关键词： Principles of robotics   deceptive   vulnerable   machine nature  

摘要： The Principles of Robotics were outlined by the EPSRC in 2010. They are aimed at regulating robots in the real world. This paper represents a response to principle number four which reads: Robots are manufactured artefacts. They should not be designed in a deceptive way to exploit vulnerable users;instead their machine nature should be transparent. The following critique questions the principle's validity by asking whether it is correct as a statement about the nature of robots, and the relationship between robots and people. To achieve this, the principle is broken down into the following two main component statements: (1) Robots should not be designed in a deceptive way to exploit vulnerable users, and, (2) Machine nature should be transparent. It is argued that both of the component statements that make up this principle are fundamentally flawed because of the undefined nature of the critical terms: deceptive, vulnerable, and machine nature, and that as such the principle as a whole is misleading.

关键词： 工业机器人   运动学及动力学   区间矩阵   同步控制  

摘要： 工业机器人作为先进、智能工业化设备的代表,在社会生产中有着很重要的地位,其应用领域也在不断的扩大。建立合理的机器人模型是工业机器人控制的基础,龙门机器人是工业机器人的重要组成部分,而动梁的同步性能是龙门机器人亟待解决的关键问题,因此提高同步控制精度,改善工业机器人同步控制性能具有十分重要的意义。本文以KUKA六轴工业机器人和龙门工业机器人为对象,分别对工业机器人运动学、动力学进行建模,设计了龙门工业机器人动梁双电机同步控制器,并结合工业机器人实验室平台进行了实验研究。本文的主要研究内容包括:首先,基于机器人的基础理论对工业机器人进行运动学建模与仿真分析。本文采用标准D-H方法对六轴工业机器人的机构和运动学进行分析,推导出六轴工业机器人的运动学模型,运用代数解法进行逆运动学求解,并采用改进的D-H方法对龙门工业机器人运动控制系统进行配置,通过仿真实验获得机器人末端的运动轨迹及关节角度随时间的变化曲线,完成工业机器人的运动学分析。其次,基于拉格朗日函数动力学方法,建立KUKA工业机器人的动力学模型,根据六轴工业机器人动力学模型的一般方程,推导出龙门工业机器人的动力学模型,并对其动力学模型进行仿真实验研究,得到各关节所受力和力矩的变化曲线,以及龙门工业机器人位移、速度和加速度曲线。再次,针对龙门工业机器人动梁不同步问题,进行了基于区间矩阵的同步控制研究。根据动梁同步轴双电机模型,设计了同步控制器及负载转矩观测器,对龙门机器人动梁双电机系统进行仿真及实验分析,双电机同步误差精度达到0.28rpm。最后,在KUKA工业机器人平台进行了基于运动学模型的精度实验以及基于动力学模型的龙门工业机器人动梁双电机同步驱动综合实验,计算得到重复定位精度和位置准确度,同时通过机器人内置示波器获取实时运行参数曲线。实验结果验证了所提出的同步控制方法的有效性。

关键词： Robotics   perceptual control theory   behavior-based robotics   embodiment   situatedness   controlled variables  

摘要： Departing from the conventional view of the reasons for the behavior of living systems, this research presents a radical and unique view of that behavior, as the observed side effects of a hierarchical set of simple, continuous, and dynamic negative feedback control systems, by way of an experimental model implemented on a real-world autonomous robotic rover. Rather than generating specific output from input, the systems control their perceptual inputs by varying output. The variables controlled do not exist in the environment, but are entirely internal perceptions constructed as a result of the layout and connections of the neural architecture. As the underlying processes are independent of the domain, the architecture is universal and thus has significant implications not only for understanding natural living systems, but also for the development of robotics systems. The central process of perceptual control has the potential to unify the behavioral sciences and is proposed as the missing behavioral principle of Artificial Life.

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： 工业机器人   学习应用   实训台  

摘要： 由哈工大机器人集团自主设计的国内首款工业机器人学习应用APP——"海渡学院"8月23日在世界机器人大会上正式发布,并已在安卓、苹果等主流手机系统的"应用市场"上线。据介绍,该软件搭建了从入门到精通的进阶式学习系统,涵盖丰富的轻量学习内容;平台每周开设业内资深专家、学者讲座直播,实现实时互动,颠覆传统课堂学习方式,打造全免费、无门槛的工业机器人线上

关键词： 机器人   制孔末端执行器   法向测量   动力学与控制   曲面制孔  

摘要： 利用3-SPR并联机构设计了一种新型机器人曲面制孔末端执行器。根据3-SPR型并联机构的特点,结合曲面制孔末端执行器的设计要求,将该并联机构作为曲面制孔末端执行器的调姿压紧机构。在该调姿压紧机构运动学分析的基础上,给出了本文研究的并联制孔末端执行器刀具姿态调整算法。在末端执行器刀具四周均布的四个距离传感器测得曲面上制孔点周围四点数据的基础上,计算获得该四点在同一坐标系下的坐标,结合已知的制孔点坐标,给出了一种基于矢量加权求和的新曲面法向测量算法。并对该算法与球面拟合的法向测量算法进行了仿真对比,可知本文设计的新算法在法向测量时有更高的精度。对制孔末端执行器并联调姿机构,采用拉格朗日方程建立了该机构的动力学模型,得到了驱动力的显示解,为进一步分析末端执行器调姿机构动力学控制提供数学模型。基于该数学模型对末端执行器并联调姿机构动力学特性进行了仿真分析,根据驱动力的显示解,模拟动平台姿态变化时驱动力的变化曲线,得到姿态调整中各驱动力的变化情况。同时对动平台加载与不加载时,驱动力的变化情况进行对比,给出了各支链可以忽略质量的条件。分析驱动力变化与机构结构参数之间的关系,为机构动力学特性的深入分析及其用于制孔执行器的优化设计提供了参考。以所设计调姿机构动力学方程为模型,设计了基于该模型的修正PD控制策略及滑模变结构控制策略。通过仿真说明对于该动力学模型,基于趋近律的滑模变结构控制器比PD控制器具有更好的鲁棒性,更适合于该末端执行器并联调姿机构。对所建立末端执行器制孔单元的进给系统数学模型,采用传统的PID控制器与有自适应特点的模糊PID控制器。通过仿真分析得出模糊PID策略更适合用于制孔单元进给系统。

关键词： 独轮车机器人   阿沛尔方程   滑模控制   鲁棒控制  

摘要： 独轮车机器人作为一种结构简单的自平衡轮式移动机器人,外形灵巧纤细,运动灵活自如,具有广泛的应用前景。与其他自平衡机器人不同,独轮车机器人支点单一,是一种特殊的动态稳定机器人。另外,由于它的非线性、强耦合、欠驱动等特点,涉及学科众多,在平衡控制方面更加复杂,不仅需要控制其横滚方向和俯仰方向的平衡,还要进行航向的运动控制,因此,为独轮车机器人和控制理论与应用等多学科的研究与实践提供了一个良好的测试平台,在自动化领域具有很强的科研意义和应用价值。本论文所研究的独轮车机器人是在实验室前人的基础上进行的,此机械结构大体可分为行走轮机构,横滚平衡机构和航向控制机构。独轮车机器人可通过控制行走轮的速度控制俯仰方向的平衡,通过平衡杆控制车体横滚方向的平衡,通过车体上的航向驱动电机控制行走轨迹。本文基于Appell方程建立独轮车机器人的动力学模型,针对线性控制设计了滑模控制器和鲁棒控制器,使用Matlab对所设计的控制器进行平衡控制仿真。通过仿真实验可得出,独轮车可实现在俯仰方向、横滚方向和航向上的控制,并且具有一定的抗干扰性。在此基础上,又设计了一款新型独轮车机器人,其行走机构为两个固定在一短轴上的行走轮,以此解决车体的横滚方向上的平衡问题,又不失其体积小,行走灵活的优点,对其基于Appell方程进行了动力学建模,在模型的俯仰子系统上进行了线性滑模控制和非线性神经网络控制的仿真实验,其中对线性滑模控制器进行了 Adams-Matlab仿真实验,仿真结果验证了所设计控制器的有效性。

关键词： 岩石钻孔   隧道支护   钻头振动分析   误差补偿   仿真分析  

摘要： 本文课题来源于国家自然科学基金重大科研仪器研制项目:深部巷道/隧道动力灾害物理模拟试验系统,编号:51427803,对正确、深入地揭示深部巷道/隧道岩爆等类似动力灾害的形成机制和演化规律具有重要的理论和应用价值。本课题所研究的隧道支护钻孔机器人是整个动力灾害模拟试验系统中锚杆支护和钻孔的主要装置。通过对其进行研制及动力学分析,再加上相应的控制系统以完成定位及钻孔的任务,同时预留安装插锚杆机构的位置为后续插锚杆做准备。本文首先介绍了钻岩技术的历史发展,并由此引出国内外锚杆钻机的研究现状,介绍了机械振动和定位误差分析的方法。通过对比国内外锚杆钻机的驱动形式和样式,结合具体工况和课题要求,提出了隧道支护钻孔机器人总体设计方案。包括钻头进给机构、整机支撑机构、支撑主轴、驱动方式的选择,以及驱动电机及控制电机的选型计算及整个机器人工作过程介绍。其次,本文对隧道支护钻孔机器人进行了运动学及逆运动学分析,给出了钻头的工作空间,得出了钻头的运动满足设计要求的结论;针对径向进给电机和钻头电机转速匹配问题,进行了理论推导,为实验提供了理论依据;针对钻头轴向振动这一严重影响工作稳定性的问题,提出了钻孔机器人简化的力学模型,并在理论上推导了钻孔机器人的振动方程。根据方程及振动模型受力,对支撑弹簧的参数进行了优化。并利用优化的弹簧模型结合钻头受力,对整机进行了adams振动仿真,验证了理论推导的合理性;针对细长钻头,对其进行了有预应力的模态分析,得出钻头强度和刚度满足设计要求的结论。再次,本文对控制系统进行了设计。包括控制系统总体框架、通信设计、电机控制硬件设计以及控制系统软件设计。其中电机控制硬件部分包括传感器的选型及原理介绍、步进电机及无刷直流电机的控制原理和实现。此外,重点分析了电机的定位误差,并提出了误差的来源及补偿方法。最后,本文对隧道支护钻孔机器人样机进行了现场实验,包括钻孔功能实验、振动实验、行走定位实验,得出此隧道支护钻孔机器人能满足设计要求的钻孔功能的结论,并且通过实验验证了振动分析理论的正确性以及误差补偿方法的有效性。

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： 双轮机器人   动力学建模   智能控制   变结构控制  

摘要： 双轮车在人们日常生产生活中饰演者着十分重要的角色,是日常交通中不可或缺的便捷交通运输工具。近年来随着微型高速芯片的普及,很多先进控制算法也得以在日常交通运载工具中应用,因此对于双轮机器人的运动控制研究愈发地受到学术界关注。从控制学角度讲,双轮车是一种欠驱动系统。独立控制量少的特点使得其在能源消耗、成本控制、结构轻化等方面都全较驱动系统有优势。但是系统控制量与双轮机器人自由度不对等的问题造成双轮机器人的运动控制器设计较为困难。本文的研究对象是一种变结构双轮机器人,其具有三种稳定的运动模式:Bicycle模式、Segway模式以及Monocycle模式。针对该种机器人进行了结构设计、运动学分析、动力学建模等工作。在此基础上,针对机器人运动控制问题及系统参数辨识问题展开了研究。首先,本文针对变结构双轮机器人的系统结构进行了分析,针对其不同的运动模式分别进行了运动学分析,并基于Appell方程为其构建了动力学模型。然后,在明晰了变结构双轮机器人系统的输入输出关系的基础上,本文基于不同的控制理论分别对Bicycle模式和Segway模式设计了控制器。为Bicycle模式设计的控制器包括:基于滑模控制理论的定车运动控制器以及基于LMI鲁棒控制理论的圆周运动控制器;为Segway模式设计的两种平衡控制包括:基于串级滑模控制理论以及基于RBF神经网络的平衡控制器。此后,为了提高变结构双轮车运动控制器在实际应用过程中的可靠性与自适应性,本文针对变结构双轮机器人进行了基于Hopfield神经网络的参数辨识实验。最后,本文设计并搭建了实验样机,并设计了控制系统以及上位机数据监控软件。