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普渡大学邓新燕副教授蜂鸟机器人研究即将登上ICRA2019舞台,同步开源蜂鸟模拟环境_亚博网站有保障的


本文摘要:按:什么可以像鸟一样飞行,像昆虫一样在空中滑行?

按:什么可以像鸟一样飞行,像昆虫一样在空中滑行?答案是每个人都听说过的蜂鸟。最近,普渡大学机械工程副教授邓新燕在蜂鸟机器人研究中取得了新的进展,全文编译器如下。

无人机能人群中蜂鸟飞行的能力,需要在崩溃的建筑物和其他杂乱的空间中寻找被困的受害者。普渡大学的研究人员设计了像蜂鸟一样飞行的机器人,通过机器学习算法开展训练,自学蜂鸟每天使用的各种技能。这意味着在模拟环境中开展自学后,这个机器人理解了自己是如何像蜂鸟一样移动的。

例如,发现了什么时候逃跑的动作。人工智能和灵活扇动的翅膀结合,机器人需要自学新技能。

尽管这个机器人现在没有视觉能力,但是不能通过认识物体的表面来感觉。每次接触都会改变电流,研究者意识到可以追踪。普渡大学机械工程副教授邓新燕说:这个机器人必须在看周边环境的时候画地图。

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这有助于机器人在黑暗中搜索遇难者,这意味着面对面后,我们可以让机器人具有感觉能力,也可以少加传感器。邓新燕副教授团队不会在5月20日在蒙特利尔召开的ICRA2019会议上展示研究成果,可以在YouTube上观看。地址是https://www.youtube.com/watchv=jhl892dHqfAfeature=youtu.be【图像来源:PURDUEUNIVERSITY所有者:PURDUNIVERSITY】由于传统的空气动力学工作原理,无人机无法无限小,否则就无法产生足够的升力来承受重量。

但蜂鸟的翅膀有弹性,不用于传统的空气动力学。物理学的特性几乎不同,空气动力学本质上不稳定,具有低攻击角和高升力。

这使得更小的飞行中动物的不存在成为可能性,也使得我们可以按比例增加翅膀机器人。邓新燕副教授说。

几年来,邓新燕副教授队解码蜂鸟飞行,试图将机器人飞到大型飞机附近。2011年,在DARPA的委托下,美国航空环境公司AeroVironment生产蜂鸟机器人,比确实蜂鸟轻,但没有那么慢,具有直升机式飞行的控制和有限的机动性。

此外,它必须由人类继续远程控制。【照片来源:PURDUEUNIVERSITY所有者:PURDUNIVERSITY所有者】邓新燕副教授的团队和她的合作者在蒙大拿研究蜂鸟已经多年了。他们记录蜂鸟的主要动作,如180度急转弯,将动作转换为计算机算法,机器人需要在模拟环境中自学。

进一步研究昆虫和蜂鸟的物理现象,使普渡大学的研究者生产出比蜂鸟小的机器人,甚至像昆虫一样小,但这并不影响其飞行方式。该机器人具有3D打印机的身体和翅膀,由碳纤维和激光切割成薄膜。邓新燕副教授团队生产了12克蜂鸟机器人。

这是成年蜂鸟的平均体重,这个蜂鸟机器人需要举起自己重量27克的物体。另外,他们还生产了1克昆虫机器人。体型越小,翅膀挥舞的频率越高,对飞行不利。邓新燕副教授说。

设计具有更高升力的机器人,使研究者有更大的自由选择空间,减少电池和传感器,如照相机和GPS。研究人员回答说,现在机器人在飞行中必须连接到外部能源,但这种情况会持续很长时间。【照片来源:PURDUEUNIVERSITY所有者:PURDUNIVERSITY】机器人需要像蜂鸟一样安静地飞行,使其更适合秘密行动。

此外,研究人员在油箱中测试了可动态图形的翼,证明了有气流干扰时仍需稳定。这个机器人意味着需要两个电机,需要独立的国家控制各侧的翅膀,在自然界的飞行中动物也这样展开灵活的运动控制。

邓新燕副教授说:现实的蜂鸟在飞行中有很多肌肉和控制方向,但机器人必须尽量轻,以最重的重量取得仅次于的性能。蜂鸟机器人不仅能协助救难任务,还能利用细致的机器人感觉,使生物学家们更好地研究自然环境中的蜂鸟。

邓新燕副教授说:在生物学的自学生产机器人的同时,现在的生物学的发现也可以通过机器人得到额外的协助。该研究的模拟已在https://github.com/purdue-biorobotics/flappy开源,喜欢调查。

来源:西安andeng、邓新燕、xdeng@purdue.edu记者手记:文章摘要部分有论文链接。其他多媒体信息可用于https://drive.google.com/openid=1XrFz3MOj_2jotVJVQOmC5upfD8kWIOnF.查询。视频和图片由普渡大学机械工程学院的通信专家Jared,Pike制作。关于研究论文的概要:在翼机器人上模仿自学蜂鸟的极限运动控制FanFei、ZhanTu、Jian、Zhang、Jian、Jian、Zhang、Xinyanddenghttps://arxiv.org/abs/1902.09626生物学研究指出,蜂鸟在慢跑时需要展示极端的特技飞行运动控制。

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蜂鸟在空中滑翔时,突然给予视觉刺激,不会立即向后旋转,加上180度的失速弯道,在近10次的翅膀摇晃下立即平稳姿势。考虑到翅膀摆动的频率为40赫兹,这种快速增长的运动控制意味着必须在0.2秒内完成。受到蜂鸟在这种极限运动控制中最低的灵感,我们开发了飞行中的控制战略,通过实验证明,只有两个刹车,重达12克的蜂鸟机器人需要构筑这种运动控制能力。

论文中明确提出的混合控制战略是基于模型的非线性控制和无模型的自学结合。我们用于基于模型的非线性控制开展一般状态的飞行控制。因为动态模型在这些条件下比较正确。

但是,在无限的大控制中,建模错误不会显得无法控制。在模拟环境中训练的无模式增强学习战略,使系统在运动控制过程中稳定,最大化运动控制中的性能。这种混合策略反映的运动控制模式类似于蜂鸟仔细观察的运动控制模式。

我们建立了从建模到现实的必要切换,证明了这种类似蜂鸟的快速机动避免在同一规模蜂鸟机器人中是不现实的。行动是视觉:在狭小的空间中挥动翅膀导航系统ZhanTu、FanFei、JianZhang、andXinyanttps://arxiv.org/abs/1902.08688飞行中动物的翅膀不仅能产生升力和控制力矩,还能感受到周边环境。这种感觉和驱动的双重功能结合在一个部件中,严格允许重量、尺寸和功率的小型仿生机器人飞机,尤其简单。

在这项工作中,我们解释了第一个用于自己的翅膀在狭窄的环境中展开感觉和导航系统的翅膀机器人,不需要视觉对象系统。我们明确提出了普渡蜂鸟翼机器人测试平台,其翼展为17cm,重量为12g,其翼由两个刹车驱动,扇动频率为30-40Hz。通过对翼装载系统及其变化的说明,飞行汽车可以观察到地面、墙壁、楼梯、障碍物和阵风等环境变化的不存在。

通过测量和说明驱动翼的马达电流对系统,可以获得翼的瞬时负荷。该方法的有效性在许多无视觉条件下挑战飞行任务的实验中证明,沿地形飞行,沿墙飞行,穿过狭窄的走廊。为了保证飞行中的稳定性,我们设计了鲁棒控制器来处理飞行中意识不到的障碍。

对于移动机器人来说,通过读取刹车来感觉和导航系统环境是一种有前途的方法,也可以作为替代视觉感觉或补充视觉感觉的方法。飞行中的蜂鸟:关于翅膀机器人和动物的开源动态建模FanFei、ZhanTu、YilunYang、JianZhang、XinyantDenghttps://arxiv.org/abs/1902.09628昆虫和蜂鸟展示出优秀的飞行能力,他们必须同时控制看起来对立的目标:稳定的滑动和保守的运动控制翼微飞机(FWMAVs)在增大这个性能差距方面有很大的潜力。但是,由于各种允许,设计和控制这样的系统仍然具有挑战性。在这篇论文中,我们明确提出了开源高保真动态建模,作为翼微飞机的设计、优化和飞行控制的实验平台。

为了开展模塑检测,我们在实验室开展模塑实验的时候,新开发出了和蜂鸟大小一样的机器人。通过系统识别,我们获得了模型参数。模拟飞行中与实验飞行中的力量产生、开环和闭环动态呼吁也进行了比较和检查。

在不稳定的空气动力学和非线性飞行中,动力学给传统的控制算法和自学控制算法(如强化自学)带来了挑战性的控制问题。模拟界面几乎与OpenAIGym模拟器环境相容。作为标准研究,我们明确提出了作为滑翔稳定的线性控制器和作为目标定向机动的深度强化自学控制战略。最后,我们向现实机器人展示了这两种控制战略的必要性,从模拟环境转换到现实环境,进一步证明了建模的真实性。

(公共编号:)记录:本文编译器允许从PURDUE、UNIVERSITY版权文章中登载。下一篇文章发表了注意事项。


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