上海大學(xué)王向達和上海海事大學(xué)黃宏偉、符林軍、何昂團隊合作開發(fā)柔性機械臂算法

近日，上海大學(xué)機械與自動化學(xué)院王向達和上海海事大學(xué)人工智能學(xué)生黃宏偉、符林軍、何昂等團隊成員合作開發(fā)了一種智能化仿生柔性機械臂算法，同時加入了運動補償算法，為其適配于船舶海洋工程或類似搖晃的平面工作提出了新的想法，采用基于采樣的路徑規(guī)劃算法RRT*，根據(jù)刨面程度結(jié)合自適應(yīng)控制策略IRDF+，這一成果也投稿在行業(yè)頂刊IEEE Robotics and Automation Letters（RAL）中（doi:10.1509/LRA.2024）。

該模型設(shè)計巧妙融合了長短期記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）與門控循環(huán)單元（GRU）的特性，旨在優(yōu)化對時間序列數(shù)據(jù)的處理能力。首先，利用LSTM層的強大能力，模型深入挖掘并提取輸入數(shù)據(jù)中的長期依賴關(guān)系，這些關(guān)系往往隱藏在數(shù)據(jù)的歷史脈絡(luò)之中，對于預(yù)測未來趨勢至關(guān)重要。隨后，將LSTM層處理后的序列傳遞給GRU層，GRU以其更為簡潔的結(jié)構(gòu)和高效的計算能力，專注于捕捉輸入序列中的動態(tài)特征變化，這些特征變化可能迅速且頻繁，對于即時響應(yīng)和精細調(diào)整預(yù)測結(jié)果大有裨益。

通過這種創(chuàng)造性的結(jié)合方式，模型不僅保留了LSTM在記憶長期歷史信息上的優(yōu)勢，還融入了GRU在處理動態(tài)變化時的敏捷性，從而實現(xiàn)了對時間序列數(shù)據(jù)特性的全面捕捉。這樣的設(shè)計顯著提升了模型對歷史數(shù)據(jù)的記憶深度，同時增強了其捕捉和響應(yīng)數(shù)據(jù)動態(tài)變化的能力，最終有助于提升預(yù)測的準(zhǔn)確性和可靠性。簡而言之，就是通過“記憶與反應(yīng)”的雙重強化，讓模型在復(fù)雜多變的時間序列預(yù)測任務(wù)中表現(xiàn)更加出色。

變分模態(tài)分解（VMD）技術(shù)被巧妙地應(yīng)用于處理船舶橫搖這類非平穩(wěn)數(shù)據(jù)，它像一把精細的手術(shù)刀，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)切割成多個更為平滑、易于分析的分量。隨后，這些分量成為了GRU-LSTM模型的“營養(yǎng)餐”，該模型憑借其獨特的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，在捕捉這些分量中的隱藏模式方面表現(xiàn)出色，盡管在直接預(yù)測時仍存在一定的誤差。

為了跨越這一精度瓶頸，研究團隊引入了誤差校正模型這一“秘密武器”。這個模型就像是一個精準(zhǔn)的校準(zhǔn)器，專門負責(zé)識別并修正GRU-LSTM模型預(yù)測中的偏差。通過專注于誤差的預(yù)測與補償，它有效地提升了整體預(yù)測系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，使得預(yù)測結(jié)果更加貼近真實情況，仿佛為預(yù)測過程加上了一層“保險”。

王向達，上海大學(xué)學(xué)生，上海馬可提姆信息科技有限公司監(jiān)事，專業(yè)績點排名名列前茅，對待科研也有自己的創(chuàng)新型想法和思路，負責(zé)算法總體設(shè)計、模型訓(xùn)練、魯棒控制，擁有豐富的科創(chuàng)和科研經(jīng)歷。

黃宏偉，上海海事大學(xué)學(xué)生，2024年暑期才加入實驗室，并跟隨王向達團隊進行機械臂算法的研發(fā)，同時是上海馬可提姆信息科技有限公司科教副總裁、團隊的創(chuàng)始人、智航項目的聯(lián)合創(chuàng)始人，也是經(jīng)驗豐富的項目組長，同時，他也是IEEE/IET/CAAI的學(xué)生會員。在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，黃宏偉曾作為第一作者于AIST發(fā)表國際頂級論文，曾獲得比利時安特衛(wèi)普最佳論文獎提名的殊榮，還擁有“浪航倉守”的國家著作權(quán)，登記號：國作登字-2024-F-00170282；在比賽榮譽方面，最近，黃宏偉參加了大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目，該項目獲得了國際級和市級立項，黃宏偉、符林軍和團隊在大賽期間共同完成了清艙機器人的制作，在比賽上大放光彩；在專利方面，黃宏偉已經(jīng)申請了兩項國家專利，其中一項是發(fā)明專利，負責(zé)團隊的實驗數(shù)據(jù)采集。

符林軍，上海海事大學(xué)的學(xué)生，智航凈潔者項目的聯(lián)合創(chuàng)始人、負責(zé)人，作為隊長或成員參加過多個科創(chuàng)項目，同時獲得保研資格，曾在國際頂級期刊《energy》上發(fā)文（SCI一區(qū)top，IF=9），同時也獲得過多個A類賽國家級獎項，申請專利三項，發(fā)表論文三篇（兩篇SCI），軟著下載一項，獲國家勵志獎學(xué)金和校特等獎學(xué)金，國家獎項3項，市級獎項5項，主持國家級項目一項。。

何昂也是上海海事大學(xué)人工智能專業(yè)的學(xué)生，同時是上海馬可提姆信息公司的執(zhí)行董事、科教總裁、法人，歷任大型集團董事長助理等職務(wù)，獲得過多個大學(xué)生機器人大賽國家級獎項，發(fā)表過機器人頂會ICCA論文，主持、參與國家級大創(chuàng)項目兩項，發(fā)表、授權(quán)專利四項，未來可能負責(zé)機械臂的商業(yè)應(yīng)用推廣和轉(zhuǎn)化等。

網(wǎng)絡(luò)工程的解志鵬、劉鵬等同學(xué)也參與到團隊工作，負責(zé)機器人組網(wǎng)通信。解志鵬曾發(fā)表IEEE匯刊級（trans）論文兩篇，獲得保研資格，參加團隊獲得大創(chuàng)項目國家級立項，中國國際“互聯(lián)網(wǎng)+ 上海賽區(qū)銅獎、市級獎項、校級獎項等多項榮譽。未來可能會繼續(xù)開展這方面的研究。

機械臂算法未來將會應(yīng)用于機器人身上，更好地為船舶清艙業(yè)服務(wù)，提供新的想法和思路。

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