针对切换模糊系统的安全有限时间滤波设计研究 学术背景 在现代控制系统中，切换系统（switched systems）和模糊系统（fuzzy systems）因其在处理复杂非线性动态问题中的有效性而受到广泛关注。然而，随着网络化系统的普及，系统面临着来自传感器故障和网络攻击（如缩放攻击，scaling attacks）的威胁。传感器故障可能导致系统性能下降，而缩放攻击则会通过修改传输数据的比例来破坏系统的稳定性。因此，设计一种能够同时应对传感器故障和网络攻击的鲁棒滤波器成为了一个重要的研究课题。 本文旨在提出一种针对离散时间切换模糊系统（discrete-time switched fuzzy systems）的安全有限时间混合H∞和被动性（mixed H∞ and passivity, MH...

学术背景 在工程和材料科学领域，精确控制机器人操作器的位移和力对于研究材料的力学特性至关重要，尤其是在处理具有非线性粘弹性变形的物体时。例如，在纺织、航空航天、医疗和能源生产等领域，纺织品的力学行为对设计和性能有着重要影响。传统的拉伸/压缩机械通常通过控制变形速度来测量力，但这种方法无法直接观察物体的关键变形点，如弹性极限、塑性变形和断裂点。为了克服这一限制，近年来机器人系统被用于进行位置/变形控制的物体表征。然而，工业机器人在处理微小力和变形时存在局限性，而压电机器人操作器则因其高分辨率和高带宽成为理想选择。然而，压电执行器的强滞后非线性特性给精确控制带来了挑战。本文旨在解决这一问题，提出了一种新的控制策略，结合滞后模型和状态观测器，实现了压电机器人操作器的精确位移控制和力估计，从而为物体...

背景介绍 在现代工程实践中，欠驱动系统（under-actuated systems）因其结构简单、能耗低、灵活性高等特点，广泛应用于起重机、轮式倒立摆、蛇形机器人等领域。然而，欠驱动系统的控制输入数量少于系统的自由度（degrees of freedom, DOF），这给控制器设计和稳定性分析带来了巨大挑战。虽然已有许多控制策略被提出，如反馈线性化控制、自适应控制和鲁棒控制，但这些方法在实际应用中往往存在复杂度高、依赖模型精度等问题。此外，传感器故障可能导致部分状态信息的丢失，进而影响系统的监控和性能，甚至引发系统不稳定。因此，如何在传感器故障的情况下，设计一种高效、鲁棒的控制策略，成为当前研究的热点问题。 论文来源 本论文由Minggang Liu、Ning Xu、Huanqing Wa...

学术背景 复杂网络（Complex Networks, CNs）在社会学、工程学和自然科学等领域中扮演着重要角色，广泛应用于电力分配、交通调度和多智能体协作等场景。然而，由于通信丢包、传感器噪声和环境不确定性等因素，获取网络中领导者（leader）和个体的准确状态信息成为一个具有挑战性的问题。特别是在分布式系统中，节点如何有效地同步其状态以实现共识（consensus）是一个关键问题。传统的观测和控制方法往往依赖于连续采样和计算，这不仅增加了通信开销，还对网络基础设施造成了压力。为了解决这些问题，Liang Feng、Cheng Hu、Juan Yu和Quanxin Zhu提出了一种基于事件触发机制和饱和自适应策略的固定时间观测与控制方法。 这项研究的主要目标是设计一种能够在固定时间内实现复...

双臂空间机器人有限时间自适应鲁棒轨迹跟踪控制研究 研究背景与问题 随着空间技术的快速发展，空间机器人在在轨服务、卫星组装、航天器燃料补给等任务中扮演着越来越重要的角色。然而，空间机器人系统在执行任务时面临诸多挑战，特别是其基座执行器的摩擦非线性特性和外部时变扰动的不确定性，严重影响了系统的轨迹跟踪性能。传统的控制方法在处理这些问题时往往表现不足，尤其是在高精度和高动态性能要求的任务中。因此，如何有效地补偿这些非线性摩擦和外部扰动，提升空间机器人的轨迹跟踪能力，成为当前研究的热点问题。 本研究针对双臂空间机器人（Dual-Arm Space Robot, DSR）系统，提出了一种基于单框架控制力矩陀螺（Single Gimbaled Control Moment Gyroscopes, SGC...

四足机器人应用的柔性步态传感器研究 背景介绍 随着机器人在日常生活和工业生产中的广泛应用，尤其是在需要标准化、持久性和重负荷操作的场景中，智能机器人的发展逐渐成为趋势。然而，机器人在复杂环境中的操作仍面临诸多挑战，例如救援任务、自动化物流、自主运输和智能家居等领域。这些机器人需要理解其工作环境并自主操作，而机械运动的稳定性是其中的关键因素。传统的稳定性保障方法包括使用精确的传感器来监测姿态和环境，并结合复杂的控制系统来调整运动。然而，随着应用场景的复杂化，现有的传感器技术已无法满足需求，特别是在不规则地形和障碍物导航方面。 为了应对这些挑战，研究人员开始探索新型传感器技术，尤其是能够同时检测压力和振动的柔性传感器。这类传感器可以模仿生物机械感受器的功能，帮助机器人更好地感知外部环境。本研究提...

智能手机视频捕捉技术分析脑卒中患者骨盆与下肢协调性研究 学术背景 脑卒中（stroke）是全球范围内发病率、致残率和死亡率最高的疾病之一，每年新增病例高达1500万。其中，20%-30%的脑卒中患者会发展为偏瘫步态（hemiplegic gait），这是脑卒中后最严重的功能障碍之一。偏瘫步态不仅影响患者的行走能力，还增加了跌倒风险，严重损害患者的生活质量。传统的步态分析通常关注下肢的时空参数（spatiotemporal parameters）和关节运动学（joint kinematics），但这些离散参数往往无法全面揭示脑卒中患者步态异常的机制。骨盆与下肢的协调性（intersegment coordination）在维持步态稳定性、平衡性和推进力方面起着关键作用，然而，相关研究仍然较少。...

学术背景 在现代工作环境中，尤其是涉及重复性搬运和弯腰的行业，腰部损伤是一种常见且代价高昂的职业健康问题。根据统计，腰部损伤占美国所有职业性肌肉骨骼损伤的35%。尽管通过人体工程学控制（如减少某些物料搬运任务）可以降低风险，但在许多情况下，完全消除风险暴露并不可行。因此，开发能够辅助工人减轻腰部负担的技术显得尤为重要。 外骨骼（Exoskeletons）和外骨骼服（Exosuits）是近年来兴起的一种可穿戴技术，能够通过提供辅助力来减少腰部损伤的风险。准被动外骨骼（Quasi-passive exos）结合了被动外骨骼的轻便性与主动外骨骼的灵活性，能够在需要时提供辅助力，而在不需要时保持不干扰用户的状态。然而，现有的准被动外骨骼离合器在设计上存在一些局限性，特别是传感和控制能力不足，限制了其...

自动化技术在胚胎滋养层细胞活检中的应用研究 学术背景 胚胎活检（Embryo Biopsy）是辅助生殖技术（In Vitro Fertilization, IVF）中的重要环节，尤其是在植入前遗传学检测（Preimplantation Genetic Testing, PGT）中。通过胚胎活检，医生可以从胚胎中提取少量细胞进行遗传分析，以避免遗传疾病的传递并提高胚胎植入的成功率。然而，传统的胚胎活检依赖于人工操作，存在操作时间长、成功率不稳定以及胚胎损伤风险高等问题。随着单细胞生物学研究的深入，自动化技术的引入成为解决这些问题的关键。本文旨在开发一种基于计算机视觉和图像反馈控制算法的自动化系统，用于在小鼠囊胚阶段进行滋养层细胞（Trophectoderm, TE）活检，以提高活检的精确性和可...

机器人监控行为对老年人注意力分散及技术接受度的影响研究 学术背景 随着社会老龄化问题的加剧，老年护理的需求日益增长。特别是在新冠疫情期间，老年人因社交隔离而面临的心理和生理健康问题更加突出。社交机器人（Social Robots）作为一种新兴技术，被认为可以在老年护理中发挥重要作用，尤其是在监测老年人的健康和安全方面。然而，机器人的存在及其行为可能会干扰老年人的日常活动，导致不适甚至排斥。因此，研究机器人行为对老年人注意力分散的影响，以及老年人对机器人技术的接受度，具有重要意义。 本研究旨在探讨机器人在执行监控任务时，其行为对老年人参与日常活动的影响，特别是不同认知负荷任务下老年人对机器人行为的反应。通过主观和客观指标，研究人员试图评估老年人对机器人的参与度及其对自身任务的脱离程度，并进一步...