关键词： 刚柔耦合动力学建模   动力学参数辨识   力矩前馈控制   负载补偿控制   关节弹性振动抑  

摘要： 相对于常规轻载工业机器人而言,重载机器人为了实现高速、高精度、高负载等典型性能需求,对控制系统的性能提出了更高的要求。由于重载机器人运动惯量较大,传统的PID闭环控制输出力矩无法满足其在高速重载运动过程中关节期望输出力矩快速、实时变化的需求。同时,随着重载机器人负载自重比的不断增大,其柔性元件的特性更加明显,导致系统在启动、停止以及速度突变情况下产生弹性振动,影响其轨迹跟踪精度,甚至可能导致系统失稳。在此背景下,本文以江苏省科技成果转化专项资金项目“高速重载工业机器人核心技术研发及产业化(BA2015004)”为依托,开展了150KG重载机器人刚柔耦合动力学建模与补偿控制等关键技术研究。主要内容如下:为了获取精确的六自由度重载机器人动力学模型,本文首先采用迭代牛顿-欧拉法对其动力学模型进行了理论推导。在此基础上,以条件数为性能指标,设计了一种基于改进型有限项傅里叶级数形式的周期性激励轨迹优化生成方法,对理论模型中存在的未知动力学参数进行精确辨识,由此建立起准确的重载机器人动力学模型。此外,设计了一种负载惯性参数辨识方法,在机器人本体动力学模型的基础上进一步考虑了负载效应的影响,以建立重载机器人带载工况下的完整动力学模型。针对传统PID闭环控制用于重载机器人所存在的控制精度较低、动态性能较差等问题,本文研究并实现了一种基于动力学模型的力矩前馈控制方法,通过所辨识的动力学模型计算出机器人各关节期望输出力矩值,并与电流环中的控制输出进行叠加以实现力矩的实时补偿,从而可有效提高机器人的轨迹跟踪精度,改善动态性能。同时,为了解决末端负载给高速运动的重载机器人所带来的控制精度降低问题,提出了一种基于负载惯量匹配的力矩补偿控制方法,从而有效提高重载机器人带载工况下的控制精度。针对由于关节柔性而导致的重载机器人关节弹性振动问题,本文提出了一种结合状态观测器和奇异摄动理论的关节弹性振动抑制复合控制方法。首先在考虑关节柔性的情况下,建立重载机器人刚柔耦合动力学模型;在此基础上,设计了一种高增益状态观测器,无需借助外部传感器,根据电机侧角度、角速度和输出力矩,对机器人连杆侧角速度等状态变量进行了实时观测;然后采用奇异摄动法将复杂的高阶刚柔耦合动力学模型转化为降阶子系统,对所获得的快、慢子系统分别设计了速度差值反馈控制律和PID控制律,并结合李亚普洛夫稳定性理论给出了系统稳定性证明,以有效地抑制了机器人的关节弹性振动,进一步提高其轨迹跟踪精度。在上述研究的基础上,本文以与企业合作自主研发的150KG重载机器人为研究对象,对所研究的机器人本体动力学模型参数辨识、负载惯性参数辨识、力矩前馈控制、负载补偿控制和关节弹性振动抑制等内容进行了实验研究并取得了较好的实验效果,验证了本文所提出方法的可行性和有效性,表明了本文针对重载机器人的相关研究具有一定的工程应用价值。

关键词： 水下机器人   矢量推进装置   运动学   动力学   仿真分析  

摘要： 矢量推进技术在水下机器人领域属于一种新兴的水下推进技术,能够很好的提高机器人的机动能力,对于海洋资源开发具有重要的意义。本论文旨在克服传统多桨推进方式存在的结构复杂、不易控制等缺点,以开发具有空间姿态调整功能的矢量推进装置为目标,设计一套结构简单、容易控制的矢量推进装置方案,实现水下机器人单机构多姿态的运动模式,结合矢量法、分离体法等方法来进行矢量推进装置的动力学建模,借助SolidWorks、MATLAB、Adams、ABAQUS等软件对基于少自由度空间单闭链矢量推进装置进行研究分析。首先,简要介绍空间连杆机构、水下机器人矢量推进技术等研究现状等,提出一种矢量推进装置方案,通过矢量法求得位置方程,并通过对位置方程求一阶导数和二阶导数,分别得到速度和加速度方程;通过分离体法进行运动副中约束反力和力矩的求解。利用MATLAB编程绘制机构的运动规律和力学性能,最后通过与Adams联合仿真验证理论分析结果。其次,利用ABAQUS软件对矢量推进装置进行有限元分析,分析位移变形、应力等分布情况,以校核其强度、刚度是否满足要求;对支撑架和转动模组单元分别进行振动模态分析,防止引起机械共振,为分析机器人振动的方式提供了借鉴。最后,根据前面两章的理论分析内容,对全部偏转螺旋桨矢量推进装置的样机进行设计与加工;选择装置电机等元器件;构建了伺服控制系统,编写控制程序;矢量推进装置的成功装配和矢量推进测试实验,包括螺旋桨能否顺利实现俯仰实验、偏摆实验,以此来验证所设计构型的可靠性与实用性。本文的研究具有一定的实用价值和广阔的应用前景。

关键词： 重载搬运机器人   动力学分析   性能提升   位置控制系统   参数整定   系统仿真  

摘要： 在经济和产业转型升级过程中,随着技术成熟和制造成本的降低,工业机器人被广泛应用于实际生产中,大规模地解放了生产力,提升了企业的综合实力。在纺织行业,受工作环境和成本制约,以及人口老龄化速度加快,劳动力结构性短缺矛盾日趋严重,研发和应用更换搬运棉桶的机器人是当务之急。本文结合纺织车间实际情况,设计了重载搬运机器人和AGV协同作业的复合机器人,并对重载搬运机器人重点分析,进行了机器人结构概述、动力学分析与仿真、位置控制系统参数整定及工作性能实地测试。结合机器人技术参数和工作流程,确定了机器人总体设计,分析了其结构特点;基于拉格朗日方法推导了机器人动力学方程,指出了惯量项、加速度项和重力项等系数对控制系统的影响;总结了与机器人构件质量、几何长度相关综合物理量,从机械设计的角度分析了通过减小综合物理量的方式提升动力学性能,并提出了结合其他平衡方式来改善系统动平衡。为实现机器人稳定运行与精度提高,依据集中参数法推导了传动系统动力学方程;基于PID控制思想建立了关键轴伺服系统方程,分析了机器人独立关节位置控制系统模型;运用MATLAB软件进行系统仿真,利用阶跃响应曲线与试凑法对整定及优化系统参数;基于整定后的参数,研究了系统阶跃响应和位置控制跟踪误差特征规律。为验证机器人结构设计的合理性和电机选择的正确性,采用ADAMS对机器人关键部件的运行动态特性与末端位移特征曲线进行仿真,分析了关键部件运行过程中误差波动及行成原因;通过模拟机器人典型工况下的作业受力情况,考察分析了关键部件的峰值力矩特征规律;依据机器人关节位置控制系统模型,建立了联合仿真平台,并对机械结构及控制系统性能进行了测试。为进一步验证机器人设计的合理性和可靠性,搭建复合机器人实验样机;结合理论分析和在线调整技术进行伺服系统调参,参照工业机器人安全实施规范和调试说明对控制系统进行了联调,实地测试了机器人稳定运行状态;依据测试标准测试了机器人的位置距离重复性,其结果与行业标准基本吻合,并提出了影响机器人精度的主要因素。本文在参考国内外文献和前人研究的基础上,重点研究了自主研发的重载搬运复合机器人,分析重载搬运机器人结构特征;通过机器人动力学分析,提出了机器人动力学性能提升途径;通过阶跃响应曲线和试凑法,对位置控制系统参数进行了整定优化;通过对机器人动力学与控制系统仿真,验证机器人结构设计的合理性和电机选型的正确性;通过系统调试与性能测试,表明机器人设计功能与运行技术达到了行业标准,具有一定工程实践指导意义。

关键词： 机器人技术  

ISBN: (纸本)9787115487834

摘要： 本书集合了机器人和自动化领域的众多前沿专家、企业CEO和投资者们对该领域的看法、思考和展望。每一篇文章都聚焦机器人和自动化在不同行业和领域的发展，如服务业、交通运输业、建筑业、能源业、金融界等等，专注这些不同领域的机器人专家们畅谈机器人和自动化技术在未来所面临种种，机遇、风险、挑战、投资、观念转变、趋势转向等。

ISBN: (数字)9781788835701 ISBN: (纸本)9781788835442

摘要： Bring a new degree of interconnectivity to your world by building your own intelligent robots Key Features • Leverage fundamentals of AI and robotics • Work through use cases to implement various machine learning algorithms • Explore Natural Language Processing (NLP) concepts for efficient decision making in robots Book Description Artificial Intelligence for Robotics starts with an introduction to Robot Operating Systems (ROS), Python, robotic fundamentals, and the software and tools that are required to start out with robotics. You will learn robotics concepts that will be useful for making decisions, along with basic navigation skills. As you make your way through the chapters, you will learn about object recognition and genetic algorithms, which will teach your robot to identify and pick up an irregular object. With plenty of use cases throughout, you will explore natural language processing (NLP) and machine learning techniques to further enhance your robot. In the concluding chapters, you will learn about path planning and goal-oriented programming, which will help your robot prioritize tasks. By the end of this book, you will have learned to give your robot an artificial personality using simulated intelligence. What you will learn • Get started with robotics and artificial intelligence • Apply simulation techniques to give your robot an artificial personality • Understand object recognition using neural networks and supervised learning techniques • Pick up objects using genetic algorithms for manipulation • Teach your robot to listen using NLP via an expert system • Use machine learning and computer vision to teach your robot how to avoid obstacles • Understand path planning, decision trees, and search algorithms in order to enhance your robot Who this book is for If you have basic knowledge about robotics and want to build or enhance your existing robot’s intelligence, then Artificial Intelligence for Robotics is for you. This book is also for ent

关键词： 弹药转运机器人   运动副间隙   接触碰撞   动力学特性   轻量化研究  

摘要： 随着时代的发展,舰炮逐渐向着更大口径发展,弹药的形式也从整装弹药发展为弹丸、药筒分装形式,这对舰炮供弹系统在分装弹药供应和快速供弹方面提出了更高的要求。因此,大口径舰炮分装弹药快速供弹问题,成了舰炮供弹系统设计的重点。本文针对分装弹药供应需要解决的问题,在详细分析舰炮供弹系统结构和工作原理的基础上,设计了一种新的弹药转运机构—弹药转运机器人。弹药转运机器人能实现分装弹药从卸载平台到扬弹机之间的弹药转运。对弹药转运机器人的水平驱动机构及弹药提升机构进行了详细设计,并对各机构的工作时序和运动规律进行了优化设计;对转运机器人与各模块之间的接口进行了研究;分析了转运机器人在舰船横摇情况下的运动学特性,为后续章节的分析提供数据基础。对弹药转运过程中弹药与抱弹筒之间的接触碰撞问题进行了理论分析。以药筒与抱弹筒之间的接触碰撞现象为研究对象,首先确定了药筒与抱弹筒之间的接触模式,然后运用空间几何等数学方法推导了药筒与抱弹筒接触碰撞的判定条件,综合分析并选择了合适的法向接触力及切向摩擦力理论模型,最后运用牛顿-欧拉法推导了间隙影响下药筒的动力学方程。在理论分析的基础上对含间隙药筒-抱弹筒之间的接触碰撞问题进行了动力学仿真。运用多体动力学分析软件Adams分析了间隙对药筒动力学特性的影响,并探究了因间隙导致的弹药晃动抑制方法,设计了弹药扶持机构来抑制药筒的晃动,并对扶持机构中板簧的刚度和初始预紧力进行了参数化优化,得到了最佳板簧参数。在动力学分析结果的基础上,运用有限元分析软件Ansys/Workbench对转运机器人中的行走轮导轨、链条导轨、弹托、架体等关键部件进行了静力学有限元分析,获取了这些关键部件的应力分布情况。通过改换抱弹筒材料和对转运机器人架体进行拓扑优化的方式对转运机器人进行了轻量化研究,减轻了转运机器人的质量。

关键词： 液压驱动型机器人   基于力的阻抗控制   动力学补偿控制   运动控制器  

摘要： 液压足式仿生机器人在复杂环境中具有较强的运动能力与负载能力,具有较大的军用与民用潜力,是当前国内外研究的热点。机器人在面对复杂环境时,要求机器人腿部具有一定的柔顺性,以保证机器人运动的稳定性,而机器人腿部运动过程中的动力学特性会对腿部的柔顺控制精度产生不利影响,因此为保证高精度的柔顺控制,有必要进行动力学补偿控制。本文针对机器人腿部液压驱动系统,采用动力学补偿控制方法(含重力补偿控制和惯性力补偿控制),以提高机器人腿部的运动控制及柔顺控制精度为目标,主要研究工作包括:(1)机器人腿部系统数学建模。为了保证机器人腿部运动过程中可以实现期望的阻抗特性与运动控制特性,采用基于力的阻抗控制方法,实现机器人腿部的运动控制。利用机器人运动学与静力学理论,结合几何运动方法,建立机器人足端到关节的运动学正反解与静力学正反解表达式。基于推导的运动学、静力学表达式,采用基于力的阻抗控制方法,建立机器人腿部液压驱动系统数学模型,并搭建机器人腿部系统的整体仿真模型。(2)机器人腿部系统动力学补偿控制仿真分析。为了消减机器人腿部重力与惯性力对机器人腿部运动控制性能的影响,推导机器人腿部重力与惯性力数学表达式。分析机器人腿部重力与惯性力对足端运动控制精度的影响关系,并设计基于重力与惯性力补偿的运动控制方法,利用机器人腿部系统仿真模型,研究动力学补偿控制方法的补偿效果。(3)机器人腿部系统动力学补偿控制实验研究。基于推导的动力学公式,分离动力学公式的常数量,进行实验辨识。利用机器人单腿实验台,采用动力学补偿控制方法,实验验证多种工况下动力学补偿控制方法的补偿效果。(4)机器人腿部系统运动控制器的设计与实验测试。以DSP为核心控制芯片,设计控制器的采集、控制及以太网通信模块;采用基于模型的设计方法,设计Simulink自动代码生成的DSP驱动模块,基于Labview软件环境开发上位机调试界面,并进行实验测试。

关键词： 机器人学   人工智能   蔡自兴  

摘要： 由蔡自兴教授和翁环高级讲师合著的《探秘机器人王国》已由清华大学出版社隆重出版,向全国发行,正在京东和当当等书店热售中。本书是一本以机器人学和人工智能知识和机器人技术为中心内容的科普及科幻长篇小说。书中通过形象与连续的故事和插图,介绍机器人的发展历史、基本结构与分类,在工矿业与农林业、空间与海洋探索、国防与安保、医疗卫生、家庭服务、文化娱乐、教育教学等方面的应用,以及智能化工厂、未来宇宙开发与星际航行和发展方向等。此外,还展望了其它一些新技术或潜在高新技术的未来应用。

ISBN: (数字)9787568255127

摘要： 本书共12章，分为基础篇和提高篇两部分，主要内容包括机器人发展趋势及组成分类，机器人数学基础，正逆运动学求解，速度与雅可比矩阵计算，轨迹规划，机器人关节伺服运动控制，机器人动力学，机器人的柔顺控制，机器人运动学参数辨识，机器人视觉识别与定位以及基于Adams/Matlab机器人动力学联合仿真等内容。

关键词： 机器人学  

ISBN: (纸本)9787111590316

摘要： 本书系统讲解了机器人学的理论知识，主要内容包括：空间位姿的描述和变换、操作臂的正运动学和逆运动学、操作臂的雅可比、操作臂动力学、轨迹规划、操作臂的机构设计、操作臂的线性和非线性控制、操作臂的力控制、机器人编程语言和离线编程。此外，各章末包括不同难度的习题、编程练习和MATLAB练习。