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关键词： 文件系统   兼容机制   兼容操作系统   名字处理   分区感知  

摘要： 随着时代的发展，操作系统领域自然地形成了多生态共存的形式，出现了诸如Windows、Linux、MacOS等各式各样的操作系统。这些操作系统在应用生态上也自然存在着隔阂，例如现有的Linux操作系统无法运行根植于Windows的应用程序。一个新的后发的操作系统想要普及，一个良好的应用生态环境是至关重要的。建立一个操作系统难度很大，但更难的是吸引各路应用开发团队来为操作系统生产适合自己的应用，在用户中推广并建立起相应的应用生态。因此，需要通过兼容的手段来解决应用跨生态运行的问题，打破不同操作系统应用生态之间的隔阂，从而实现支持多个应用生态的兼容操作系统。　　兼容操作系统与传统的单一生态操作系统在基本构成方面，同样需要包含进程调度、文件系统、内存管理、网络等模块，其中文件系统涉及到内核和上层应用，是非常关键的一环。现有的主流兼容方案，如Wine，在文件系统兼容机制方面存在较大的缺陷与不足。本文主要针对存在的问题与不足，对兼容操作系统的文件系统兼容机制进行改进。　　主要工作如下:　　(1)针对由Windows系统和Linux系统在文件命名方面的差异，本文提出了兼容文件系统的一体化名字处理机制，实现了兼容操作系统下文件系统应当遵守的一套文件命名规范，使得兼容操作系统具备支持多文件系统一体化命名的功能;基于该规范实现了兼容操作系统文件名的检查和非法文件名转录、跨生态路径的遍历和循环路径校正。　　(2)针对兼容操作系统下文件系统层次结构混杂的问题，本文提出了兼容文件系统的跨生态层次结构，在原有的兼容文件系统层次结构的基础上实现了多文件系统分区感知机制，以包容多种文件系统生态。并且，添加了纯Linux文件系统层次结构和纯Windows文件系统层次结构，以满足多类用户的使用习惯，降低用户使用门槛和迁移成本。　　(3)针对兼容操作系统下文件操作性能较差的问题，本文提出了兼容操作系统的多策略性能优化，实现了从跨生态翻译机制和从内核VFS层面入手改进兼容系统文件操作性能。本文提出的可扩展读写锁具备被动感知和锁退化机制，能够在略微降低写操作性能的代价下，大幅提高读操作的性能。本文通过基于短内存一致性的偏向读写锁，提高VFS文件操作的性能，在这一层面的改进兼容操作系统下各生态的文件操作整体都会受益。

关键词： 双边遥操作系统   全状态跟踪控制   复合控制   干扰观测器   障碍-Lyapunov方程  

摘要： 遥操作系统作为能够代替人类在核事故救援、空间探测、远程医疗以及农业等多个领域完成多种复杂操作的远程操作系统,近年来已经得到广泛的发展。随着功能的不断完善,遥操作系统的应用场景更为丰富,这也使得人们对遥操作系统的控制性能有了更高的要求。在实际应用中,遥操作系统主-从系统之间的网络通讯存在不可避免的通讯时延、遥操作系统自身较强的非线性特性以及所处环境的复杂性导致系统的控制性能极易受到通讯时延、模型参数以及外界环境干扰的影响;另外,遥操作系统在实际工作中,出于工作环境的限制、操作的安全性以及系统暂、稳态性能提高等方面的考虑,系统状态往往要进行不同程度的约束。同时,因为主-从通信时延、系统不确定性和外界干扰的存在,迫切需要针对网络化遥操作系统设计全状态约束控制策略以保证在主-从系统高精度、快速同步的基础上,系统状态始终处于所约束范围以内。论文的主要研究内容如下:首先,针对全状态时变约束下的双边遥操作系统,在系统不确定和非对称时变时滞下研究了主-从系统之间的同步控制问题,创新性地将系统的全状态约束问题转化为系统的稳定性问题,避免了因系统状态突然增大导致的碰撞问题,提高了主-从系统间的同步精度。同时,针对主-从系统之间的时变时延,引入了新的非线性观测器来保证闭环系统的稳定性并构造新的障碍李雅普诺夫函数(Barrier Lyapunov Function,BLF)证明了主-从系统的稳定性和同步性能。最后,通过MATLAB仿真验证了全状态约束控制策略的有效性。其次,针对柔性双边遥操作系统,设计了新的复合神经网络学习控制框架,研究了在系统不确定性和时变外部扰动下系统关节跟踪控制问题,该框架融合了神经网络和终端滑模干扰观测器(Terminal sliding mode disturbance observer,TSMDOB)的优点,提高了系统的跟踪精度。此外,基于反步递推理论,为遥操作系统开发了一种全状态复合神经网络学习跟踪控制方案,避免了对系统链路端高阶导数的影响,提高了链接端的性能。在复合框架下,通过增加预测误差提高系统收敛速度和准确性。最后,对遥操作系统进行仿真验证,验证了提出全状态跟踪控制策略的有效性。

关键词： 软体机械手   视觉识别   触觉感知   信息融合   抓取位置规划  

摘要： 机械手作为机器人与周围环境交互的重要接口,一直是机器人领域研究的重点方向之一。近年来,软体机械手因具有良好的灵活性、环境适应性、人机交互性,被广泛应用到非结构化场景中。针对软体机械手在非结构化环境中无法建立精确的抓取模型问题,基于视觉识别信息和机械手触觉感知能力,开展软体机械手对未知物体操作方面的研究。(1)对驱动感知一体化软体机械手进行设计,基于机械手的包络抓取和指尖抓取方式的特点,设计合理的传感器布局方式。基于Yeoh模型,建立软体手指在自由状态下弯曲角度和充气压强的数学模型,并与有限元分析结果对比。通过有限元分析法,求得不同指尖负载和充气压力下,软体手指的弯曲角度。基于形状沉积制造工艺思想,设计出分布成型的浇铸模具,并完成软体机械手的制作。(2)对三维点云基本形体简化算法的基本原理进行分析,利用该算法对物体点云进行分割、简化,并拟合为与软体机械手抓取轮廓匹配的基本形体。通过试验测得机械手的最优抓取尺寸,根据该尺寸寻找最为合适的基本形体,获取最佳抓取位置。把三维点云基本形体简化算法与软体机械手操作结合,不仅发挥了该算法对未知物体形状的识别和简化拟合能力,同时软体机械手的柔顺性很好地包容了该算法存在的不精确性。(3)搭建软体机械手触觉感知的信息采集和无线传输系统,利用该系统的形状感知能力和力感知能力对操作进行优化,并对操作中的不稳定和失效现象建立反馈机制,提出一种基于视觉和触觉信息融合的软体机械手抓取策略。(4)基于UR机器人搭建软体机械手操作系统。通过试验对机械手的触觉感知特性进行分析,完成深度相机的内参标定和手眼标定。通过一系列对未知的物体的抓取实验,验证了该套操作系统的有效性和可行性。本文的研究内容为软体机械手对未知物体的操作提供了新思路,对推进软体机械手的实际应用有重要意义。

关键词： 医学动物实验   显微操作   注射位置   图像处理   深度学习  

摘要： 模式生物包括线虫、果蝇、斑马鱼等，是用来对生物现象进行研究的选定生物物种。其中个体小，胚胎发育同步且速度快，与人类基因高度同源的斑马鱼(Zebrafish)是在近年来生命科学相关研究中的一种典型模式脊椎生物。斑马鱼的显微操作是实现药物研发、人类疾病和生命科学等领域研究的基础和关键环节。但是现有的斑马鱼胚胎发育全周期的显微操作大多数还是停留在人工水平，需要人力和时间成本的不断投入，制约了整个显微操作领域的发展。因此，本文针对斑马鱼胚胎发育全周期的注射位置进行分析，围绕视觉图像算法、深度学习和显微操作实验等方面，从理论到实验开展了深入和系统的研究，对斑马鱼胚胎发育全周期的注射位置和实验前后需要的信息进行了研究，有效地提高了显微操作实验的自动化水平。本文主要包括以下几个方面内容:　　(1)针对在斑马鱼胚胎细胞时期的发育情况不一致导致的细胞注射位置识别困难、细胞组织的分割精度要求高、细胞形态差异大等问题，通过引入深度学习技术，通过设计新的基于深度学习的细胞分割算法，可以将胚胎细胞的细胞质和细胞核进行有效分割，并排除了光照条件对识别效果的影响，为后续进行穿刺任务提供了准确的位置信息。　　(2)针对斑马鱼幼鱼时期的色素沉积、身体结构复杂等情况导致的注射位置识别精度低的问题，通过分析现有的方法，从视频角度放大了心脏跳动幅度，不需要借助其他设备，而是通过图像算法处理实现了对斑马鱼幼鱼心脏器官的定位，该心脏定位方案能够有效地将斑马鱼幼鱼的心脏从显微视野中有效识别出来，为幼鱼的穿刺任务提供准确的位置信息。　　(3)针对在显微注射实验前，需要获取斑马鱼幼鱼的姿态信息，以及在药物注射前后，需要通过心率参数来评估药物效果的问题，通过设计新的斑马鱼幼鱼姿态检测算法，事先对斑马鱼幼鱼姿态进行识别;通过对视频流进行分析，输出斑马鱼幼鱼的心率信息，有效提高了整个流程的自动化程度，有利于促进显微操作全流程的自动化。　　(4)基于本文设计的方案，分别对各个流程进行了相关实验，验证了本文设计的相关方案的有效性。

关键词： 双主双从   遥操作   同步控制   协调搬运  

摘要： 针对双主双从遥操作系统中两从机械臂末端位姿的相对协调运动,分析了其中一个主从控制受到干扰时对两从端协调位置关系的影响,并据此提出了一种可行的同步位置控制,使双主双从遥操作系统在协调运动过程中主从位置误差和同步误差均同时收敛于零,实现了在主从机械臂按期望轨迹运动的同时保证两从端机械臂间的运动协调同步,并利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的全局稳定性.验证了所提出的双主双从遥操作系统同步控制策略的正确性和有效性.

关键词： 操作系统   特斯拉   国家队  

摘要： 在2021年全国两会召开之际,全国人大代表、哪吒汽车董事长方运舟提出集中力量攻克智能汽车安全实时车控操作系统技术难题的建议,提议成立"国家队",制定中国汽车操作系统的发展纲领和行业标准,鼓励和引导中国汽车操作系统的发展,合力攻克这个涉及汽车行业未来发展的关键技术,避免被人卡脖子的情况出现。

摘要： Linux操作系统作为一款免费、开源、可靠、安全、稳定和多平台的操作系统,已经被广泛用于服务器操作系统。Linux自身包含了许多非常有用的工具包,其中CentOS/RHEL自带的一个工具包Rea R(Relax-and-Recover),就是一个专门用于系统迁移和灾难备份的工具。本文给出了ReaR的使用场景以及具体的使用过程,通过ReaR与其他工具的配合,能够在没有专业备份软件的支持下,指导系统管理员轻松完成操作系统的备份、迁移与灾难恢复。

关键词： 激光器   控制系统   硬件结构   软件设计  

摘要： 半导体激光器具有体积小、质量轻、使用时间久、成本低以及品种发展快的优点，应用范围十分广泛。但半导体激光器的输出波长、输出功率、阈值电流、模式跳跃以及使用寿命都受到温度和驱动电流的影响，稳定的驱动以及精确的温控对激光器能够稳定工作十分重要。　　基于半导体激光器的特性，要想让半导体激光器稳定的工作，一套好的激光器控制系统是不可缺少的，可以将激光器精确控制在合适的工作温度，提供稳定可调的驱动电流，并且有着完善的激光器保护措施。　　本论文开发了一套类似PRO8和DLC pro的激光器控制系统，通过激光器主控板将已设计好的激光器温控板和激光器驱动板集成在一套系统上，方便研究所需。　　首先讨论了论文工作研究背景及意义，通过分析激光器的特点和国内外激光器控制系统的发展状况，给出了激光器控制系统的整体方案，以及设计中需要用到的关键技术。该系统主要由硬件及软件两部分组成，激光器控制系统的硬件部分，详细介绍了激光器主控板电路设计以及激光器机箱的整体设计;激光器控制系统的软件部分，结合实际所需先是完成了FreeRTOS操作系统、LWIP网络协议栈、MQTT应用层协议和znFAT文件系统管理协议的移植，然后分析了激光器主控板的整体工作流程和任务构成，并对HMI串口屏功能软件设计、Modbus通信软件设计和MQTT客户端软件设计进行了具体分析，最后分析了激光器温控板的软件设计和激光器驱动板的软件设计。　　最后在完成软硬件的基础上搭建了激光器控制系统测试平台，针对激光器控制系统的可行性、可靠性以及准确性等进行了具体测试。经过测试验证，本文所设计的激光器控制系统运行良好，数据传输准确稳定可靠，能够满足研究所需。

关键词： 油罐清洗机器人   虚拟环境建模   激光SLAM   三维激光雷达  

摘要： “十四五”规划纲要中提出要推动油气企业向着智能化、自动化升级，储罐油泥清洗方式也正在由传统的人工清洗方式向智能机器人清洗方式发展。课题组设计完成的内浮顶储油罐清洗机器人在执行实际清洗任务时存在摄像头（附着油污雾气）不能确定清洗机器人所处位置、机器人易与罐壁发生碰撞等问题。　　本文将虚拟现实技术和环境建图激光SLAM技术引入油罐清洗机器人遥操作系统研究中，其中清洗机器人所搭载的三维激光雷达具有对光照适应力强、采集环境信息精度高、速度快及防爆性能优于相机等多个优点，本文针对该遥操作系统具体做了如下研究:　　1.研究基于VR技术油罐清洗机器人遥操作系统的总体方案。阐述了机器人遥操作系统要求和总体软件架构，在此基础上完成系统软硬件选型与平台搭建工作，有利于遥操作系统各模块功能的顺利实现，满足了油罐内机器人的清洗任务要求。　　2.研究适用于油罐清洗机器人的改进Hector-slam环境建图算法。对三种传统油罐环境建图算法进行原理对比，提出一种适用于油罐清洗机器人的改进Hector-slam环境建图算法，通过改变首帧地图获取过程中所使用的插值算法来提高油罐环境建图的精度，并利用油罐环境地图评价体系中相应指标验证了改进Hector-slam环境建图算法的准确性和实时性。　　3.研究虚拟油罐环境建模与仿真。选用ROSGazebo平台进行虚拟油罐环境地图创建以及清洗机器人遥操作导航功能仿真，测试分析所选油罐环境建图算法的可行性，此VR仿真方式有利于在机器人优化前期找到最适合的油罐环境地图创建方法，结果表明改进Hector-slam算法油罐环境建图仿真效果理想，环境边缘处理较完整，且准确率高。　　4.模拟油罐环境建图试验。搭建清洗机器人遥操作系统试验平台，进行改进Hector-slam油罐环境建图算法适用性的验证试验，且能创建出相对完整的油罐环境建图，高效地完成机器人导航清洗任务，证明了该遥操作系统的稳定性和有效性。

摘要： 从家电到汽车,智能化浪潮席卷而至。但在产业快速发展过程中,一些共性的隐忧开始浮现。近年来,智能家居无疑是最具想象空间的物联网应用场景。虽然我国智能家居行业起步较晚,但发展却最为迅速。如今市面上热销的家居产品基本上都宣称具有智能功能,如远程遥控、智能网联等。