关键词： 自由漂浮   并联机器人   广义雅可比矩阵   路径规划  

摘要： 随着空间技术的不断发展,通过空间机器人进行在轨服务的意义和作用日益凸显。应用空间机器人可节省成本、提高工作效率,自由漂浮空间并联机器人是空间机器人的一种类型,因其耗能低且寿命长,在空间在轨服务中有广阔的应用前景。自由漂浮空间并联机器人中机器人的载体是卫星,抓取目标时位姿处于自由漂浮状态。本文研究了自由漂浮空间并联机器人的一些特性,具体研究内容如下:根据并联机构基础知识及空间机器人特性,建立了自由漂浮空间并联机器人运动学方程,研究了基座在固定以及自由漂浮条件下运动学的不同之处,以6-SPS并联机器人为例,应用得到的方程进行计算与软件仿真,以此证明理论的正确性。编制了自由漂浮空间并联机器人运动学可视化仿真,以此直观展示空间并联机器人的运动学特性。采用Lagrange法并结合推导的运动学理论建立了自由漂浮空间并联机器人在惯性系下的动力学方程。运用动力学分析软件对实例分别进行重力与自由漂浮环境下的动力学仿真,分析了自由漂浮状态下机器人的动力学特性,同时找出两种环境下动力学的差异。针对自由漂浮空间并联机器人交会路径问题,提出了安全接近交会路径规划,能够实现空间机器人以自由漂浮状态安全无碰撞地接近空间目标。同时对上平台执行器规划了运动路径,使执行器在机器人工作空间范围内到达抓取点处完成抓取目标工作。针对被捕捉空间目标的停靠问题,提出了自由漂浮空间并联机器人基于遗传算法的返回路径规划,可使空间目标到达指定位置的同时载体的姿态也回复到期望状态。

关键词： 机构学   机器人学   旋量理论   有限位移旋量   几何学   李群李代数   理论运动学  

摘要： 旋量理论以其简洁的形式,数学的概括性在许多科学领域尤其是机构学领域得到深入而广泛的应用,但其历史发展仍不为学者们所充分了解。从最初的几何体研究导致新机构的发明,到旋量理论与旋量代数、李群与李代数的提出以及发展直至形成旋量理论体系,详尽阐述机构学与旋量理论的历史渊源以及有限位移旋量的发展,进行历史性的详尽查证与研究。引经据典,回顾旋量理论自18世纪的研究开发,以及与其他数学分支的关联,同时回顾有限位移旋量自20世纪50年代后尤其是20世纪90年代的发展,探讨《机构学与机器人学几何基础与旋量代数》专著中阐述的有限位移旋量与瞬时旋量以及李群、李代数的关联。

关键词： 人工智能   领域   人类   机器人学   自主式武器  

摘要： 对未来机器人可能存在的风险和担忧,四位机器人学领域的专家谈及了他们的观点和解决之道。他们分别是伯克利加州大学计算机科学教授斯图尔特·拉塞尔(Stuart Russell),英国布里斯托尔大学机器人学讲师萨宾·赫尔特(Sabine Hauert),斯坦福大学生物医学和计算机科学教授拉斯·奥尔特曼(Russ Altman)和卡内基一梅隆大学计算机科学教授曼努拉·维罗索(Manuela Veloso)。对人工智能武器要表明立场人工智能(AI)和机器人领域面临一个重要的伦理抉择:对于致命性自主式武器系统(LAWS),我们应该持支持还是反对态度?要不了几十年,或在未来几年里,人工智能和

关键词： 计算机辅助设计  

ISBN: (纸本)9787302384175

摘要： 本书以简单实例进行引导，结合实际操作，介绍了在工业界广泛应用于设计工作，国际一流的CAD软件——Creo Parametric的使用方法。书中所选模型简单易学，操作步骤详细，读者可以依照指导一步一步设计出三维模型，并进行渲染和虚拟装配。

关键词： 动力学模型   独轮机器人   状态反馈控制   直流电机   转矩伺服  

摘要： 本文通过分析独轮机器人的组成结构,利用Lagrange方程建立了其动力学模型。由于所建动力学模型具有很强的非线性,因此利用泰勒级数在机器人的平衡点上对所建立的机器人动力学模型进行了线性化处理。完成独轮机器人动力学模型的线性化处理之后,将线性化后的机器人动力学模型转换成了更加简单实用的状态方程。然后利用仿真软件对所建立的独轮机器人动力学模型进行了仿真验证。仿真实验结果表明,本次所建立的独轮机器人动力学模型符合物理实际,验证了所建动力学模型的正确性。最后,基于所建立的独轮机器人线性状态方程,通过利用状态反馈控制算法,设计了独轮机器人自平衡控制算法,并对所设计的独轮机器人平衡控制算法进行了仿真实验。实验结果表明所设计的算法稳定有效、具有较好的鲁棒性和抗干扰性。完成独轮机器人动力学模型的建立以及上层算法的设计之后,本文还进行了独轮机器人下层驱动控制系统硬件以及驱动控制算法的设计。首先,利用Microchip公司的高性能数字信号控制芯片ds PIC30F4012设计了直流电机驱动控制系统的控制器,然后利用IR公司的高压集成驱动芯片IR2130设计了直流电机驱动控制系统的驱动电路,最后利用IR公司的全控型MOSFET芯片IRFS4710完成了逆变电路的设计。所设计的直流电机驱动控制系统硬件电路在后续的实验验证中得到了应用,在应用过程中发现所设计的电路稳定有效,能很好地完成所设计的实验任务。完成直流电机驱动控制系统硬件电路的设计之后,基于所建立的直流电机数学模型,本文还设计了直流电机转矩伺服控制算法,其中电流状态观测器是整个算法的核心。完成算法的设计之后,在仿真软件中进行了实验验证,验证结果表明所设计的算法能快速、稳定、有效地完成转矩伺服的控制目标。最后,在搭建的直流电机驱动控制系统上,进行了直流电机模型参数的识别实验、电流状态观测器的性能测试实验以及直流电机转矩伺服控制算法的验证实验。实验结果和仿真实验结果吻合,验证了所设计算法的有效性。

关键词： 机器人控制   双目视觉   乒乓球运动   无线网络   交互联动  

摘要： 随着机器人技术、双目视觉技术以及无线网络技术的飞速发展,双目视觉技术和机器人技术在国防领域、工业制造和工业生产领域、以及体育运动领域都有着广泛的应用。 传统的体育比赛是人的比赛和机器人模仿人的比赛,而人与机器人交互的体育运动是一种全新的体育类型,人与机器人双方作为独立的运动员进行合作,合作的形式是人与机器人可以进行相同的比赛或者相关联的比赛。人机合作多模式乒乓球机器人竞赛系统是在传统乒乓球赛的基础上叠加机器人交互跑位运动、机器人迎击或躲避的方式进行复合比赛的人机合作竞赛系统。该系统改变乒乓球台的设置,增加兴趣点,增加无线网络和互联网环境,实现多模式竞赛。在上述系统中包括通过双目摄像头对乒乓球运动进行三维轨迹识别;搭建乒乓球运动机器人,根据乒乓球运动轨迹落点控制机器人迎击或躲避,或机器人可做啦啦队,比赛间隙进行绘画;录制整个比赛过程,保存视频,在有争议的时候回放视频;建立观众互动平台,观众可以通过网络观看比赛,并对自己支持的球队进行投票和评论留言;整个系统通过网络交互联动起来。 本文在阅读相关专业书籍和大量论文的基础上,通过对乒乓球运动、双目视觉技术以及机器人技术的研究,分析并设计了人机合作多模式乒乓球机器人竞赛系统。机器人运动和乒乓球运动进行游戏性事件交互,本设计在结构上分为机器人控制、图像处理,网页设计三大部分。机器人控制部分的主要内容有：采用“创意之星”搭建了模块化机器人,在Linux C语言环境下编写下位机控制程序,并且在VS2010环境下编写MFC人机交互界面,通过无线网络控制机器人运动。图像处理部分的主要内容有录制比赛视频,并且回放视频;对双目摄像头进行标定、立体校准和匹配,根据“视差法”求出乒乓球三维空间坐标。采用Matlab进行摄像机标定(张正友标定法),并利用OpenCV编写算法进行立体校准和匹配;通过二值化图像并调节颜色阈值来分割出乒乓球和机器人,然后再根据边缘检测和轮廓提取来进行准确识别;通过实验证明了该算法的有效性。采用DreamweaverCS6和PHP开发动态网站,网站内容包括比赛视频播放,网友参与投票,选出支持的乒乓球队(蓝队或者红队),以及在线评论,表达观看比赛的心情进行互动交流。

摘要： This thesis proposes new algorithms for a group of sensing robots to learn a parametric model for a dynamic spatio-temporal field, then based on the learned model trajectories are planned for sensing robots to best estimate the field. In this thesis we call these two parts learning and monitoring, respectively. For the learning, we first introduce a parametric model for the spatio-temporal field. We then propose a family of motion strategies that can be used by a group of mobile sensing robots to collect point measurements about the field. Our motion strategies are designed to collect enough information from enough locations at enough different times for the robots to learn the dynamics of the field. In conjunction with these motion strategies, we propose a new learning algorithm based on subspace identification to learn the parameters of the dynamical model. We prove that as the number of data collected by the robots goes to infinity, the parameters learned by our algorithm will converge to the true parameters. For the monitoring, based on the model learned from the learning part, three new informative trajectory planning algorithms are proposed for the robots to collect the most informative measurements for estimating the field. Kalman filter is used to calculate the estimate, and to compute the error covariance of the estimate. The goal is to find trajectories for sensing robots that minimize a cost metric on the error covariance matrix. We propose three algorithms to deal with this problem. First, we propose a new randomized path planning algorithm called Rapidly-exploring Random Cycles (RRC) and its variant RRC* to find periodic trajectories for the sensing robots that try to minimize the largest eigenvalue of the error covariance matrix over an infinite horizon. The algorithm is proven to find the minimum infinite horizon cost cycle in a graph, which grows by successively adding random points. Secondly, we apply kinodynamic RRT* to plan continuous trajectories

关键词： 并联机器人   轨迹规划   动力学   联合仿真   前馈控制   人机交互  

摘要： 随着我国向创新性国家转型以及国内劳动力成本上升,对以工业机器人为代表的工业自动化设备产生了旺盛的需求,为此,本文针对一种二自由度平面并联机器人开展相关研究。针对机器人的结构,对其进行运动学分析和工作空间求解,并提出一种笛卡尔空间轨迹规划方法。根据拉格朗日方程建立平面五杆并联机构动力学模型,通过对系统总能量进行分析,推导出机器人动力学模型与平面五杆并联机构动力学模型之间的等效关系,并提出等效动力学模型参数分步辨识法,并采用动力学分析软件ADAMS和数学分析软件MATLAB对其进行仿真验证。为提高机器人的运动精度,采用非线性前馈控制方式,并建立其虚拟样机控制模型,运用ADAMS-Simulink联合仿真方法,对其进行多组不同速度、不同负载的仿真实验,以研究前馈控制对机器人精度的影响。采用VC6.0开发一款机器人控制软件,该软件通过串口通信方式与伺服驱动器进行信号传输,并通过调用动态链接库与PMAC运动控制卡进行通信。编写运动控制卡运动程序和PLC程序,将上位机控制软件的轨迹信息与机器人运动学方程、轨迹规划方程相结合,应用于实物样机中,从而实现机器人的运动控制。使用本文提出的分步辨识法求得机器人实物样机的等效参数,在伺服闭环PID控制器的基础上建立非线性前馈控制方式,完成相关实验论证。实验结果验证了等效动力学模型的正确性和分步辨识法的有效性,并验证前馈控制方法可有效提高机器人的运动精度,减小跟随误差,并削弱不同负载对运动精度的影响。

摘要： Cell migration is a fundamental biological phenomenon that plays a crucial role in a variety of physiological and pathological processes. Over the past few decades, numerous research studies on cell migration have been performed. owever, information is still limited on the mechanisms underlying this complex process. The lack of an efficient cell manipulation tool at the single-cell level hinders the quantitative analysis of cell chemotaxis. In this thesis, a cell migration inducing system with robotically controlled optical tweezers is developed. This system enables the study of cell migration mechanisms. This thesis is performed according to the following ***, an approach that utilizes optical tweezers manipulation to stimulate cell migration is proposed. Specially fabricated polylactic-co-glycolic acid beads are used in this approach. These beads can release chemoattractant molecules in the liquid environment to form a concentration gradient. Optical tweezers are used as micro- manipulators on the microsource beads to stimulate cell migration. This approach mimics the in vivo environment to stimulate cell migration in vitro. Experiments are performed to demonstrate the effectiveness of the proposed ***, the cell migration mechanisms are probed by using an optical tweezers-based cell manipulation system. A unique method that can quantitatively measure the cell protrusion force is developed based on the platform. A cell migration model is developed and includes the following aspects: the forces affecting the cell are analyzed, and a dynamic model of the migrating cell is developed; and a theoretical model that explicitly reveals the relationship between the cell migration velocity and gradient is proposed. This model explains for the first time how concentration affects cell ***, an autonomous cell migration control system with robotically controlled optical tweezers is developed. The control strategy utilizes the natural featur

关键词： 机器人  

ISBN: (纸本)9787030465320