关键词： 混沌神经动力学   机器人手臂   病态问题   神经编码  

摘要： 把高维的混沌神经动力学行为应用到多但有限自由度的机器人以实现适应性控制是一个困难的问题;借鉴大量神经元控制少数肌肉的生物事实,一种简单的神经编码方法被用来使高维的神经网络模式转化成了低维的运动参数;虽然只在神经网络中嵌入了3种简单的姿势动作,但是在混沌神经动力学行为出现时,机器人手臂呈现出复杂的组合运动;利用这一点,提出了一个简单的控制算法用来解决病态问题(不一定有解或者确定的解无法保证的问题);实装实验进一步表明,尽管只有粗略甚至不确定的光源信息,利用提出的控制算法,机器人手臂可以成功的寻找到光源。

关键词： 教育机器人   创新能力提升  

摘要： 教育机器人是将智力因素和非智力因素高度融合的学习载体之一，笔者以参加第十四届全国中小学信息技术创新与实践活动（简称NOC活动）中的“网络机器人野外生存”赛项为切入点，结合对教育机器人的学习经验，分享了学习感受与心得，以期能够激励更多的学生利用教育机器人提升自身的综合实践能力和创新能力。

关键词： 工程师   学会   电子   电气   人工智能   机器人学   智能控制   中南大学  

摘要： 近日．中南大学蔡自兴教授当选电气和电子工程师学会会士。蔡自兴是我国人工智能、智能控制和智能机器人学科领域的开拓者和带头人，湖南省自兴人工智能研究院首席科学家。他数十载如一日地耕耘在智能科学技术基础研究、科技开发和教学的第一线，建立了我国人工智能、智能控制、机器人学三学科交叉融合的理论体系。

关键词： 教学竞赛   中小学   湖南省   机器人   成功   省教育学会   天心区   长沙市  

摘要： 本刊讯2016年11月23-25日，湖南省首届中小学机器人教学竞赛在长沙市天心区青园小学圆满落幕。本次大赛由湖南省教育学会主办，长沙市天心区青园小学协办。

关键词： 管内机器人   复合驱动   链式结构   动力学   fluent仿真  

摘要： 在现代实际工程应用中,管道作为一种高效的运输工具在工业生产中得到广泛应用;管道机器人作为特种机器人,被用来代替人类完成各种各样的管内作业,也越来越被人们所重视。随着时间推移,管道环境越来越复杂、管道长度越来越长、管内作业越来越难等一系列问题的出现使得人们对管内机器人的要求越来越高。目前,续航能力强、功能多样化以及运动稳定性好等优点逐渐成为评价管内机器人的标准。基于此,提出复合驱动链式管内机器人概念,其复合驱动满足了续航能力强、多单元结构满足了机器人的功能多样化,为后续的样机研制奠定理论基础。本文以复合驱动链式管内机器人概念为基础,首先建立了通用物理模型,以该模型为研究对象进行了静力学分析,包括不同姿态角下电机驱动力大小、作用在皮碗上的流体驱动力模型及管内阻力计算模型;推导出机器人在水平和竖直方向运动的静力学平衡条件。然后描述了链式机器人通过各种管道障碍的运动过程,包括焊缝障碍物和弯管障碍;分别对单节单元体和多节单元体的弯管通过过程进行了数学描述,推导出通过弯管的几何约束条件;讨论了不同情况下各滚轮的差速特性对机器人转向过程的影响,并将差速特性应用到T型管的通过过程中。基于虚拟样机技术,对弯管通过过程和障碍物通过过程进行了仿真。将单节单元体和多节单元体的过弯仿真过程进行了速度及滚轮角速度的对比,通过对比验证了单节单元体与多节单元体弯管通过过程保持一致;此外通过仿真过程获得双虎克铰在过弯过程中最大转角值;通过仿真研究了影响机器人里程轮系统通过焊缝运动过程的主要因素,结果表明:当初始速度改变时,里程轮跳起高度及前后速度变化差值也会发生改变。建立了基于CFD算法的流场计算模型,在改变皮碗与管壁环形间隙大小的条件下对管内机器人周围流场速度矢量和压强变化进行了描述;在Fluent软件中模拟了PIG型管内机器人随流体流动的运动过程,得到了流体作用下速度及加速度的变化趋势;最后在电机驱动力与流体驱动力耦合作用下,通过描述机器人在四种不同的工况下的运动过程,验证了复合驱动的必要性与合理性。

关键词： 空间机器人   弹性基座   动力学建模   位置跟踪   振动主动抑制  

摘要： 为了保证空间设备有秩序地进行高效可靠的运作,运用空间机器人系统就显得极为重要。同时,在实际的空间机器人系统中,不仅臂杆和关节存在弹性,而且基座也存在弹性。本文对基座、臂杆、关节全弹性影响下空间机器人系统的动力学及运动、振动控制进行理论研究。以达到既能准确地控制空间机器人系统的位置跟踪,同时又能有效的抑制系统产生的振动,实现了运动、振动一体化控制。首先,基于第二类Lagrange方程,并结合系统动量守恒关系以及各弹性构件振动的合理描述,分别推导了柔性关节-柔性臂空间机器人系统、全柔性杆空间机器人系统、弹性基座影响下全柔性杆空间机器人系统的动力学基本方程。为了减少液态燃料的消耗,同时由于其他工作设备要求基座的姿态角保持一定,因此空间机器人系统设计成基座位置不受控但姿态受控的形式。其次,在考虑参数摄动或外部扰动等不确定因素影响的情况下,将奇异摄动降阶法运用于柔性关节-柔性臂空间机器人系统,并引入奇异摄动因子,对系统动力学方程进行分解。在三个时间尺度的假设下分别对柔性关节-柔性臂空间机器人系统的参数自适应模糊控制、递归模糊神经网络H∞控制进行研究。再者,对全柔性杆空间机器人系统奇异摄动降阶法、混合轨迹法进行研究。在考虑参数摄动或外部扰动等不确定因素影响的情况下,借助奇异摄动降阶法,在两个时间尺度的假设下分别对系统的基于L2增益鲁棒反演控制、自适应时变滑模控制进行研究。基于虚拟控制力的思想,对系统的模糊鲁棒H∞控制进行研究。最后,对弹性基座影响下全柔性杆空间机器人系统振动不主动抑制、混合轨迹法、奇异摄动降阶法进行研究。对系统振动不进行主动抑制的控制方案可保证系统运动轨迹的跟踪,但系统同时存在着较大的振动幅值;基于虚拟控制力的思想与期望轨迹设计了一个能同时反映系统关节刚性运动、基座振动及臂杆振动的混合轨迹,根据该混合轨迹设计了一个自适应时变滑模控制,保证了系统关节位置跟踪控制,并对基座和臂杆引起的振动进行抑制;借助奇异摄动降阶法,在两个时间尺度的假设下分别对系统的基于Luenberger观测器的神经网络控制、基于L2增益鲁棒反演控制进行研究。通过Matlab系列数值仿真实验验证了上述各种控制方案的有效性和可行性。

关键词： 机器人   人工智能   澄海   汕头市   澄海区   广东省  

摘要： 科技永恒、创新无限。5月12日至14日,来自广东全省各地的"小创客"们欢聚汕头澄海宝奥城,进行综合技能、机器人创意、FLL、VEX、WER和机器人现场拼装等项目竞赛。经过紧张的角逐,16个市322支队伍850多名选手,其中170名选手夺得一等奖,并选出14支冠军队伍参加7月中旬在广东中山市举办的第17届中国青少年机器人竞赛。"广东省青少年机器人竞赛"(以下简称:广东机器人赛)自2001年至今已成功举办17届,是目前

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： 非正交   协作机器人   运动学分析   动力学仿真  

摘要： 机器人作为一种现代化工具,它能在工业生产中代替人力,而且正在发挥着越来越大的作用。传统机器人移动的速度快,处理的负载重,在大批量生产中加快了生产线的吞吐量。但在制造业的许多场合,要求灵活性而不是高速度,需要机器人实现人机协同操作,以适应小规模、不断变化的生产需求。因此,研究一种适应性强、负载/自重比高、灵活敏捷、且成本低的轻量型模块化协作机器人,用以满足未来智能制造行业的需求,将对社会产生深远影响和意义。本课题主要针对该种非正交机器人的结构、运动学及动力学等进行分析。机器人运动学分析是实现机器人控制的基础。根据该种协作机器人的特殊结构,利用D-H方法对机器人进行数学建模,并完成运动的正解和逆解。提出一种多组逆解最优解的选择方法。通过SolidWorks建模对机器人不同位置的多组逆解值进行验证。机器人的奇异性和工作空间是机器人使用时的重要参数指标。通过机器人自身结构和雅可比矩阵对机器人的奇异性进行分析。采用蒙特卡洛数值方法,结合MATLAB编程绘图的能力对机器人的工作空间进行求解。机器人动力学仿真可以帮助分析机器人的动态性能。通过数学分析以及ADAMS仿真分析的方法对不同负载、不同运动方式下机器人的性能进行研究。仿真分析在研究机器人动态性能的同时,验证电机、减速器的选型情况。

关键词： 并联机器人   Kane方程   刚柔耦合   动力学   运动学  

摘要： 三自由度并联机器人在并联机器人中十分常见,它属于少自由度并联机器人中的一种,并且具有并联机器人动力性能较好、结构刚度较大、运动惯性较小、运动精度较高以及承载能力较强等特点,同时具备少自由度机器人结构简单、经济实惠、容易控制等特点。因此,三自由度并联机器人被普遍应用在要求达到高速度、高精度、高刚度以及良好的动态特性等场合,在这些领域具有较高的研究价值和广阔的应用前景。三自由度并联机器人方面的研究,目前主要集中在控制学、动力学、运动学以及机构学等学科领域。大多对并联机器人动力学的研究只是对刚体构件进行了动力学分析,研究过程中是将所有构件都看作为刚体,构件在运动时不发生任何弹性变形。因此,这种只对并联机器人的刚体动力学作分析,不能真实地反映出构件中刚体与柔性体之间在运动过程中由于弹性变形发生的耦合关系,也就不能真实地反映出柔性体变形对并联机器人末端动平台运动精度的影响及构件力学性能。随着机器人在实际工作中对精度和效率等要求的越来越高,对具有柔性的并联机器人研究将成为人们对机器人研究的新领域。因此,进行该方面的研究是有非常重要的现实意义及理论价值。本文以含有柔性构件的三自由度3-RPS并联机器人为研究对象,比较全面的研究了该类型机器人在动力学建模、创建柔性体、刚柔耦合动力学仿真分析等方面的问题,具体研究内容如下:首先,对含有柔性杆件的三自由度3-RPS并联机器人进行刚柔耦合动力学建模。动力学建模主要有牛顿-欧拉法(Newton-Euler)、拉格朗日(Lagrange)方程法和凯恩(Kane)方程法等几种方法,凯恩方程法既适用于刚体建模也适用于柔性体建模,计算较为简单。故运用凯恩方程法推导出了三自由度并联机器人刚柔耦合动力学方程,对其创建了动力学模型。其次,对三自由度3-RPS并联机器人的三条支链的上、下连杆进行柔性体创建。将机器人所需柔性体转换的部件导入ANSYS有限元软件中,通过选择单元类型、定义单元实常数、选择材料属性、创建节点、进行网格划分、创建刚性区域和生成.mnf格式中性文件等步骤完成柔性连杆创建。再者,对三自由度3-RPS并联机器人运用ADAMS软件进行刚柔耦合动力学仿真分析。分别对刚柔耦合模型与刚体模型做了动力学仿真,得出了两种模型机器人末端动平台质心的位移、速度、加速度和关节的力、力矩等仿真结果。最后,对比了刚体模型和刚柔耦合模型两种情况的仿真结果,分析了它们的位移、速度和加速度的偏差以及力、力矩的偏差等的变化情况。研究结果表明:该机器人在运动过程中,存在的弹性变形等问题对末端动平台在纵向z轴的位移精度有一定的影响,对柔性杆在横向y轴的受力也有一定的影响。该机器人刚柔耦合动力学仿真能够正确、直观地反映出3-RPS并联机器人真实的工作情况,得出柔性杆变形对并联机器人末端动平台运动精度的影响是存在的,对进一步进行刚柔耦合动力学研究提供了可靠的理论依据。