关键词： The EPSRC Principles of Robotics   robotics ethic   behaviour traceability   learning capabilities   ability limits   humanoid robots  

摘要： In this paper, we review the five rules published in EPSRC Principles of Robotics with a specific focus on future robotics research topics. It is demonstrated through a pictorial representation of the five rules that these rules are questionably not sufficient, overlapping and not explicitly reflecting the true challenges of robotics ethics in relation to the future of robotics research.

关键词： Robotics   Path planning   Robot design   Modular automation   Actuators   Surgical robots  

摘要： Purpose - The following paper 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 PhD-turned-entrepreneur regarding the commercialization and challenges of bringing a technological invention to market. The paper aims to discuss these issues. Design/methodology/approach - The interviewee is Dr Howie Choset, Chief Technical Officer at the Advanced Robotics for Manufacturing Institute and Professor of Robotics at Carnegie Mellon University (CMU). Motivated by applications in confined spaces, Dr Choset created a comprehensive program in modular, high degree(s) of freedom (DOF) and multirobot systems. This research led Dr Choset to cofound three companies. In this interview, Dr Choset shares some of his personal and business experiences of working in academia and industry. Findings - Dr Choset received his Bachelor of Science, Engineering (BSE) degree in computer science and his Bachelor of Science, Economics (BSEcon) degree in business from the University of Pennsylvania in 1990. Dr Choset received his Masters and PhD from Caltech in mechanical engineering and robotics in 1991 and 1996. Since 1996, Dr Choset has been a Professor of Robotics at CMU and Director of the CMU Biorobotics Lab. He is also the Director of CMU's undergraduate major and minor of Robotics. Along with his students, Choset formed several companies including Medrobotics (2005) for surgical systems;Hebi Robotics (2014) for modular robots;and Bito Robotics (2017) for autonomous guided vehicles. In 2017, Choset co-led the formation of the Advanced Robotics for Manufacturing Institute, which is a $250m national institute advancing both technology development and education for robotics in manufacturing. Choset is a founding editor of the journal Science Robotics and is currently serving on the editorial board of International Journal Robotics Research. Originality/v

关键词： 机器人   前瞻速度控制   S型柔性加减速   NURBS曲线   前馈力矩控制  

摘要： 机器人已广泛应用于现代工业,随着机器人和自动化技术的发展,其高速运动时的准确性和稳定性日益成为检验机器人性能的重要指标,是机器人的运动控制系统必须考虑的因素。在高速运动的情况下,机器人的非线性控制特性十分明显,并且实际存在的各种复杂不确性因素也严重影响着机器人的控制精度,因此对工业机器人进行运动优化及基于动力学的控制方法研究,以实现高速高精度的控制目标具有重要的理论意义和实用价值。根据工业机器人运动控制的实际特点,在运动学和动力学两方面对其高速高精度控制的基础理论展开研究,分析了连续运动路径的前瞻速度控制方法和直线、圆弧等运动路径的笛卡尔空间插补方法。对于直线和圆弧等运动路径,引入了S型柔性加减速规划方法和多次样条曲线速度规划方法,以减小机器人启停时受到的冲击和振动;针对NURBS(非均匀有理B样条)曲线,研究了基于曲线几何特性的前瞻分段速度规划方法。最后研究了基于牛顿-欧拉迭代方程建模的机器人动力学参数辨识方法,建立了基于动力学模型的前馈力矩控制模型。研究的主要内容如下:(1)研究了连续路径的前瞻速度控制方法,在各相邻路径之间添加过渡曲线,并规划出各段路径起始和终点处速度。同时也研究了直线、圆弧、过渡样条曲线等运动路径的笛卡尔空间实时插补方法。仿真结果表明,该方法避免了机器人在路径过渡处的频繁启停,提高了机器人运行的速度。(2)对于直线和圆弧路径,研究了S型柔性加减速速度规划方法,以减小机器人启停时受到的刚性冲击;而为了应对机器人带大负载高速运动的场合,研究了多次样条曲线速度规划方法;为了得到无冲击且柔性很好的加减速效果,研究了三角函数速度规划方法;对于NURBS曲线,采用全局插值和一阶泰勒展开的方法生成NURBS曲线,然后研究了基于曲线向心加速度和弓高误差限制等几何特性的前瞻分段速度规划方法。实验结果表明,以上速度规划方法,在一定程度上减小了机器人启停时受到的冲击,提高了工业机器人的位置控制精度。(3)研究了基于牛顿-欧拉迭代方程建模的机器人动力学参数辨识方法,通过数值解法得到带基础动力学参数的动力学方程,解非线性最优化问题得到最优傅里叶激励轨迹,使用带权最小二乘法解超静定方程得到机器人基础动力学参数。建立基于机器人动力学模型的前馈力矩补偿模型,根据机器人的理论轨迹,建立缓存队列,根据中心差分法计算各关节的角速度和角加速度量。在伺服电机位置控制模式下,在每个插补周期实时计算机器人各关节的前馈补偿力矩,并发送到电机底层的电流环,以作为电机反馈力矩的补偿。实验结果表明,基于动力学模型的前馈力矩控制可以在很大程度上提高机器人的响应速度,减小机器人各关节的轨迹跟踪误差和机器人停止时各关节的抖动。(4)搭建了基于x86平台和嵌入式实时操作系统的机器人运动控制系统平台,分别对前述高速高精度运动控制算法进行了相关实验验证。实验结果验证了上述算法和理论的可行性和有效性。

关键词： 虚拟样机技术   协作机器人   运动学   动力学   仿真  

摘要： “智能工厂”、“无人工厂”在工业4.0时代成为大热之词,并被认为是自动化的最高境界。随着国务院在2015年5月公布的《中国制造2025》规划将工业机器人列为十大重点发展领域之一。从传统工业机器人到协作机器人,这是工业机器人发展过程中的一次重大突破。本文采用虚拟样机技术,分析研究六自由度协作机器人的运动学、动力学和轨迹规划问题,设计了PD+G的控制模型,并进行联合控制仿真,这对协作机器人的设计及力控研究具有重要的使用和参考价值。本课题的主要研究内容如下:(1)本文以遨博(北京)智能科技有限公司的OUR-i5轻型协作机器人为研究对象,利用SOLIDWORKS软件完成该协作机器人零部件模块化建模和物理参数提取,并将该协作机器人的总体模型导入到ADAMS软件中,构建虚拟样机模型。根据协作机器人结构参数和特点,采用改进的Denavit-Hartenberg(D-H)法对其进行数学建模,分析研究协作机器人正运动学和逆运动学问题,在ADAMS软件中对该协作机器人进行运动学仿真,并使用MATLAB软件编写了运动学计算算法。通过运动学分析,详细研究了该协作机器人的雅克比矩阵及其作用。(2)采用拉格朗日动力学方法推导该协作机器人动力学数学模型,并运用MATLAB软件编写了该协作机器人动力学计算算法。为该机器人动力学研究打下了基础。(3)在运动学分析的基础上,采用三项多项式插值法、五项多项式插值法和直线插补法等方法分别对协作机器人进行关节空间轨迹规划和笛卡尔空间轨迹规划。使用MATLAB的工具箱Robotic toolbox进行编程,模拟协作机器人运动过程,并绘制作业轨迹,直观的验证了该轨迹规划法的可行性和有效性。(4)通过ADAMS软件导出Controls模块,结合推导的动力学数学模型,在SIMULINK中建立PD+G的控制模型并进行联合仿真分析,为该机器人力控系统的研究奠定了真实可靠的基础。

关键词： Regulation   Regulatory dilemmas   Responsible innovation   Robotics   Smart regulation   Soft law   Technology regulation  

摘要： Robots are slowly, but certainly, entering people’s professional and private lives. They require the attention of regulators due to the challenges they present to existing legal frameworks and the new legal and ethical questions they raise. This paper discusses four major regulatory dilemmas in the field of robotics: how to keep up with technological advances;how to strike a balance between stimulating innovation and the protection of fundamental rights and values;whether to affirm prevalent social norms or nudge social norms in a different direction;and, how to balance effectiveness versus legitimacy in techno-regulation. The four dilemmas are each treated in the context of a particular modality of regulation: law, market, social norms, and technology as a regulatory tool;and for each, we focus on particular topics – such as liability, privacy, and autonomy – that often feature as the major issues requiring regulatory attention. The paper then highlights the role and potential of the European framework of rights and values, responsible research and innovation, smart regulation and soft law as means of dealing with the dilemmas. © 2017 The Author(s).

关键词： Elementary school teachers   Teaching methods   Science education   Science teachers   Design engineering   Engineering   Design   Institutions  

摘要： Engineering has become an important subject in the Next Generation Science Standards (NGSS), which have raised engineering design to the same level as scientific inquiry when teaching science disciplines at all levels. Therefore, preservice elementary teachers (PSTs) need to know how to integrate the engineering design process (EDP) into their science teaching. In this article, we describe how we used the LEGO Mindstorms EV3 Kit as part of a NGSS-aligned engineering unit in an elementary science teaching methods course to introduce EDP to PSTs. The use of educational robotics in introduction to engineering courses is not new in higher education institutions. However, integrating engineering through robotics in elementary teacher training is unique. PSTs, with no prior programming or robotics experience, were introduced to NGSS science and engineering practices, nature of engineering (NOE) ideas, and the Engineering is Elementary EDP via the LEGO Mindstorms EV3 Kit. We found that PSTs improved their NOE views after experiencing the engineering unit. © 2017 National Science Teaching Association.

关键词： 机器人竞赛   高中生创新能力   实践能力   培养  

摘要： 实践创新能力是民族进步的灵魂、经济竞争的核心,21世纪的今天,实践创新能力已越来越成为社会生产力的解放和发展的重要基础和标志。智能机器人教学是信息技术发展的前沿领域,是一门具有高度综合渗透性、前瞻未来性、创新实践性的学科,蕴涵着极其丰富的教育资源。为使我校学生跟上科技发展的节奏,学校充分利用机器人竞赛的平台,来培养学生的创新实践能力。

关键词： Engineering   Robotics   Engineering Science  

ISBN: (数字)9781522529941 ISBN: (纸本)9781522529934

摘要： Biomimetic research is an emerging field that aims to draw inspiration and substances from natural sources and create biological systems in structure, mechanism, and function through robotics. The products have a wide array of application including surgical robots, prosthetics, neurosurgery, and biomedical image analysis. The Handbook of Research on Biomimetics and Biomedical Robotics provides emerging research on robotics, mechatronics, and the application of biomimetic design. While highlighting mechatronical challenges in today’s society, readers will find new opportunities and innovations in design capabilities in intelligent robotics and interdisciplinary biomedical products. This publication is a vital resource for senior and graduate students, researchers, and scientists in engineering seeking current research on best ways to globally expand online higher education.

关键词： Kinect   竞赛机器人   体感控制   骨骼追踪  

摘要： 20世纪50年代末世界上第一台机器人诞生后,机器人得到了迅速发展。20世纪末期,智能机器人竞赛如雨后春笋逐渐涌现。竞赛用机器人可以在一定程度上体现国家智能化发展的水平及自动控制领域的根本实力。近年来,随着国家对创新型人才的需求,越来越多的高校把机器人竞赛作为大学生创新实践能力培养的一个新平台。随着虚拟现实和增强现实技术的不断成熟,各种新型的VR、AR设备不断问世,设计能够更好捕捉操作者意图以实现更自然人机交互的智能设备已是大势所趋。其中,微软发布的Kinect体感设备因其不借助其他物理设备,直接通过肢体控制游戏而风靡一时。之后,微软发布了Kinect for Windows SDK,可以支持Kinect完成骨骼识别、语音识别及人脸识别等功能。至此,Kinect逐渐走出游戏领域,并开始应用于医疗、教育及机器人等多个领域。本课题来源于2015年中国机器人大赛暨RoboCup公开赛武术擂台赛中动作投影比赛项目。本课题的研究目的是通过基于Kinect体感控制机器人的设计与开发,激发学生对机器人技术及体感交互技术的学习兴趣,培养学生的创新思维与实践操作能力,进而对创新型人才培养理论的进一步发展提供参考。此研究不仅可以应用于机器人竞赛,也可以作为教学案例应用在课堂教学和实践教学中,用于丰富和充实大学生课堂教学和实践教学的案例成果。本文以Kinect体感设备为硬件基础,开发一款竞赛用的体感控制机器人,旨在构建一个以体感控制技术为背景,以机器人为对象的实践方案,开展体感控制技术和机器人竞赛的教育和研究,开展高校创新型人才的训练和培养。本文首先通过研读竞赛文件了解机器人竞赛内容及相关技术要求;接着根据机器人技术要求和竞赛任务制定体感控制机器人的总体设计思路;其次依据“自顶向下”软件开发思路分别完成上位机控制端设计及下位机机器人设计;然后在Visual Studio软件中完成体感控制机器人的软件设计与编写;最后,对设计好的机器人进行体感控制测试,并对测试结果提出一些改进意见。

关键词： 机器人学   智能服务机器人   联合研究   国际科技合作   科学技术合作   “十三五”规划   中国科学院沈阳自动化研究所   可再生能源   再生能源   应用中心   ABB  

摘要： 近日,由中国科学院沈阳自动化研究所申报的"先进机器人学与机构学国际联合研究中心"被批准为国家国际科技合作基地(国家级国际联合研究中心类)。中心的成立有利于提升我国在智能服务机器人领域的理论研究及工程应用水平,促进我国机器人学科技人才引进和国际化培养,为开展中英在机器人前沿技术领域