关键词： 爬壁机器人   参数辨识   摩擦模型   动力学  

摘要： 为提高爬壁机器人越障能力,满足机器人实际壁面高强度工作需求,设计一种4-DOF双足爬壁机器人。机器人采用2×3真空吸盘进行吸附,可实现在壁面上进行全方位攀爬。为计算机器人运动所需的关节力矩,基于一种动力学参数辨识方法,获得机器人准确的动力学模型参数。通过牛顿-欧拉方法获得机器人动力学方程,引入一种可线性化且在速度零点附近连续的关节摩擦模型,将该方程转化为惯性参数的线性函数。采用有限傅里叶级数作为激励轨迹,将机器人吸附在垂直壁面上开展辨识实验,得到机器人惯性参数和摩擦模型的辨识结果。对比各关节计算力矩和实际力矩,均方根误差均在0.900以内,皮尔逊相关系数均大于0.900,证明计算力矩非常接近真实值,辨识结果准确。

关键词： 全地形移动机器人   车身悬架   动力学特性  

摘要： 以全地形移动机器人为研究对象,针对其在复杂路面上转向过程中的振动问题,设计与路面相匹配的独立悬架机构,并建立了基于悬架结构的路面激励悬架动力学模型,通过Adams软件对全地形移动机器人独立悬架减振机构进行动力学分析,从而得到悬架刚度及阻尼的优解。通过将优化后的相关参数适配样机,对全地形移动机器人进行户外实验,分别分析了在水泥路面、石子路面、鹅卵石路面上悬架特性参数优化对减振性能的影响。结果表明,优化后悬架机构具备良好的平顺性,能满足平稳行驶的工作需求。

关键词： 微创外科手术   手持式手术机器人   动力学模型   仿真分析   绳驱动   夹持力估计  

摘要： 目的针对微创手术机器人末端器械进入人体后接收由钢丝绳传递的电机动力时,其动力学模型较难获取的问题,对绳驱动微创手术机器人动力学进行建模和仿真。方法首先对手持微创手术机器人的绳驱动结构进行绳轮传动系统的分析,得到驱动轮力矩与从动轮力矩之间的关系,再对微创手术机器人的末端关节结构进行简化并进行动力学建模。针对建立的绳驱动微创手术机器人完整动力学模型,利用ADAMS对绳驱动微创手术机器人进行仿真分析和夹持力测试实验。结果仿真结果表明,理论驱动力矩与仿真的驱动力矩基本相同。在夹持力测试实验中,将估计值与实际测量值进行对比,得出模型的最大误差为0.265 N(1.5%),表明本研究模型在提高精度方面具有明显优势。结论本研究模型解决了绳驱动手术机器人由于钢丝绳的特殊性质导致的建模困难等问题,为主从一体式手持手术机器人夹持力感知提供了理论基础。

关键词： 示范性高中   机器人竞赛   人工智能   科技创新教育   青少年科技创新大赛   全国青少年   抚顺市   中学  

摘要： 抚顺市第二中学创建于1923年,是辽宁省首批示范性高中,先后获评2019、2020、2021年度全国青少年人工智能活动特色单位,第37届全国青少年科技创新大赛十佳科技教育创新学校,第十八届中国青少年机器人竞赛优秀学校等称号。

关键词： 下肢康复   运动控制   骨盆轨迹   康复机器人  

摘要： 针对步态训练中患者骨盆运动轨迹的控制问题,设计了实现骨盆自由度的轮式下肢康复机器人。首先分析了康复机器人的系统结构组成,然后采用牛顿-欧拉法,分析轮式移动下肢康复机器人系统的驱动轮和减重支撑机构对患者骨盆中心点的动力学行为。为了实现联合控制及骨盆中心的空间运动轨迹,进一步研究减重支撑机构的动力学行为,建立了该机器人系统完整的动力学模型。最后应用MATLAB对下肢康复机器人进行动力学仿真建模和分析,得到实际运动轨迹,验证了所建动力学模型的有效性。

关键词： 柔性内窥镜机器人   主从遥操作   神经动力学优化   最优控制  

摘要： 柔性内窥镜机器人具有连续体结构,在微创手术领域展现出独特优势,但连续体结构的非线性变形特征导致柔性内窥镜机器人的运动控制精度不足。针对上述问题,本文提出一种基于神经动力学的柔性内窥镜机器人最优遥操作控制方法。首先,通过构建图像空间下内窥镜机器人主从运动映射机制,建立柔性内窥镜运动学模型,获得图像特征速度与驱动速度的映射关系;其次,基因关节运动约束将机器人运动控制转化为二次规划最优控制问题,并使用基于神经动力学的实时求解器进行高效求解;最后,在输尿管镜机器人平台开展实验验证。实验结果表明:本文方法可有效减小人工操作误差和速度振荡,目标点跟踪误差被控制在2.5%以内,同时有效提升了碎石术中器械操控的准确性和稳定性。

关键词： 蛇形臂机器人   运动规划   末端轨迹跟随   模型降噪   刚柔耦合  

摘要： 针对超冗余蛇形机器臂在狭小受限空间的运动规划问题,提出了一种基于等效多连杆动力学降噪模型的末端轨迹跟随算法。将蛇形臂视作关节点约束在末端无碰撞轨迹曲线上运动的多连杆系统,基于虚功原理推导了该刚柔耦合系统的动力学方程。臂节的长度条件由连杆的轴向刚度保证,并通过模型降噪方法从模型层面滤除高频分量影响,使常规显式算法可用于等效多连杆系统方程的高效求解。采用所提算法可以指定蛇形臂末端或基座的速度规律,进而实现蛇形臂沿末端轨迹的运动规划。由于蛇形臂关节被严格限制在可行性轨迹曲线上运动,因此可以实现在狭小深腔环境下的避障运动规划。通过求解平面和空间典型数值算例可知,采用所提算法进行蛇形机械臂运动规划具有足够的计算精度和效率。

关键词： 新工科   机器人工程专业   机器人学   项目驱动式  

摘要： 在新工科背景下,机器人工程专业的“机器人学”课程教学在促进创新应用型人才培养方面占有重要地位。系统分析面向机器人工程专业的“机器人学”课程教学模式,综合典型教学模式的特点和优势,结合我校机器人工程专业人才培养要求以及人工智能特色学科发展,提出适用于煤炭高校机器人工程专业“机器人学”课程的“课堂+课下”项目驱动式教学。教学实施方案重点体现课本知识与项目研究内容的高度融合,制定合理的学生成绩考核综合评定体系。该教学模式有望充分发挥课堂教学与项目驱动式教学的优势,提高教学质量和教学效果,为后期教学实践奠定基础。

关键词： 移动机器人学   工程实践   能力培养   教学改革  

摘要： 作为一类典型的机器人类型,移动机器人是集环境感知、动态决策与规划、行为控制与执行等多功能于一体的综合系统,可以有效扩展移动机器人的应用范围,其发展得到世界各国的重视和关注。“移动机器人学”课程是机器人工程专业一门重要的核心课程,传统的教学方式以教师课堂讲授为主,降低了学生的学习兴趣和积极性,不利于在新工科建设背景下培养。本文以“移动机器人学”课程改革为目标,秉承以学生为中心的教学理念,采用课堂学习与工程实践结合的教学模式,从符合机器人产业发展的多学科交叉项目出发,“自顶而下”地设计课程内容,优化考核方法,并对复杂工程问题分层次进行研究,培养学生自主学习和积极沟通的创新能力,使学生充分了解移动机器人的发展方向与应用前景,树立专业信心,激发学习动力。

关键词： 机器人   动力学模型   参数辨识   激励轨迹   改进差分进化算法  

摘要： 针对六轴机器人动力学参数辨识中激励轨迹设计问题,提出了一种将改进差分进化(IDE)算法用于优化激励轨迹参数的方法.首先,用牛顿-欧拉(Newton-Euler)迭代法建立了六轴机器人动力学模型,将机器人最小惯性参数观测矩阵的条件数作为优化目标函数;其次,通过对差分进化算法的改进,引入反向最优最差策略改善种群初始值,采用自适应算法改进变异因子和交叉因子;最后,利用改进差分进化算法优化设计了满足机器人各个约束条件的傅里叶级数作为激励轨迹,进行机器人的参数辨识.试验结果表明,采用所提出的优化方法设计的激励轨迹可以充分激发机器人动力学特性,提高了机器人动力学参数辨识试验的抗噪声能力,为建立精确的机器人动力学模型提供参考.