机器人运动学形式化分析及其算法验证
批准号:
61472468
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
施智平
依托单位:
学科分类:
计算机科学的基础理论
结题年份:
2018
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴敏华、李黎明、张景芝、康西楠、张玉鹏、吴爱轩、安育龙、吕兴利、贾娟娟
中文摘要
机器人即将重复个人电脑崛起的道路,进入高速发展期。作为自主动作的机器,多数机器人是安全攸关系统,必须进行严格的正确性和安全性验证。传统的测试方法不能满足机器人安全性验证需求。国际上对机器人的形式化验证处于起步阶段,基于定理证明的运动学形式化分析尚属空白。本项目针对机器人的运动安全性需求研究基于旋量理论的运动学形式化分析与验证的理论和方法,包括研究旋量理论的高阶逻辑形式化表示并开发定理库;研究机器人运动学理论的形式化表示并开发定理库;研究基于雅可比矩阵的机器人运动特性形式化分析和验证方法;研究机器人运动规划算法的形式化分析和验证方法。本项目可望在基于旋量的运动机构安全性形式化证明理论和方法方面取得突破,填补我国在机器人形式化验证领域的空白。本项目研究成果有助于提高机器人系统设计的正确性和安全性,加快机器人开发速度,促进机器人产业更快更好地发展。
英文摘要
Robots are about to repeat the revolution of personal computers, entering the high-speed development period. As autonomous kinetic machines, most robots are safety-critical systems which must be verified strictly for security and correctness. The traditional testing methods cannot meet the demand of robot safety verification. The research on formal verification of the robot kinematics is in the initial stage, and the research on theorem proving based formal analysis of robot kinematics is still a blank. Aiming at demand of robot kinetic safety, this project researches theories and methods of formal analysis and verification for the screw theory based kinematics and motion planning of robots, include the following aspects: research on the high order logic formal description of the screw theory and development of its theorem library; research on the formalization of the robot kinematics and development of its theorem library; research on formal analysis and verification of robot motion properties based on the Jacobi matrix. Lastly, we will build a set of theories and methods of formal analysis and verification of security of motion mechanisms, and fill the gap of formal verification in the robot field. The research results will enhance to improve the correctness and safety of the robot system design, accelerate the speed of developing robots, therefore promoting faster and better development of robot industry.
机器人作为智能制造的核心,进入高速发展期。作为自主动作的机器,多数机器人是安全攸关系统,必须进行严格的正确性和安全性验证。传统的测试方法不能满足机器人安全性验证需求。国际上对机器人的形式化验证处于起步阶段,基于定理证明的运动学形式化分析尚属空白。本项目针对机器人的运动安全性需求研究了基于旋量、几何代数等理论的运动学形式化分析与验证的理论和方法.研究了机器人运动学相关的数学理论的高阶逻辑形式化表示并开发定理库,包括旋量代数、几何代数、函数矩阵及其微积分理论、傅里叶变换、分数阶微积分理论;研发了基于旋量代数和几何代数的机器人运动学和运动规划算法的形式化建模和验证方法;提出了基于雅可比矩阵的机器人运动特性形式化分析和验证方法。本项目培养研究生13名,博士生1名;发表论文18篇,其中SCI论文6篇,申请发明专利7项,已授权1项;成果获得2017年度北京市科学技术二等奖。本项目研发的几何代数高阶逻辑定理库被HOL Light系统收录并公开发布。本项目研究成果有助于提高机器人系统设计的正确性和安全性,加快机器人开发速度,促进机器人产业更快更好地发展。
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Higher-Order Logic Formalization of Conformal Geometric Algebra and its Application in Verifying a Robotic Manipulation Algorithm
共形几何代数的高阶逻辑形式化及其在机器人操纵算法验证中的应用
DOI:
10.1007/s00006-016-0650-5
发表时间:
2016
期刊:
Advances in Applied Clifford Algebras
影响因子:
1.5
作者:
[Ma Sha, Shi Zhiping, Shao Zhenzhou, Guan Yong, Li Liming, Li Yongdong]
通讯作者:
Li Yongdong
The Formalization of Discrete Fourier Transform in HOL
HOL 中离散傅立叶变换的形式化
DOI:
10.1155/2015/687152
发表时间:
2015-10
期刊:
Mathematical Problems in Engineering
影响因子:
--
作者:
[Yupeng Zhang, Yong Guan, Liming Li, Jie Zhang]
通讯作者:
Jie Zhang
DOI:
--
发表时间:
2016
期刊:
计算机科学
影响因子:
--
作者:
[杨秀梅, 关永, 施智平, 吴爱轩, 张倩颖, 张杰]
通讯作者:
张杰
Formal analysis of the kinematic Jacobian in screw theory
螺旋理论中运动学雅可比行列式的形式分析
DOI:
10.1007/s00165-018-0468-0
发表时间:
2018
期刊:
Formal Aspects of Computing
影响因子:
1
作者:
[Shi Zhiping, Wu Aixuan, Yang Xiumei, Guan Yong, Li Yongdong, Song Xiaoyu]
通讯作者:
Song Xiaoyu
Disturbance Observer-Based Consensus Control for Multiple Robotic Manipulators
基于干扰观测器的多机器人操纵器一致性控制
DOI:
10.1109/access.2018.2869392
发表时间:
2018-01-01
期刊:
IEEE ACCESS
影响因子:
3.9
作者:
[Ren, Chang-E, Du, Tao, Shi, Zhiping]
通讯作者:
Shi, Zhiping
共 19 条
量子信息理论的高阶逻辑形式化及其在量子通信系统验证中的应用
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批准号:62372312
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:施智平
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依托单位:
拉格朗日动力学形式化及其在机器人验证中的应用
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批准号:61876111
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2018
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负责人:施智平
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依托单位:
希尔伯特空间以及矩阵理论在HOL4中的形式化
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批准号:61170304
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项目类别:面上项目
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资助金额:52.0万元
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批准年份:2011
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负责人:施智平
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依托单位:
基于视感知的图像视频语义获取关键技术研究
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批准号:60903141
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:17.0万元
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批准年份:2009
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负责人:施智平
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依托单位:
国内基金
海外基金