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题名基于裁剪近端策略优化算法的软机械臂不规则物体抓取
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作者
余家宸
杨晔
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机构
上海师范大学信息与机电工程学院
上海智能教育大数据工程技术研究中心(上海师范大学)
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出处
《计算机应用》
CSCD
北大核心
2024年第11期3629-3638,共10页
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基金
国家自然科学基金资助项目(51605298)。
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文摘
为应对传统深度强化学习(DRL)算法在处理复杂场景,特别是在不规则物体抓取和软体机械臂应用中算法稳定性和学习率较差的问题,提出一种基于裁剪近端策略优化(CPPO)算法的软体机械臂控制策略。通过引入裁剪函数,该算法优化了近端策略优化(PPO)算法的性能,提升了它在高维状态空间的稳定性和学习效率。首先定义了软体机械臂的状态空间和动作空间,并设计了模仿八爪鱼触手的软体机械臂模型;其次利用Matlab的SoRoSim(Soft Robot Simulation)工具箱进行建模,同时定义了结合连续和稀疏函数的环境奖励函数;最后构建了基于Matlab的仿真平台,通过Python脚本和滤波器对不规则物体图像进行预处理,并利用Redis缓存高效传输处理后的轮廓数据至仿真平台。与TRPO(Trust Region Policy Optimization)和SAC(Soft Actor-Critic)算法的对比实验结果表明,CPPO算法在软体机械臂抓取不规则物体任务中达到了86.3%的成功率,比TRPO算法高出了3.6个百分点。这说明CPPO算法可以应用于软体机械臂控制,可在非结构化环境下为软体机械臂在复杂抓取任务中的应用提供重要参考。
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关键词
深度强化学习
近端策略优化算法
不规则物体检测
软体机械臂
机械臂抓取
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Keywords
Deep Reinforcement Learning(DRL)
Proximal Policy Optimization(PPO)algorithm
irregular object detection
soft robotic arm
robotic arm grasping
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分类号
TP181
[自动化与计算机技术—控制理论与控制工程]
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题名基于PPO算法的机械臂抓取策略研究
- 2
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作者
孔凡国
仇展明
王鑫
陈靖轩
袁功兴
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机构
五邑大学机械与自动化工程学院
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出处
《机电工程技术》
2024年第11期96-100,共5页
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文摘
以解决机械臂在面临多目标场景中执行抓取任务时的路径规划问题为目标,验证PPO算法在机械臂抓取策略上的可行性。研究采用基于PPO算法的深度强化学习,通过在PyBullet仿真环境中进行机械臂与物体的交互模拟,以机械臂末端的位置坐标和目标物体的位置坐标作为状态空间输入到深度强化学习网络,并输出下一步骤的机械臂末端位置坐标,再通过机械臂逆运动学求得各个关节的旋转角度作为动作的输出,最后结合经过优化的奖励函数,提高机械臂在训练抓取任务时的学习效率,加快收敛速度。仿真实验表明,经过优化的奖励函数和PPO算法的应用使得机械臂训练时获取的奖励值能够在第1000回合左右开始收敛到-50~0,且能够在10步左右的步数稳定完成抓取任务,验证了该方法的可行性。该研究成果在机械臂抓取任务中取得很好的效果,为实际应用中解决复杂抓取问题提供了有力的方法和技术支持。
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关键词
深度强化学习
PyBullet
机械臂抓取
PPO
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Keywords
deep reinforcement learning
PyBullet
robotic arm grasping
PPO
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分类号
TP241
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名基于RGB-D图像的机械臂视觉抓取算法及系统
被引量：4
- 3
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作者
曲睿
李勇
双丰
黄瀚樟
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机构
广西大学电气工程学院广西电力装备智能控制与运维重点实验室
广西大学电气工程学院广西制造系统与先进制造技术重点实验室
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出处
《激光与光电子学进展》
CSCD
北大核心
2022年第14期263-273,共11页
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基金
国家自然科学基金(61720106009,61773359)
广西制造系统与先进制造技术重点实验室开放基金(20-065-40S005)。
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文摘
机械臂可以替代人工进行抓取等工作来提高生产效率与产品质量。当前基于数据驱动的算法需要大量样本训练模型,迁移性较弱,并要求一定的计算资源作为支撑。为解决上述问题,建立了一个基于RGB-D图像的高效机械臂视觉抓取算法和系统。首先提出一种最小包围矩形(MinBRect)目标检测算法,用以快速估计目标的位置信息;然后利用MinBRect通过计算最小包围矩形的短轴倾角来估计抓取任务的位姿信息;最后操纵UR5机械臂进行实际抓取实验。在实验中,所提算法对10种目标物体的位姿估计的精度均在85.7%以上,平均时间达0.7677 s。与两种位姿估计算法进行对比,所提算法的抓取精度和时间均有明显改善,这表明所提算法具有较强的准确性和鲁棒性。此外,由于无需构建数据集,所提算法能够应用到计算资源有限、工业生产中的结构化场景,在电力工件实验中验证了所提算法具有较好的可移植性。通过实际抓取实验进一步验证了所提机械臂系统抓取算法的有效性。
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关键词
图像处理
位姿估计
机械臂抓取
视觉定位
目标检测
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Keywords
image processing
pose estimation
robotic arm grasping
visual positioning
target detection
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分类号
TP242.6
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名虚实结合的低成本开源机器人实验教学平台
被引量：1
- 4
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作者
谭彩铭
张成
陈旭
梁志伟
高翔
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机构
南京邮电大学自动化学院、人工智能学院
南京邮电大学机器人信息感知与控制研究所
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出处
《实验室研究与探索》
CAS
北大核心
2023年第7期118-123,共6页
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基金
南京邮电大学教学改革研究项目(JG00522JX21)
江苏省高等学校自然科学研究面上项目(20KJB510023)
江苏省自然科学基金项目(BK20210599)。
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文摘
虚实结合的机器人实验教学平台可充分发挥仿真和实体机器人的优势。采用的实体机器人多为品牌机器人,存在成本高、占地大、上手慢、开放性差等问题。将虚实结合方案和低成本开源方案相结合,设计一种基于Matlab低成本开源机械臂的机器人实验教学平台。通过逐步实现机械臂对工件的抓取,加深学生对机器人学中关键知识点的理解。设计并实现单个定时器的6舵机同步驱动方法、基于标志点的简易手眼标定方法以及几何法的快速逆运动学计算方法,进一步提高运行效率降低经济成本。实验结果证实了机械臂抓取方法的有效性。平台具有成本低、便携、上手快、完全开源等特点。
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关键词
虚实结合
开源机械臂
MATLAB仿真
轨迹规划
机械臂抓取
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Keywords
combination of virtuality and reality
open source robotic arm
Matlab simulation
trajectory planning
robotic arm grasping
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分类号
TP241.2
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名一种机械臂像素级抓取检测方法的研究
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作者
何联格
聂远航
李天华
妥吉英
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机构
重庆理工大学汽车零部件先进制造技术教育部重点实验室
北京信息科技大学现代测控技术教育部重点实验室
重庆青山工业有限责任公司
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出处
《重庆工商大学学报（自然科学版）》
2024年第2期18-25,共8页
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基金
重庆市基础科学与前沿技术研究专项课题(CSTC2020JCYJ-MSXMX0331)
重庆市教育委员会科学技术研究计划青年项目(KJQN202101144).
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文摘
目的针对在平面抓取的场景下,机械臂如何感知目标物体的位置信息并完成抓取作业,提出了一种兼顾检测速度和精度的抓取检测网络。方法根据抓取检测任务中输入与输出尺寸大小相同的特点,采用语义分割思想设计了抓取检测网络;输入为随机裁剪后的深度图片,输出为同尺寸的抓取置信度、抓取角度和抓取宽度特征图;为了提高平面抓取任务的效率,在综合考虑检测网络速度和精度的情况下,对网络结构进行了改进,除了在网络结构中加入了注意力机制外,还使用U-net和Deeplabv3算法替换了网络的主体结构;通过对比实验认为加入注意力机制的检测网络在检测速度和检测精度上平衡得较好,能够实现抓取任务,将抓取位姿传输给ROS系统,通过一系列的坐标变换和运动规划进行了抓取作业。结果添加注意力机制后,检测网络的推理时间仍为毫秒级,最大抓取置信度提高了7.2%;采用U-net和Deeplabv3的网络检测速度较慢,U-net网络的抓取置信度Q_(max)提高了18.8%,Deeplabv3网络的准确率Acc提高了12.8%;由于抓取检测网络应同时考虑检测速度和精度,因此加入注意力机制的检测网络性能较优。结论实验结果表明:添加注意力机制后的抓取网络在检测速度与精度上兼顾的比较理想,能够成功抓取场景中的目标物体,此方法具有一定的实际应用价值。
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关键词
平面抓取
抓取检测
语义分割
机械臂抓取任务
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Keywords
planar grasping
grasping detection
semantic segmentation
robotic arm grasping tasks
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分类号
TP249
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名面向仓库货架的商品智能拣选机器人设计
被引量：1
- 6
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作者
张金燕
吴蓬勃
王拓
王帆
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机构
河北工程技术学院网络与通信学院
石家庄邮电职业技术学院智能工程系
河北省高校快递智能技术与装备应用技术研发中心
石家庄邮电职业技术学院速递物流系
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出处
《包装工程》
CAS
北大核心
2024年第5期230-239,共10页
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基金
河北省教育厅科学研究项目资助(ZC2024133)。
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文摘
目的为降低仓储拣选作业的劳动强度、提高拣选准确率,设计一款可代替人工拣货的拣选机器人。方法基于PaddlePaddle的PP-ShiTu图像识别系统,实现货架商品的精确识别和种类的快速更新;针对低成本机械臂的视觉抓取问题,提出基于“无标定3D视觉+AGV运动控制”的货架商品抓取引导方法;采用二维码自主导航和智能升降系统实现了货架商品的搬运和立体抓取。结果实验证明,所设计的拣选机器人实现了货架商品的精确抓取和搬运,测试准确率达到了92.25%。结论基于该方法构建的智能拣选机器人,可以完成仓库货架商品的拣选和搬运。
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关键词
仓库
货架
拣选
机械臂视觉抓取
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Keywords
warehouse
goods shelves
picking
robotic arm visual grasping
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分类号
TP391.0
[自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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题名基于激光测距的多轴机械臂目标抓取路径选择
被引量：1
- 7
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作者
李雪艳
袁海文
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机构
北京工业职业技术学院
北京航空航天大学
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出处
《机械设计与研究》
CSCD
北大核心
2024年第2期15-19,28,共6页
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基金
北京市科技一般项目(KM202210853002)。
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文摘
当前多轴机械臂目标抓取路径计算中,仅考虑碰撞约束,而损失了距离约束条件,导致选择目标函数求解易陷入局部最优,路径选择与抓取效果下降,抓取时间增加,提出基于激光测距的多轴机械臂目标抓取路径选择方法。通过激光扫描仪展开环境数据扫描,计算多轴机械臂位置点和目标点之间的欧式距离,得到多轴机械臂与其抓取目标的位置信息。利用所得位置信息建立多轴机械臂的动力学方程,通过动力学方程设定路径选择约束参数,并搭建路径选择目标函数。采用多种群粒子群多精英种群(PSOEL)算法求解目标函数,获取最优路径,实现多轴机械臂目标抓取的路径选择。实验结果表明:在考虑距离约束的选择方法下,多轴机械臂目标抓取路径选择效果与抓取效果好,抓取时间短,实际应用效果好。
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关键词
激光测距
多轴机械臂目标抓取
路径选择
PSOEL算法
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Keywords
laser ranging
multi axis robotic arm target grasping
path selection
PSOEL algorithm
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分类号
TP242
[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]
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题名基于多模态的无序堆叠快递包裹机械臂视觉抓取系统
被引量：4
- 8
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作者
吴蓬勃
张金燕
李莉
孙会泽
王帆
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机构
石家庄邮电职业技术学院智能工程系
河北工程技术学院网络与通信学院
石家庄邮电职业技术学院速递物流系
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出处
《包装工程》
CAS
北大核心
2022年第15期68-76,共9页
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基金
河北省大中学生科技创新能力培育专项(22E50226D)
河北省高等学校科学技术研究项目(ZC2021252)。
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文摘
目的为实现快递交叉带分拣机的自动供包,设计一款基于多模态的无序堆叠快递包裹机械臂视觉抓取系统。方法将堆叠快递包裹RGB图像和深度图多模态信息送入全卷积残差网络模型进行识别,经过模型后处理、抓取策略设计、模型训练与部署,实现快递包裹抓取区域精确识别;结合包裹姿态估计,控制机械臂完成快递包裹的抓取和搬运。结果实验证明,文中提出的视觉识别方法实现了快递包裹抓取区域的精确识别,测试准确率达到了95.73%。结论基于该方法构建的快递包裹机械臂视觉抓取系统,可以完成快递交叉带分拣机的自动供包操作。
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关键词
多模态
堆叠
快递包裹
机械臂视觉抓取
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Keywords
multimodal
stacking
express package
robot arm visual grasping
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分类号
TP391.0
[自动化与计算机技术—计算机应用技术]
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