关键词： 机器人竞赛   中小学  

摘要： 本刊讯5月11日至12日,2019年广西中小学电脑机器人竞赛在柳州市龙城中学举行。来自全区各地近400名中小学生和1 00多名指导教师欢聚一堂,共享机器人的科技魅力。本次活动分为机器人竞赛和创客竞赛两个部分。机器人竞赛包括WER能力挑战赛、WER积木赛、超级轨迹赛、篮球机器人竞赛、足球机器人竞赛、IER智能挑战赛、FLL挑战赛、BOTBALL竞赛等8个项目,包含小学、初中、高中3

摘要： Humanoid robots are increasingly being integrated into human spaces to facilitate independent functional living. Teaching robots skills to successfully navigate the human spaces which are characteristically non-stationary is extremely challenging. Personal robot assistants are personal such that the robot is expected to intuitively learn from the human partner as the more knowledgeable other. While Learning from Demonstration, LfD, has been successfully demonstrated as a viable concept to intuitively teach robots from human action skills, current works have been focused on specific areas of concern under controlled conditions that are rarely applicable or extensible in the real world. The following problems are not fully addressed. The low-level definitions of the action skills generally are learned with little regard to context in which such motion is to be applied. Where such context exists, the distribution of the context does not allow reaction in real time, the contract grows stale and irrelevant over time; the training takes too long and require expert skills which are not readily available in the end-user environment. The complexity of the defining and executing the task demands an ensemble of techniques to tackle the multi-objective problems of learning the human spaces. In this work, the LfD is extended to employ scaffolding and co-evolution to achieve life-long learning. A general architecture and context-aware middleware is provided to address the ontological relationship between the tasks, sub-tasks, objects, and corresponding affordances in a consistent manner. Further the middleware, addresses the communication challenges in the distribution knowledge and inference by leveraging low-latency communication protocols. In this thesis, a brief overview of the state-of-the-art methods for tackling the challenges in the implementing a scaffolded framework for teaching humanoid robots from human action skills. This captures the breadth and scope of the problem

关键词： 自助餐教学模式   虚拟机器人   竞赛辅导  

摘要： 虚拟机器人竞赛活动注重学生对信息处理能力和思维能力的考查,竞赛的内容向着更新更高拓展,是一项针对具备不同学识、智能、综合素质学生的选拔赛。其教学过程是一个根据学生的个性特点,发展学生个性特长,培养学生的个性思维力、学习力和创造力的过程。在实践中笔者尝试在虚拟机器人竞赛辅导中实施了'自助餐'教学。

关键词： 爬壁焊接机器人   轮腿复合   非接触式永磁吸附   运动学模型   动力学模型  

摘要： 实现大型钢结构件的现场焊接自动化是缩短焊接制造周期,降低焊接制造成本,改善焊接制造质量的关键。爬壁机器人能够携带作业工具在多种形式的壁面上实现移动作业,在作业灵活性和柔性等方面具有很大的优势,将爬壁机器人技术与自动焊接技术相结合,成为解决大型钢结构件的现场自动化焊接难题的有效途径。本文在总结和分析国内外爬壁机器人技术的基础上,针对大型钢结构件的现场焊接环境特点和实际焊接作业需求,研制了一种永磁吸附轮腿复合爬壁焊接机器人,并对机器人的移动吸附原理、理论设计与优化、运动学和动力学建模分析等相关理论和技术进行了深入研究。针对爬壁焊接机器人设计中面临的平稳移动与环境适应、可靠吸附与灵活运动的矛盾问题,结合腿足式移动机构复杂环境的适应性、轮式移动机构连续平稳的移动性以及非接触式永磁吸附系统吸附力的可控性特点,提出了非接触式永磁吸附系统与轮腿复合移动机构相结合的爬壁机器人构型方案。为了实现机器人对焊枪位置和姿态的灵活、精确控制,提出了包含2个移动关节和2个转动关节的焊接执行机构构型方案。基于上述构型方案,设计了包括摆动轮腿机构、升降轮腿机构、柔性车架和焊接执行机构在内的爬壁焊接机器人本体结构。为了验证机器人结构设计的合理性,分别对机器人的附着能力、移动能力和环境适应能力进行了分析。永磁吸附系统的性能直接关系到爬壁焊接机器人的附着稳定性、壁面适应性和运动灵活性。通过对机器人在越障和壁面过渡两种运动形式下的稳定附着条件进行分析,得到了维持机器人稳定附着永磁吸附系统所需满足的最小吸附力要求,确定了永磁吸附单元的吸附力设计值。通过对磁性材料和磁路结构型式的分析与比较,设计了永磁吸附单元的磁路结构。结合有限元方法,对永磁吸附单元在平直壁面和凹凸柱面吸附时的吸附性能分别进行了分析,并对吸附单元的结构参数进行了优化。针对机器人可能存在的摆腿失稳问题,结合永磁吸附单元的吸附力调节特性,对吸附单元的安装参数进行了优化。基于内平衡吸附原理,设计了一种内平衡弹簧机构,利用非线性弹簧的弹力平衡中部永磁吸附单元的吸附力,解决了因吸附力过大而造成的丝杆机构驱动困难的问题。运动学和动力学的建模分析是实现爬壁焊接机器人运动控制的基础。针对机器人结构的复杂性和特殊性,将机器人本体划分为焊接执行机构和轮腿复合移动机构两个部分。采用Denavit-Hartenberg方法,建立了焊接执行机构的运动学模型,推导了执行机构的运动学正逆解。采用Sheth-Uicker方法,并通过引入瞬时重合坐标系,分析了轮腿复合移动机构与轮腿机构关节及驱动轮之间的运动关系,建立了移动机构的通用运动学模型,推导了移动机构的运动学未知参数解和逆运动学执行方程。在此基础上,通过速度矢量方法,建立了机器人整体运动学模型。针对机器人越障和壁面过渡轮腿复合运动,基于运动学模型推导出运动约束方程,利用Routh方程建立了机器人的动力学模型,分析了机器人腿部关节和驱动轮之间的驱动力矩关系。针对机器人轮式滑动转向运动,分析了机器人任意姿态下驱动轮支持力的分布;基于车辆动力学理论中的轮胎离散模型,分析了驱动轮与壁面之间的摩擦力学特性;在此基础上,利用Newton-Euler方程建立了机器人瞬态和稳态转向动力学模型,分析了不同壁面倾角下机器人转向运动过程中运动学、动力学参数的变化规律,以及机器人结构参数对转向动力特性的影响。最后,采用分级和模块化思想,设计了由上位机监控系统和下位机主控系统构成的机器人控制系统。研制了爬壁焊接机器人样机,并对其进行了实验研究,包括壁面附着、壁面转向、壁面适应和壁面越障实验。实验结果表明,机器人具有良好的附着能力、移动能力和环境适应能力,证明了本文在机器人设计和理论分析方面的正确性与合理性。

关键词： 3-PSS并联机构   运动学分析   刚柔耦合   运动位置精度   动态特性  

摘要： 3-PSS并联机构由动平台和固定平台组成,通过3个独立的运动支链相连接,由3个驱动器实现对机构的控制。由于并联机构具有刚度大、精度高、惯量小的特点,并联机构在工业上得到了广泛的运用。但在运动过程中,由于刚度较小的连杆部件会发生弹性形变,使得并联机构运动精度降低,因而在应用上受到限制。因此,开展具有柔性连杆的并联机器人精度研究具有重要的理论意义与实用价值。本研究采用理论推导、仿真模拟、实验分析相结合的方法,以3-PSS并联机器人为研究对象,研究其机构的运动特点;基于ADAMS进行刚性机构和刚柔耦合机构的频率特性仿真;利用有限元理论及Lagrange方程推导机构的弹性动力学方程;并开展不同机构参数下3-PSS并联机器人的动态特性实验研究。论文的主要研究成果:(1)针对3-PSS并联机构构型,依据3-PSS并联机器人动平台与滑块之间的运动约束关系,建立机构正、逆运动学模型,在矩阵形式下推导得到该模型的运动学解析表达式;由机构约束得到运动空间的截面为勒洛三角形;经分析可知,影响机构运动精度和运动空间的因素为连杆长度和平台半径差。(2)以机构频率特性评定3-PSS并联机构的运动精度,在ADAMS中分别建立机构的刚性模型和不同机构参数的刚柔耦合模型,通过运行仿真发现:含有柔性体构件时,机构的运动精度下降;同时,连杆的长度、截面直径、弹性模量和动平台负载都会在不同程度引起刚柔耦合机构的运动精度的改变。(3)将有限元法和Lagrange方程结合,建立连杆有限单元的运动微分方程;依据节点以及零件间运动学和动力学约束,推导出3-PSS并联机器人系统动力学方程,推导得出:连杆的长度、截面直径、弹性模量以及动平台的负载对机构运动精度的具体影响方式;由此提出了一种3-PSS并联机器人的设计准则,建立起系统动态特性与机构运动精度之间的联系。(4)通过对不同机构设计参数下3-PSS并联机器人实验机动平台上的振动信号进行频谱分析,结果表明:机构频率特性随机构参数的变化呈现规律性,该结果与前文的结论一致,即合理的机构参数能提升3-PSS并联机器人的运动精度。通过以上结果表明,本研究结果在设计运动精度更高的3-PSS并联机器人有指导作用,具有较好的实用价值。

关键词： 中国青少年   机器人竞赛  

摘要： 人工智能、机器人、编程……这些大热的词儿对于咱们的读者来说肯定早就不陌生了。因为这些知识已经进入了校园,被越来越多的同学所熟知,更加高级的运用也被一些同学熟练掌握。在这次机器人大赛中,猫哥看到不少同学年纪轻轻,俨然已经是机器人编程及操作的大佬,实在是让人佩服!

关键词： Robotics   Artificial intelligence  

摘要： For a robot to interact with its environment, it must perceive the world and understand how the world evolves as a consequence of its actions. This thesis studies a few methods that a robot can use to respond to its observations, with a focus on instances that can leverage visual dynamic models. In general, these are models of how the visual observations of a robot evolves as a consequence of its actions. This could be in the form of predictive models that directly predict the future in the space of image pixels, in the space of visual features extracted from these images, or in the space of compact learned latent representations. The three instances that this thesis studies are in the context of visual servoing, visual planning, and representation learning for reinforcement learning. In the first case, we combine learned visual features with learning single-step predictive dynamics models and reinforcement learning to learn visual servoing mechanisms. In the second case, we use a deterministic multi-step video prediction model to achieve various manipulation tasks through visual planning. In addition, we show that conventional video prediction models are unequipped to model uncertainty and multiple futures, which could limit the planning capabilities of the robot. To address this, we propose a stochastic video prediction model that is trained with a combination of variational losses, adversarial losses, and perceptual losses, and show that this model can predict futures that are more realistic, diverse, and accurate. Unlike the first two cases, in which the dynamics model is used to make predictions for decision-making, the third case learns the model solely for representation learning. We learn a stochastic sequential latent variable model to learn a latent representation, and then use it as an intermediate representation for reinforcement learning. We show that this approach improves final performance and sample efficiency.

关键词： 机器人竞赛  

摘要： 以"从小扣好人生第一粒扣子,长大担当民族复兴大任"为主题的新时代好少年评选活动正在全国积极开展,广西各地涌现出许多新时代好少年。这些少年儿童积极践行社会主义核心价值观,展现了新时代青少年乐观进取、向上向善的亮丽风采。广大青少年应以他们为榜样,从小立志向、有梦想,爱学习、爱劳动、爱祖国,努力成长为担当民族复兴大任的时代新人。

关键词： 四足机器人   跳跃   运动学   动力学   ADAMS仿真  

摘要： 近年来特种机器人研究成为智能研究领域的热点问题,四足机器人作为其中的重要部分,国内外相关机构对其开展了广泛的研究。四足机器人主要用于运输或者探测,其运动性能作为其设计标准之一在不断提高。传统的Walk、Trot等步态的理论研究较为成熟,跳跃步态的运动学与动力学逐渐成为其研究热点。若四足机器人具备跳跃能力将使其能够具备更强的运动性能,多种运动步态的结合使四足机器人能够应对山林搜救、岩洞探险考察活动等特殊复杂地形环境。本文以野兔为仿生对象,设计一种新型以跳跃为主要运动步态的仿生四足机器人,并展开相关理论研究。本文首先分析了野兔的骨骼结构以及影响跳跃运动的因素。据此,设计了跳跃四足机器人的自由度、拓扑结构以及机械结构。通过比较几种常见的驱动形式,选择适合跳跃运动的驱动方式,并分析了液压油缸缸杆伸出量与关节变量之间的关系。运用D-H坐标转换法求解跳跃四足机器人的末端运动轨迹与关节变量之间的关系,并推导分析了跳跃过程中着地阶段与腾空阶段的正运动学与逆运动学。规划整个跳跃阶段的运动轨迹方程,整个跳跃运动规划包括:起跳阶段、腾空阶段以及落地阶段,并通过运动学仿真来求解相应的关节转角随时间的变化规律。运用拉格朗日方程对其腾空阶段的动力学进行分析,并分析了跳跃四足机器人的着地相力学特征。根据着地阶段中跳跃四足机器人的受力状态,推导出前后腿足端受力大小,进而求解关节驱动力矩。通过ADAMS仿真软件的逆动力学仿真计算,分析足端与地面接触力在跳跃过程中的数值变化规律,并结合跳跃过程中的受力分析,从而验证整个规划的正确性。本文以仿生对象为基础建立了跳跃四足机器人的虚拟样机模型,并对腿部结构进行运动学分析与动力学分析,借助运动学仿真与动力学仿真等来进行跳跃运动的规划及设计,为后续控制系统研究提供一定的参考。

关键词： 机器人   机器人竞赛   单目视觉定位   运动目标检测   视觉背景提取算法  

摘要： 作为一项参与面广的AI挑战项目,机器人竞赛是通过特定的任务目标实现的,运用各种技术和巧妙的想法来实现针对特定问题的解。它可以促进科研单位,大学和企业的交流,并可以促进学术研究的进步。在中国人工智能战略实施的大背景下,机器人竞赛成为了一个具有重要实践应用意义的课题。机器人竞赛系统是对实时性比较依赖的系统,对机器人的定位和导航要求较高。它不仅需要精确定位,还需要能够检测运动中的机器人。本文针对如何实现竞赛系统中多机器人的定位与识别,结合国内外研究资料,提出了结合ORB(Oriented Fast and Rotated Brief)特征匹配的视觉背景提取算法Vi Be(Visual Background Extractor),并改进了原有算法的缺陷,完成了对竞赛系统中机器人的定位。主要做了如下研究工作:(1)根据机器人竞赛系统的需求和特点简化了单目定位模型,设计了一个满足竞赛系统场景应用的单目视觉定位方案。最后通过相机标定实验验证了定位方案的可行性。(2)本文设计了一种针对竞赛系统中运动机器人定位问题的鬼影消除算法,这种算法针对竞赛系统的静态背景特点,将Vi Be提取的运动前景图像与样本图像进行ORB特征匹配,从而检测出该区域是否存在鬼影。(3)本文采用ORB特征匹配算法来实现竞赛场地中机器人的目标识别,为改善竞赛场景中边缘区域与纹理不丰富区域特征点数量不足与提取困难的问题,采用了四叉树分块法对图像进行分块预处理。(4)针对竞赛系统中运动机器人经常横跨四叉树静态分块边界线,从而导致ORB特征点提取与匹配错误的问题,本文采用Vi Be检测结果动态调整四叉树分块边界线位置,减轻机器人处在分割线的边缘或者横跨边界线时对匹配结果的影响,提高了竞赛系统中运动机器人的ORB特征点匹配准确度。本文通过改进Vi Be算法的实验验证了本文所做的改进算法能够有效地减轻鬼影对检测结果的影响,并且能够适应竞赛场地多发的光照突变现象。通过对竞赛机器人的运动目标识别实验证明所提方法能满足竞赛系统中机器人的识别要求。