東北大學(xué)在智能機器人研究方面取得重要成果

近期，東北大學(xué)機器人科學(xué)與工程學(xué)院聚焦機器人領(lǐng)域的智能導(dǎo)航、自主編程、交互協(xié)作的交叉共融開展研究，取得了系列原創(chuàng)性研究成果。

共融機器人代表了智能機器人技術(shù)發(fā)展的未來趨勢，其所涉及的非結(jié)構(gòu)環(huán)境中的多模態(tài)感知與情景理解、基于生物信號的行為意圖理解、人機自然交互、機器人個體自主與機器人群體智能，一直是國際智能機器人領(lǐng)域的挑戰(zhàn)性研究課題。

在移動機器人智能導(dǎo)航方面，研究成果“real-time 3d single objecttracking with transformer”被多媒體領(lǐng)域國際頂級期刊《ieee transactions onmultimedia》（中科院一區(qū)top，jcr一區(qū)）錄用，將于2022年末正式出版，該成果旨在研究移動機器人在三維點云場景下的目標跟蹤任務(wù)。通過探究三維點云數(shù)據(jù)稀疏特性給目標跟蹤帶來的挑戰(zhàn)，該項研究提出了將孿生網(wǎng)絡(luò)以及transformer結(jié)構(gòu)有機結(jié)合的ptt-net網(wǎng)絡(luò)（圖1），有效地解決了遠距離或遮擋情況下點云過于稀疏而導(dǎo)致目標跟蹤效果不佳的問題，對于推動智能機器人環(huán)境感知研究發(fā)展具有重要價值。

圖1ptt-net網(wǎng)絡(luò)框架

在機器人自主編程方面，研究成果“joining force of human musculartask planning with robot robust and delicate manipulation for programming bydemonstration”在國際機器人領(lǐng)域頂級期刊《ieee/asme transactionson mechatronics》（中科院一區(qū)、jcr一區(qū)）上正式發(fā)表。該項成果通過研究解決機器人非結(jié)構(gòu)環(huán)境下的演示者自然行為辨識、復(fù)雜力/位混合裝配過程建模與裝配技巧的自主編程等科學(xué)問題，形成了一套完整的機器人柔性裝配理論和技術(shù)，實現(xiàn)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的多種類、精密高效的人-機協(xié)作裝配（圖2）。此項研究將能夠降低機器人使用門檻，拓展工業(yè)機器人在電子制造領(lǐng)域應(yīng)用，提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量，具有十分重要的理論研究價值和潛在的市場應(yīng)用價值。

圖2基于骨骼肌肉系統(tǒng)演示的機器人自主編程

在多機器人交互協(xié)作方面，研究成果“dissipativity-based consensustracking control of nonlinear multiagent systems with generally uncertainmarkovian switching topologies and event-triggered strategy”在控制論領(lǐng)域頂級期刊《ieee transactions on cybernetics》上發(fā)表，將于2022年11月正式出版。該研究針對具有外部擾動的時變時滯非線性多智能體系統(tǒng)，考慮了具有不確定性和部分未知元素的廣義不確定馬爾科夫跳變切換拓撲結(jié)構(gòu)，建立了模態(tài)依賴的分布式協(xié)議和事件觸發(fā)機制，從而減少不必的通信負擔(dān)，提出了一種模態(tài)和時滯項依賴的增廣多重積分能量函數(shù)分析方法，解決了干擾情況下的非線性多智能體系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者和跟隨者耗散一致性跟蹤控制問題，為實際場景下的多機器人交互協(xié)作提供了理論基礎(chǔ)（圖3）。

圖3跟隨者的事件觸發(fā)時刻以及領(lǐng)導(dǎo)者和跟隨者的狀態(tài)誤差

上述研究成果得到了國家重點研發(fā)計劃專項“工業(yè)機器人伺服系統(tǒng)產(chǎn)品性能優(yōu)化及工程化應(yīng)用”、國家自然科學(xué)基金重點項目“面向智能工廠的人機協(xié)作型機器人協(xié)同機理與控制技術(shù)研究”的資助，獲得了遼寧省機器人智能感知與交互技術(shù)工程研究中心與沈陽市智能機器人重點實驗室的支持，相關(guān)成果分別由機器人學(xué)院專任教師方正、王斐和王軍義等完成。基于上述成果，機器人學(xué)院已攜手未來技術(shù)學(xué)院，以“四個面向”為指導(dǎo)思想，以解決機器人領(lǐng)域世界科學(xué)難題和服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求為目標，持續(xù)在國家經(jīng)濟主戰(zhàn)場和人民生命健康領(lǐng)域發(fā)揮“機器人+”的作用，積極開展智能機器人領(lǐng)域的交叉研究，并探索該領(lǐng)域科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才培養(yǎng)的新范式。