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救援機器人作業對象材質識別算法研究及系統設計與實現

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

1.救援機器人作業對象材質識別體系結構設計與實現：構建作業對象材質樣本數據集，研究基于深度語義分割網絡的材質識別方法，針對震后場景進行算法優化并研究模型應用于其他場景的遷移學習能力。設計材質識別系統軟件架構，部署語義分割模型，識別作業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.作業對象材質樣本數據集構建及擴增技術：基于現場拍攝、網絡搜集等數據采集方式，采用手動標注和自動標注相結合的方法構建數據集；研究翻轉、添加噪聲、模糊、亮度調整、天氣變化等數據增強策略，篩選有效方法實現數據集擴增。

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

4.材質識別種類增量學習技術：研究現有網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.救援機器人作業對象材質識別系統集成與驗證：基于模型蒸餾等模型壓縮技術，獲得輕量化模型，形成系統部署和集成技術，實現互聯互通、集成聯調。

1.材質識別系統原型樣機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據集，形成數據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（吊臂結構、滑塊、伸縮油缸、平衡閥）建立機、液聯合仿真模型，進行吊臂系統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：根據吊臂截面形式、伸縮機構形式等建立參數化模型庫，開發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設計規范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.發表EI或SCI檢索論文1篇，申請發明專利1件。

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