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： 重载机器人   动力学模型建立   动力学参数辨识   力矩前馈控制  

摘要： 本文以江苏省科技成果转化专项资金项目“高速重载工业机器人(500KG)核心技术研发及产业化”为背景,深入研究了重载机器人动力学建模及控制的相关技术。由于500KG机器人仍处于模型设计阶段,本文以华恒焊接股份有限公司150KG机器人应用为目标,完成了该机器人动力学模型建立与验证、动力学模型参数辨识方法研究及其仿真与实验、前馈控制方法研究及其仿真与实验等工作。针对重载机器人动力学模型建立问题,由于重载机器人动力学模型十分复杂,为简化建模,考虑到机器人主要受力关节为前三个关节,首先将重载机器人简化为三关节机器人,然后采用牛顿-欧拉法作为建立重载机器人三关节动力学模型的方法,并采用符号计算软件Maple编程,得到了重载机器人动力学模型并给出了其矩阵形式。为了验证其正确性,本文以华恒焊接股份有限公司150KG机器人为对象,在动力学仿真软件ADAMS中构建了该机器人模型,比较了由其动力学模型计算出的关节力矩与由动力学仿真软件ADAMS计算出的关节力矩的吻合度,验证了该动力学模型的正确性。为了获得准确的机器人动力学模型,本文采用整体辨识方法辨识重载机器人动力学模型参数。本文详细研究了整体辨识法的辨识过程,首先通过参数重组获得了机器人动力学基础参数,然后采用遗传算法优化确定参数辨识激励轨迹。为抑制机器人按照激励轨迹运动时所采集数据中存在的噪声干扰,本文研究了基于快速傅里叶变换的数据滤波方式。然后基于最小二乘法进行动力学参数估算,选择验证轨迹,验证辨识出的机器人动力学模型的正确性。在研究了重载机器人动力学模型参数辨识方法之后,本文进行了150KG机器人动力学模型参数辨识仿真与实验。本着先易后难、先已知后未知的原则,首先基于ADAMS软件对重载机器人模型进行动力学参数辨识仿真实验,验证了 150KG机器人动力学模型参数辨识方法的正确性;然后分别在轻载机器人ER-3A和150KG机器人上进行动力学参数辨识实验,均取得了较好的辨识效果,获得了较为准确的机器人动力学模型。针对采用反馈闭环控制算法的重载机器人存在的位置跟踪精度较低、响应速度较慢、动态性能较差等问题,本文进行了重载机器人力矩前馈控制方式的研究,搭建了 Adams+ Matlab组成的动力学联合仿真平台,并通过该平台完成了 150KG机器人力矩前馈控制仿真,验证了力矩前馈控制在改善机器人关节跟踪精度、提高响应速度等方面的有效性;最后基于贝加莱控制系统开发了机器人前馈控制软件,在150KG机器人上的实现了前馈控制,并通过实验验证了相关方法的有效性,提高了机器人各关节的位置跟踪精度和末端位置跟踪精度,加快了机器人各关节的响应速度,改善了机器人的动态性能。

关键词： 并联机器人   运动学分析   动力学分析   仿真   控制设计  

摘要： 三自由度移动并联机器人具有结构简单、控制系统设计容易、生产成本低等优点,是少自由度并联机器人中得到研究最多的一种类型。其良好的性能和广泛的应用前景,在机器人领域备受越来越多的学者关注。论文提出一种新型三自由度完全各向同性移动并联机器人。该机器人包含一个动平台、一个静平台,以及连接两平台的三条完全相同的运动支链,每条支链分别由一个移动副、两个转动副和一个平行四边形结构组成。基于齐次坐标变换法分析了机器人的运动学问题,推导出其位置方程、速度方程和加速度方程,揭示了机构的输入运动与输出运动间呈一一对应的控制映射关系。然后分别用Matlab软件进行数值仿真分析和Pro/E软件进行虚拟样机仿真分析,并描绘出位置方程、速度方程和加速度方程的曲线。详细地讨论了新型移动并联机器人的动力学问题。以“库伦+粘性”摩擦模型为基础,推导出驱动滑块和球铰所受的摩擦力/力矩方程。然后采用拆杆法把机器人分成驱动滑块、运动支链和动平台三个部分。在考虑摩擦的情况下,利用牛顿-欧拉法分别建立了驱动滑块、分支运动链和机器人动平台的动力学模型,揭示了分支驱动力和加在动平台上的外力之间的映射关系;最后基于ADAMS软件和MATLAB编程对机器人动力学进行仿真,并绘制出驱动力、滑块所受的摩擦力和球铰所受的摩擦力矩的变化曲线。采用“上位机+运动控制卡”开放式控制系统,通过位置控制模式对新型移动并联机器人实体物理样机进行控制运动。采用固高GT400-PCI-SV四轴运动控制卡和台达交流伺服系统,以及联想计算机和机器人物理样机组建了机器人的控制系统。基于Visual C 6.0软件编写了控制系统的复位程序和运动控制程序。利用SolidWorks软件中的路径跟踪功能求解了末端执行器轨迹为圆的输入函数曲线和位置坐标,并嵌入到运动控制程序进行实体物理样机实验测试,描绘其末端执行器的轨迹,实验结果有效的验证了控制系统的有效性。论文研究为该机器人未来的实际应用提供了坚实的理论基础。

关键词： 工业机器人   仿真分析   结构优化  

摘要： 随着工业自动化的快速发展,工业机器人已经成为现代工业的重要自动化装备之一。目前,工业机器人主要应用在汽车制造、集成电路、家用电器等行业。我国处于经济快速发展阶段,工业机器人的市场需求量很大,但由于国内机器人产品质量参差不齐,目前大部分工业机器人还是依靠进口。因此,自主研发工业机器人,掌握核心技术,对我国的工业发展和转型有着重大的意义。本文研究了工业机器人的动力学和结构设计的理论及实践,针对一台小六轴工业机器人进行了动力学仿真及结构优化设计,提高了其动力学性能。本文首先介绍了工业机器人的主要结构,并对各个零部件的结构设计提出设计建议;然后运用D-H方法,建立了机器人各轴的连杆坐标系。通过坐标系的变换,推导出机器人的运动学方程及其正反解,为机器人的路径规划提供理论基础。在现有模型的基础上,利用ADAMS软件对6轴工业机器人进行了动力学仿真,得出了在指定工况下,工业机器人各关节的驱动力矩曲线和受力曲线,为电机、减速器等关键零配件的选型以及工业机器人的本体结构分析提供了依据。针对工业机器人的本体结构设计,对机器人关键零部件进行分析简化,建立了有限元分析模型。利用ANSYS软件分析主要承载部件的应力应变分布,找出本体结构上的薄弱点,并对结构进行了优化设计,以减轻本体整体质量。最后还对机器人整机进行了模态分析,提取其前6阶固有频率和振型。通过对模态参数的分析,了解了整机的振动性能。同时对主要结构进行了优化,提高了固有频率,避开共振频率,有利于提高整机的抗振能力。本文计算结果表明,本文所建立的仿真模型合理,动力学分析结果与实际测试数据相符,优化效果明显,为工业机器人的结构设计和改进提供了新的方法。

关键词： Robots   Artificial intelligence   Cloud computing   Cloud robotics  

摘要： Purpose - This paper aims to provide an insight into the current state of cloud robotics developments, technology and applications. Design/methodology/approach - Following a short introduction, this paper first considers the potential benefits of cloud robotics. It discusses cloud service providers and then considers a range of recent applications and developments involving humanoid, mobile and industrial robots. This is followed by details of some recent market entrants and their developments. Finally, brief concluding comments are drawn. Findings - Cloud robotics is a rapidly developing technology made possible by the current ubiquitous internet connectivity and the growing number of powerful cloud computing services available. Benefits include access to big data sets, open-source algorithms, code and programmes, massively powerful parallel or grid computing and the sharing of information between robots. The technology has been applied successfully to humanoid, industrial, mobile and other classes of robots, often through direct collaborations between robot manufacturers and major IT companies. Several new companies have been established in very recent years to exploit the capabilities of cloud robotic technologies. Originality/value - Cloud robotics is a highly topical and rapidly developing field, and this paper provides a detailed insight into recent developments and applications.

关键词： 2-DOF并联机器人   机器人动力学   加速度反馈控制   滑模变结构   联合仿真  

摘要： 随着社会生产的发展,机器人产业空前繁荣,但是当前的少自由度并联机器人远不能满足人们对智能化生产的需求,为此本论文针对一种2-DOF平面并联机器人开展相关研究。建立了2-DOF平面并联机器人末端动平台与主动关节的转角之间的位置关系;采用拉格朗日函数建立平面五杆并联机构动力学模型,验证了平面五杆并联机构与2-DOF平面并联机器人的等价性。以单轴系统为研究对象,系统阐述了加速度反馈控制的基本原理;从系统惯量与鲁棒性的角度分析,说明系统采用加速度反馈控制可以有效增加系统抵抗外界干扰和负载变化的能力;从系统稳定性角度说明系统加入加速度反馈控制可以有效改善其应对非线性摩擦时的系统特性;从系统的幅频特性角度分析阐明了系统在加入加速度反馈以后,能够使系统的固有频率增加,从而提高其抑制机械谐振的能力。将加速度反馈控制应用到2-DOF平面并联机器人当中,分别求解PD控制、增广PD控制及加速度反馈控制的控制律,通过对比证明了加速度反馈控制在系统负载变化时的性能优越性,最后通过ADAMS与MATLAB联合仿真,证明了加速度反馈控制是有效的。为了消除加速度反馈给系统造成的的不确定性影响,在加速度反馈控制的基础上,引入滑模变结构控制,进一步提高系统的鲁棒性,同时提高系统的响应速度。研究对于该机器人的推广应用具有理论指导意义。

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： 中小学   机器人竞赛   综合素质   FLL  

摘要： 本文中重点研究了机器人进校园在《国家中长期教育改革和发展规划纲要》中对实现全面提升学生的综合素质有何积极影响.笔者在建构主义理论的指导下进行机器人竞赛教育,并通过活动前后的对比,研究了机器人教育如何提升学生综合素质,提高了哪方面的能力,给出推进机器人教育的对策和建议.

关键词： 空间机器人   力位混合控制   动力学解算   FPGA  

摘要： 近年来,我国探索太空的活动越来越频繁,空间机器人的应用也越来越广泛。空间机器人主要工作在太空中,但又要经受地面发射环境的考验,同时由于一些在轨操作任务需要采用复杂的控制算法,这些都对系统的处理能力和实时性有着更高的要求。传统的多核处理器已难以胜任。基于以上现状,本论文针对空间机器人力位混合控制算法展开了深入研究,提出了用于空间机器人力位混合控制算法的动力学参数实时解算系统,利用硬件电路的并行处理能力实现加速算法的目的,搭建了系统的硬件测试平台,以典型的任务为例进行实验,最终验证了空间机器人动力学参数实时解算系统的有效性。首先本文对国内外空间机器人研究现状和动力学计算研究现状进行了分析,提出了本文的研究背景意义和方向。根据七自由度空间机械臂的构型,深入研究了其动力学方程,在此基础上,进一步推导出空间机器人动力学参数解算方法。其次,对动力学参数解算系统的需求进行了分析,在此基础上,通过对FPGA的选型,数据类型的选择等对比设计,最终给出了空间机器人动力学参数实时解算系统的设计方案。再次,根据空间机器人动力学参数解算系统的设计方案,将整个解算系统划分为多个子模块。针对每个子模块进行了详细的设计,最终在FPGA上采用硬件逻辑实现了系统的功能。同时为了评估系统设计的合理性,对每个模块实现所消耗的硬件逻辑资源进行了统计。最后,搭建系统硬件测试平台,针对空间机器人动力学参数实时解算系统进行了相关测试和实验研究,实验结果验证了所提出的空间机器人动力学参数实时解算系统的可行性和有效性。

关键词： Ethics   Education   Robotics   Autonomous robots   Teleoperation   Subsea robotics  

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 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 Gianmarco Veruggio who is responsible for the Operational Unit of Genoa of the Italian National Research Council Institute of Electronics, Computer and Telecommunication Engineering (CNR-IEIIT). Veruggio is an early pioneer of telerobotics in extreme environments. Veruggio founded the new applicative field of Roboethics. In this interview, Veruggio shares some of his 30-year robotic journey along with his thoughts and concerns on robotics and society. Findings - Gianmarco Veruggio received a master's degree in electronic engineering, computer science, control and automation from Genoa University in 1980. From 1980 to 1983 he worked in the Automation Division of Ansaldo as a Designer of fault-tolerant multiprocessor architectures for fail-safe control systems and was part of the development team for the new automation of the Italian Railway Stations. In 1984, he joined the CNR-Institute of Naval Automation (IAN) in Genoa as a Research Scientist. There, he worked on real-time computer graphics for simulation, control techniques and naval and marine data-collection systems. In 1989, he founded the CNR-IAN Robotics Department (Robotlab), which he headed until 2003, to develop missions on experimental robotics in extreme environments. His approach utilized working prototypes in a virtual lab environment and focused on robot mission control, real-time human-machine interfaces, networked control system architectures for tele-robotics and Internet Robotics. In 2000, he founded the association "Scuola di Robotica" (School of Robotics) to promote