关键词： Children   Robotics   Coding   Spatial Ability   STEM Education   Video Technology   Visualization   Programming   Science Careers   Elementary School Students   Elementary School Curriculum  

摘要： Spatial reasoning plays a vital role in choice of and success in science, technology, engineering, and mathematics (STEM) careers, yet the topic is scarce in grade school curricula. We conjecture that this absence may be due to limited knowledge of how spatial reasoning is discussed and engaged across STEM professions. This study aimed to address that gap by asking 19 professionals to comment on a video that documented children's progression through 5days of building and programming robots. Their written opinions on the skills relevant to their careers demonstrated by the children revealed that spatial thinking and design thinking are central to what they see.

关键词： 六轴机器人   滑模控制   径向基神经网络   模糊控制   联合控制  

摘要： 六轴机器人是在工业上应用最为广泛的一种机器人类型,常应用于搬运、焊接、码垛等多种工作状态中,以其多自由度的运动和灵活性而备受青睐。然而,对于多轴机器人来说,其控制问题一直是一个难以解决的问题,尤其是对机器人末端运动轨迹的精度和速度控制方面。机器人在运动的过程中,会受到外部的干扰、载荷的冲击以及自身建模的不确定性,这些都是导致运动轨迹出现误差的原因。因此,本文在对机器人进行动力学分析之上,主要对其运动轨迹的控制方法进行详细分析。本文对机器人的运动学进行了介绍,并以此求出了六轴机器人的姿态矩阵;在此基础上,对其动力学进行了建模,并对所用到的机器人动力学特性进行了简要的介绍。并且,根据轨迹控制的一种基本算法-滑模变结构控制,对其存在的一个最大的缺点-抖振进行了说明,并介绍了四种去除抖振的方法。将四种去抖方法的控制输入分别与本身相对比,证明了四种去抖方法的有效性,但同时也能看出,抖振是不能完全去除的,只能一定程度上的消弱。由于滑模变结构控制方法自身的局限性,本文通过两种智能控制算法与滑模变结构相结合,以期达到更好的控制效果。第一种是神经滑模控制,第二种是模糊滑模控制。本文分别提出了一种新型神经网络滑模控制与一种新型模糊滑模控制算法,通过与传统神经网络滑模控制与模糊滑模控制方法相比较,所提出算法的收敛时间更短,且收敛效果更好,更加适用于实际中。并且,与传统算法只注重理论结果不同,本文将两种所提出的方法进行Matlab/Adams联合仿真,可以通过仿真模拟看出机器人的实时运动状态,给算法的准确性以充足的支持,并且,联合仿真结果也证明了算法的准确性。

关键词： Tau并联机器人   运动学模型   动力学模型   人工势场法   视觉伺服  

摘要： Tau并联机器人是一种新型的串并联混合机器人,同时具有串联机器人大工作空间和并联机器人高刚度、高精度的优点,本文即以该机器人为研究对象。对Tau并联机器人进行机构分析和运动学建模。针对其独特的机构组成,分别利用传统的和改进的K-G方法对使用虎克铰和球铰两种连接进行自由度分析,从理论上证明两种连接方式的可行性。对Tau并联机器人进行正、逆运动学建模,并针对并联机器人普遍存在的运动学多解问题,提出了一种基于机构初始状态的错误解排除方法,并通过ADAMS和MATLAB联合仿真,验证该模型以及该多解排除方法的正确性。对Tau并联机器人进行动力学分析,提出一种应用于Tau并联机器人的Lagrange方法和Udwadia-Kalaba方法相结合的动力学建模新方法。将Tau并联机器人拆分成三个支链和动平台两部分,利用Lagrange方法建立支链动力学模型,利用牛顿力学方法建立动平台动力学模型,再结合机器人机构约束模型,统一带入到Udwadia-Kalaba方程中建立机器人动力学模型,并具体分析正、逆动力学显式解析解求解方式,通过MATLAB仿真验证应用该动力学方法的可行性。引入视觉系统,提出一种基于视觉轨迹约束的动力学及伺服方法。基于人工势场法,规划得到机器人轨迹路径,采用PID控制完成基于图像的视觉伺服控制,同时,将该轨迹作为约束整合到机器人机构约束模型中,同样使用Udwadia-Kalaba方程建立新的动力学模型。在动力学模型的建立过程中考虑视觉轨迹约束,实现基于视觉轨迹的机器人驱动力矩控制。

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： EPOR   agents   ethics   roboethics   robotics   law   policy  

摘要： In revisiting the Principles of Robotics (as we do in this special issue), it is important to carefully consider their full meaning - their history, the intentions behind them, and their actual societal impact to date. Here I address first the meaning of the document as a whole, then of its constituent parts. Further, I describe the nature of policy, and use the Principles as a case study to discuss how government and academia can interact in constructing policy. I defend the Principles and their main themes: that commercially manufactured robots should not be responsible parties under the law, and that users should not be deceived about robots' capacities or moral status. This perspective allows for the incorporation of robots immediately into UK society and law - the objective of the Principles. The Principles were not designed for every conceivable robot, but rather serve in part as design specifications for robots to be incorporated as legal products into British society.

摘要： 本刊讯 4月23日,由白治区教育厅主办,广西电化教育馆、百色市教育局承办的'2017年广西中小学电脑机器人竞赛'在百色市第一小学开赛.来自我区各地的730支参赛队伍约1500名中小学牛参加13个项目竞赛.

关键词： 爬壁机器人   钻孔   动力学   模态分析   参数识别   多项式拟合   Adams  

摘要： 在堤坝水下缺陷检测和维护中,现阶段急需一种自动化设备来代替人工进行水下钻孔作业。在大坝平面上,水下爬壁机器人是一个理想的施工设备搭载平台。对爬壁机器人影响最大的是其吸附力,因此研究钻孔过程对爬壁机器人吸附能力的影响,研究整个钻孔过程的动力学模型具有十分重要的现实意义。本论文以研究水下爬壁机器人钻孔过程动力学行为为目标,根据实验模态分析的方法,建立了一个动力学研究实验平台。包括实验台机械结构,实验模态测试系统,模态参数辨识算法三大部分。在实验台机械结构部分,针对吸附状态下钻孔过程的特点,同时考虑实验室现有条件,对钻孔过程力学模型进行简化,并根据该力学模型构建了钻孔实验平台机械部分,其中采用配重来模拟简化为常力后的吸力。采用ADAMS建立虚拟样机模型,在频域和时域分别分析了刚度变化对低阶模态和激励响应之间的影响。并且在模态参数辨识算法方面,基于模态参数辨识频域法,采用基于Forsythe正交多项式的正交多项式拟合算法,用该方法对谱估计所得的频响函数进行曲线拟合,从而可以得到系统的模态参数。并采用该方法对虚拟样机进行参数辨识验证。在实验模态测试系统中,测量系统部分,为简化系统,激励设备采用力锤,测量采用ICP压电式力和加速度传感器,数据采集系统以cRIO为核心,通过以太网与上位机电脑通讯将采集的数据保存和处理。采用该测试系统,对进给系统进行实验模态分析,用以验证理论模型的正确性。

关键词： 关节型机器人   动力学模型   参数辨识   前馈控制  

摘要： 工业机器人集现代制造技术、新型材料技术和信息控制技术为一体,广泛应用于工业生产过程中的搬运、焊接、装配、加工、涂装等方面,并且正向着高速、高精度、高智能化的方向发展,加之产业需求的不断扩大与提升,诸如新型的激光焊接、激光切割等现代任务对机器人的控制精度提出了更加严苛的要求。在传统的机器人控制策略中,由于伺服驱动器内部的PID调节忽略了机器人运动控制中的各项非线性因素,因而,仅通过误差反馈的控制策略是无法保证机器人在高速运行时的控制精度的。而基于机器人动力学模型的前馈补偿控制,可以加快伺服驱动器内部的误差收敛速度,进而改善机器人的动态响应特性。国外先进的整机制造商已将基于动力学模型的力矩补偿技术融入到机器人控制器中,国内现阶段已经投入了大量的时间与精力用于开展机器人的动力学相关研究,虽然理论研究较为深入,但大部分的研究都停留在仿真环节。本文针对工业现场典型的关节型机器人,在总结国内已有研究成果的基础上,设计并完善了关节型机器人的动力学参数辨识方案,并基于现有的实验条件,对本文所设计的方案进行了实验验证。此外,本文利用Simulink通用仿真平台对基于动力学模型的前馈控制方案进行了可行性验证。为开展关节型机器人的动力学参数辨识及前馈控制研究,首先,本文以埃斯顿公司的ER16为研究对象,分析了传统方法在构建机器人动力学模型上的优劣,最终选取迭代式的Newton-Euler法来构建其动力学模型,并基于线性化的数学理论,通过symPybotics工具包整理得关节型机器人动力学模型的最小参数集,最后利用Matlab中的Robotics Toolbox对上述模型进行了验证。接着,论文依据激励轨迹的设计目标,提出了基于有限项傅里叶级数的激励轨迹模型,并在机器人各关节状态的约束下,将模型中回归矩阵的条件数极小化作为优化目标,通过多次筛选求得最优轨迹,最后以ER16前三轴为实验对象开展机器人的动力学参数辨识。针对相关实验数据,本文设计了巴特沃斯滤波与零相位数字滤波相结合的方案,并辅以RLOESS算法,不仅有效地滤除了数据中的高频噪声,而且保证了相位的不失真性。最后,利用加权最小二乘法对动力学参数进行辨识,并设计了空间玫瑰型轨迹用于参数验证。论文最后在上述参数辨识方案的基础上,开展了基于动力学模型的前馈控制研究。依据前馈控制的实现原理以及实际控制系统中的时间约束,并借由Simulink平台对关节型机器人的三轴系统进行了前馈控制的仿真验证。本文通过有无前馈控制的对比仿真实验,证明了基于动力学模型的前馈控制方案有利于提高关节型机器人的轨迹精度,改善机器人的动态响应特性,也为今后的前馈控制实验打下了坚实的基础。

关键词： Robot ethics   Principles of Robotics   safety   responsibility  

摘要： The EPSRC Principles of Robotics refer to safety. How safety is understood is relative to how tasks are characterised and identified. But the exact task(s) a robot plays within a complex system of agency may be hard to identify. If robots are seen as products, it is nonetheless vital that the safety and other implications of their use in situ must also be considered carefully, and they must be fit for purpose. The Principles identify humans as responsible, rather than robots. We must thus understand how the replacement of human agency by robotic agency may impact upon attributions of responsibility. The Principles seek to fit into existing systems of law and ethics. But these may need development, and in certain context, attention to more local regulations is also needed. A distinction between ethical issues related to the design of robotics, and to their use, may be needed in the Principles.

关键词： vehicular devices   mobile sensors   mobile robots   radar   performance evaluation  

摘要： Moving sensors, vehicular devices and mobile robots can monitor larger areas than fixed sensors do during a fixed time period. However, the benefits of adopting vehicular devices, moving sensors and robots are not well understood. In this paper, our goal is to understand the benefits better. We model intrusion detection processes via a radar and a mobile sensor/robot (or a vehicular device) mathematically. We also consider using a pair of moving sensors or robots together, and we study their detection quality. We compare the robot detection and the radar detection in terms of intrusion loss probability and the expected capture time. Our studies help to understand the benefits of understanding mobility coverage.