关键词： 智力游戏  

ISBN: (纸本)9787115479822

摘要： 本书是一本乐高机器人竞赛的指导手册, 针对乐高机器人赛事的各个方面, 包括四个主要板块: 设计、导航、操作和组织。通过对这些板块的详细阐述, 本书能够指导读者设计出高水准的乐高机器人作品, 同时也能提高读者的科技素养, 并使读者体会到乐高机器人带来的乐趣。

关键词： 拖动示教   动力学模型   牛顿欧拉法   神经网络  

摘要： 随着中国制造2025的提出,国内对于工业制造领域内智能化的需求越来越大,机器人协作控制成为新的研究热点。传统工业机器人在现场采用示教盒示教作业时,需要对操作人员进行编程训练,并且针对不同的作业工序都需要单独编程,实施成本较高。因此,具有便捷化、简单化、适合小批量作业等特点的拖动示教成为新的研究热点。在此背景下,本文对基于动力学模型的机器人拖动示教技术作了相关研究。目前,拖动示教的实现方式上有多种。本文基于机器人的动力学模型研究机器人的拖动示教相关内容,在拖动示教过程中,计算出机器人的重力、摩擦力、惯性力等,并根据机器人的动力学模型和各关节的实时力矩实现对外界力的估算,然后根据估算的外界力进行机器人的运动控制,实现机器人的拖动示教。本文首先基于实验室现有硬件资源搭建实验平台,以埃夫特公司的ER3A-C60机器人为研究对象,控制器与伺服驱动器之间采用EtherCAT通信协议。基于VxWorks操作系统多任务机制实现了对机器人运行状态的实时采样与位置模式下的反馈控制,并根据电机的输出扭矩与电流之间的正比关系实现对机器人运行过程中关节力矩的采样。在软件架构上设计并实现了协作机器人的示教过程和再现过程中的各个软件模块。接着,本文对机器人的动力学模型进行分析,根据牛顿欧拉法对串联机器人的重力、摩擦力、惯性力等动力学模型进行建模,每个独立轴待辨识的参数有12个,然后将待辨识参数与机器人的关节空间输出力矩之间的函数关系转换成线性关系,并根据条件数,针对系数矩阵对于采样数据的误差敏感程度进行分析,生成了傅里叶形式的激励轨迹。基于牛顿欧拉法建立的机器人动力学模型待辨识的参数较多,较为复杂,且对采样数据的误差比较敏感。对此,本文将神经网络引入动力学模型中进行研究,利用神经网络的万能近似定理对动力学模型进行拟合预测,并利用开源库Tensorflow对神经网络建立分析。在加速度为零的匀速运动以及加速度变化的正弦运动两种情况下,将牛顿欧拉法形式动力学模型和神经网络形式动力学模型作了对比验证分析。最后,本文以实体机器人为对象,建立神经网络形式动力学模型,并进行了拖动示教物理实验,在拖动示教的实验验证中,先依次对机器人前三轴各自单独进行了拖动实验验证,大致确定各轴拖动时所需外力,最后对前三轴的同时拖动示教运动进行了物理验证。实验验证,利用神经网络形式的动力学模型能很好的实现机器人的拖动示教功能。

关键词： 缆索机器人   带集中质量的弦振动方程   共振分析   振动响应   爬升性能  

摘要： 斜拉桥和悬索桥是当今社会使用最广泛的桥梁,有着巨大的经济价值,与此同时,桥梁的安全性也是不容忽视的问题。缆索作为桥梁的主要承重部件,经常受到风振、雨振等极端条件的影响,需要定期维护,而缆索机器人的应用可以将工人从危险的高空作业中解放出来。国内外已有一些投入使用的缆索机器人,但针对与缆索机器人的动力学特性研究较少。一方面,机器人在缆索上爬行时会改变缆索本身的振动特性;另一方面,振动也制约着机器人的爬升能力。所以本课题以机器人-缆索耦合动力学问题为重点研究对象。本文的具体工作有:(1)设计机器人的总体方案。分析机器人的机械结构,讨论电机选型与传动方案,研究影响回收机构性能的关键参数,讨论控制系统方案;(2)分析机器人的爬升性能、防脱轨能力、越障能力等。研究滚轮在振动情况下的防打滑、防跑偏能力,以及相互间的关系;讨论影响越障性能的参数,并研究驱动轮所在位置对越障能力的影响。(3)研究机器人与缆索的共振问题。用瑞利商法求机器人-缆索系统的固有频率,用ansys有限元软件求机器人机架的固有频率,对机器人的结构振动以及振动控制方法进行讨论,设计阻尼减振器并用状态空间对其建模。(4)研究机器人与缆索的振动响应问题。用带集中质量的弦振动方程对机器人-缆索系统进行描述,分别用解析法和离散法研究缆索在瞬态激励下的响应方程,并在离散法的基础上进行仿真,研究机器人在不同位置时缆索最大振幅的变化;建立相似性模型,研究相似性实验方案。(5)对机器人进行室内实验。通过实验研究机器人的爬升能力、安全回收机构性能、机器人爬升速度;搭建振动爬升实验平台,讨论实验平台的设计方法,观察机器人在振动环境中的爬升性能。本文中的一些研究方法,对其他类型缆索机器人也具有参考价值。

关键词： 蝗虫   起跳   三维运动力   钩爪   跨介质   跳跃机器人  

摘要： 蝗虫拥有过人的跳跃能力,对其跳跃运动行为和力学的研究不仅可以加深我们对于自然界中昆虫跳跃机制的理解,还能进一步启发跳跃机器人的研发和改进,从而提高仿生机器人的越障能力。过去的研究主要着重蝗虫在单一表面起跳的运动力学,没有从起跳表面的粗糙程度等客观因素的影响分析蝗虫起跳机制。本文的目的是以蝗虫为仿生研究对象,建立相关模型,揭示蝗虫在起跳过程中的身体和腿部运动力学变化机制。为此,本文进行了蝗虫在不同粗糙度的固体表面和跨介质的出水起跳实验,并研制了仿蝗虫跳跃机器人。通过实验获得了蝗虫起跳瞬间的运动学及力学数据。本文基于粗糙表面和光滑表面起跳的数据进行了对比分析,并建立钩爪模型,讨论了起跳表面颗粒对蝗虫起跳机理的影响以及腿脚关节处钩爪与脚掌垫的协同作用方式。结果发现,蝗虫在地面起跳时粗糙表面最大法向力相对于光滑表面增大而轴向力和侧向力最大值均减小,且不同的粗糙表面对蝗虫关节的协同作用时间、侧向力偏角和仰角均有影响。通过蝗虫在出水起跳的实验数据,研究了蝗虫出水时所受阻力和起跳瞬间的运动方式与地面的异同,建立相应的力学模型分析瞬间受力状态,计算了蝗虫在起跳瞬间从水面获得的推力,突破水的粘滞阻力,从而完成起跳动作。结果显示,蝗虫出水所受阻力与其自身重量成正比;出水瞬间两条后腿分步蹬出,先行蹬出的后腿使得蝗虫获得出水仰角,之后另一条后腿蹬出使得蝗虫获得最大的出水速度,且跳跃左右方向幅度的大小主要受后一次蹬出的后腿影响;出水起跳时关节不是同时运动,且变化角度与地面起跳时关节角变化相比存在显著差异。通过计算发现跗节在水面运动轨迹为一条分段曲线。通过对蝗虫蹬腿跳跃方式的模拟,研制一种新型的可实现连续跳跃的跳跃机器人。在研究起跳过程中能量转换机制的基础上,设计了扭簧弹跳机构。扭簧在减速电机和机身轨道的共同作用下完成连续的腿部收缩和起跳过程,同时可以实现稳定着陆以保证多次跳跃。通过设计黏附垫与钩爪共同作用的仿生跳跃底座结构,进一步增强跳跃机器人在不同表面起跳的适应能力。

关键词： 机器人学   人工智能   蔡自兴  

摘要： 由蔡自兴教授和翁环高级讲师合著的《探秘机器人王国》已由清华大学出版社隆重出版,向全国发行,正在京东和当当等书店热售中。本书是一本以机器人学和人工智能知识和机器人技术为中心内容的科普及科幻长篇小说。书中通过形象与连续的故事和插图,介绍机器人的发展历史、基本结构与分类,在工矿业与农林业、空间与海洋探索、国防与安保、医疗卫生、家庭服务、文化娱乐、教育教学等方面的应用,以及智能化工厂、未来宇宙开发与星际航行和发展方向等。此外,还展望了其它一些新技术或潜在高新技术的未来应用。

关键词： 机器人   机电工程学院   河南省  

摘要： 2018年6月2日～3日,"第五届河南省大学生机器人竞赛"在河南广播电视大学(郑州信息科技职业学院)开赛,我校机电工程学院代表队在"武术擂台赛机甲对决"项目中夺冠,再创我校在该项赛事成绩的新记录。本次大赛由河南省科学技术协会、河南省教育厅、河南省科学技术厅联

摘要： 一、中国高校智能机器人创意大赛引发参赛热潮《世界教育信息》:尊敬的陆教授,您好!您近期攻关了“高校竞赛评估与管理体系研究”项目,在研究项目的同时还推出了智能机器人创意大赛,请您介绍一下竞赛相关情况.陆国栋:我现在所任职的浙江大学机器人研究院位于浙江余姚,由浙江大学和余姚市共建,建设的基本路径是产学研深度融通、政产学研金五位一体.2017年12月,我们正式推出首届“中国高校智能机器人创意大赛”.截至报名结束,组委会秘书处收到来自172所院校共756支参赛队伍的报名,其中本科院校(不含军警与港澳台地区高校)共有160所、715支队伍;7所高职院校、22支队伍.此外,参赛队伍中还包括18支来自4所军校警校的队伍,1支来自香港中文大学的队伍.绝大部分九校联盟高校(8/9)参赛,其中北京大学1支,清华大学3支,南京大学7支,中国科学技术大学8支,浙江大学、上海交通大学、西安交通大学、哈尔滨工业大学各有10支队伍参赛.

关键词： 外骨骼   关节运动公式化   动力学模型  

摘要： 外骨骼机器人在军事、消防、医疗、科考、旅游、交通、反恐防暴、抢险救灾等各方面均可为人类生活带来诸多便利,拥有广阔的应用前景。外骨骼机器人的关节运动公式化技术与动力学模型在外骨骼控制中非常重要,对其进行研究的重大现实意义不言而喻。该技术涉及临床医学、人体解剖学、步态分析、数据提取、多项式拟合、动力学建模等多学科知识和方法,是目前国内外机器人研究的热点。本文围绕负重型下肢外骨骼机器人的关节运动公式化与动力学模型展开了研究。首先,简要介绍了CGA(步态分析)的概念,对人体下肢各关节行走时角度的变化规律进行了分析。针对将关节角度变化离散点数据存储至人体步态数据库方法的不足,提出了关节运动公式化。运用自适应多项式拟合的方法在数据提取分析软件Origin中提取了各个关节角度数据并根据步态阶段拟合了相应曲线,得到了踝关节、膝关节和髋关节角度随时间变化的分段函数表达式。然后,对下肢外骨骼机器人进行了运动学和动力学分析,对外骨骼机器人在矢状面内建立了三自由度运动学模型,运用D-H法建立正运动学表达式和矩阵逆变换法建立逆运动学表达式,为动力学分析奠定了基础。采用凯恩方程的方法,分别建立了外骨骼机器人单支撑态、双支撑态和双支撑一脚冗余态的动力学模型,利用所拟合各个关节角度、角速度公式,获取相应数据,在Matlab中对所建立的动力学模型进行求解运算,得到外骨骼在不同负重下行走时各关节力矩变化曲线。该曲线反应了不同负重下行走时各关节力矩变化规律,对外骨骼的控制具有一定指导意义。最后,运用多领域系统级建模仿真软件MapleSim建立了外骨骼机器人模型。将曲线拟合所得髋关节、膝关节、踝关节角度公式作为外骨骼相应关节驱动,进行仿真行走,对比各关节力矩变化曲线与动力学模型计算得到的曲线,发现两者变化范围与变化趋势大体一致,从而验证了拟合公式与动力学模型的合理性。而且还对行走过程中外骨骼重心的变化、能量的变化以及平衡性进行了分析。

关键词： 物理系统   人工智能   人类个体   机器人学   使用规则  

摘要： 序言我们作为本公约缔约方考虑到以下内容。(1)现阶段人类面临确定未来几十年发展道路的全球目标。(2)认识到科学技术进步的作用和其提供的机遇,以及其对世界秩序、国家、经济、社会和人类个体影响的风险评估是当前的首要任务之一。(3)近十几年来,在科技进步的背景下,包括机器人在内的多用途网络物理系统开始积极发展并得到广泛应用。