飞行运动学

近日，中国科学院深圳先进技术研究院副研究员徐升和研究员徐天添团队合作，提出了一套针对微型仿鱼磁驱动机器人的复杂运动学习控制方法，通过宽度学习网络训练获得了可控磁场变化与仿鱼机器人多种动作基元之间的关系规律，实现了仿鱼机器人的复杂运动，而且该方法无需复杂调参，并具有优异鲁棒稳定性，保障了运动过程不受外界扰动影响。相关研究成果以A Robot Motion Learning Method Using Broad Learning System Verified by Small-scale Fish-like Robot为题发表在《IEEE控制论汇刊》(IEEE Transactions on Cybernetics)上。 　　微型仿鱼机器人由于构型合理、尺度很小，可以更为灵活地在复杂狭小空间内穿梭作业，在微孔探查、靶向治疗等小尺度操作领域具有巨大的应用潜力。但是，受磁场与机器人运动之间的强非线性影响，机器人按要求轨迹运动控制十分具有挑战性。此外，在复杂场景中(如人体内)，理想目标轨迹的准确坐标往往不便获取，限制了追踪控制策略的应用。体内环境迂曲复杂，存在频繁方向改变，控制器反复调整计算复杂繁琐，存在重复性。因此，有必要将微型机器人的底层运动封装为基本运动，例如直走、直角弯、S形弯、C形弯等，并将这些基本运动作为高层运动指令库的基元，便于在后续的宏观运动路径规划中按需调用，可降低实时控制指令的解算复杂度。研究团队结合宽度学习理论，对磁控仿鱼机器人的运动基元开展训练学习，完成了多种复杂运动。 　　研究团队设计了以宽度神经网络为主体的微型机器人基本运动控制器；基于李雅普诺夫稳定理论，推导了保障机器人运动稳定的控制器网络参数约束，简化了不同运动基元的控制器参数训练学习过程；提出了以磁场参数变化与机器人速度矢量变化为所需数据的控制器网络参数训练方法，使用者只需通过改变训练数据的种类即可获得多种运动基元，而且考虑了稳定约束的训练算法可以保证所获得的控制器的稳定性。 　　通过仿真及实验，研究团队运用提出的学习控制方法获得了锐角弯、J形弯、S形弯等多种运动基元的微型机器人控制器，并开展了仿鱼机器人避障运动实验。在机器人运动过程中，研究人员通过人为摇晃容器、暴力碰触机器人模拟了真实场景中可能存在的复杂扰动，机器人在复杂环境中，直接调用C形弯、S形弯等运动基元实现高效避障，通过使用所提方法机器人均可以抵达最终指定区域，验证了所提方法的强抗扰能力。该成果符合高层运动指令规划的思想，大幅简化了实时控制指令解算复杂度，为微型机器人的多机集群运动或无参考轨迹最优运动规划打下了基础，同时还可推广至无人机、无人车以及工业机器人的复杂运动控制。 　　相关研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省自然科学基金、中国科学院青年创新促进会、深圳市等科技项目的资助。图1 基于宽度神经网络的微型仿鱼机器人运动基元学习控制方法图2 微型仿鱼机器人结构及运动原理，磁驱动实验系统图3 机器人多次执行“S”形避障实际效果图4 机器人强抗扰能力验证(暴力阻拦、容器振动)

ALIO六轴位移台Hybrid Hexapod® 重新定义纳米加工和精 准对位贴合技术！自昊量光电推出以来全新的六轴位移台，ALIO Industries的Hybrid Hexapod® 彻底改变了6D运动的方法，并重新定义了运动控制在需要平整度和直线度加上刚度的应用中的作用，如纳米加工和精 准对位贴合技术中的应用。ALIO工业公司总裁Bill Hennessey表示:“在6自由度(6DOF)纳米技术应用领域，Hybrid Hexapod® 技术允许在纳米级精度的运动中提供身体所有6DOF性能的文件证明。因此，它是独 一 无 二的，这是第 一次成为可能。我们现在看到领 先技术研发人员在光学、半导体、制造、计量、激光加工和微加工领域致力于纳米应用，并取得了以前无法企及的成功。”所有的传统六足位移台运动系统都在三维空间内运行，并且在所有的六个自由度上都存在误差。然而，传统六足位移台的运动系统通常只能用单自由度的运动数据来表征。这种做法在几个自由度上留下了误差来源，特别是在平面和直线度方面，这是纳米级别的关键精度需求。所以说，一个传统的六足位移台在测量行程的平整度和直线度时，每轴会损失几十微米的精度。庆幸的是，Hybrid Hexapod® 完全克服了这些问题。Hennessey继续说道:“因为传统六足位移台有六个独立控制的连杆连接在一起，移动一个共同的平台，平台的运动误差将是所有连杆和关节误差的函数。众所周知，传统六足位移台在执行z轴运动时具有最 佳的精度和可重复性，因为所有连杆在相同的相对连杆角上执行相同的运动。然而，当任何其他X、Y、俯仰、偏航或摇摆运动被指令时，由于所有连杆执行不同的运动，传统六足位移台的精度和几何路径性能大幅下降。传统六足位移台的关节不精确，运动控制器无法实现正运动学和逆运动学方程，因此误差的来源更加明显。”Hybrid Hexapod® 由ALIO开发，旨在解决传统传统六足架设计的关键弱点，以及堆叠串行级的弱点，并在运动过程中实现纳米级的精度、可重复性和高完整性的平面和直线度。它采用了一个三脚架平行运动学结构来提供Z平面和尖 端/倾斜运动，集成了一个整体串行运动学结构来进行XY运动。一个旋转平台集成到三脚架的顶部(或下面，根据应用需要)提供360度的连续偏航旋转。在这种混合设计中，每个轴可以定制，提供从毫米到1米以上的行程范围，同时保持纳米级的精度。Hennessey总结道:“让我们看看4K镜头的制造商。典型的4K镜头需要极其高科技的材料技术，精密的组装实践，以及非常复杂的制造工艺和技术。所有方向的公差几乎为零用于制造透镜的制造过程经常会导致误差，这就是为什么它们需要不断的主动对准。 传感器和镜头对齐，多个目标沿着镜头投影到传感器，然后拍摄图像。调制传递函数(MTF)总是由主动对准装置不断监测，以保持每个MTF值在预先确定的范围内。当满足限度时，用紫外光对胶粘剂进行部分固化，然后再进行完全热固化。这确保了在对准镜头和传感器平面时的极端准确性。Hybrid Hexapod® 被证明是这种应用的完美选择，因为它的绝 对重复性和精度可以一次又一次地产生准确的结果。” “必须激励在可能的前沿工作的工程师提出更多要求，因为他们看到这项技术可以实现其他人无法实现的目标，具有促进创新的潜力，并且可以优化制造的效率和成本效益。Hybrid Hexapod® 比传统六足位移台精度高出几个数量级，刚性提高100倍，速度提高30倍，可用工作范围是传统六轴位移台的10倍。 和传统六足设备同类型型号主要参数对比优势关于生产商：ALIO Industries 成立于 2001 年，由一支由杰出工程师组成的无与伦比的团队推动，他们痴迷于纳米级运动控制、客户成功以及尽可能突破感知界限。今天，ALIO非常重视对客户的响应。作为一家公司，我们一直专注于纳米级精度，因此我们拥有声誉、知识库和稳定性，这在需要超精确和可靠的运动控制时是无法比拟的。与 ALIO 作为您的合作伙伴，您将与一个强大、完善、财务稳定、全球认可和受人尊敬的品牌合作，为各种行业领 先客户提供服务。我们培养伙伴关系的基本含义，相信当知识在整个团队中公开共享时，结果总是更好。这也使我们能够创造性地为任何应用找到实用的运动控制解决方案。ALIO 的团队以诚实、正直和热情为特征。我们专注于成功，而不是为了现金流而出售解决方案。这就是性格！这就是为什么我们在纳米级运动控制解决方案领域享有无与伦比的声誉。上海昊量光电作为ALIO在中国大陆地区最 大的代理商，为您提供专业的选型以及技术服务。对于ALIO有兴趣或者任何问题，都欢迎通过电话、电子邮件或者微信与我们联系。 如果您对六轴位移台有兴趣，请访问上海昊量光电的官方网页：https://www.auniontech.com/details-1529.html欢迎继续关注上海昊量光电的各大媒体平台，我们将不定期推出各种产品介绍与技术新闻。关于昊量光电：上海昊量光电设备有限公司是目前国内知 名光电产品专业代理商，也是近年来发展迅速的光电产品代理企业。除了拥有一批专业技术销售工程师之外，还有拥有一支强大技术支持队伍。我们的技术支持团队可以为客户提供完整的设备安装，培训，硬件开发，软件开发，系统集成等工作。秉承诚信、高效、创新、共赢的核心价值观，昊量光电坚持以诚信为基石，凭借高效的运营机制和勇于创新的探索精神为我们的客户与与合作伙伴不断创造价值，实现各方共赢！您可以通过我们昊量光电的官方网站www.auniontech.com了解更多的产品信息，或直接来电咨询4006-888-532。

5月5日，清华大学举办新闻发布会介绍，由清华大学天文系牵头的国际团队通过全波段数据，直接探测到早期宇宙中星系周围气体进入星系的详细过程，证实了重元素丰度较高的“循环内流”是驱动星系恒星形成的关键，为理解星系“生态系统”及星系演化迈出重要一步。相关研究成果5月5日在线发表于《科学》。清华大学天文系蔡峥教授团队，通过世界上最大的光学望远镜——“凯克”对距今110亿年的一个巨大气体星云进行了观测。利用凯克望远镜的成像光谱仪——“宇宙网成像器”，清华大学团队成功探测到了星系周围气体的氢元素及多种重元素辐射并进一步计算出重元素的大尺度空间分布。观测表明，星系周围气体已经富含重元素。进一步的光谱和数值模拟分析发现，这些富含重元素的电离气体极为可能是早先被星系中心的黑洞喷射到星系周围，冷却下来后，在引力和环境角动量共同作用下，重新回流入星系，形成“循环冷气体流”。运动学建模进一步表明，循环气体流是朝星系流入的，可以促进和维持恒星形成活动。星系吸积星系外气体，形成恒星的详细过程是当前和未来天体物理学研究的热点。本次发现对星系如何与环境进行物质交换进行了清晰的成像，表明富含重元素的循环气体流可以驱动星系中剧烈的恒星形成活动。该发现为理解星系生态系统、星系形成和演化迈出了关键的一步。未来，结合更大口径、更大视场的光谱巡天望远镜，人们有望揭示星系形成的全貌。