[01239175]基于计算机视觉信息辅助的智能体网络控制与遥操作

智能体的远程控制以及遥操作系统扩展了人的感知和操作能力,被广泛应用于空间和水下探索、处理危险材料、高精度组装、和远程医疗等领域。通过网络操作远端的机器人可以扩展人类的控制能力, 但系统的复杂性和不确定性使如何更好地表现其良好性能成为当前热点。其主要难点包括：1)如何在遥操作中引入力反馈,稳定性是遥操作控制设计中第一优先考虑的因素,而引入力反馈会给互动回路带来了能量。2)如何基于网络远程控制智能体并达到较好的稳定性、实时性以及容错性;3)如何在智能体远程控制系统中引入视觉辅助信息以保证智能体控制的安全与稳定。本项目在国家自然科学基金、省部级自然科学基金以及其它科学基金的支持下,围绕智能体遥操作的力反馈引入、智能体远程控制的稳定性与容错性分析以及如何引入计算机视觉信息等方面展开研究,经项目组多年努力,取得了丰硕的成果。 主要创新点和学术价值有： 1、通过理论分析和实验验证发现,基于波变量的遥操作虽然能保证系统完全稳定,但在力反馈的透明性（或保真度）以及轨迹跟踪两方面都有牺牲。申请者提出牺牲一定的稳定带宽,来提升力反馈的保真度或透明性,或提高轨迹跟踪,折中了透明性和稳定性。这两个想法都得到了理论证明及实验验证,本质上这两个方法是介于基于波变量和基于功率变量之间的两种改进型遥操作控制方法。力反馈的透明性或保真度的提高,对提升遥操作或者触觉系统的实用性有很大的意义。申请人的方法提升了轨迹跟踪精度,对需要保证轨迹跟踪精度的遥操作应用意义重大。 2、提出了一种新的智能体时域无源性控制方法,与现有基于能量的方法并行。并成功地应用于触觉控制,该方法不需要积分,避免了能量计算中的误差;同时,控制输出被分散了,减少了大的突变输出,力反馈保真度高或透明性好。申请人也把这一方法应用到了带双向不对称随机变化时延的智能体遥操作中 3、提出了在传感器失真情形下的滤波器设计方法。传统的滤波器设计通常假设传感器能够准确测量物理信号,或者对测量异常信号具有一定的鲁棒性。但在实际系统中,测量信号往往不能准确反映系统的输出,而且具有一定的随机性,针对该问题建立传感器随机概率性失真模型,提出滤波器设计方法。与传统的滤波设计方法相比,该方法更符合实际系统和更具有针对性,从而减小系统设计的保守性。 4、针对具有时变时延的Lurie网络系统,当时延在区间内变化,并且变化率上界均可测时,提出新型的多重Lyapunov泛函构造方法,并利用若干新颖的时延分析工具,给出泛函导函数尽可能小的估计上界,极大拓展了结论的适用范围,并推动时延网络系统力理论的发展,同时为具有通讯时延的智能体遥操作控制系统的应用提供技术保障 5、基于计算机视觉信息的智能体控制是本项目提出的一个全新的思想,远程智能体在进行遥操作时,最重要的是稳定和安全,而丰富的视觉信息由于其直观性和易获取性引起了项目组的关注,在项目的推进过程中,我们力图将三种图像处理融入到智能体的遥操作中,分别为人脸检测与识别,获取图像的超分辨率重建以及图像的边缘检测,实践证明：基于计算机视觉的智能体信息辅助能更好的促进智能体进行远程的控制与遥操作,具有较好的应用前景。 上述研究有力的推动了智能体远程控制与遥操作技术的发展。成果共发表SCI收录论文26篇,被SCI他引共152次,获批国家自然科学基金等项目6项,省部级项目8项。或授权的国家发明专利3项。