关键词： 武术   擂台   机器人竞赛   技巧研究  

摘要： 机器人技术属于高度综合的现代科学技术,随着社会的发展,人们的日常生活中出现了许多的智能机器人,这些机器人可以协助人进行家庭服务等活动。机器人是当今社会的最新成果,是社会中应用最为广泛的技术,集机、电、软等学科为一身,是社会科学技术进步的产物。

关键词： 平面双足机器人   动力学响应特性   随机不确定扰动   混合动力学模型   控制方法  

摘要： 论文结合国家自然科学基金项目"双足机器人多源随机不确定性建模与智能控制及其动力学仿真实验"(11372270),开展了随机不确定扰动下平面双足机器人动力学响应特性研究:研究了随机不确定扰动下平面双足机器人混合动力学与控制的建模方法;分析了随机不确定参数、关节摩擦等因素在平面双足机器人驱动关节中产生的随机不确定扰动;基于平面双足机器人混合动力学模型,研究了随机不确定扰动下采用开环控制方法(Open-Loop Control Method,OL方法)的平面双足机器人动力学响应特性;提出了反向传播神经网络-混合零动态(Back Propagation Neural Network-Hybrid Zero Dynamics,BPNN-HZD)、支持向量机-混合零动态(Support Vector Machine-Hybrid Zero Dynamics,SVM-HZD)反馈控制方法,优化了随机不确定扰动下平面双足机器人动力学响应特性。论文研究丰富了机器人动力学响应特性研究的理论方法,有效改善了随机不确定扰动下平面双足机器人动力学响应特性,对机器人的稳定行走具有重要意义。本文的研究要点如下:(1)研究了随机不确定扰动下平面双足机器人混合动力学与控制的建模方法。给出了平面双足机器人的模型假设和运动假设,以及用于随机不确定因素组合的Taguchi正交方法;采用Lagrange方法推导建立了不含扰动、随机不确定扰动下双足机器人混合动力学模型;分别给出了控制双足机器人行走的OL方法、混合零动态(Hybrid Zero Dynamics,HZD)反馈控制方法,提出了具有扰动补偿器的机器人反馈控制方法,为随机不确定扰动下机器人动力学响应特性研究提供了理论基础。(2)研究了平面双足机器人的随机不确定扰动。建立了具有随机不确定参数的平面五杆双足机器人混合动力学模型,采用Monte Carlo方法、Taguchi正交方法研究了单个、多个随机不确定参数在机器人驱动关节中产生的随机不确定扰动,通过仿真实验发现,依据随机不确定扰动的评价指标,随机不确定参数可分为强敏感性参数、敏感性参数和不敏感性参数,强敏感性参数相对于其他参数而言能够产生更大的随机不确定扰动。分别研究了机器人关节摩擦、电磁干扰在驱动关节中产生的随机不确定扰动,研究发现关节速度方向发生变化时,关节摩擦产生的随机不确定扰动方向也会发生变化;电磁干扰可以产生连续性、阶段性的随机不确定扰动。需要采取必要措施对可能产生随机不确定扰动的因素进行限制,以降低随机不确定扰动的出现,进而减少机器人动力学响应的波动。(3)研究了随机不确定扰动下采用OL方法的平面双足机器人动力学响应特性。建立了平面五杆双足机器人正向混合动力学模型;分别将周期扰动、脉冲扰动以及采用Taguchi正交方法组合的随机不确定扰动与理想输入力矩融合,采用OL方法将其输入机器人各驱动关节,得到了机器人动力学响应,分析了机器人动力学响应特性。由研究结果可以得到:在支撑腿的膝关节和髋关节,以及摆动腿髋关节施加扰动时,机器人会发生更大的波动;摆动腿的髋关节和膝关节的输出相对于其他关节的输出而言更为敏感;当随机不确定扰动幅值较大时,机器人会出现逐渐偏离预设步态轨迹的动力学响应特性,因此一方面需要精确监测机器人敏感性输入、输出变量,另一方面需要提出适用于随机不确定扰动的反馈控制方法对机器人动力学响应特性进行优化。(4)提出了一种BPNN-HZD方法,优化了随机不确定扰动下结构较为简单的平面双足机器人动力学响应特性。建立了平面三杆双足机器人混合动力学模型,采用HZD方法对不含扰动、随机不确定扰动下机器人进行控制,研究了机器人动力学响应特性;基于BPNN构建了扰动补偿器,提出了一种BPNN-HZD方法,研究了随机不确定扰动下采用该方法的双足机器人动力学响应特性。研究结果表明:机器人躯干与纵坐标的夹角及其角速度相对于其他变量而言更为敏感;随机不确定扰动下机器人各关节的角度是连续变化的,但各关节的角速度出现了瞬时突变;随机不确定扰动下,BPNN-HZD方法具有较强的抗扰动能力,能够有效优化结构较为简单的机器人动力学响应特性。(5)提出了一种SVM-HZD方法,优化了随机不确定扰动下结构较为复杂的平面双足机器人动力学响应特性。建立了平面五杆双足机器人混合动力学模型;基于SVM构建了扰动补偿器,提出了一种优化机器人动力学响应特性的SVM-HZD方法;在随机不确定扰动下,分别采用HZD方法、SVM-HZD方法对双足机器人进行控制,研究了机器人动力学响应特性。仿真结果表明:随机不确定扰动下,机器人支撑腿膝关节的夹角以及躯干与坐标轴的夹角较为敏感;受随机不确定扰动的影响,各关节的角度为连续波动的,但各关节角速度会发生瞬时突变;随机不确定扰动下,相对于HZD方法而言SVM

关键词： 机器人学   科幻小说   领域   社群   会议   深海   现代社会   科学幻想小说   机械臂   提高生产效率  

摘要： 仅仅50年内,机器人就已经从科幻小说的主题成为现代社会不可或缺的一部分。如今,它们的身影无处不在:忙碌于工厂车间,在深海从事复杂的安装工作,探索人类无法涉足的冰冷世界,协助完成精确的外科手术。这些机器人正在改善我们的健康,加深我们对科学的理解,提高生产效率,完成人类无法完成的工作。

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： Miniature in-pipe robot   locomotion system   conceptual design   dynamics analysis and simulation  

摘要： A telescopic miniature in-pipe robot based on the continuous cam drive, crutch of the tensioning mechanism and ratchet self-locking to realize creep is developed in this paper, which features high tractive force and payload capacity, adapting to pipe diameter or roundness variations. It is suitable for locomotion and inspection in the inner small-diameter pipelines. Firstly, the conceptual design of this miniature robot is proposed, and its relevant locomotion principle is introduced in detail. Then the dynamic model based on spatial operator algebra is built to deduce the driving force. Secondly, to prove its feasibility and running conditions, the virtual prototype simulation is carried out for the robot based on the results obtained above. Thirdly, the miniature pipe robot is simulated in straight and bends by using the automatic dynamic analysis of mechanical systems (ADAMS) to understand its kinematic and dynamic behaviour. Finally, the results show that the telescopic miniature in-pipe robot walking mechanism is efficient, stable and easy to control.

关键词： Robotics   Automation   Business enterprises -- United States   Accounting -- Computer network resources   Finance -- Computer network resources  

摘要： The article offers information on the vital role of robotics in finance and accounting departments of companies in the U.S. The topics discussed include the implications of robotic desktop automation (RDA) and robotic process automation (RPA) on companies, the tasks performed by both RDA and RPA, and the probability of robotic automation to human error.

关键词： 球面并联机构   旋量键合图   动力学建模   参数辨识  

摘要： 球面2-DOF过约束并联机器人,具有承载能力与刚度高、工作空间内奇异少等优点,可以应用于球面上点的定位设备,具有重要的应用前景。本文以此并联机器人为研究对象,从多能域动力学建模、动力学参数辨识及实验等几个方面展开研究,主要研究内容如下:建立了球面2-DOF过约束并联机器人的反解模型,速度雅可比矩阵,以及每个连杆与末端执行器的速度、加速度映射模型。采用旋量键合图建立了球面2-DOF过约束并联机器人机电两种能量并存系统的动力学模型,所建动力学模型只有36个方程,但是由于该机构同时存在被动过约束和主动过约束,共有43个未知量需要求解,为此,针对被动过约束问题,通过分析三个分支变形引起末端相对于球心O的位移量,增加了6个变形协调补充方程;对于主动过约束问题,采用驱动力优化方法补充了1个方程,最终建立了该机器人完整的多能域动力学模型。并通过数值算例,验证该方法的可行性和合理性。建立了关于关键点的偏速度矩阵和等效力(力矩)矩阵,基于虚功原理,建立了球面2-DOF过约束并联机器人的动力学模型,并将其线性化处理得到关于动力学参数的线性化模型;依据该机器人的运动约束条件,以观测矩阵条件数最小为目标,对改进五次多项式的傅立叶级数进行优化并得到优化的激励轨迹;最后给出了辨识流程。设计加工了球面2-DOF过约束并联机器人样机,开发了其控制系统;并在此基础之上,进行了动力学参数辨识实验,得到了动力学参数的辨识结果,最后,利用任意轨迹对实验结果进行了验证。

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： 可重构模块化   工业机器人   运动学   动力学   PL   光滑转接  

摘要： 自1958年第一台工业机器人诞生开始,工业机器人已经成为工业生产不可或缺的先进制造设备。传统工业机器人功能单一、环境适应能力差、无法根据实际生产任务生成最佳构型等弊端已无法满足实际生产中多样化的生产需求。可重构模块化工业机器人是一种模块化设计思想、能根据不同任务需求改变构型的机器人。可重构模块化机器人不仅能够针对实际生产需要生成构型,降低生产成本：同时模块化的设计思想使得机器人的设计周期、生产、维修与安装成本大为减少。本文研究对象为可重构模块化机器人六自由度构型,主要研究内容包括六自由度构型可重构模块化机器人的运动学公式的推导,空间运行轨迹的生成,大轨迹段光滑转接与速度规划、基于QT的仿真平台搭建以及机器人动力学公式推导。首先,采用D-H建模法建立起机器人连杆坐标系,推导机器人D-H参数,求得机器人正运动学计算公式与逆运动学计算公式。第二,对六自由度可重构模块化工业机器人轨迹生成进行研究,推导出了空间直线、空间圆弧与空间抛物线三种机器人基本运动轨迹的生成算法。通过给定机器人运动始末点及中间点,通过算法计算各插补周期末时刻机器人末端执行器位姿,调用逆解程序求得各关节转角。通过驱动机器人仿真平台运动,绘制出末端执行器轨迹来验证算法的正确性。第三,对六自由度可重构模块化工业机器人轨迹光滑转接进行研究。提出了PL转接法来降低机器人连续轨迹运动轨迹段转接时转接“尖角”对机器人转接速度与运行稳定性的影响,分析了三种基本空间轨迹转接情况,推导出了PL过渡圆弧相关参数的计算以及PL法的实现流程。提出了采用S型加减速来降低机器人启停阶段加速度突变对机器人运行稳定性的影响,给出了S型加减速速度、位移计算公式,并给出了实际速度组成段数的判定方法,并通过仿真平台来验证算法的正确性。第四,对六自由度可重构模块化工业机器人动力学进行研究。通过拉格朗日法建立起机器人动力学模型,推导关节转矩计算公式,编写动力学程序。通过ADAMS导入机器人实际运行数据,得到关节转矩与程序输出结果比对,验证算法的正确性。

关键词： 码垛机器人   动力学   尺寸优化   拓扑优化   弹簧平衡机构  

摘要： 随着制造业向高度自动化和智能化方向转型,用码垛机器人系统代替工人进行繁重的码垛作业任务已成为必然的发展趋势。而码垛任务高速、重载的特点让码垛机器人的动力学性能成为其设计阶段需要考虑的关键指标。因此对码垛机器人进行结构优化设计以提升其动力学性能,对于码垛机器人的设计研发具有很大的工程技术意义。本文在对HMD80型码垛机器人进行动力学分析的基础上,通过对该型机器人的结构优化和平衡机构设计,力图减小机器人垂直和水平移动关节的全域驱动力峰值。首先,在分析机器人串并混联特性的基础上,引入动态基坐标系的概念,并结合D-H参数法建立其运动学方程。经过解耦分析,建立了机器人各运动部件的坐标变换矩阵,并在此基础上,利用拉格朗日方法建立该型机器人的动力学数学模型。其次,以机器人的垂直和水平移动关节全域驱动力峰值为性能评价指标,以机器人的速度指标、工作空间指标和强度指标等作为约束条件,对机器人平面运动机构的长度尺寸进行优化。建立了尺寸优化数学模型,并运用遗传算法对优化模型进行分析求解。在上述尺寸优化的基础上,分析该型机器人的偏重力对垂直移动关节驱动力的影响,根据分析结果设计出平衡机构中弹簧的各项参数。并分析了加入弹簧平衡机构后垂直移动关节驱动力的削减幅度。在对机器人进行静态刚度分析的基础上,对小臂侧板进行拓扑优化设计,以提升其刚度性能。并对优化前后的小臂侧板进行刚度分析和模态及振型分析,验证拓扑优化的可行性。最后,利用原有样机,设计动力学实验,验证了本文中建立的动力学数学模型的正确性;利用ADAMS仿真实验对比,验证了平面运动机构尺寸优化设计的有效性;利用ADAMS仿真实验对比,验证了弹簧平衡机构对机器人垂直移动关节驱动力峰值的削减效果。