关键词： Military   Mobile robots   Service robots   Healthcare robots   Autonomous robots   Flexible manufacturing  

摘要： Purpose The following article is a Q&A interview conducted by Joanne Pransky of Industrial Robot Journal as a method to impart the combined technological, business and personal experience of a prominent robotic industry engineer-turned successful innovator and leader regarding the challenges of bringing technological discoveries to fruition. The paper aims to discuss these issues. Design/methodology/approach The interviewee is Daniel Theobald, Co-Founder of Vecna Robotics. Vecna Robotics is a recognized global leader in next-generation robotics and automation solutions, with over 20 years of experience in developing cost-effective solutions in the fields of health care, education, business, government, material handling and beyond. In this interview, Theobald shares how his mission to empower humanity through transformative technologies led him to co-found and grow the profitable, privately funded Vecna to a 200-employee company that includes an extensive network of global partners and serves a worldwide customer base, without taking outside investment. Findings Theobald received his bachelor's and master's degrees in electrical engineering from MIT. Graduating at the top of his class, Theobald received the Henry Ford II Scholar Award, the Hertz Foundation Award and a fellowship from the National Science Foundation. Through his graduate work at the MIT AI Laboratory, he developed Web-based control algorithms for a robotic Mars explorer, a progenitor of the NASA rovers Spirit and Opportunity. He served as Principal Investigator for many projects funded by DARPA, NIH, TATRC, US ARMY, ONR and many more. Theobald co-founded Vecna along with other MIT engineers in 1998 on the idea that people matter and that businesses can be profitable, ethical and socially responsible. The company motto Better Technology, Better World reflects Theobald's philosophy that impact is the yardstick by which success is measured. Originality/value A humanistic roboticist and ethical innovator

关键词： 机器人竞赛   现状   问题  

摘要： 中小学机器人竞赛极大地丰富了信息技术教育内涵,其挑战性、操作性、创新性及其团队合作等特定,符合中小学生的价值需求.本文对该项活动在辽宁省开展对近四年情况进行梳理与分析,阐述该项活动开展的具体情况及重要价值,并提出对进一步将中小学电脑制作活动引向深入的对策措施.

关键词： 爬杆机器人   模态分析   静力学   ADAMS   动力学仿真  

摘要： 爬杆机器人,不仅能够在各种危险的工作环境下替代人工作业,而且工作效率高、运行成本低,具有安全可靠等优势,其发展前景非常广阔。因此,爬行类机器人已经成为近年来研究的热门话题之一。本文所研究的爬杆机器人是在无障碍的杆表面进行快速爬行,通过相应传感设备能在杆上进行作业维修操作的新型机器人。本课题选择以爬杆机器人作为研究对象,以现代机械设计理论为基础,通过对爬杆机器人各种工况的分析,合理设计其总体方案与结构;利用三维参数化软件PRO/E建立爬杆机器人的三维实体模型,在ANSYS环境下对其进行了模态分析,确定其固有频率值。并对其进行静力分析,通过观察受力云图发现该爬杆机器人的强度符合使用要求。再运用ADAMS软件建立该爬杆机器人的动力学仿真模型并进行仿真,获得了受力和速度的曲线图。研究结果表明,该机器人接触部分存在振动,但振动较小,对其运动不会产生太大影响;通过杆与摩擦轮受力分析,得出了该机器人的动载荷系数。根据对参数的分析结果最终确定参数值,以避免机器人在研究开发过程中因需要频繁地改变设计而进行大量的实验所带来的高昂成本问题,进而提高机器人的设计质量和缩短了制造生产的周期,因此具有理论研究和实际应用价值。

关键词： 位置分析   奇异性   可达工作空间   转动惯量   驱动力矩   驱动能耗   Matlab  

摘要： 随着机器人学科的发展,科学家们提出了一种既具有串联机器人工作空间大也具有并联机器人的负载大、运动精度高特点的混联机器人。并逐渐成为当下研究的热门。3-RRR-P型混联机器人是一种新型混联机器人,其在3-RRR并联机构的基础上增加了一个纵向的单自由度串联机构,增加了3-RRR并联机构的工作空间,使其可以三维空间上进行作业。同时还增大了负载。本文主要研究内容如下:(1)使用pro/e软件对3-RRR-P型混联机器人进行三维建模,先是对并联机构进行了结构设计,让动平台的外接圆半径大于静平台的外接圆半径,并在静平台外接圆圆心位置开一螺纹孔,用来装配串联机构螺杆。当串联机构和并联机构设计好之后,设计机架,然后进行装配。(2)对3-RRR-P型混联机器人先进行位置分析,使用几何法求出3-RRR-P型混联机器人的运动学方程,得到了3-RRR-P型混联机器人并联机构输入),,(321ααα与输出),,(θppYX之间的关系,结合3-RRR-P型混联机器人的运动规律,可知其输入与输出之间的关系即为3-RRR-P型混联机器人的雅可比矩阵。通过雅可比矩阵的求解,得到3-RRR-P型混联机器人的奇异位姿。选择一种最优工作模式,使用三维搜索的方法,得到3-RRR-P型混联机器人在定姿态下的可达工作空间。最后使用MATLAB对3-RRR-P型混联机器人的速度、加速度进行了仿真。(3)在3-RRR-P型混联机器人运动学分析的基础上,求出了各连杆以及动平台的质心坐标和转动惯量,使用拉格朗日法对3-RRR-P型混联机器人驱动力矩进行求解,得到了各机构的驱动杆的驱动力矩以及驱动能耗,使用MATLAB编程对无负载时3-RRR-P型混联机器人的驱动力矩和驱动能耗进行仿真,同时使用MATLAB编程对负载时3-RRR-P型混联机器人的驱动力矩和驱动能耗进行对比仿真。可以明显发现在有负载时,驱动力矩和驱动能耗较无负载时有着明显的增大现象。(4)在3-RRR-P型混联机器人运动学和动力学分析的基础上,提出了三种可能有广阔应用前景的工业用途,3-RRR-P型混联机器人在搬运危险用品、微动平台、铣曲面等有着广阔的应用前景

关键词： 清理车机器人   NOC机器人竞赛   智能环保   城市垃圾  

摘要： 在社会不断发展和人民生活水平日益提高的同时,以生活垃圾为首的'城市公害'使得环境问题愈发凸显,引起全球性的广泛关注.随着其产量的剧增和成分的日趋复杂,其危害越来越严重.为了缓解垃圾污染给城市生态文明造成的负面影响,世界各国都在致力于垃圾的综合治理和回收利用,智能机器人逐渐进入人们的视野.作为新时期的一名高中生,我深知环境保护和可持续发展的重要意义,也希望为生态环境保护尽自己的微薄之力.鉴于此,我将结合自身参加NOC机器人智能环保竞赛的活动,谈谈科技与环保的关系以及智能机器人在垃圾处理方面的科技展望,让我们的生活更美好.

关键词： 空间机器人   柔性帆板   鲁棒控制   容错控制   奇异摄动   目标捕获  

摘要： 随着航天技术的不断发展,空间机器人因其能够适应空间恶劣的环境、长时间在舱外工作、降低在轨服务成本、提高在轨服务效率以及完成宇航员难以胜任的高精度、高可靠度任务等优势,已经成为当前在轨服务技术发展和应用的热点之一,并逐渐应用于空间站建造与运营支持、卫星组装与服务、行星表面探测与空间实验等任务中。由于空间机器人系统动力学方程本身所呈现的复杂非线性和耦合性,加上一些大型挠性部件的使用(如帆板),使得其在动力学以及捕获动力学问题上面临诸多的难题。此外,由于空间机器人系统结构复杂并工作在恶劣的空间环境下,导致动力学系统的参数难以确定并且有可能引起系统执行机构发生故障或失效,使得其在控制系统设计方面也面临着巨大的挑战。本学位论文在国家自然科学基金(11772187)和上海市自然科学基金(14ZR1421000)的资助下,开展了带柔性帆板的六自由度空间机器人动力学与控制问题的研究,主要研究内容和成果总结如下:(1)对带柔性帆板的六自由度空间机器人的动力学建模问题进行了研究。基于单向递推方法和虚功率原理详细地推导了空间机器人的运动学方程、动力学方程,并且通过与商业软件ADAMS的仿真计算结果对比验证了本文所建立的模型的正确性。仿真结果表明,本文方法所建立的动力学模型能够取得与ADAMS一致的结果;帆板柔性对系统动力学特性有着重要的影响。(2)以带柔性帆板的六自由度空间机器人为研究对象,对考虑系统参数不确定性的轨迹跟踪控制问题进行了研究。基于计算力矩方法,设计了考虑系统参数不确定情况下实现轨迹跟踪的鲁棒自适应控制器,并且通过Lyapunov理论对控制器的稳定性进行了证明;最后通过数值仿真对所设计的控制器进行了验证。仿真结果表明,利用本文所设计的控制器,带不确定参数空间机器人系统的机械臂关节可以到达期望角度,并且保持本体的位形不变,同时能够有效地抑制柔性帆板的弹性振动。(3)以带柔性帆板的六自由度空间机器人为研究对象,对考虑系统作动器失效的轨迹跟踪控制问题进行了研究。针对系统关节失效的情况,利用滑模理论和Lyapunov稳定性理论设计了机器人实现轨迹跟踪的滑模容错自适应控制器,并对闭环系统的稳定性进行了分析;通过数值仿真对比验证了控制器的有效性。仿真结果显示:使用本文所设计的容错控制器,不管作动器是否发生失效,都可以取得很好的控制效果;然而,当作动器发生失效而不处理时,控制效果明显变差;在本文控制器的作用下,柔性帆板的弹性振动同时能够得到有效抑制。(4)以带柔性帆板的六自由度空间机器人为研究对象,对机器人系统轨迹跟踪过程中的柔性帆板弹性振动的控制问题进行了研究。基于奇异摄动理论,将空间机器人系统动力学方程分解为刚体运动的慢变子系统和弹性振动的快变子系统;分别对两个子系统进行子控制器的设计,其中慢变子系统采用的是计算力矩控制器,快变子系统采用的最优控制,从而得到系统总的复合控制器;最后进行仿真对比验证复合控制器的有效性。仿真结果表明:在本文控制器的作用下,空间机器人系统的机械臂关节可以到达期望角度,本体的位形可以得到有效抑制,同时柔性帆板的弹性振动也能得到抑制;复合控制方案中的快变子系统控制器对空间机器人系统的控制效果具有很大影响。(5)对带柔性帆板的空间人的捕获动力学及控制问题进行了研究。首先,利用Hertz接触碰撞理论来描述空间机器人与捕获目标之间的相互作用,主要包括接触碰撞力的计算和渗透深度的实时检测;然后,将接触碰撞力集成到第二章的系统动力学方程中,从而建立起机器人与捕获目标的整个系统的动力学方程。最后,为了保证机器人能够顺利的完成捕获任务,基于计算力矩方法设计了主动控制器以顺利实施捕获。仿真结果显示,帆板的柔性对系统碰撞动力学特性有很大的影响;斜碰会改变系统的姿态;在本文控制器的作用下,空间机器人系统的本体的位移可以得到有效的抑制,同时柔性帆板的弹性振动也能得到抑制。

关键词： 平面驱动冗余并联机构   机电耦合动力学模型   参数辨识   力/位混合控制  

摘要： 本文的研究对象为平面2-DOF驱动冗余并联机器人,由于该机构存在一条冗余分支,有利于增加机构的刚度,增大工作空间等,但同时也会带来一些问题,比如,冗余分支在运动中容易产生不协调的现象,冗余分支的引入会使机构的惯性力增加等等。为了克服上述问题并充分发挥冗余机构的优点,本文主要对其进行了机电耦合动力学参数辨识与控制策略方面的研究。首先,建立了机构本体包括关节摩擦的动力学模型,同时建立了交流同步伺服电动机与减速机键合图模型,二者联立建立了该机器人机电耦合多能域系统动力学模型;其次,经过严密的数学推导得到该机电耦合多能域系统动力学模型线性化形式,以五次多项式改进的傅立叶级数构造了辨识的激励轨迹,并选择在机器人输出轴的位置空间内进行末端激励轨迹优化,搭建动力学参数辨识实验平台,以加权最小二乘法对其机电耦合多能域系统的动力学参数进行了基于实验的辨识研究;再次,采用遗传算法,以绝对误差准则为基础考虑抑制超调,对电动机三环控制器参数进行了整定。设计了各关节独立的PID控制策略、基于计算力矩的力/位混合控制策略以及带同步器的力/位混合控制策略,并通过Adams与Simulink联合仿真,验证了控制策略的正确性。最后,基于倍福控制器与台达伺服驱动系统搭建了控制实验平台,通过对比理论电磁转矩与实测电磁转矩进行了参数辨识的验证实验。将第4章提及的三种控制策略应用于机器人控制中,分别在高速与低速两种情况下,验证了机器人轨迹跟踪效果。通过实验曲线可得出以下结论:无论在高速与低速情况下,采用两种力/位混合控制策略对样机进行控制时,驱动分支的位置跟踪效果都要优于各关节独立的PID控制,且速度越高这种优势越明显。

关键词： 机器人   竞赛   创新  

摘要： 为了保证人才培养的质量,应认识到人才培养中创新能力培养以及实践能力培养的重要性,结合实际的人才培养工作需要,制定科学的机器人大赛人才培养模式。本文就机器人大赛模式在人才培养方面创新性以及实践性方面的作用进行了分析。