两方面对ROS进行完善。一是在ROS端TCP/IP协议的应用层设计通信异常检测模块"Check Node Connection"来进行Android移动终端的连接状态检测;二是在Android端设计与ROS中"ROS Action Protocol"相匹配的通信机制"Ros Action On Android"。实验结果表明,设计的通信异常检测模块"Check Node Connection"可以高效地检测Android与ROS间的连接状态。此外,"Ros Action On Android"通信机制可时刻获取ROS机器人在任务执行中的状态反馈信息并支持任务抢占,使得交互控制更加精准可靠。; 李梦男邵振洲渠瀛施智平关永关永; 关键词：ROS ANDROID TCP/IP

基于PRISM的分布式实时操作系统任务调度的形式化验证被引量：3: 2015年; 大规模集成电路工艺技术的飞跃发展,掀起了计算机快速发展广泛普及的浪潮,同时又向计算机网络、巨型计算机、智能化方向以及分布式实时处理方向发展.其中,分布式实时系统的需求在各个领域的需求都不断扩大,于是,分布式实时操作系统也随之产生.为了保证设计的可靠性和正确性,通过模型检测的方法对分布式实时操作系统的任务调度建立马尔科夫决策过程(MDP)模型,并以机器人分布式实时操作系统为例,用概率计算树逻辑(PCTL)对一些关键属性进行描述,通过PRISM平台对任务的可调度性进行验证和分析.通过将验证和分析得到的量化结果不断反馈给设计人员,以反馈得到的结果为依据,设计人员可以作出相应的策略,进一步提高设计的可靠性和正确性.; 霍燕燕关永李晓娟王瑞张杰魏洪兴; 关键词：分布式实时操作系统任务调度概率模型检测 PRISM

GJK算法的一种特殊情形的形式化验证和应用被引量：3: 2015年; 计算几何算法经常用于机器人避碰运动规划等安全攸关领域,对这些算法进行正确性证明非常重要.用形式化方法对算法进行验证是一种十分有效的手段,尤其是定理证明的方法用严格的数学公理和定理推理证明逻辑模型的性质,对所验证的性质而言是完备的.基于GJK算法设计了计算空间两条线段间距离的算法,用定理证明器HOL4对其相关的定义和定理进行形式化定义和证明,进而基于霍尔逻辑完成形式化表示和证明,对该算法的正确性实现了形式化验证.最后,给出了这一经过验证的算法在双臂机器人无碰撞运动规划中的应用.; 安育龙施智平叶世伟李晓娟张杰魏洪兴; 关键词：形式化方法机器人规划定理证明 HOL

SpaceWire协议的形式化建模与概率分析被引量：5: 2013年; SpaceWire是应用于航空航天领域的高速通信总线标准,保证其设计的可靠性和正确性至关重要.本文通过概率模型检测的方法对SpaceWire的交换层设计进行形式化建模与量化分析.基于马尔科夫决策过程(MDP)对交换层的链路初始化及正常运行过程建立形式化概率模型,模型包括发送方、接收方和信道,提取SpaceWire交换层的4个关键属性,用概率计算树逻辑(PCTL)进行描述,运用PRISM平台对SpaceWire交换层设计进行验证和分析;并获得信道丢包概率不同情况下,链路初始化成功以及正常运行时数据包正确传输的概率,这种定量形式化分析结果可为SpaceWire的设计和实现提供参考依据.; 李月星李晓娟关永王瑞张杰魏洪兴; 关键词：SPACEWIRE 概率模型检测 PRISM

概率模型检测技术在机器人路径规划中的应用被引量：2: 2015年; 在机器人路径规划的实际应用中,针对机器人移动行为可能会受到外界环境影响的难题,提出了一种采用概率模型检测技术进行路径规划的新方法。首先,分析环境中的主要影响因素,将机器人的移动行为看作一个不确定事件,构建马尔可夫决策过程(MDP)模型。然后,采用概率计算树逻辑(PCTL)公式描述模型属性,表达机器人复杂多样的目标任务。最后,运用PRISM平台对模型进行分析和验证,得到满足属性的全局优化路径和定量数据。仿真结果表明,上述方法不仅能够保障机器人在障碍物环境中无碰撞移动,而且可以避开环境相对复杂的区域,保证机器人以最大概率完成任务。对比试验证明上述方法的正确性和有效性。; 夏春蕊王瑞李晓娟关永; 关键词：移动机器人路径规划概率模型检测马尔可夫决策过程

基于动态神经网络的质子交换膜燃料电池建模方法被引量：4: 2014年; 针对现有质子交换膜燃料电池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell,PEMFC)模型逼近能力不足、自适应性差的问题,提出一种基于动态神经网络的PEMFC建模方法.该方法引入神经网络输出敏感度作为隐含层结构合理性判别依据,根据敏感度分析结果选择采用相应的神经元修改算法调整隐含层结构,使隐含层神经元数目根据燃料电池数据处理需求动态变化,实现模型结构与参数的双重优化.以某型双系统燃料电池测试平台实际运行数据为例进行验证,结果表明构建的PEMFC动态神经网络模型比传统模型的网络规模小、拟合精度高、收敛速度快,适用于工程化仿真应用.; 曹政才李博刘民张杰; 关键词：质子交换膜燃料电池动态神经网络

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国际科技合作与交流专项项目(2011DFG13000)

文献类型

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机构

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