关键词： 多关节机器人   RecurDyn   多体动力学仿真   方法  

摘要： 在工业4.0的大背景下,我国的工业也进入了“中国制造2025”时期,2015年我国工业持续发展,而不管是在轻工业还是重工业中,多关节机器人的作用都对推动工业的发展有着非常重要的作用,因此对其研究的重要性不言而喻。本文基于新一代RecurDyn多体动力学仿真技术,对一台自主装配的多关节焊接机器人虚拟样机进行了全面的动力学仿真分析研究。首先,分析了多关节机器人动力学研究的现状,提出了利用新一代多体动力学仿真软件对多关节机器人进行研究分析的方法;然后运用机器人研究领域常用的D-H参数法,建立了机器人的数学模型;采用齐次矩阵变换法,建立了机器人的运动学方程;运用二阶拉格朗日法建立了机器人系统的动力学方程。为机器人的运动学和动力学仿真分析打下了坚实的基础。利用Pro.E三维制图软件设计绘制了机器人模型的各零部件,并在Pro.E中将其组装成装配体,通过保存为stp文件格式,将模型导入RecurDyn平台中。在多体动力学仿真软件RecurDyn中,先对模型样机在设定条件下,进行仿真模拟,然后在同等条件下,对模型进行实际计算,通过对比,计算结果与仿真运行情况一致,证明了所建立模型的正确性,然后对模型在特定工况下进行了运动学和动力学仿真分析。分析的结果可以为物理样机各关节驱动电机的选择,和控制系统的设计等,提供参考依据。最后利用有限元软件ANSYS对模型大臂进行柔性化处理,再结合RecurDyn的RFlex模块,对机器人模型进行刚柔耦合动力学仿真分析,仿真得出的机器人模型大臂应力分布情况,可以为机器人大臂的结构优化提高到更高的精度。上述工作表明,这种利用RecurDyn虚拟样机技术对多体系统进行分析仿真的方法,与其他借助各种编程语言搭建仿真平台来进行仿真的做法相比,可以极大地提高工作效率,降低对研究人员的专业技术要求。不仅真实可视效果好,而且还能降低研究成本。另外,这种利用两软件相结合,来对机器人进行仿真分析的方法,不仅提高了软件的使用性能,也适于用做如复杂机械系统的运动学和动力学仿真分析,来对系统进行优化设计。

关键词： 轮履复合式   机器人移动平台   转向   越障   运动学   动力学   仿真  

摘要： 搜救机器人是能在复杂多变的、不可预测的非结构环境下执行探测、勘查、搜救等作业任务的机器人,而移动平台作为搜救机器人的主体,是机器人行走系统和工作系统的执行部件。本文提出了一种轮履复合式机器人移动平台,并对其进行运动学和动力学研究,为搜救机器人的设计提供一个性能良好的移动平台模型,使其能够适应复杂多变的环境。首先,通过对现有常用搜救机器人移动方式的对比,分析其优缺点,采用轮履复合结构作为研究对象。对移动平台进行了总体设计,在移动平台主车体的基础上增加了四个摆臂和四个车轮,采用了轮履复合的操作方式,对主要构件进行参数设计,并用Pro/E对主要的零部件进行设计、装配。其次,对机器人移动平台进行运动学和动力学分析,采用理论分析的方法,建立不用类型运动方式的运动学和动力学模型,对移动平台直线、转向、爬坡、越沟、攀越台阶和自复位等运动进行分析;并重点分析了移动平台的直线运动和受力、转向半径和转向避障半径、爬坡运动倾覆的临界值、攀越台阶过程的受力等性能参数,为其结构设计提供了理论参考。最后,通过运用虚拟样机ADAMS软件,对机器人移动平台模型进行不同运动方式的仿真,验证移动平台结构设计和理论分析的合理性。本文的研究,为搜救机器人移动平台的转向、爬坡、越障和自复位等运动提供一定的理论基础,为搜救机器人移动平台设计提供了理论参考和技术支持。

关键词： Evolutionary robotics   autonomous robots   controller synthesis   reality gap   online evolution   bootstrap problem   deception   genomic encoding   research practices  

摘要： One of the long-term goals in evolutionary robotics is to be able to automatically synthesize controllers for real autonomous robots based only on a task specification. While a number of studies have shown the applicability of evolutionary robotics techniques for the synthesis of behavioral control, researchers have consistently been faced with a number of issues preventing the widespread adoption of evolutionary robotics for engineering purposes. In this article, we review and discuss the open issues in evolutionary robotics. First, we analyze the benefits and challenges of simulation-based evolution and subsequent deployment of controllers versusevolution on real robotic hardware. Second, we discuss specific evolutionary computation issues that have plagued evolutionary robotics: (1)the bootstrap problem, (2)deception, and (3)the role of genomic encoding and genotype-phenotype mapping in the evolution of controllers for complex tasks. Finally, we address the absence of standard research practices in the field. We also discuss promising avenues of research. Our underlying motivation is the reduction of the current gap between evolutionary robotics and mainstream robotics, and the establishment of evolutionary robotics as a canonical approach for the engineering of autonomous robots.

关键词： 机器人学   人类   社交   家用机器人   管家  

摘要： 家用机器人将成为人们家中最好的新朋友。世界上大部分机器人看上去就像一个咖啡壶一样没什么吸引力。但辛西娅·布雷齐尔(Cynthia Breazeal)创造的机器人作品与众不同。"抱抱"是一个泰迪熊模样的机器人,"命运"是一个大眼睛、红嘴唇、尖耳朵、爱唠叨的机器人,奈克西是一个有着

关键词： Early childhood education   preschool   programming   robotics  

摘要： KIBO is a developmentally appropriate robotics kit for young children that is programmed using interlocking wooden blocks;no screens or keyboards are required. This study describes a pilot KIBO robotics curriculum at an urban public preschool in Rhode Island and presents data collected on children's knowledge of foundational programming concepts after completing the curriculum. The curriculum was designed to integrate music, literacy, and design with engineering and robotics. Children (N = 64) from seven preschool classrooms, ranging in age from 3 to 5, participated in the study. Findings indicated that children as young as age 3 could create syntactically correct programs for the KIBO robot, although older preschoolers (closer to age 5) performed better than younger preschoolers on a standardized programming task. Additionally, all students generally performed better on the programming tasks that required them to manipulate less programming instructions. Implications for designing developmentally appropriate curriculum and scaffolding for young children are addressed.

关键词： COGNITIVE robotics   HUMAN-robot interaction  

摘要： An introduction is presented in which the editor discusses various reports within the issue including the cognitive robotics, human-robot communication, and the interactive search algorithm.

关键词： 搬运机器人   神经网络   粒子群算法   滑模控制   Simmechanics   动力学仿真  

摘要： 工业机器人作为现代制造领域的典型代表,集精密化、人工智能、机电控制、多传感器融合、柔性制造和计算机应用等众多先进制造技术于一体,成为工业自动化生产线上不可或缺的主流装备,对提高劳动生产率、降低成本、节约能源、增加产品产量和提高产品质量方面具有重要意义。随着经济制度的改革和制造业的不断升级,对工业机器人的性能要求也不断提高,所以提高工业机器人高速高精度运行能力和抗干扰能力成为机器人控制领域的一个重要课题。本文以国产的搬运机器人ER20-C10为研究对象,建立动力学仿真模型,分析和研究机器人动力学特性,设计了神经网络算法与其他算法相结合的控制器,为机器人动力学控制的理论研究提供新的解决思路。首先通过ER20-C10搬运机器人的参数化模型,在Matlab/Simmechanics中建立刚体机器人动力学仿真模型。同时建立空间仿真轨迹,运用D-H参数法进行逆运动学求解,本论文所涉及的机器人模型符合Pieper原则,可利用分离变量法求出逆解,然后筛选出最优解并通过三次多项式样条曲线对各关节运动轨迹进行优化。最后将建立的动力学仿真模型在Matlab软件中进行仿真得到机器人位置、速度、加速度和力矩变化曲线并进行分析,同时验证不同负载下的机器人动力学特性。通过建立仿真模型对机器人轨迹和力矩的特性进行验证分析,为机器人的研发实验提供预测和评估,具有很好的推广价值。作为机器人的核心,控制器是决定机器人动力学性能的重要因素,具有高智能算法的控制系统是机器人未来发展的方向。本文以神经网络算法为基础,结合其他智能算法设计控制器,对机器人动力学性能进行优化。首先将神经网络算法与粒子群算法相结合,针对神经网络算法的权值随机性带来的控制性能不稳定和收敛速度慢的缺点,利用粒子群算法对神经网络权值进行实时在线优化。其次还将神经网络算法和非奇异终端滑模控制相结合,由于滑模控制具有快速性好,无超调和实时性强的特点,适合机器人控制。但是其抖振问题一直是影响其应用发展的重要因素,因此,提出利用神经网络作为机器人不确定部分的滑模动态补偿来削弱控制器抖振,并通过Lyapunov方程对控制器进行稳定性判定。最后,针对以上两种控制器,分别在Matlab软件中编写控制算法并仿真,验证优化后的机器人轨迹跟踪能力和抗干扰能力,通过仿真结果证明了所提出的改进算法的有效性。最后,介绍了ER20-C10机器人控制系统的软硬件组成,并搭建了实验平台。根据示教流程示教编程了机器人运动轨迹,并针对不同负载对机器人进行实验。通过实验结果,分析了不同负载对搬运机器人位置误差和力矩的影响,与第二章建立的机器人动力学仿真结果对比,验证了动力学仿真模型的正确性。

关键词： 管道机器人   变径管道   弯管道   通过性   虚拟样机  

摘要： 随着工业生产发展的脚步迅猛加速,管道在工业生产乃至人们生活中都是不可缺少的一部分。管道作为一种物料运输的手段,不仅具有高效性和安全性而且可以在生产中节省成本。随着管道使用年限的增加,管道将会出现腐蚀老化的等问题,那么就要对管道进行维修与维护,由于管道的几何形态的限制,以及安装空间的特殊性,人工作业不但十分的困难,而且存在一定的危险性,这就需要借助管道机器人来完成人工不可触及的工作。管道机器人属于特种机器人范畴,是当前乃至未来机器人发展的重要分支,研究价值及其应用前景十分广阔。本文提出的双向折腰式管道机器人,是一种主要针对圆形风管清扫作业的机器人。文章主要从各种管道机器人国内外的发展状况出发,总结当前管道机器人的设计形式,参考产品的功能性需求,提出了双折腰式管道机器人整体机构,并对其可行性做相关的理论研究及验证。对双向折腰式管道机器人从运动条件入手,对机器人行走方式的选择、行走机构的选择、驱动装置的选择等进行了阐述。设计了空间绕中心轴线程120°圆形阵列分布的轮腿式行走机构,机器人单元体前后两组轮腿,且每只轮腿单元都采用独立驱动,轮腿法向具有可调节的能力,以适应变径管道以及弯管道。文中对双向折腰式管道机器人进行了位姿描述,并建立了相关的运动学数学模型。通过数学模型,研究了机器人单元体不同姿态下在不同形式管道内部行走的可行性。将双向折腰式管道机器人视作多刚体系统,建立基于拉格朗日方法的动力学模型,并建立了双向折腰式管道机器人虚拟样机模型,应用ADAMS软件对双向折腰式管道机器人进行运动仿真分析,通过分析,得到机器人的最佳过弯姿态,以及行走轮与管壁之间接触力的变化规律,对管道机器人运动过程需要实现的功能进行验证。虚拟样机的仿真分析得出的结果与理论计算基本相同,其结果完全可以为双向折腰式管道机器人的研究提出理论依据。

关键词： acoustics   anchovy   echosounder   pelagic fish   sardine   Wave Glider (R)  

摘要： South Africa's small-pelagic fishery is a socio-economically important component of the country's commercial fisheries sector, second in value only to the demersal trawl fishery. Management of this sector relies on infrequent hydro-acoustic surveys, which provide measures of anchovy Engraulis encrasicolus and sardine Sardinops sagax biomass used in the assessments of stock status and in the development of management plans for the sustainable utilisation of these resources. We demonstrate how technological capabilities in ocean robotics at the Council for Scientific and Industrial Research (CSIR) could augment the current resource-intensive hydro-acoustic ship-based survey programme and create opportunities for expanding its spatial and temporal resolution. We successfully implement and demonstrate an autonomous wave glider, fitted with a hydro-acoustic sensor and compare the data to a collocated 'traditional' ship-based acoustics survey. In the future these autonomous systems approaches could be seen as a means to lessen the cost burden of the ship-based survey, while at the same time with the added advantage of continuous collection over much wider spatial and temporal domains. This could enable a more reflexive stock management approach taking into account the seasonal characteristics of the fishery and its ecosystem. Gliders thus have potential to increase dramatically the quantity of information available to fisheries managers, thereby reducing uncertainty and contributing to improved management of valuable fish resources. They are likely to contribute to improved knowledge of the ecology of small pelagic fish species off the coast of South Africa in a changing climate and should potentially also permit the collection of biomass data for other marine resources currently not routinely monitored.

关键词： 电脑机器人   中小学  

摘要： 本刊讯近日,由自治区教育厅主办,自治区电教馆、北海市教育局承办的2016广西中小学电脑机器人竞赛在北京师范大学北海附属中学举行。此次比赛是我区历届以来规模最大的一次,将为第十七届"全国中小学生电脑制作活动"和2016"世界教育机器人大赛"选拔优秀选手。这是一项面向全区中小学生的机器人竞赛活动,旨在全面提高青少年学生的信息素养,弘扬科学技术,普及信息科技教育,培养学生的创新精神、实践能力和团队精神。