关键词： 机器人教育   想象力   敏感期   人工智能   逻辑思维能力   教育家   机器人学   教育理念  

摘要： 机器人教育的兴起教育的服务链很长,但面向学生的能力提升是所有参与者——教育从业者、学生和家长都极为关注的。学生作为教育服务的主要目标,其群体数量庞大,但个体的能力与性格迥异,在现有的、以公立教育为主体的体系下,统一教学的模式难以深入认知每个学生的特性与差异,因而也无法切实有针对性地提供更有效的教学。如何对学生因材施教,进行个性化的分析,对应有效的教学提升,是学校和家长最为关

关键词： Swarm robotics   Robotics  

摘要： Applying context to a situation, task, or system state provides meaning and advances understanding that can affect future decisions or actions. Although people are naturally good at perceiving contextual understanding and inferring missing pieces of information using various alternative sources, this process is difficult for AI systems or robots, especially in high-uncertainty and unstructured operations. Integration of context-driven AI is important for future robotic capabilities to support the development of situation awareness, calibrate appropriate trust, and improve team performance in collaborative human-robot teams. This article highlights advances in context-driven AI for human-robot teaming by the Army Research Laboratory's Robotics Collaborative Technology Alliance. Avenues of research discussed include how context enables robots to fill in the gaps to make effective decisions more quickly, supports more robust behaviors, and augments robot communications to suit the needs of the team under a variety of environments and team organizations and across missions.

关键词： 双臂机器人   相对雅可比矩阵   相对动力学建模   协调控制  

摘要： 随着现代工业的发展和科学技术的进步,单臂机器人受制于环境,很多工作难以完成,在此情况下,双臂机器人应运而生。随着智能制造的要求越来越高,高端装配和复杂加工作业任务需要两机械臂协调完成,为了解决双臂协调的技术问题,仿人双臂机器人协调运动的研究日益增多。双臂机器人动力学建模是研究双臂协调运动的关键所在,难点在于同一系统中建立两机械臂之间联系。目前,双臂协调动力学模型局限于闭环约束关系的闭链系统,缺少两臂末端相对力的模型。本文提出采用相对动力学模型的概念,基于相对雅可比矩阵,结合虚功原理推导两机械臂末端相对力表达式,完成相对动力学系统建模,并基于建立的双臂相对动力学模型进行力/位混合协调控制。主要内容如下:首先,双臂机器人运动学建模及相对雅可比矩阵求解研究。基于D-H参数法,在同一运动惯性坐标系下建立空间六自由度双臂机器人运动学模型,求解各连杆之间的广义变换矩阵。分析雅可比矩阵求解方法的优缺点,提出矢量解析法求解角速度雅可比矩阵,该方法化抽象为具象,极大简化计算。并基于平移和旋转坐标变换推导了双臂机器人末端相对速度与关节速度的线性映射关系,从而得到相对雅可比矩阵。其次,双臂机器人相对动力学建模。基于拉格朗日方程求解两机械臂关节运动参数与关节力矩的矩阵方程,建立双臂动力学模型。然后利用相对雅可比矩阵,结合虚功原理,推导两机械臂末端相对力与关节力矩的关系,从而得到相对动力学模型,该模型建立了两机械臂关节运动参数与末端相对力之间联系。再次,双臂机器人力/位混合协调控制研究。基于力/位混合控制算法,利用速度控制弥补位置控制系统中雅可比矩阵求解机械臂关节空间位置偏差不准确的不足。然后将双臂末端相对力引入力控制系统,通过控制关节输出力矩来控制两机械臂末端相对力。为保证建立的控制系统能稳定运行,利用二次型函数构造正定李雅普诺夫方程,求导结果证明了双臂协调控制系统的稳定性。最后,基于双臂相对动力学模型的仿真与实验。选定安川双臂机器人SDA10F为实验研究对象,设计运动轨迹路线,确定关节运动参数。结合实际双臂的结构数据,在Matlab2014软件环境中进行仿真,求得两机械臂末端相对力仿真曲线。将仿真结果与实验过程中的采集数据进行比较,得到双臂末端相对力和力矩的变化趋势和范围是一致的,验证了双臂机器人相对动力学模型的正确性。

关键词： 地方科协   青海省   防灾减灾意识   农技协   科协工作   防灾减灾能力   机器人竞赛   防灾减灾日  

摘要： 青海科协举办农技协领办人培训班为学习山东省寿光果蔬种植先进技术和管理水平,提高青海省农技协领办人和基层科协项目主管"三农"服务能力及水平,推动青海省农技协组织高质量发展,5月10日,2019年青海省农技协领办人培训班在山东省寿光市山东乐义农业科技职业培训学校举办。青海省各级科协项目主管、农技协负责人共38人参加培训。

关键词： 嵌入式   机器人竞赛   搬运机器人   实践教学  

摘要： 为了改进嵌入式系统课程教学效果,通过课内课外相结合的方式,引入搬运机器人竞赛项目进行嵌入式系统实践教学。课堂教学以STM32F10X单片机和μCOS-Ⅱ原理为主,再通过实验课程让学生初步掌握基于STM32F10X芯片的嵌入式系统开发方法,最后让学生组队参加搬运机器人竞赛项目。通过机器人竞赛项目,极大提高了学生学习嵌入式系统的兴趣,锻炼了学生实践创新能力。连续参加4届中国工程机器人大赛,获得多项一等奖,检验了嵌入式系统课程良好的教学效果。

关键词： 四足机器人   足端轨迹优化   运动学建模   拉格朗日动力学方程   步态规划  

摘要： 四足动物运动能力强,运动形式多样,能适应多种地形,因此成为仿生机器人研究的热点对象。本文主要研究四足机器人足端轨迹优化、运动学和动力学分析、步态规划和数值仿真等内容。1)基于实验室前期设计的LCS(Linkage Cable Spring)腿部结构,采用足端位置解耦和关节数据拟合的方法,实现了机体正逆运动学求解。在猎豹机器人三段式足端轨迹设计的基础上,设计了二阶连续可导的五次贝塞尔曲线作为足端轨迹,利用Matlab和Isight以足端轨迹加速度变化率最小为目标,以首尾端点处已知位置与速度为约束,得到优化的足端轨迹曲线。与其他类型的足端轨迹曲线进行对比分析,验证了所设计足端轨迹曲线的有效性。2)以直角坐标系和驱动关节角为基础,建立了基于伪惯量矩阵和转移矩阵的拉格朗日动力学方程,用Matlab-SimMechanics验证了推导运算过程的正确性。简要介绍并分析了稳定裕度指标和多边形稳定方法,叙述并拓展了现有对角步态的双足稳定数值计算方法,同时延伸了足式机器人双足支撑稳定的计算思路和提高机体稳定性的方法。3)提出了LCS-I四足机器人三足步态(Walk)和对角步态(Trot)的平面全向直线和原地转向运动规划方法。基于离散指数趋近律和控制输入抗饱和的滑模结构,实现了LCS-I四足机器人腿部关节角的离散和连续数值跟踪。采用饱和输入的名义模型滑模结构实现关节力矩输入下的关节角动力学跟踪。4)搭建了Matlab-SimMechanics和Matlab-Adams双仿真平台,分别用于模型数值计算和运动仿真模拟验证。利用LCS-I四足机器人的Matlab-Adams运动模拟平台,验证了实现三足支撑运动稳定的静态调整方法正确性和对角支撑运动的轨迹规划方法的合理性。

关键词： 平面3-(?)RR并联机器人   刚柔耦合   绝对节点坐标法   自然坐标法   不变矩阵   generalized-alpha法  

摘要： 随着我国社会快速发展,经济结构加速升级,制造业中机器人保有量屡创新高。本文中所研究的平面3-(?)RR刚柔耦合并联机器人,在快速运动过程中,轻质杆件由于内力作用不可避免地会发生柔性大变形,使其力学特性应和刚性模型有所差别。文章以轻质杆件在运动中会变形为先决条件,以绝对节点坐标法与自然坐标法描述了刚柔耦合系统的逆动力学模型,利用generalized-alpha法与牛顿迭代法结合进行数值求解。另外,本文还将机器人刚柔耦合模型与刚性模型的力学特征做出了比较。本文主要工作如下:(1)平面3-(?)RR刚体逆运动学与逆动力学分析。本文介绍了该机器人的构型,应用矢量环路法对关节角、关节角速度、关节角加速度进行了分析。通过仿真图像可知关节角速度图像关节与角位移图像,关节角加速度图像与关节角速度图像皆成导数关系,证明了逆运动学模型的正确性。根据柯尼希原理分别计算各杆件与动平台的动能,进而得到了机构动能。利用刚体尺寸不变原理,约束方程即利用动平台外接圆半径固定不变的约束条件来建立。逆动力学模型依据拉格朗日原理利用拉格朗日乘子来建立,并应用MATLAB软件对其力学性能进行仿真。(2)平面3-(?)RR刚柔耦合逆动力学模型分析。采用自然坐标法描述刚性构件,可推导出刚性构件的质量矩阵。采用绝对节点坐标法描述柔性构件,需先利用待定系数法求得形函数,从而推导出柔性构件质量矩阵。由此可对各构件质量矩阵进行装配,得到整个机器人的质量矩阵,以推导出惯性力。利用等效力偶,依据虚功原理可推导出广义驱动力。依据刚性构件几何尺寸不变原理,构建约束方程即刚性杆杆长方程与刚性动平台边长方程,从而推导出约束力。加入弹性力与轨迹约束方程即可构建机器人刚柔耦合逆动力学模型。(3)平面3-(?)RR刚柔耦合逆动力学建模数值求解。采用了缩减积分的方法来分割应变能以规避泊松闭锁问题,应用不变矩阵来提高求解运算速度。以S-型加减速圆周轨迹为算例,结合generalized-alpha法、牛顿迭代法与刚体校正法来求解并联机器人的逆动力学模型。实验迭代结果满足设定精度要求。所求柔性梁中点处最大横向变形为4.701mm,其剪切角的变化规律具有对称性,驱动关节角速度与理想刚性模型相比变化明显,驱动关节变量的变化规律比较平滑,由此验证了建模方法、求解算法的正确性和使用S-型加减速的必要性,对将来控制具有重要的理论意义。

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： 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： 轮式移动机器人   动力学   轨迹跟踪   速度控制指令   最优控制  

摘要： 随着轮式移动机器人(WMR)技术的不断发展与进步,使其在抗洪抢险、震后搜救、火灾救援、防爆除暴、航空航天等诸多领域有着广泛的应用。由于轮式移动机器人在实际应用过程中极易受到路面、侧滑和外界干扰等诸多因素的影响,使得机器人对规划后路径的跟踪稳定性和精度影响较大。本研究主要针对上述问题以WMR为对象,对研究中的关键技术——轨迹跟踪控制展开深入研究,主要研究内容包括:(1)侧滑对WMR运动学的影响研究。本研究针对这种情况建立了移动机器人运动学侧向滑移模型,利用反演控制方法设计了移动机器人抗侧滑运动学控制器。设计了相应的Lyapunov函数,对所设计的控制器进行了稳定性证明,最后在Matlab/Simulink仿真模块中建立了系统模型,并利用其对设计的控制器进行了仿真实验检验。结果表明所设计的控制器能使系统保持稳定的同时,具有良好的控制精度和响应速度。(2)扰动对WMR动力学的影响研究。本研究针对移动机器人容易受到外界干扰扰动影响的情况,建立了移动机器人扰动模型,然后利用“反演-滑膜”控制方法设计了一种新型的具有PD-RBFNN干扰观测能力的反演-滑膜控制器,同时利用Lyapunov方法对控制系统进行了收敛性、稳定性证明,并优化了神经网络权值自适应更新律,保证了RBFNN权值的有界性。通过多种控制方法对比,实验结果表明所设计的控制器不仅具有良好的稳定性,还能有效地克服外界干扰扰动的影响,它还具有较高的控制精度和较快的响应速度;(3)基于速度指令的WMR动力学轨迹跟踪控制研究。WMR在高速情况下,要想完成机器人对预定轨迹的高精度跟踪,须要考虑机器人受到惯性力等因素的影响,必须综合考虑机器人的运动学特性和动力学特性。由于实际应用中对被控对象的控制多以速度控制指令进行控制。针对于此,本文对WMR进行了运动学、动力学模型重建,并为WMR利用反演控制方法设计了抗侧滑运动学反演控制器,利用逆动力学控制方法设计了抗扰动逆动力学控制器,完成了对WMR基于速度指令的WMR动力学轨迹跟踪控制。并利用Lyapunov法保证控制系统的稳定性,最后在Matlab仿真系统中建立了仿真模型进行仿真实验验证。结果表明WMR能够在控制器控制下抵抗侧滑和未知扰动的影响,控制系统达到的良好的控制效果;(4)基于遗传算法(GA)的WMR控制器参数自主寻优策略研究。经过前面几个部分的研究工作,虽然WMR的动力学轨迹跟踪问题已经得到了解决,但是也由此产生了一个严峻的问题:控制系统控制参数调节。为了解决这个问题,本研究利用最优控制思想,用遗传算法以ITAE为系统性能指标,实现了上一部分中所设计控制器参数的自主寻优,在极大减轻控制系统参数调节这一工作负担的同时,使系统控制精度有了较大提升,实现对机器人的最优控制。