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伊利诺斯大学芝加哥分校
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  • 欢迎来到芝加哥伊利诺伊大学机器人实验室机器人实验室建在工程学院计算机科学电气工程系内,这是一个专门研究机器人理论和应用研究的研究机构。其任务是为对科学与工程协同感兴趣的学生和研究人员提供多学科环境当前研究活动范围从设计人与机器人交互界面到机器人系统安全监控正规方法不等。
产品组合

  • 无线传感器网络

  • 世界人口正步步老龄化需要开发技术支持老年人独立功能,使他们能够继续社区生活,尽可能长地推迟向机构环境过渡-运动称为老化辅助机器人在这方面大有希望难点之一是缺少适当的接口:老年人应该能自然地与机器人通信,类似于他/她与人护理者通信的方式。因此,如果机器人帮助日常活动,它需要响应各种用户输入假设除语言、手势和视觉等成熟通信模式外,物理交互作用-直接间接接触时双向交换力-(通过机器人和用户持有对象)-也发挥着重要作用,应研究开发有效机器人接口多式接口不仅会改善通信,通过方式间共享信息,无需为每种方式高精度接口

    网络物理系统正确运行至关重要安全临界系统,如医疗系统、汽车系统和其他许多应用系统尤其如此。验证正确性总体上不可行,测试并非详尽无遗,因此在操作期间监控系统并检测需采取行动的错误行为至关重要。

    监控技术调查 当系统状态不完全可见时 行为随机性从理论上讲,两个概念即可监控性强可监控性被分解,并给出必要和充分条件描述特征通用监控技巧处理系统建模混合自动机和属性说明安全或活性自动机显示等案例,这是监控中的另一关键步骤,因为属性定义系统行为隐藏并部分可见Rao-Blackellized粒子滤波应用于混合状态框架

    探索标量场时,例如墨西哥湾溢油集中度由一组传感器探测时,总是问题在于在哪里部署它们到利益区一般来说,传感器部署满足我们的要求,例如覆盖全感兴趣区
    在项目中,我们需要更多传感器覆盖部分 信息量高于其它部分信息密度量化研究发现曲率是量化领域信息密度的好选择从定义上看,曲面描述表面偏差量在一个点上曲率越高 曲面弯曲度越高高信息密度点曲度函数字段,即无法直接从传感器读取,我们用近似字段样条估计此外,所有传感器都是移动式传感器逐步运动算法应嵌入驱动最优感知配置, 即每个传感器责任区内部, 曲线积分即信息量应相同
    很容易实现最优部署,因为中心服务器收集传感器读数和所有传感器节点位置然而我们想把任务划分为更具挑战性的任务问题设置中, 我们假设没有中心服务器, 每一个传感器节点决定向何处移动 依据信息仅由瞬时邻接提供
    因此,有两个关键问题摆在我们面前第一个问题是如何用样条近似字段了解场后,我们可以通过场计算曲率二级基于本地信息,每个传感器应移动实现全局优化部署

  • CPS:安全临界网络物理系统监控技巧

  • CPS目前是一个新兴研究领域,它包括各种相关学科,方法、方法、工具及实验平台各不相同。这个项目正在研究分支之一 在这个广域:监控现代工程系统日益复杂并日益依赖计算要求新式方法保证系统正确运行这对于汽车系统特别重要,因为故障可能产生灾难性后果。保证复合系统正确性的一种方式是彻底测试和/或验证测试可增加分量,但无法保证正确性反之,验证可保证正确性,但完全不可行,例如,对一辆配有先进引擎控件和多联网微处理器的汽车而言。在其他例子中,组件可能被确认正确性模型不准确更重要的是,即使构件通过演化发现有缺陷,我们可能仍然想使用它,如果错误行为很少发生的话。
    运行时行为监控方法可补充测试和演化它可以为系统操作提供另一层安全监视器观察组件输入输出并检查系统行为是否符合预期行为监控器特别有用,如果开发出安全故障关闭程序,对海外系统类适用监视器设计与系统设计分离 系统设计后由一组不同的设计师执行监视器的基本长处是它们原理易设计实施,它们不从根本上约束构件设计双层方法确保监听器检测并按此执行因潜在故障构件设计而产生的不正确行为

    • 研究焦点

    • 项目研究确保安全临界物理系统正确运行实现该目标的方式是监测系统运行时间问题具有挑战性, 因为正确性属性需要监控此外,系统演化概率性系统演化概率或随机性是由于传感器噪声或诸如构件故障模型概率等其他不可预知事件造成的不确定性输入监控系统生成输出这可能包括传感器输出通过使用这些输入显示器判断系统执行正确性

      项目到目前为止引入了两种模型 来定义网络物理系统语义第模型是隐藏Markov系统,系统状态在量化后按离散状态建模令系统监听的属性由无限字符串自动机定义我们定义了两种精确度量 给定监视器-接受和拒绝accurity奇数捕捉误报警和误报警的百分比使用这些概念,我们定义了两个概念,即强可监控性系统强可监控 属性可监控时 我们给出精确特征基于这些概念,我们开发监测技术,当系统受监测由概率混合自动机说明时,所监测的财产则由确定性混合自动机提供并估计概率使用粒子滤波监测技术使用Matlab实施并证明对一些例子有效

    • 当前结果

    • 迄今,我们已经给出精确特征说明系统何时可监控财产并强可监控财产系统可监控财产时,我们开发了监测技巧,可任意获取接近1的高精度这些技术应用并用实例显示有效为了执行监视器,我们已经开发出基于粒子滤波混合系统估计技术粒子滤波高非线性演化显示状态估计的优势实验系统有几百万高维混合状态, 通过使用rao-Blackellization, 有可能减少维值, 同时重采样用粒子提高精度, 卡尔曼过滤器使用连续变量提高性能

    • 未来工作

    • 基于我们迄今所发现的结果,将实施一些精练新思想
      • 开发成本计量器优化
      • 开发基于部分可观察Markov决策实例技术,以生成最优监控安全性能和生存性能的政策并调查不同奖赏结构对监测精度的影响;
      • 检测技术调查 物产自动机基于预期值

  • 资源类

    • 实验室有5 Windows工作站、2 Linux工作站和1 Mac机拥有一书库和机器人学期刊中心为研究生分设办公楼、会议室和午餐室联网能力包括与伊利诺斯大学网络基础设施连接其它设施包括影印机、打印机、冰箱、电话等实验室还与计算机科学系电子视觉化实验室和机械工业工程系虚拟现实实验室密切协作,并存取资源
    • 机器人实验室有2 UnityPUMA560MarkII操作程序 组成控制环境核心大约20岁时,他们的工作条件良好PUMA560像人臂形状和功能成员彼此机械连接并环绕轴旋转操纵者拥有六度旋转自由度,允许它在其工作空间实现完全伸缩性,即以任意取向到达工作空间内任何点电机槽加增二次编码器,用来跟踪电机槽角位置变化并了解对应链路角位置驱动主关节(1、2和3)的电磁制动器,一旦启动后不允许轴旋转制动器并行连接,无法单独控制制动器通过连续对制动器应用足够的电压释放,实验性电压定为30V反之,他们通过消除电压而订婚控制刹车使用固态继电器,电源柜内安装系统搭建满足安全需求, 离输入逻辑状态无关, 电源开关时刹车自动启动 。从操作器基础取出非长用按钮,提供按钮是为了人工释放原控制环境的刹车
    • 控制器的任务是计算系统控件运动并生成相应的控制信号发送电源放大器输入控制器可以是程序或由用户发布一系列命令系统选择控制器Galil DMC-1860运动控制器,可同时控制PUMA560操作器的六轴控制器以PCI卡执行并需要主机PC函数可使用Galil自有语言或最标准C/C++和视觉基础语言与控制器交互
    • Galil ICM/AMP-19x0互连/Amplicle模块收集单包终端连接外部构件和强力放大器驱动外部驱动器GalilICM/AMP-19x0最大轴数为4即ICM/AMP-1940和ICM/AMP-1920最小化噪声效果,模块的金属盒通过连接输入连接器上地面插针与相关(底层)电源的金属盒互连段函数拆分100平面电源控制器切入螺旋式终端,系统所有组件(编译器、开关、输出器等)很容易连接每一个控制器实际上由二块棋盘组成:一块连接主机PCPCI总线,二块棋盘提供第二块输入输出连接器所需的额外空间供电提供电源,电源放大器调制后交付电机驱动器电源从前控制环境维护光是增加中继控制马车刹车并加网格防止与冷却风扇发生接触每一电源提供常量电压153045V我们只使用30V输入电源放大器和中继两种电源之一(M2004C)还附加板提供低电压外部逻辑并接受外部触发信号我们不使用它,因此不必启动时启动它
    • 强效/感应器测量压力和托盘应用到它上,测量压力表诱发的菌株线段测量器基本上是扩展式元件,其线段可用物理属性测量系统强制感应器为ATI工业自动化感应器GammaF/T数字获取DAQ-PCI-6034E卡提供电源模块必须连接传感器和获取卡前景电缆转到操纵器(运动器和编码器)和强制传感器三大电缆转到主机PC, 分别转到控制器(光色)和强制传感器获取卡电源后端电缆由制动器控件使用并供电放大器使用电机、编码器和刹车电缆转到操作器底部连接器电缆通向强波传感器适合操作器结构
    • PHANTOMPremium 1.0A机密设备提供范围运动近似手动分解手腕设备中包括被动式文体和timblegimbal并提供3度自由定位感知和3度自由力反馈hangToM机密设备通过并行端口接口连接到PCOS平台支持包括Windows2000/XP/NT、RedHatLinux7.2、RedHatLinux9、RedHatFedora和SUSE9.0
    • 传感器安装移动机器人通过分布式网络通信概念是用它们执行诸如爆炸物检测、定位危险化学泄漏和污染感测等任务从这些代理收集的信息可用特殊算法处理,并获取蒸发源准确估计位置多移动机器人取代机器人为单代理或通信链路故障提供强健性
    • 游牧超级童子军二号是一个综合移动机器人系统,机内有工业PC、超声波感知模块和可选视觉系统控制系统执行传感器和运动控制并通信高层次游牧超级童子军二号由内部安装的小型工业PC控制Nomad超级童子军二号可用Linux软件开发环境编程集成包中包括图形界面和完全功能模拟器Nomad超级童子军二号是机器人学人工智能研究/教育理想移动系统高层处理器系统Pentium 200兆赫工业PC高层处理器通过串口向低层处理器传递低级处理器系统为摩托罗拉MC68332TMS320C14DSP负责高带宽电机控制2KHz控制率Nomad超声波二类标准传感器、触波环、16极声波超声波传感器和可选视觉系统触摸系统使用嵌入能吸收新素通道的丝带开关超声波传感器有效范围从15cm至650cm可选颜色PCI视觉系统配有色PCI框架采集器和色摄像头配有4毫米镜头
    • AIBO目标技术保存机器人爱好者其中一些大特征包括软件提供75字词汇和高级照相选项未来银体建构十六度自由允许平滑体运动AIBO拥有的各种传感器有红外距离传感器、加速传感器、开关(头部、脸部、腿部、爪子、尾部)、振动传感器、温度传感器AIBO最新能力包括:
      开工获取语音命令数字图像我们能够使用局域网能力导航环境
      二叉JPEG格式图像保存为“记忆棒”。
      3级运动检测摄影
      4级AIBOs和所有者之间的通信
      并响应其他AIBO正因如此才有机器人Cup球赛和AIBOs参赛表达各种情感(幸福感、悲伤感、恐惧感、厌恶感、意外感、愤怒感)和本能感(游戏、搜索、饥饿症、睡眠症)。实验中基于行为机器人项目中各种算法测试平台连无线局域网能力都存在

  • 动态双行走计算法

  • 调查员:古比奥松和米洛斯Zefran

    本研究项目的目标是为稳定有撞击效果混合系统周期性轨道建立总框架和纯计算实现特别是双脚行走执行强健控制器设计 二维三维下作用二分机显示混合系统沿周期性轨道动态可分解成混合系统横向相切组件强控跨线化综合问题可投入半无限程序,通过线性矩阵不平等有效解决

    以往该领域研究题目包括:
    • 强健Lyapunov混合系统稳定理论研究
    • Matlab和Matemica工具开发强控合成
    • 开发计算优化方法生成节能行进技巧
    • 设计并实现基于这些理论和工具的新式控制法

    支持:NSF赠款IIS-0093581和UIC校园研究局

  • 混合最优控制应用多车路径规划

      • 调查者:Shangming Wei和Milos Žefran

        项目研究由多自控车辆组成的系统路径规划问题基本问题配方是将车辆从一些初始状态移动到某些最终状态,同时避免环境阻塞和阻塞目标是为这些飞行器寻找最优能向路径并正努力寻找快速有效方法从数字上解决问题某些开发技术成功应用到某些轮式移动机器人例子中(例如单周期机器人和Hilare机器人)。

        支持:NSF赠款IIS-0093581和UIC校园研究局

  • 使用分布式移动遥感网络定位Vapor-Emporting源

  • 调查员:PanosTzanos和MilosŽefran

    研究项目使用分布式移动感测网络处理蒸发源本地化需要开发蒸发集中物理模型、传感器运动控制算法和协调传感器运动算法(见细节)。

    支持:NSF赠款CCR-0330342

  • 分布式机器人网络切换算法

  • 调查员:Carlos Caicedo Núñez和Milos Žefran

    本研究项目的焦点在于机器人网络特别是,我们有兴趣研究如何解决网络中的全球性问题,而机器人仅存取局部信息片段。通过与邻里共享信息,每个机器人都能够更多地学习环境知识,并随着信息收集更加完整而调整行为现在,当多任务需要网络处理时,本地信息必须足以使每个代理方作出最佳决策,因此它不会损及系统的长期目标中任何一个目标。

    支持:NSF赠款IIS-0093581和CCR-0330342

  • 提高情感运动者技能教学Haptic交互现实

      • 调查者: Maxim Kolesnikov和Milos Žefran

        最近,随机模拟器显示在教感官技巧方面大有潜力传统培训技术昂贵的领域尤其如此,如医学和牙医学培训这项工作的目标是解决几个关键领域的问题,这些领域需要改进,以加强随机交互教程感官技巧的现实性关键区随机造法 机能增强视频辅助程序 协同机能环境

        支持:NSF赠款CMS-0600658和UIC牙医学学院