关键词： Hybrid spray-painting robot   Dynamic characteristics   Workspace optimization   Control parameter design  

摘要： Due to the complex dynamic characteristics of a hybrid spray-painting robot, the motion accuracy fluctuates in the workspace. In order to reduce the accuracy fluctuation of the hybrid robot, this paper proposes an engineering-oriented motion accuracy assurance method by considering dynamic characteristics, including workspace optimization and control parameters design. First, the dynamic model of the hybrid spray-painting robot is derived based on the virtual work principle, and a dynamic evaluation index is investigated to describe the possible maximum dynamic load. Then, based on the evaluation index, the relative location of the task workspace for painting an aircraft wing in the whole workspace is optimized. Then, a control parameters design approach is presented to ensure that the robot always has desired accuracy in the optimized task workspace. Finally, some experiments are performed, and the results show that the robot has better performance in the optimized task workspace with the designed control parameters, which proves the effectiveness of the proposed method. (C) 2018 Elsevier Ltd. All rights reserved.

关键词： Social robotics   Risk communication   Weather   Retention   Behavioral intentions  

摘要： During weather risks and crises, emergency managers and practitioners are often tasked with disseminating messages to individuals or groups of people who are located in a variety of hard-to-reach areas. Social robotics may serve as a useful delivery medium for disseminating some of these messages, if a group is located in an area that is hard to reach. This exploratory study investigated the information retention and behavioral intentions after being disseminated a mock weather risk message. The results provide support for delivery platform being important to consider when disseminating a risk message, such that novel technologies may actually lead to lower retention of message content. Discussion is centered around the implications of using novel technology to communicate risk messages.

关键词： Industrial engineering  

关键词： 机器人   动力学参数辨识   动力学模型   惩罚函数   遗传算法  

摘要： 二十一世纪以来,国内外机器人研究及产业发展十分迅速。根本原因在于机器人所具有的高效劳动力的特点,满足了社会生产的需要;另一方面,电子科学与控制科学的进步,也推动了机器人技术的快速发展。近些年机器人技术的不断成熟促使机器人被应用于更多高速、高精度的生产应用领域。随着机器人技术的不断发展,其与人工智能、智能制造等高新技术的结合日益紧密,也对机器人的控制性能提出了更高要求;在影响机器人运动精度的因素中,除了控制器性能等因素以外,其运动精度很大程度上取决于机器人的动力学模型精度,建立一个精确的动力学模型并加入到机器人运动控制中,可以加快运动误差的收敛,改善其响应特性。因此,需要深入研究机器人的动力学模型。本文首先对工业机器人国内外发展状况及其动力学研究做了简单介绍,引出了研究的目标和技术问题。本文以埃夫特ER3A-C60六自由度工业机器人为研究对象,依据Newton-Euler法建立动力学模型,完成了对ER3A-C60六自由度机器人动力学模型的搭建,特别地,考虑到机器人高速运动力矩预测误差较大的问题,在传统的关节力矩加摩擦力矩模型的基础上,将电机与减速机转动惯量加入机器人力矩模型中,有效减小了关节力矩估计误差。而后对递推形式的机器人动力学模型进行线性化处理,求取ER3A-C60机器人动力学参数辨识的最小参数集,选择以有限项傅里叶级数为辨识激励轨迹;对激励轨迹参数优化中同时含有线性等式约束和非线性不等式约束的求最值问题,本文设计了一种基于自适应惩罚函数的遗传算法来求取激励轨迹优化参数。在ER3A-C60机器人本体上进行辨识实验,并提出一种分组辨识六自由度机器人动力学参数辨识方法。最后,应用加权最小二乘法来对机器人动力学参数进行参数估计;通过实验验证动力学模型模型,实验表明依据本文方法建立的动力学模型正确,且依据本文求取的动力学参数对ER3A-C60机器人关节力矩有良好的预测效果。

关键词： 工业机器人   运动学   动力学   ODE   仿真  

摘要： 工业机器人是现代工业中尤为关键的机电一体化设备,其使用范围广,生产效率高,对于提高产品质量和企业竞争力有着巨大推动力。工业机器人是如今信息社会的朝阳产业,也是未来实现制造业全自动化的重要手段,对于科技的进步与社会的发展起着无可替代的作用。焊接机器人是工业机器人当中最为常见且尤为重要的代表,对工业机器人的技术研究能够保证焊接质量和精度,改善工人的工作环境和降低工人的工作强度,从而提高工业生产效率。目前我国对于焊接机器人的研究与应用已经达到了一定规模,使用范围广泛、需求量也持续增长,因此对于焊接机器人的研究具有重要意义。本文研究内容主要包括六自由度焊接机器人正逆运动学的求解、动力学分析、空间运行轨迹的规划以及基于ODE引擎的动力学仿真,最后在adams中进行了焊接实例分析。第一,针对六自由度焊接机器人利用D-H法求机械臂的正运动学解,确定机械臂末端执行部件的位姿;然后利用倍四元数和结式消元法求机械臂逆运动学解;最后通过Matlab对机器人正逆运动学模型进行分析验证。第二,用Lagrange法建立机器人动力学方程,对得到的机器人动力学模型用Matlab进行动力学仿真,得到机器人各关节的驱动力矩曲线。第三,基于机器人平滑运动的目的,在关节空间内利用五次多项式插值法和抛物线拟合的线性插值法、在笛卡尔空间内针对直线和圆弧分别进行轨迹规划研究,然后建立机器人运动仿真系统,最后利用仿真系统对机器人轨迹规划算法进行仿真,并对算法的性能进行分析。第四,针对目前常用机械臂动力学仿真方法的不足之处,在建模的过程当中采用了一种开源物理引擎ODE并进行动力学研究,实时仿真机器人的运动过程,并用关节插补实验验证了该仿真方法的有效性。第五,以汽车车门的焊接为例,对机器人的轨迹规划进行仿真实验,首先得到车门的三维模型,在adams中进行运动学求逆解,得到机器人末端执行器的运行轨迹,对比理论得到的焊缝曲线,验证了这一系列仿真方法的正确性。

关键词： Robotics   Artificial intelligence   Technology   Military   Intelligence  

摘要： Defense and security organizations depend upon science and technology to meet operational needs, predict and counter threats, and meet increasingly complex demands of modern warfare. Artificial intelligence and robotics could provide solutions to a wide range of military gaps and deficiencies. At the same time, the unique and rapidly evolving nature of AI and robotics challenges existing polices, regulations, and values, and introduces complex ethical issues that might impede their development, evaluation, and use by the Canadian Armed Forces (CAF). Early consideration of potential ethical issues raised by military use of emerging AI and robotics technologies in development is critical to their effective implementation. This article presents an ethics assessment framework for emerging AI and robotics technologies. It is designed to help technology developers, policymakers, decision makers, and other stakeholders identify and broadly consider potential ethical issues that might arise with the military use and integration of emerging AI and robotics technologies of interest. We also provide a contextual environment for our framework, as well as an example of how our framework can be applied to a specific technology. Finally, we briefly identify and address several pervasive issues that arose during our research.

关键词： Cellular automata   repulsive pheromone   swarm robotics   surveillance  

摘要： An inverted ant cellular automata model called IACA-DI is proposed for the coordination of a swarm of robots performing the surveillance task. The swarm communicate indirectly through the repulsive pheromone, which is available as neighborhood information. The pheromone is deposited at each time step by each robot over its neighborhood. The new model started from a previous one named IACA. However, a discrete modeling of the pheromone diffusion is used in IACA-DI returning a sparser distribution of the robots over the environment. Next movement decisions are based on stochastic cellular automata rules that use the pheromone levels in the neighborhood to perform a probabilistic draw. While in IACA all the neighborhood cells participate in this draw, just a subgroup of them participate in the IACA-DI. It is formed by elite cells ? those with the lowest pheromone levels - and some random selected ones. Besides, the cell that keeps the current robot's direction receives an increment in its probability to be chosen, giving an inertial tendency to the robot motion. Simple simulations were performed enabling to refine parameters and to choose the better strategies. After this refinement, the resultant model was implemented in the simulation platform Webots aiming to evaluate IACA-DI with real-world robotic architecture in more realistic scenarios. [GRAPHICS] IACA-DI is a new model for the coordination of robot swarms performing the surveillance task. It is based on cellular automata modeling and the swarm communicate indirectly through the repulsive pheromone deposited by the robots in the environment cells. Letters (a) and (b) show two snapshots from a simulation of a 3-robots swarm performing the surveillance task. The robots start at random positions in an environment composed by 7 rooms in (a). Thus, based on the IACA-DI decisions, they start to make steps to explore the environment aiming to cover all the rooms in a short interval of time. The trace of each robot afte

关键词： 关节—轮式爬杆机器人   稳态侧偏理论   动力特性   稳定性   越障能力  

摘要： 爬杆机器人广泛应用于石油化工厂、核发电厂、电力线塔和悬索桥等管道结构的检测与维护,从而改善施工人员所面临的工作环境恶劣、人身安全无法得到保障、施工效率低下等状况。因为爬杆机器人具有广阔的应用前景,所以逐渐成为国内外特种机器人研究的热点领域。本文针对现阶段爬杆机器人越障与负载的矛盾,综合关节式与轮式爬杆机器人的优点,设计了一种两段式的关节—轮式爬杆机器人,该机器人越障和负载能力良好,具有较好的稳定性,且可以主动夹紧不同直径的管道并实现自锁,同时能够越过常见的各类管道障碍。主要的研究工作如下:1.对比分析国内外不同类型爬杆机器人的结构、攀爬步态、动力学特性及运动稳定性,归纳出各类型爬杆方式的特点,设计出一种新的关节—轮式爬杆机器人,并介绍了主要零部件的设计。2.对机器人进行运动学和动力学建模,基于稳态侧偏理论进行了弹性轮受力分析,基于Adams建立了爬杆机器人总体动力学模型,并分析了机器人运动学和动力学特性。3.利用ANSYS Workbench分析机器人主动轮的自由和约束模态,得出机器人正常工作的频率范围。对主动轮与管道的接触进行静力学非线性有限元分析,得到了整体应力、应变及接触区域的正应力、摩擦力分布,验证了主动轮的合理性。对机器人在竖直管道上沿轴向攀爬进行瞬态动力学非线性有限元分析,得到了主动轮的应力分布。研究结论为主动轮的优化以及机器人运动稳定性的研究奠定了基础。4.提出了机器人运动稳定性的概念,选择机器人攀爬过程中的侧偏角作为重点研究对象,得出夹紧力、滚动摩擦系数、移动速度与侧偏角、驱动力矩的关系,综合考虑选择合适的夹紧力、滚动摩擦系数、移动速度以及驱动力矩,在Adams中设置上述参数进行锥形管、法兰盘、T型管道的越障仿真,仿真结果证明了机器人的越障能力和负载能力以及整体设计的合理性。

关键词： 绳系组合体   空间摆动   非线性反馈   伺服控制  

摘要： 空间绳系捕获系统在对目标物进行捕获或拖曳时,与目标物之间易发生冲击碰撞、摆动、翻滚及其复合的物理现象,必须尽量克服。其中,空间摆动最易产生,且系绳的摆动会对捕获平台的测控与通讯造成影响,因此需要对捕获后组成的空间绳系组合体的摆动控制进行研究。微重力或真空环境下的空间绳系组合体拖曳转移过程由于空间平台(任务星)进行定向运动调整,设计基于任务星主动运动的空间消摆控制律具有意义。本文主要进行了空间悬浮条件下捕获后的绳系组合体摆动运动控制研究,搭建了地面消摆实验平台,并进行实验验证。主要工作和结果如下:(1)简要分析总结了空间绳系组合体的运动控制与摆动运动的现阶段研究进展情况,进而提出了全文的研究目标及内容。(2)对空间悬浮条件下运动的绳系组合体(空间绳系机器人)建立了考虑外力控制的绳系组合体空间摆动动力学方程。以短系绳短周期摆动为研究对象,在简化哑铃模型的基础上设计了喷气力作用的面内摆动控制律以及通过牵引点运动实现的空间摆动控制律。与近似线性化控制、变结构控制进行仿真对比,线性化反馈的空间摆动控制律在摆角抑制范围和控制效果方面具有较好的效果。(3)搭建了空间摆动控制的地面实验平台,采用伺服控制系统对牵引点运动的空间消摆控制律进行验证。当空间悬浮绳系组合体受到重力加速度大小的反向推力时即相当于地面重力场环境。实验结果表明,消摆实验平台对于给定绳系组合体空间摆动的抑制效果良好。

关键词： 人形机器人   无传感器力检测   阻抗控制   机器人动力学   误差补偿   神经网络  

摘要： 随着人工智能及机器人技术的发展,人们对机器人的期望不再停留于在工厂替代人力进行重复性劳动,而是希望机器人在医疗、装配、家庭服务等领域进行精细操作,如此便对机器人的性能提出了更高的要求。这种要求除了表现为更高的定位精度,更快的响应速度,还体现在更有保障的安全性能。为提高与人共存的机器人安全性,最主要的手段是为机器人增加力感知能力。针对传统机器人缺乏力感知功能的缺陷,而增加六维力感知成本较高、应用范围受限的问题,本文针对当前机器人系统的缺点,综合应用机电一体化技术,对无力矩传感器的人形机器人的关节力感知方法进行了深入研究,主要研究内容如下:1、高度人形、功能全面的高功率密度机器人系统设计。综合考虑系统功能与外观仿生要求,研究了人形机器人的新构型设计方法。整个机器人系统采用了上身为人形机器人上肢、下身为轮式全向移动平台的设计方法。根据机器人最大负载以及转速要求,采用无偏置非球型腕构型设计了七自由度的机械臂结构。所设计机器人系统具有自主定位导航、目标检测、语音交互、力觉交互等功能,可作为综合性机器人与人工智能研究平台使用。2、无力矩传感器的机器人关节外力矩检测:首先通过差分放大电路采集关节电枢电流,从而计算机器人关节的实际输出力矩;然后通过机器人动力学方程依据其运动状态解算其理论关节力矩;由于机器人建模过程中忽略了大量非线性因素而引入的建模误差,本文采用神经网络方法对模型误差进行补偿。实验结果显示本文所提出的无力矩传感器的外力检测方法可实现低成本的高精度外力检测。3、基于阻抗控制的机器人安全物理人机交互方法:研究了机器人在碰撞响应策略与柔顺控制策略间切换方法,采用反射控制策略实现机器人的碰撞响应策略,采用基于关节外力检测的阻抗控制方法实现柔顺控制策略。实验表明,所设计的机器人碰撞响应策略可以有效检测机器人碰撞的发生,并迅速离开碰撞位置,而机器人的柔顺控制策略则能有效检测人机交互过程中的在人机交互过程中的操作者作用力,顺从操作者的运动意图,实现直接示教等人机交互作业任务。