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： 智能科学与技术专业   机器人学   教学改革  

摘要： 针对武汉工程大学智能科学与技术专业学生培养,通过对课程进行定位、调研和分析,阐述了机器人学课程建设的现状。其次,分析了目前机器人教学存在的问题,并给出了机器人学课程建设的思路与途径,最后,对机器人课程建设的目标进行了展望。

关键词： Computation   Computer science   Artificial intelligence   Neural networks   Cognition   Neurosciences   Communities   Robotics  

摘要： A standard model captures a community consensus over a coherent region of science, serving as a cumulative reference point for the field that can provide guidance for both research and applications, while also focusing efforts to extend or revise it. Here we propose developing such a model for humanlike minds, computational entities whose structures and processes are substantially similar to those found in human cognition. Our hypothesis is that cognitive architectures provide the appropriate computational abstraction for defining a standard model, although the standard model is not itself such an architecture. The proposed standard model began as an initial consensus at the 2013 AAAI Fall Symposium on Integrated Cognition, but is extended here through a synthesis across three existing cognitive architectures: ACT-R, Sigma, and Soar. The resulting standard model spans key aspects of structure and processing, memory and content, learning, and perception and motor, and highlights loci of architectural agreement as well as disagreement with the consensus while identifying potential areas of remaining incompleteness. The hope is that this work will provide an important step toward engaging the broader community in further development of the standard model of the mind.

关键词： Soft robotics   heart failure   ischemic heart disease   mechanical circulatory support   targeted therapy  

摘要： Introduction: Robots have been employed in cardiovascular therapy as surgical tools and for automation of hospital systems. Soft robots are a new kind of robot made of soft deformable materials, that are uniquely suited for biomedical applications because they are inherently less likely to injure body tissues and more likely to adapt to biological environments. Awareness of the soft robotic systems under development will help promote clinician involvement in their successful clinical translation. Areas covered: The most advanced soft robotic systems, across the size scale from nano to macro, that have shown the most promise for clinical application in cardiovascular therapy because they offer solutions where a clear therapeutic need still exists. We discuss nano and micro scale technology that could help improve targeted therapy for cardiac regeneration in ischemic heart disease, and soft robots for mechanical circulatory support. Additionally, we suggest where the gaps in the technology currently lie. Expert commentary: Soft robotic technology has now matured from the proof-of-concept phase to successful animal testing. With further refinement in materials and clinician guided application, they will be a useful complement for cardiovascular therapy.

关键词： 弹性支撑   灵长类仿生机器人   悬臂运动   遗传算法  

摘要： 本文以灵长类仿生机器人为研究对象,研究其在弹性支撑下动力学建模与悬臂运动控制问题,对模拟灵长类动物野外真实运动具有重要的意义。此外,弹性支撑下灵长类仿生机器人系统不仅具有更多的欠驱动自由度数目,还包含柔性和弹性,成为一个高维刚柔混合欠驱动机械系统,从而导致其动力学建模和控制变得异常复杂,开展此类系统的控制理论研究工作,具有重要的理论价值。首先研究了弹性支撑的近似与建模问题。自然条件下的弹性支撑可以看作为悬臂梁。其中的分布参数的属性,给机器人系统动力学建模与分析带来很大困难。为简化分析过程,考虑灵长类仿生机器人行为特点,本文提出采用双正交弹簧阻尼器近似悬臂梁振动过程,进一步,分别基于力学理论推导和悬臂梁振动实验两方面对该假设进行验证,验证了近似模型的合理性和有效性。其次,基于双正交弹簧阻尼器假设,建立了弹性支撑下灵长类仿生机器人动力学模型,并结合仿真实验,构造能量守恒条件下实验,检验模型的准确性。相比刚性支撑下的灵长类仿生机器人,弹性支撑下灵长类仿生机器人具有更高的欠驱动自由度数,同时具有更强的内部耦合特性。为深入探究其中的复杂关系,针对垂直向上平衡位置这一特殊位置展开讨论。证明其在此平衡点处可观但不完全可控的结论。通过对比,发现系统可以分解为一个三自由度能控子系统和单自由度不控子系统,采用LQR方法实现了能控子系统的镇定控制和整体平衡控制。再次,针对弹性支撑下灵长类仿生机器人这一高维刚柔混合欠驱动系统悬臂运动控制问题,限于系统动力学特性的复杂性,传统的虚约束方法、目标动力学方法不再适用。本文提出采用基于遗传算法的前馈控制策略。将期望控制输入离散化为控制向量,利用遗传算法,结合给定的目标,寻找最优的控制向量。此外,还从理论上推导了悬臂运动周期的预测公式,为优化提供参考依据。本文先后讨论了时间无约束距离约束、时间最优能量最优、时间能量距离混合优化等情形,仿真结果表明方法的有效性。最后,开发了一套弹性支撑下灵长类仿生机器人半实物仿真平台,其中包含机械本体,电控系统和驱动软件。利用遗传算法对系统模型进行参数辨识。在此平台上开展实物实验,实验结果表明,利用所提出的方法,可以实现弹性支撑下灵长类机器人的有效控制。

关键词： 机械结构   运动学   动力学  

摘要： 软体机器人可以模仿软体动物,如章鱼、象鼻、蚯蚓等。软体机器人能够模仿动物运动模式,适应人类不能到达的环境。模块化机器人具有相对独立性、互换性和通用性的特点。因此,本文研究软体模块化机器人。根据国内外软体机器人的研究现状,分析了实验室中历代机器人优缺点,受到仿生学启发,结合生物蠕动运动的特点,设计了一种新型软体模块化机器人单元模块,主要创新点在于采用形状记忆合金作为转向驱动器,单元模块具有柔韧性,通过协调地控制四根形状记忆合金丝实现转向机构的伸缩或向任意方向弯曲,机构能到达空间中大部分位置。单元模块共有3个自由度,具有运动灵活、结构紧凑、对接可靠稳定的优点,最后,介绍了两个模块所组成构型拓扑以及多个模块构成拓扑构型。建立了软体模块化机器人单元模块的运动学模型,采用分段常曲率法,借鉴D-H法思想,提出基于伪刚体的D-H建模方法和形状记忆合金线驱动模型,描述驱动线运动速度与末端执行器运动的线速度、角速度之间的映射关系。基于Adams软件,单元模块进行了伸缩运动和弯曲运动仿真。通过对比多种动力学建模方法的优缺点,选择凯恩方法建立软体机器人的动力学模型;其次,通过受力分析,建立了软体机器人的凯恩动力学方程和单元模块截面的动力学平衡方程;通过Kelvin模型来描述硅胶的粘弹性;最后,基于Adams软件分析了单元模块动力学仿真。最后,对软体机器人末端模块进行轨迹规划。

关键词： 机器人  

ISBN: (纸本)9787560363950

摘要： 本书侧重于对机器人的应用和分析, 介绍了机器人的用途和组成, 包括机器人子系统、驱动器、传感器等方面的内容 ; 还从运动学、静力学、动力学、运动控制、运动规划等方面全面系统地介绍了对机器人的分析方法。

关键词： 机器人学  

ISBN: (纸本)9787115449832

摘要： 本书主要介绍机器人学的一些基本理论，包括对机器人的发展历程、机器人的结构和行为、机器人技术以及相关的实例讲解。本书是在iRobot平台上对一系列的机器人实例进行讲解和实现，书中采用独特的讲解模式，循序渐进地为读者揭秘有关机器人的各项内容。

关键词： 并联机构   运动学   动力学   仿真  

摘要： 下肢康复机器人是目前机器人领域研究和发展的一个重要课题,它可以帮助具有行走障碍的人群实现正常的日常活动。其中,髋关节的研究对于下肢康复机器人来说具有极其重要的作用。基于人体髋关节的解剖结构特征,为了能够模拟人体大腿3个自由度运动,提出采用3-SPS并联机构作为仿生髋关节原型机构。为了使并联机构具有优异的仿生运动与动力性能,需要从并联仿生机构的构型、运动学分析、动力学分析等关键技术分别进行研究。本文所作工作如下:分析、研究人体髋关节的结构特点、运动特性及其运动空间范围,以结构和功能与人体髋关节相吻合为原则进行机构选型,确定3-SPS并联机构作为仿生髋关节原型机构。对以3-SPS型对称并联机构为核心的髋关节机构进行运动学建模,并描述机构的空间位姿,建立了机构位置逆/正方程、速度逆/正方程及雅克比矩阵。在并联机构中正运动学中,其解往往具有多解性,往往比较复杂,而逆运动学的求解是一般比较简单。利用拉格朗日方程对3-SPS并联机构进行动力学分析。以运动学分析为基础,分析机构各部分质心处的运动学参数,考虑并联机构的整体势能和动能,建立动力学方程。采用Pro/E建立机构三维模型,利用ADAMS进行运动学和动力学仿真。通过仿真分析得到并联机构动平台的角度变化曲线、驱动杆的位移、速度以及加速度变化曲线。在验证机构运动正确性的基础上,动平台施加一外载荷,进行机构的动力学仿真分析。

关键词： 机器人学   武汉   湖北   大数据产业   罗克韦尔自动化公司   智能制造   西门子   研华科技   智能工厂   创新中心   副总裁   合作创新联盟   北京信息科技大学   菲尼克斯   新闻  

摘要： 短讯罗克韦尔自动化公司宣布任命Patrick Goris为高级副总裁兼首席财务官,自2017年2月7日起生效。他将直接受命于总裁兼首席执行官Blake Moret。Goris继任的职务曾由Theodore Crandall担任,而后者已被任命为控制产品和解决方案(CP&S)部门高级副总裁。