关键词： 并联机器人   运动学特性   正交试验法   遗传算法   动力学控制  

摘要： 随着劳动力成本快速上升和产业结构的调整升级,机器人替代人工劳动力成为了行业快速发展的催化剂,并且使得各产业的经济性拐点加速到来。世界主要经济体纷纷将发展机器人产业上升为国家战略。我国工信部也发布了《关于机器人产业健康发展的指导性意见》,明确指出,随着我国从制造大国向制造强国迈进,对机器人的需求呈现出爆发性态势。在机器人领域,相较于串联机器人,并联机器人具有结构紧凑、强承载能力、高刚度、无累积误差、高精度等特点,已越来越受到人们的关注。随着并联机器人应用领域的扩展,人们发现很多实际操作任务,诸如在电子、食品、包装和机械装配等领域,不需要机器人具有空间全部六个自由度,只需要三个平移自由度就可以满足使用要求。并联机器人自由度的减少也使运动副和杆件数相应减少,从而并联机器人的机械结构更加简单,使设计、制造和控制的成本得到降低。特别是那些拥有相同分支链、结构对称和各向同性特性的三平移并联机器人,应用前景更加广阔。本文在国家自然科学基金(51275275)和山东省优秀中青年科学家科研奖励基金(BS2010HZ010)的资助下,完成了空间对称三平移并联机器人的型综合、尺寸优化及动力学控制的研究。第一,利用基于约束螺旋理论求解自由度的方法,依据运动支链中运动副种类及数目的不同,将空间对称三平移并联机器人划分为13种类型,并详细探讨了每类并联机器人分支链中各运动副在空间的布置形式。依据并联机器人各分支链对运动副的布置要求,将3-CRP并联机器人作为本文的并联机器人构型。第二,建立了并联机器人运动学模型,提出了改进型的全局性运动学评价指标,详细分析了并联机器人各几何尺寸参数对其工作空间、灵巧度及速度性能的影响规律。第三,在正交试验法分析的基础上,提出了因素贡献量(FC)概念,研究了并联机器人几何尺寸参数对其工作空间、灵巧度及速度性能等运动学特性的贡献量大小。采用自适应遗传算法,以并联机器人工作空间、灵巧度及速度性能为优化目标,对并联机器人的几何尺寸进行了优化。第四,利用虚功原理建立了并联机器人的动力学模型。采用基于动力学补偿的计算力矩控制方案,对并联机器人的轨迹跟踪进行控制,并通过Simulink与ADAMS联合仿真验证了计算力矩控制的可靠性。分析得到并联机器人动力学建模误差的存在以及不确定性因素干扰情况下,计算力矩控制效果欠佳,基于此采用了鲁棒控制方案,通过联合仿真验证了鲁棒控制的有效性。

关键词： 学科竞赛   机器人   实践创新能力  

摘要： 学科竞赛在高等院校工科类应用型人才培养中发挥至关重要的作用.本文以南京理工大学泰州科技学院为例,介绍学院在机器人教学和竞赛组织方面的基本情况,论述了举办机器人学科竞赛的意义.在此基础上,通过深入剖析基于机器人竞赛组织过程中存在的问题,结合教学实践,提出了基于机器人竞赛的大学生实践创新能力培养策略以及构建竞赛组织体系的具体举措.

关键词： 机器人   科研任务   人工智能   北京联合大学   高素质应用型人才   北汽集团   残疾人联合会   残联   国家自然科学基金委员会   学院  

摘要： 2016年5月19日下午,"北京联合大学智能机器人产学研合作与人才培养创新发展研讨会暨机器人学院成立大会"在北京联合大学北四环校区隆重举行。国家教育部、北京市教委、国家自然科学基金委员会、工信部车联信息服务产业联盟、中国指挥控制学会、北京市残疾人联合会,北汽集团、保千里视像科技集团(以下简称保千里集团)、北京云迹科技有限公司、英伟达公司,清华大学、北京科技大学、中国矿业大学(北京)、北京工业大学、北京信息科技大学等有关领导、专家,以及学校领导、师生等300余人参加大会。

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： Antagonistically coupled drives   Biologically inspired robotics   Semi-Anthropomimetical structure   ZMP  

摘要： From the ancient mythology till the modern times, people were trying to build an artificial mechanical replica of themselves. Inspired by this long tradition of various engineering projects, we will hereby describe a partly humanoid robotic structure. Our robotic configuration is composed out of an anthropomimetic upper body, but instead of legs it uses a wheeled cart for the motion. In our research, this so-called semi-anthropomimetic structure has a four-wheeled cart. This work is aiming to analyze the behaviour of the robot that is exposed to different kind of external disturbances. Disturbances coming from the outside in the form of external forces (impulse and long term) simulate the interactions of the robot and its ambience. Necessary simulations were thoroughly executed (in that way analyzing robotic balance) and proper size of the cart is evaluated following the ZMP theoretical background.

关键词： 直角坐标机器人   柔性操作臂   机电耦合动力学   机械结合部   弹性约束   参数振动   振动功率流   稳定性  

摘要： 直角坐标机器人是工业机器人领域的重要组成,在机械加工、精密装配、上下料、喷涂等工艺中具有重要的应用。机器人操作臂是执行操作任务的关键部件,其结构性能和动态特性对直角坐标机器人的操作精度具有重要影响。传统的机器人操作臂采用刚性结构,整体结构较为笨重,增加了系统的体积质量和能耗。柔性操作臂具有轻质、灵活、能耗低等特点,能够有效降低机器人操作臂的体积质量,符合机器人轻型、高速、集成化的发展要求。然而,由于结构刚度低、阻尼小,柔性操作臂在执行任务、尤其是高速操作的过程中极易产生弹性变形和残余振动,严重影响其末端执行器的操作精度和效率,甚至导致操作失败或经济损失。为此,深入研究柔性操作臂的动力学及振动特性,既是柔性操作臂振动控制的基础,也是有效解决机器人由刚性向柔性发展的关键。作为典型的复杂机电系统,机器人伺服驱动与执行机构之间存在复杂的机电耦合关系,通过传动系统的作用而产生系统激励;对于高速轻型结构而言,机电耦合因素产生的系统激励将更为凸显。由于柔性操作臂模态较低,系统激励对其动态特性的影响将更显著,而机械结合部和柔性因素的存在进一步增强了系统耦合因素的影响。因此,研究柔性操作臂的振动特性,应充分考虑系统耦合因素的影响。本文在国家自然科学基金项目、教育部博士点基金项目、江苏省科技支撑计划项目和江苏省普通高校研究生科研创新计划项目的资助下,结合直角坐标机器人的结构和运动特征,基于理论建模、数值仿真分析、虚拟样机实验和实验系统测试手段,对柔性操作臂机电耦合动力学及振动特性开展研究。研究工作主要包括:（1）建立了直角坐标柔性机器人的动力学模型,完成了实验系统构建。基于Hamilton变分原理推导了柔性操作臂平移、伸缩和斜向运动特征下的动力学方程,分析了不同运动特征下柔性操作臂的振动特性;探讨了柔性操作臂匀速运动振动响应的初始条件,通过分析加速阶段柔性操作臂的振动响应,确定了匀速运行阶段振动响应的初始条件,基于此对柔性操作臂匀速运行的振动特性进行分析,并与虚拟样机实验结果进行对比验证;采用直角坐标机器人本体结构、环氧树脂材料柔性操作臂和螺栓连接结合部,搭建了直角坐标柔性机器人实验系统,介绍了实验系统的结构组成及其模拟柔性机器人系统耦合因素的可行性,对各运动特征下柔性操作臂的振动响应特性进行了实验测试分析。（2）研究了柔性操作臂结合部弹性约束模型及动态特性,探讨了结合部弹性约束的作用机理。考虑线约束和扭转约束作用,建立了螺栓结合部的弹性约束模型,根据虚功原理确定了柔性操作臂的边界约束条件,推导了其频率方程和振型函数,分析了柔性操作臂的频率和振型特性,揭示了结合部弹性约束对柔性操作臂模态特性的影响;采用灵敏度方法分析了线约束和扭转约束对频率的影响程度,给出了结合部的弹性约束区域,基于此对频率曲线进行拟合,表征了结合部约束刚度与频率之间的关系,分析了结合部弹性约束对柔性操作臂振动特性的影响;通过模态测试实验验证了弹性约束模型的有效性,为研究结合部弹性约束下柔性操作臂的机电耦合动态特性提供了理论模型。（3）开展了柔性操作臂机电耦合动力学建模及联合仿真虚拟实验。考虑系统存在的耦合关系,将驱动系统、传动系统和负载执行机构作为整体,建立了包含电磁系统与机械系统的系统全局耦合关系和物理模型,采用机电分析动力学方法,推导了系统的机电耦合动力学方程;采用Matlab/Simulink建立了系统的动力学仿真模型,对电机的输出转速和移动基座的运动特性进行分析,揭示了机电耦合作用下系统的运动波动规律;基于系统动力学仿真模型与虚拟样机模型,采用Matlab/Simulink和Adams/controls建立联合仿真模型,对机电耦合作用下柔性操作臂的振动特性进行联合仿真虚拟实验,为研究柔性操作臂的参数振动特性奠定了基础。（4）分析了机电耦合作用下柔性操作臂的参数振动特性和稳定性。表征了移动基座的运动特性方程,基于此推导了运动波动下柔性操作臂的参数振动方程,分析了柔性操作臂的参数振动特性,验证了运动波动的影响;根据柔性操作臂参数振动的稳态功率流特性,直观展现了柔性操作臂的振动能量分布,分析了结合部弹性约束对参数振动及稳态功率流的影响;采用直接多尺度方法推导确定了柔性操作臂参数振动的稳定性边界,讨论了结合部弹性约束和末端执行器负载对系统失稳区域的影响,通过实验测试分析了柔性操作臂的参数振动特性,验证了理论模型及分析结果的正确性。本文所取得的研究成果对深入开展多耦合状态下柔性操作臂的动力学和振动特性具有重要的指导意义,为柔性操作臂的机电耦合振动控制奠定了理论基础,对柔性机器人的集成设计具有重要的实际应用价值。

摘要： Trajectory following is one of the complicated control problems because its dynamics are nonlinear, stochastic and includes large number of parameters. The problem has major difficulties including large number of trials required for data collection, and huge volume of computations required to find a closed-loop controller for high dimensional and stochastic domains. For solving this type of problems, if we have an appropriate reward function and dynamics model, finding an optimal control policy is possible by using model-based reinforcement learning and optimal control algorithms. As defining an accurate dynamics is not possible for complicated problems, Pieter Abbeel and & Andrew Ng recently presented an algorithm that requires only an approximate model, and only a small number of real-life trials. This algorithm has wide applicability, however there are some problems regarding to convergence of the algorithm. In this research required modifications are presented that provide more powerful assurance for converging to an optimal control policy. Also updated algorithm implemented to evaluate the efficiency of the new algorithm by comparing the acquired results with human expert performance. We are using DDP (Differential Dynamic Programming) as the locally trajectory optimizer and a 2D dynamics and kinematics simulator is used to evaluate the accuracy of the presented algorithm.

关键词： 内浮顶罐   清洗方案   变形机构   履带式行走机构   机器人动力学  

摘要： 随着储油罐清洗行业蓬勃发展,国家及行业对储油罐清洗的安全和环保要求日益严格,企业自身对经济和效率的提高逐渐重视,客观上一起推动了清洗技术向着高度自动化、无人员进罐、简化作业流程的方向发展。由于社会对成品油的需求逐年增长,成品油内浮顶罐大量普及,以原油为存储油品,结构简单的储油罐为主要服务对象的传统清洗方法,暴露出适应性差,危险性高和效率低等问题。有鉴于此,本文将机器人技术首次引入成品油内浮顶罐清洗,具有重大意义。成品油内浮顶罐清洗环境下,机器人考虑因素多,设计难度大,国内尚没有开展此方面的理论与技术研究,本文从工程应用需要作了如下具体工作:1.成品油内浮顶罐环境下的清洗工艺和清洗方法研究。在总结机器人的作业环境特点基础上,论述机器人清洗系统的组成,基于水射流清洗机理的研究,进行水射流基本参数的分析与选择;基于180°清洗模式有效清洗范围的研究,提出解决死区的消除方法,引入正六边形拓扑结构,建立使用最少工作点对作业区域进行无漏洞覆盖的模型;综合考虑储油罐结构和底泥物理状态影响,从工程应用角度,提出具有针对性的清洗方案。2.机械结构设计的要求、原理和方案研究。根据机器人的作业环境和清洗方案,对履带式行走机构进行计算选型;采用变形方式通过罐壁人孔,对变轨距机构和举升机构进行动力学分析,推导出机构中曲柄长度与液压油缸参数的关系,确定机构设计方案;应用脐带缆和管路设计基本原则,对脐带缆结构、机器人内部管路进行设计与布置;根据爆炸性危险场所使用设备的规范要求,对机器人进行复合式的防爆设计;最后完成样机的加工和装配。3.机器人多种工作模式下运动原理和力学特性研究。基于履带式机器人的行驶理论,对机器人直线匀速行驶、中心转向、清洗作业和爬越引导梯的四种工作模式进行研究,分析稳定工作的条件,建立其运动学和动力学模型;通过MATLAB仿真,分析机器人运动原理,给出机器人应用中控制的一般策略。4.试验研究。搭建机器人试验系统,进行控制系统软硬件结构设计;进行平面运动性能,引导梯通过性能和清洗作业稳定性的试验研究,验证仿真结果正确性。

关键词： Autonomous vehicles   Marine systems  

摘要： This paper describes insights gained from a decade of autonomous marine systems development at the University of Sydney's Australian Centre for Marine Robotics. Over the course of this time, we have deployed numerous vehicles and imaging platforms in support of applications in engineering science, marine ecology, archaeology and geoscience. We have operated an Australia-wide benthic observing program designed to deliver precisely navigated, repeat imagery of the seafloor. This initiative makes extensive use of Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) to collect high-resolution stereo imagery, multibeam sonar and water column measurements on an annual or semi-annual basis at sites around Australia, spanning the full latitudinal range of the continent from tropical reefs in the north to temperate regions in the south. We have also contributed to expeditions to document coral bleaching, cyclone recovery, submerged neolithic settlement sites, ancient shipwrecks, methane seeps and deepwater hydrothermal vents. We briefly consider how automated tools for working with this imagery have facilitated the resulting science outcomes. (C) 2016 Published by Elsevier Ltd on behalf of International Federation of Automatic Control.

关键词： 中职   机器人技能竞赛   教学方法   技能水平  

摘要： "普通教育有高考,职业教育有技能大赛",技能大赛对中等职业学校的专业建设起着了重要作用。机器人技能竞赛是一个跨专业、高度综合的高科技对抗赛,如何在专业课中开展教学,培养学生学习兴趣,提高学生的动手能力等问题,使学生在学习中能够充分发挥主体作用,促进其全面发展呢。