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救援機器人作業(yè)對象材質識別算法研究及系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

面向救援機器人區(qū)分建筑殘害和作業(yè)對象能力弱，導致救援對象二次傷害問題，開展作業(yè)對象材質識別算法研究及系統(tǒng)設計與實現(xiàn)，以期機器人能依據(jù)材質準確識別結果自適應調節(jié)救援作業(yè)參數(shù)，實現(xiàn)高效率、高可靠性救援。主要研究內容包括：

1.救援機器人作業(yè)對象材質識別體系結構設計與實現(xiàn)：構建作業(yè)對象材質樣本數(shù)據(jù)集，研究基于深度語義分割網(wǎng)絡的材質識別方法，針對震后場景進行算法優(yōu)化并研究模型應用于其他場景的遷移學習能力。設計材質識別系統(tǒng)軟件架構，部署語義分割模型，識別作業(yè)對象后給出目標點三維坐標，形成視覺引導方案設計基礎。

2.作業(yè)對象材質樣本數(shù)據(jù)集構建及擴增技術：基于現(xiàn)場拍攝、網(wǎng)絡搜集等數(shù)據(jù)采集方式，采用手動標注和自動標注相結合的方法構建數(shù)據(jù)集；研究翻轉、添加噪聲、模糊、亮度調整、天氣變化等數(shù)據(jù)增強策略，篩選有效方法實現(xiàn)數(shù)據(jù)集擴增。

3.基于深度語義分割網(wǎng)絡的材質識別方法：研究全監(jiān)督、自監(jiān)督、半監(jiān)督、無監(jiān)督語義分割算法，評估不同語義分割算法在構建數(shù)據(jù)集上的性能表現(xiàn)，分析影響算法性能的關鍵因素，從網(wǎng)絡結構、訓練策略等方面對算法進行優(yōu)化，并形成參數(shù)調優(yōu)方法。

4.材質識別種類增量學習技術：研究現(xiàn)有網(wǎng)絡結構作為固定特征提取器、對預訓練模型進行微調等遷移學習方法，提升模型對不同場景、不同材質圖像的特征提取和表達能力，提高模型自適應性和遷移能力，形成材質識別種類增量學習技術。

5.救援機器人作業(yè)對象材質識別系統(tǒng)集成與驗證：基于模型蒸餾等模型壓縮技術，獲得輕量化模型，形成系統(tǒng)部署和集成技術，實現(xiàn)互聯(lián)互通、集成聯(lián)調。

1.材質識別系統(tǒng)原型樣機1套；

2.形成至少包含混凝土、金屬、木材、塑料4種材質及救援對象在內的數(shù)據(jù)集，形成數(shù)據(jù)集快速標注與擴增軟件1套；

3.形成材質識別算法軟件1套，每類材質識別準確率不低于90%；

4.形成材質識別模型遷移算法，使材質識別模型具備場景遷移能力；

5.申請發(fā)明專利1件、軟件著作權1件。

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單缸插銷起重臂帶載伸縮抖動分析與應用

面向起重機吊臂伸縮時抖動問題，擬開展單缸插銷起重機帶載伸縮平順性研究。主要內容包括：

1.吊臂伸縮過程抖動機理研究：對吊臂系統(tǒng)（吊臂結構、滑塊、伸縮油缸、平衡閥）建立機、液聯(lián)合仿真模型，進行吊臂系統(tǒng)帶載伸縮過程的動力學分析，找出影響抖動的關鍵因子及影響度，指導改進；

2.吊臂伸縮過程抖動改進：提出部件改進設計方案及其性能參數(shù)的改進要求。進一步從滑塊本身材料屬性、組合安裝形式，平衡閥特性匹配，系統(tǒng)流量與油缸伸縮速度匹配等方面開展改進，提升吊臂帶載伸縮平順性。并基于載體產品進行實驗測試驗證改進方案的有效性；

3.吊臂帶載伸縮平順性分析計算平臺開發(fā)：根據(jù)吊臂截面形式、伸縮機構形式等建立參數(shù)化模型庫，開發(fā)吊臂伸縮運動平順性分析平臺。該平臺能夠對吊臂帶載伸縮抖動影響參數(shù)進行敏感性分析，按照影響從大到小一次輸出，具有自動建模、計算與結果提取功能。

1.形成吊臂帶載伸縮平順性分析計算書1篇，平順性測試報告1篇。

2.形成吊臂帶載伸縮平順性參數(shù)設計規(guī)范1篇，平順性改進驗證測試報告1篇。解決吊臂帶載伸縮抖動難題，指標參考值：起重臂頭部的角度變化量小于1°；操縱室座椅處振動加速度小于1m/s2，(特殊值：操縱室座椅振動加速度水平振動避開范圍：1~2Hz，豎向振動避開范圍：4~8Hz)。

3.形成吊臂帶載伸縮平順性分析計算軟件1份，軟件使用說明書1份。抖動角度仿真精度大于85%。

4.發(fā)表EI或SCI檢索論文1篇，申請發(fā)明專利1件。

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