关键词： 机器人   机电工程学院   河南省  

摘要： 2018年6月2日～3日,"第五届河南省大学生机器人竞赛"在河南广播电视大学(郑州信息科技职业学院)开赛,我校机电工程学院代表队在"武术擂台赛机甲对决"项目中夺冠,再创我校在该项赛事成绩的新记录。本次大赛由河南省科学技术协会、河南省教育厅、河南省科学技术厅联

关键词： 工业机器人   动力学前馈控制   自抗扰控制   动力学参数辨识   摩擦建模   反馈信号品质  

摘要： 智能化、集成化、高性能运动是工业机器人发展的主要趋势。其中,高性能运动是机器人加工质量和工作效率的重要基础,要求控制器具有高的动态响应和高的鲁棒性。常规闭环控制器虽结构简单、易于实现,但通常针对线性定常系统,而机器人系统具有非线性、强耦合时变特性,尤其是高速运动时,关节力矩耦合强烈,惯性变化较大,非线性效应显著。采用常规控制方法,易产生较大控制偏差,其保守的控制参数限制了系统增益带宽,影响系统动态特性,导致大的迟滞误差,且大的惯量变化可能引起系统振荡,破坏系统稳定性。对此,本文进行基于动力学的机器人高性能运动控制技术研究。主要内容如下:对6R工业机器人进行动力学建模分析,根据其非线性、强耦合时变特性,采用动力学前馈控制总体结构,通过与常规闭环反馈控制结构对比仿真,表明动力学前馈控制能有效改善机器人动态性能和运动精度。由于实际工作中机器人的精确模型参数难以获取,且工作过程存在不确定性扰动,为提高控制的鲁棒性,结合自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)结构简单、抗扰能力强、且不拘于受控模型等特点,提出基于动力学前馈的自抗扰控制策略,并针对机器人多关节耦合问题,通过动力学特性进行控制解耦;继而,研究了基于动力学前馈的ADRC串级控制结构与算法。结果表明,基于动力学前馈的ADRC控制器对不确定性扰动具有良好鲁棒性。精确的动力学控制要求精确的动力学模型参数。为提高动力学模型参数获取精度,针对常规参数辨识方法过程复杂、累积误差大、受负载影响大等问题,基于最小惯性参数模型,从以下方面进行参数辨识研究:在辨识策略方面,提出“高位统一,低位逐一”辨识策略,改善统一辨识时多关节耦合干扰问题和逐一辨识时误差逐级传递问题;在负载惯性参数辨识方面,提出“空载与带载力矩差值辨识策略”,将空载状态下的关节实测力矩信息,替换相同轨迹下带载本体动力学预测模型,通过差值重构负载的动力学参数辨识模型,避免了对本体惯性参数的重复调用和误差引入以及动力学在线计算,从而提高了辨识精度和效率;在估算方法方面,将加权最小二乘法和遗传算法有效结合,提高参数估计精度。为降低摩擦力不确定性对动力学模型精度的影响,提高运动控制性能,针对常规摩擦模型存在差异性和拟合不充分问题,即难以用统一形式充分拟合实际实验特征,提出一种基于遗传算法优化的BP神经网络摩擦模型,相比而言,具有更高的拟合精度。此外,减少控制器采样噪声,提高反馈信号品质,是改善闭环系统动态特性,实现高性能运动控制的基础。针对常规微分跟踪器稳定性差、输出振颤、形式复杂等问题,提出一种稳定性高、收敛快的非线性微分跟踪器,具有信号跟踪准确、响应快、过渡平稳等优点,对信号的导数估计具有良好逼近与滤波效果。基于上述研究,根据机器人控制系统总体结构,研制了运动控制实验平台,设计了运动控制软件结构,实现机器人运动控制、动力学参数辨识等基本功能;并开展了动力学参数辨识和空间轨迹跟踪等实验研究。结果表明,本文提出的基于动力学前馈的ADRC控制器能有效提高机器人的跟踪精度、动态响应和鲁棒性。

摘要： 5月4日,由宜春市教育局电化教育与信息中心主办的WER2018中小学智能机器人竞赛市级选拔赛在宜春中学体育馆举行.宜春各县市区共有360余支队伍参加了县级选拔赛,经过激烈角逐,由125名中小学生组成的62支队伍晋级本次市级选拔赛.

关键词： 智力游戏  

ISBN: (纸本)9787115479822

摘要： 本书是一本乐高机器人竞赛的指导手册, 针对乐高机器人赛事的各个方面, 包括四个主要板块: 设计、导航、操作和组织。通过对这些板块的详细阐述, 本书能够指导读者设计出高水准的乐高机器人作品, 同时也能提高读者的科技素养, 并使读者体会到乐高机器人带来的乐趣。

关键词： 电磁直驱   汽车驾驶机器人   动力学分析   刚柔耦合   运动副间隙   有限元   多目标优化  

摘要： 汽车驾驶机器人是一种无需对车辆进行任何改装,可无损安装于不同类型的驾驶室内,代替人类驾驶员自动驾驶车辆的机器人。本文在前三代DNC系列驾驶机器人实物样机的研究基础上,针对DNC-4电磁直驱驾驶机器人的动力学特性及有限元分析等方面进行了探索性研究。首先根据技术指标确定了电磁直驱汽车驾驶机器人各执行机构的驱动方式及结构原理,建立了驾驶机器人多刚体动力学方程模型和多刚体虚拟样机模型,并通过动力学仿真分析验证了驾驶机器人结构设计的合理性及动力学建模的有效性。接着建立了驾驶机器人刚柔耦合动力学方程模型和刚柔耦合虚拟样机模型,通过刚柔耦合方程数值模拟、刚柔耦合虚拟样机仿真、多刚体方程数值模拟、多刚体虚拟样机仿真结果的动态特性仿真对比分析验证了所建立的刚柔耦合动力学方程模型的有效性;进行了驾驶机器人性能试验,通过刚柔耦合模型动态特性仿真与试验的对比分析进一步验证了建立的刚柔耦合模型的有效性及各执行机构结构的合理性。然后分别研究了单间隙与多间隙对驾驶机器人换挡机械手动力学特性的影响规律,并将杆件柔性融入换挡机械手间隙模型,进行了考虑杆件柔性及多间隙的换挡机械手动力学特性分析,并分析研究了多间隙对驾驶机械腿动态特性的影响。最后建立了驾驶机器人整机有限元模型,分别进行了静力分析和模态分析,得出了驾驶机器人低阶固有频率、振型和极限工况下的应力应变量。针对制动机械腿立杆和换挡机械手调节杆应力较大的情况,对两杆进行了多目标优化,优化了两杆的尺寸参数,进而提高了换挡机械手及制动机械腿的可靠性。

ISBN: (数字)9781788629973 ISBN: (纸本)9781788623315

摘要： Design, simulate, and program interactive robots About This Book • Design, simulate, build, and program an interactive autonomous mobile robot • Leverage the power of ROS, Gazebo, and Python to enhance your robotic skills • A hands-on guide to creating an autonomous mobile robot with the help of ROS and Python Who This Book Is For This book is for those who are conducting research in mobile robotics and autonomous navigation. As well as the robotics research domain, this book is also for the robot hobbyist community. You’re expected to have a basic understanding of Linux commands and Python. What You Will Learn • Design a differential robot from scratch • Model a differential robot using ROS and URDF • Simulate a differential robot using ROS and Gazebo • Design robot hardware electronics • Interface robot actuators with embedded boards • Explore the interfacing of different 3D depth cameras in ROS • Implement autonomous navigation in ChefBot • Create a GUI for robot control In Detail Robot Operating System (ROS) is one of the most popular robotics software frameworks in research and industry. It has various features for implementing different capabilities in a robot without implementing them from scratch. This book starts by showing you the fundamentals of ROS so you understand the basics of differential robots. Then, you'll learn about robot modeling and how to design and simulate it using ROS. Moving on, we'll design robot hardware and interfacing actuators. Then, you'll learn to configure and program depth sensors and LIDARs using ROS. Finally, you'll create a GUI for your robot using the Qt framework. By the end of this tutorial, you'll have a clear idea of how to integrate and assemble everything into a robot and how to bundle the software package. Style and approach A step-by-step guide which will help you to create an autonomous mobile robot with the help of ROS and Python. It will help you to understand and implement the fundamental concepts of

关键词： 机械   机器人学   人工智能  

摘要： 机器人的定义尚未统一,机器人技术的迅速发展成就了机器人学的建立与发展,现实世界对机器人是否应该具有人类情感的争论从未停止.

关键词： 垃圾处理  

ISBN: (纸本)9787566117502

摘要： 本书以Arduino为开发平台，书中详尽的介绍了智能垃圾分类机器人制作的每个步骤，手把手教读者做机器人，入门门槛低，非常适合青少年及机器人爱好者学做机器人使用。

关键词： 蝗虫   起跳   三维运动力   钩爪   跨介质   跳跃机器人  

摘要： 蝗虫拥有过人的跳跃能力,对其跳跃运动行为和力学的研究不仅可以加深我们对于自然界中昆虫跳跃机制的理解,还能进一步启发跳跃机器人的研发和改进,从而提高仿生机器人的越障能力。过去的研究主要着重蝗虫在单一表面起跳的运动力学,没有从起跳表面的粗糙程度等客观因素的影响分析蝗虫起跳机制。本文的目的是以蝗虫为仿生研究对象,建立相关模型,揭示蝗虫在起跳过程中的身体和腿部运动力学变化机制。为此,本文进行了蝗虫在不同粗糙度的固体表面和跨介质的出水起跳实验,并研制了仿蝗虫跳跃机器人。通过实验获得了蝗虫起跳瞬间的运动学及力学数据。本文基于粗糙表面和光滑表面起跳的数据进行了对比分析,并建立钩爪模型,讨论了起跳表面颗粒对蝗虫起跳机理的影响以及腿脚关节处钩爪与脚掌垫的协同作用方式。结果发现,蝗虫在地面起跳时粗糙表面最大法向力相对于光滑表面增大而轴向力和侧向力最大值均减小,且不同的粗糙表面对蝗虫关节的协同作用时间、侧向力偏角和仰角均有影响。通过蝗虫在出水起跳的实验数据,研究了蝗虫出水时所受阻力和起跳瞬间的运动方式与地面的异同,建立相应的力学模型分析瞬间受力状态,计算了蝗虫在起跳瞬间从水面获得的推力,突破水的粘滞阻力,从而完成起跳动作。结果显示,蝗虫出水所受阻力与其自身重量成正比;出水瞬间两条后腿分步蹬出,先行蹬出的后腿使得蝗虫获得出水仰角,之后另一条后腿蹬出使得蝗虫获得最大的出水速度,且跳跃左右方向幅度的大小主要受后一次蹬出的后腿影响;出水起跳时关节不是同时运动,且变化角度与地面起跳时关节角变化相比存在显著差异。通过计算发现跗节在水面运动轨迹为一条分段曲线。通过对蝗虫蹬腿跳跃方式的模拟,研制一种新型的可实现连续跳跃的跳跃机器人。在研究起跳过程中能量转换机制的基础上,设计了扭簧弹跳机构。扭簧在减速电机和机身轨道的共同作用下完成连续的腿部收缩和起跳过程,同时可以实现稳定着陆以保证多次跳跃。通过设计黏附垫与钩爪共同作用的仿生跳跃底座结构,进一步增强跳跃机器人在不同表面起跳的适应能力。

关键词： 履带式灭火机器人   柔性悬架   振动   地形通过性   仿真   越障实验  

摘要： 履带式灭火机器人能够在火灾发生后辅助或替代消防员进入灾区进行灭火救援工作,降低灾害损失,减小救援的危险性。消防炮在喷射时产生后坐力,该后坐力将会影响机器人系统的动力响应,不但会增大转向时驱动力、驱动力矩,还会引起机器人的垂向运动和俯仰运动,进而影响消防炮灭火的准确性。所以对灭火机器人动力学特性的研究,尤其是消防炮喷射时冲击载荷对机器人动力学特性影响的研究至关重要。本文基于履带式机器人动力学特性的分析基础上,结合国内外研究现状,采用理论分析、运动学建模、动力学建模、虚拟样机仿真和样机实验等研究方法,对履带式灭火机器人的动力学特性进行研究。本文的研究工作主要从以下几个方面展开:首先,提出机器人总体设计方案,完成机械系统的设计,阐述遥控端、本体端控制系统的框架;在SolidWorks中完成机器人虚拟样机的设计,并在多体动力学软件RecurDyn中建立1:1的动力学仿真模型。其次,建立直摆臂、弯摆臂柔性悬架的力学模型,综合运用几何和数学理论推导两种悬架的等效刚度;在贝克的经典地面力学基础上分别计算机器人直线行驶时的行驶阻力和牵引力,验证机器人的驱动条件和附着条件,通过计算机器人所需驱动力和驱动力矩验证驱动电机和减速器选型的正确性。再次,建立了行进间转向动力学模型,分析质心偏移引起两侧单位长度履带负载不同时机器人的转向阻力矩和牵引力矩,总结发现机器人在原地转向时所需驱动力矩最大,原地转向时,分别对质心具有横向、纵向不同偏移情况下的两侧驱动力方程进行分析比较,总结转向时驱动力变化规律;建立消防炮后坐力作用下转向动力学模型,重点研究了质心存在不同横向、纵向偏移距时两侧驱动力与消防炮俯仰角、偏航角之间的关系;在RecurDyn中建立转向动力学仿真模型,对不同转向半径、质心偏心距不同时的驱动力矩进行仿真实验验证。然后,提取了机器人行驶工作过程中所要通过的结构化地形特征和越障参数,在RecurDyn中设计圆弧坡道、独立台阶、连续台阶、凸台、沟道等单一路面虚拟地形;通过动力学仿真的方法分别研究履带式灭火机器人的地形通过性,并由机器人质心位置、倾角、驱动轮力矩的变化曲线总结复杂地形中履带式灭火机器人的动力学特性;由物理样机分别对跨越高220mm的台阶、坡道30°的斜坡进行实验,验证机器人的越障性能。最后,建立了机器人11自由度振动力学模型,基于拉格朗日方程推导振动微分方程组,并表示成矩阵形式,求解系统固有频率和主振型;在6自由度半机器人动力学模型基础上建立振动微分方程组,基于MATLAB利用正则模态矩阵性质编写求解算法,分析路面激励引起的垂直振动位移和俯仰振动角度变化曲线,并在RecurDyn中对结果进行仿真验证;基于MATLAB由正则矩阵法编写解耦脉冲激励振动微分方程组的求解算法,分析由后坐力瞬态激励引起的机器人垂向、俯仰振动的位移、速度、加速度曲线,改变弹簧刚度和阻尼系数,分析振幅、衰减时间、衰减速度的变化;分析垂直、俯仰运动对消防炮射流轨迹的影响,并改变消防炮俯仰角,分析不同俯仰角下的机器人振动响应。