关键词： Artificial immune systems   Bio-Inspired Robots   Biorobotics   Smart Sensors   Swarm Intelligence   Wireless Sensor Network and Intelligent System  

ISBN: (数字)9781522529941 ISBN: (纸本)9781522529934

摘要： Biomimetic research is an emerging field that aims to draw inspiration and substances from natural sources and create biological systems in structure, mechanism, and function through robotics. The products have a wide array of application including surgical robots, prosthetics, neurosurgery, and biomedical image analysis. The Handbook of Research on Biomimetics and Biomedical Robotics provides emerging research on robotics, mechatronics, and the application of biomimetic design. While highlighting mechatronical challenges in today’s society, readers will find new opportunities and innovations in design capabilities in intelligent robotics and interdisciplinary biomedical products. This publication is a vital resource for senior and graduate students, researchers, and scientists in engineering seeking current research on best ways to globally expand online higher education.

关键词： 焊接机器人   职业技能竞赛   大赛  

摘要： 2017年4月23日,中国技能大赛——第十三届全国工程建设系统职业技能竞赛暨第一届全国焊接机器人操作大赛完成全部赛程,在欢呼声中战幕缓缓落下。过去的7天里,各参赛选手纷纷亮出自己的绝活,展开激烈角逐,顽强拼搏、奋勇争先,赛出了风格、赛出了水平。中国十九冶集团有限公司的肖俊、中石化石油工程建设公司的张宽臣、南京华建工业设备安装检测调试有

关键词： 仿落猫四足机器人   运动规划   动力学仿真   样机实验  

摘要： 在航天器着陆、火灾救援等方面,机器人高空降落的安全着陆问题是专业机器人领域亟待解决的关键问题之一。针对这一问题,本文从系统的角度出发对落猫安全着陆的整个过程进行了研究分析,设计出了一种仿落猫着陆特性的四足机器人,为四足机器人高空降落的安全着陆问题提供了可借鉴的解决方法,同时对四足机器人的后续研究与发展具有重要的指导意义。本课题来源于国家自然科学基金资助项目“仿落猫着陆特性的机器人任意姿态安全跌落机理及实现方法研究”,主要工作内容如下:1、基于凯恩的弯腰理论对落猫翻正的原理进行了研究,在此基础上,通过粒子群算法对机器人的自动翻正过程进行了运动规划并找到了其最优的运动轨迹。2、对机器人的软着陆过程进行了分析,给出了判定其着陆稳定性的条件并确定了不同因素对其着陆稳定性的影响,同时对主要的缓冲元件进行了设计与分析。3、建立了机器人的多体系统模型并对其进行了动力学仿真。仿真结果表明,该机器人满足设计及功能要求,同时为了提高机器人的着陆稳定性,应使着陆速度和地面倾角尽可能小,且接触类型应首选完全型。4、研制出了机器人的原型样机,并对其进行了悬挂实验。实验结果显示,在误差允许的范围内,该样机实现了其自动翻正。

关键词： 水下机器人   ROV   总体设计   水动力性能   全耦合  

摘要： 缆控水下机器人(ROV)作为应用最广泛的潜航器,是近年学术界研究热点之一,它在船舶与海洋工程、水下工程、水生物学、海洋地理学、水下考古学等多个领域发挥着重要作用。本文开展了一种可在水下进行多自由度灵活运动、实时观测作业的新型ROV方案和本体结构设计。基于CFD数值计算方法初步研究了其水动力性能,通过滑移网格方法验证了ROV本体与多推进器全耦合状态下运动与动力学数值仿真预报可行性;根据设计方案完成了ROV样机制作和系统调试;开展了室内水池和室外开阔水域中ROV功能验证和航行试验。基于模块化设计思想确定ROV系统方案,完成了ROV水下本体各功能模块的材料选择、结构设计和关键设备选型;基于有限元方法校核不同工况下耐压舱体和框架结构强度,根据浮心和重心准则校核了其静稳性能。最终基于三维CAD方法完成了样机的虚拟装配。建立了ROV系统动力学模型。基于CFD数值计算方法对ROV水下本体和脐带缆在不同航速下的六自由度水动力性能进行计算研究,并总结了不同作业水深和航速下脐带缆对ROV本体的动力学影响。通过滑移网格传递多计算域流场数据方法对ROV本体直航、翻转等自由度运动过程中本体与多桨全耦合运动和动力学问题进行了初步仿真计算,验证了这一更接近实际状况的多推进器ROV运动数值预报方法的可行性。根据ROV系统与水下本体结构设计方案绘制零部件加工图纸,确定最优制作工艺,通过机械加工等手段完成零部件的生产制造和装配;完成ROV系统各功能模块、整体工程样机组装和陆上调试。最后开展了室内水池试航与功能验证试验、室外开阔水域航行试验。结果表明其航行、观测和作业功能满足设计要求。本文研制的中小型ROV系统功能全面、运动灵活、作业稳定性高且量产成本低,可以弥补国内水下机器人行业的不足,改变依赖国外产品的现状,对推动我国船舶与海洋工程行业的发展,海洋地理学、水生物学等相关学科的进步具有重要意义。

关键词： 创新创业教育   地方应用型大学   北京联合大学   多元融合   机器人   策略探究  

摘要： 本文立足地方应用型大学,分析大学创新创业教育的现状和不足,结合北京联合大学机器人学院创新创业教育改革的实践,提出将北京联合大学机器人学院院长李德毅院士"科学任务带动人才培养"的改革理念,有效贯穿于创新创业教育的全部过程中,构建多元融合视角下的具有机器人专业特色的"科学任务带动创新创业教育"的特色模式。在"大众创业、万众创新"的时代背景下,高校实施创新创业教育不仅仅是提升人才培养质量的基本要求,也是高

关键词： 并联机器人   运动学   工作空间   动力学   控制策略研究  

摘要： 制造业是国家立国基础,随着国家2025政策方针的提出,提高我国制造业水平和自动化程度成了大势所趋,机器人技术的快速发展就是其中一个重要表现。并联机器人作为机器人家族中特殊的一名成员,广泛运用在各种外形不规则小物件的快速抓取,大型件的码垛等领域。针对并联机器人在结构设计,控制等方面还存在的问题,本文以运动控制为主线,从运动学,工作空间,动力学,控制策略等几个方面对3-PUU并联机器人进行研究。首先,文章对3-PUU并联机器人进行了结构分析和自由度分析并采用解析法对机器人的正逆运动学进行了分析,求解出运动学中关键的雅克比矩阵。在此基础上采用曲面扫略分析结合机械结构形位约束的数形方法,对机器人的工作空间进行了分析,求解出了边界曲面的解析表达式,从而得出了空间尺寸与机械结构尺寸的关系,解决了数值分析方法一直无法解决的边界曲面方程的求解问题。然后,对求解出的工作空间进行了虎克铰约束分析,形成了运动学范畴的完整研究体系。在运动学分析的基础上,采用虚功原理的分析方法,对3-PUU并联机器人进行了动力学建模,得出了3个驱动端电机输出力矩和动平台运动轨迹之间的关系;在MATLAB上进行编程,得出指定轨迹下的驱动端电机输出转矩图,并在ADAMS动力学仿真软件上进行了仿真分析,在相同轨迹下将仿真分析结果与MATLAB理论编程计算结果进行对比、验证。接着,对机器人领域的控制策略进行研究,首先分析了常见的控制策略,对比了各自的优缺点,选出了属于运动学控制范畴的传统PD控制策略、基于动力学模型的计算力矩控制策略和基于模糊算法的动力学模型补偿控制策略,然后分别对他们的控制思路、控制流程进行了分析,并构建起MATLAB-ADAMS联合仿真平台,对三种控制算法的控制效果进行了仿真对比分析,以轨迹跟踪的精度为控制目标,得出了基于模糊算法的动力学模型补偿控制策略能获得更好的控制效果的结论。最后,进行实验样机验证,对3-PUU并联机器人的工作空间进行了三维空间扫描,验证前面分析结果的正确性,也为工程实际中机器人机构的设计提供了坚实的理论基础。

关键词： 电磁直驱   汽车驾驶机器人   动力学分析   结构拓扑优化  

摘要： 汽车驾驶机器人是一种无需对现有车辆结构进行改装,可无损安装在不同车型的驾驶室内,替代驾驶员进行自动驾驶的智能化机器人。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电磁直驱汽车驾驶机器人进行了结构动力学拓扑优化探索性研究。本文首先对换挡机械手及驾驶机械腿的结构及工作原理进行了分析,在分析了不同驱动方式优缺点的基础上,选择了合适的直线电机作为驱动装置,确定了电磁直驱汽车驾驶机器人的系统总体结构,并建立了总体结构的三维模型。接着通过对电磁直驱汽车驾驶机器人换挡机械手及驾驶机械腿进行了运动学及动力学分析与建模,确定了换挡机械手及驾驶机械腿末端与结构驱动端之间位移、速度、加速度的关系,并以此为依据,建立了电磁直驱汽车驾驶机器人虚拟样机驱动函数,使得机械手能够按照要求完成选换挡,机械腿能够实现制动、离合、加速功能。然后对电磁直驱汽车驾驶机器人进行了运动学与动力学仿真,验证了机构运动学与动力学分析的正确性及方案的可行性;在满足驾驶机器人各项性能指标的要求下,得到了执行机构关节间相互作用力,为有限元分析及结构拓扑优化打下基础。最后为了得到质量轻、抗振性强的汽车驾驶机器人,对结构进行了有限元分析及结构拓扑优化。对驾驶机器人模态及外界激励进行了分析,分析了驾驶机器人在不同频率下的振动效果,得到了驾驶机器人需要规避的频率;对换挡机械手进行了结构拓扑优化,降低了驾驶机器人的质量,提高了一阶固有频率,增强了驾驶机器人的抗振能力。

摘要： 2017年4月23日,中国技能大赛—第十三届全国工程建设系统职业技能竞赛暨第一届全国焊接机器人操作大赛完成全部赛程,在欢呼声中战幕缓缓落下.过去的7天里,各参赛选手纷纷亮出自己的绝活,展开激烈角逐,顽强拼搏、奋勇争先,赛出了风格、赛出了水平.

关键词： 水下外骨骼机器人   动力学建模   牛顿-欧拉方程   Adams仿真  

摘要： 利用外骨骼机器人提升单兵能力的方法自上世纪60年代起便有学者开始研究,50余年来已有颇丰的研究成果。水下外骨骼机器人定义为一种用于执行水下作业的可穿戴机械装置,将外骨骼机器人应用于水下以提升蛙人运动能力的方法在国内外还鲜有研究。本文主要围绕水下外骨骼机器人的动力学问题开展一系列的研究。采用D-H参数法和坐标系变换的基本原理建立了水下外骨骼机器人及其简化结构的坐标系描述,并推导了机器人所有连杆的D-H参数及两任意相邻坐标系的变换矩阵。为保证潜水员佩戴外骨骼机器人后具有良好的人机协调性,研究了人体标准自由泳运动姿态并获取了髋关节和膝关节的理想运动曲线,并以此作为水下外骨骼机器人的运动目标曲线。基于算法计算效率的角度阐述了使用牛顿-欧拉动力学迭代算法应用于水下外骨骼机器人的优势。依据机器人几何模型对腿部惯性张量进行了计算,依据牛顿-欧拉算法的外推迭代过程完成了对从机器人运动姿态到大腿、小腿连杆质心惯性力和惯性力矩转换的推导。着重考虑了机器人在水下的受力问题,对沿腿方向的压力分布形式进行了假设,并使用力等效法将打水的分布压力等效为加载到连杆末端的集中力和等效力矩。根据机器人运动姿态对脚蹼打水产生的动力进行了求解,并依据牛顿-欧拉算法的内推迭代过程计算出髋关节和膝关节所需的关节扭矩、功率及液压驱动力。基于所建立的动力学模型对机器人大腿小腿杆长对其动力学性能的影响进行了讨论,同时也探讨了为达到不同的水下前行速度机器人所需要的动力学参数的问题。利用Fluent动网格技术,对机器人腿部进行运动过程中液体压力分布的求解,结果表明沿腿方向的动压力分布符合动力学建模过程中对水流阻力分布的假设。利用多体动力学软件Adams对水下机器人动力学逆问题进行仿真,将动力学建模中关节角度函数作为输入,考虑等效的流体阻力对机器人的影响,获得关节扭矩仿真解。对比仿真结果与动力学模型计算结果,两者具有较高的拟合度。

关键词： 机器人技术  

ISBN: (纸本)9787519805333

摘要： 本书主要介绍并联机器人弹性动力学理论，内容包括：并联机器人刚体动力学建模、并联机器人弹性动力学建模、并联机器人弹性动力学行为分析、并联机器人弹性动力学灵敏度分析、并联机器人弹性动力学优化设计。