关键词： Internet of things  

摘要： Smart robots leverage the Internet of Things, Services and People from edge to cloud. This step forward can be made by exploiting the Internet of Things, services and people (IoTSP). The IoTSP facilitates the creation of new technology and novel business models that make large-scale data propagation, stream analytics and machine learning a reality. Future requirements on robot intelligence can be met without any increase in the cost or physical size of controllers by increasing robot capabilities using IoT and cloud technologies, and by locating more storage, analysis and large-scale computation in data centers.

关键词： 疾驰步态   四足机器人   弹性脊椎关节   疾驰机理   步态控制  

摘要： 疾驰步态作为四足哺乳动物及仿生四足机器人研究领域的重要组成部分,越来越受到国内外研究学者的关注。现如今仿生四足机器人的研究正逐渐向高灵活性、高移动速度的方向发展,而现有四足机器人的研究热点主要集中于中、低速运动步态,若进一步提高四足机器人的运动速度,拓展其应用范围,采用中、低速运动步态进行研究终究会遇到瓶颈。四足哺乳动物在中、低速区间有唯一确定的运动步态模式,而在高速运动区间存在疾驰步态的运动模式分化,因此,分别对适合于不同类型四足哺乳动物疾驰步态的运动特点及疾驰机理进行深入分析具有重要意义。本文以两种不同疾驰步态的代表性动物的生物形态特征、解剖学特征及运动特征为为参照,针对疾驰理论模型的缺失分别建立了描述两种类型疾驰步态的动力学模型;提出了疾驰动力学模型周期不动点搜索策略;分别研究了两类疾驰步态的内在疾驰机理,并同时对两类疾驰步态进行了无量纲模型构建和综合性能分析;基于真实四足动物在疾驰步态中所呈现出的躯干运动特点及其多关节协调机理,构建了具有仿生弹性脊椎关节的四足疾驰机器人,并通过物理实验对关键疾驰机理进行了实验验证。以自然界中四足哺乳动物采用Transverse Gallop步态及Rotary Gallop步态的典型动物（马和猎豹）为生物学参照,分别建立了描述两类疾驰步态的四足疾驰动力学模型。马的躯干等效为刚性躯干,腿部在疾驰运动中等效为线性弹性元件。针对猎豹的躯干在疾驰中具有大幅度蜷曲与伸展运动,并且具有高爆发力的特点,建立了具有主动驱动单元的关节腿和具有弹性脊椎关节的躯干的动力学模型。基于Transverse Gallop步态动力学模型对其疾驰性能及疾驰机理进行系统研究。根据马动力学模型的对称性特点,提出了高效的庞加莱不动点搜索策略,并通过设定不同初始运动状态量及不同运动参数,在已获得周期不动点的前提下对疾驰运动参数与疾驰性能之间的规律进行了系统分析,揭示了Transverse Gallop步态的俯仰角速度动力学特性。在已获得Rotary Gallop步态周期不动点的基础上对猎豹的疾驰机理进行了分析。基于猎豹的动力学模型的特点,提出了分步式降维步态搜索策略,降低了高维度庞加莱不动点搜索难度。在此基础上,对疾驰过程中影响疾驰性能的运动参数进行了系统性分析。分析结果除了能深入理解脊椎关节对疾驰性能的作用规律及运动参数在疾驰过程中的影响,还可对设计仿生猎豹机器人提供理论指导和设计依据。为将两种类型疾驰步态置于统一的分析框架进行综合性能分析,引入了动物学家在研究不同种类四足动物步态中广泛采用的无量纲化分析法。基于该方法得到了疾驰步态的无量纲动力学模型,并分别从矢状面躯体形态比例及无量纲水平运动速度方面对两类疾驰步态的疾驰性能的关键评估指标进行了综合对比分析,得到了两类疾驰步态适合的应用场合,为设计针对性应用场合的疾驰步态四足机器人提供了理论依据。最后,为验证关键疾驰机理的正确性,开发了具有弹性脊椎关节的疾驰仿生四足机器人SQBot。该机器人具有锁止-解锁机制的弹性脊椎关节和适合于高频率摆动的惯量集中式仿生腿。基于中枢模式发生器建立了实现机器人疾驰步态的控制器。在实验平台上实现了四足机器人的疾驰步态,并在平整地面上实现了机器人的自由跳跃步态。通过改变机器人躯干的属性、水平速度等关键参数对两种类型疾驰步态的关键疾驰机理进行了物理实验验证。结果表明,疾驰步态十分适合于高速运动,在高速运动中可大幅提高四足机器人的运动性能。

关键词： 空间机器人   动力学建模   参数辨识   牛顿欧拉方程   动量守恒  

摘要： 随着空间科学技术的发展和人类太空探索活动的日益增多,空间机器人因其能完成空间站的组装与维修、以及抓捕、释放、回收卫星等高度复杂的任务,它在未来无疑将会扮演越来越重要的角色。空间机器人是由多个臂杆所组成,是典型的多体动力学系统,各机构之间的铰链存在着摩擦、间隙等非光滑因素,这些因素会对系统的动力学特性造成重要影响。另一方面,空间机器人在执行任务时不可避免地要消耗能源,导致其惯性参数会产生变化,另外使用空间机器人捕获目标时也需要对被捕获目标的惯性参数进行识别。因此,开展空间机器人动力学建模与参数辨识问题的研究具有重要的科学意义和工程应用价值,这些问题也是当前多体动力学领域的热点与难点问题。本学位论文在国家自然科学基金(11132001,11272202,11472171)、上海市教委科研重点项目(14ZZ021)和上海市自然科学基金(14ZR1421000)的资助下,开展了空间机器人动力学建模与参数辨识的研究,主要研究内容和成果总结如下:(1)开展了空间机器人动力学建模的研究。首先,给出空间机器人系统的结构描述,并建立了系统各机构的等效物理、数学模型;然后,采用系统的独立的广义坐标即铰坐标详细推导了空间机器人多刚体系统的动力学方程;进而,分析关节摩擦对系统动力学方程的贡献,给出了关节摩擦的具体形式;最后,开展数值仿真研究,验证本文理论的有效性。数值仿真结果显示,本论文所建立的多刚体系统动力学模型能够有效地描述空间机器人的系统特性,这为后续的参数辨识工作打下了理论基础。(2)基于牛顿欧拉方程开展了空间机器人惯性参数辨识的研究。首先,介绍了六维腕力传感器及其工作原理;然后,推导了考虑关节摩擦情况下的空间机器人的牛顿欧拉方程,并且在此基础上将方程进行改写,分离出待辨识的参数;进而,基于牛顿欧拉方程和腕力传感器信号求解空间机器人的惯性参数;最后,通过数值仿真对本文所给方法的有效性进行了验证,分别从本体、被抓取物体和整体角度进行辨识仿真。数值仿真结果显示,本论文所采用的辨识方法能准确求解考虑关节摩擦情况下空间机器人的各部分参数。(3)基于动量守恒原理开展了空间机器人参数辨识的研究。首先,推导出系统线动量与角动量表达式,并分离出待辨识参数;然后,从本体、被抓物体和二者同时辨识三个方面给出求解空间机器人惯性参数的方法;最后,通过数值仿真验证了该辨识方法是有效的。仿真结果显示,本论文所给方法能准确地辨识出卫星本体和被抓物体的惯性参数。

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： 智能机器人   中国赛区   奥林匹克   湖南省  

摘要： 本刊讯2016年1月1;日,国际奥林匹克智能机器人竞赛湖南赛区选拔赛暨湖南省智能机器人竞赛举行。此次竞赛由国际奥林匹克智能机器人竞赛中国赛区委员会、湖南省教育学会主办,湖南省教育学会机器人教育研究专业委员会承办,长沙市实验小学梅溪湖学校协办,湖南振业房地产开发有限公司、湖南三川机器人公司支持。来自长沙、株洲、湘潭、衡阳、岳阳、娄底、张家界等地市的986名选手参赛,竞赛规模创湖南省各项机器人竞赛历史之最。此次竞赛共设有机器人基本技能

关键词： 机器人学   AR   中华人民共和国   产业机器人   工业机器人   时尚品牌   时尚产业   增强现实   服装   时装   普林   机器学习技术   可预见  

摘要： 《服装商业评论》2016-07-10时装行业在机器人时代的机遇与挑战自动化的步伐仍在继续向前。国际机器人学联盟预测,在2015至2018年之间,全球销售工业机器人销量将达到两位数增长;Ford预测,在时尚产业以及更广泛的经济业界,机器人技术和机器学习技术,将有可能使所有常规可预见的工作实现自动化。

关键词： Developmental robotics   language acquisition   semiotics   symbol emergence   symbol grounding  

摘要： Humans can learn a language through physical interaction with their environment and semiotic communication with other people. It is very important to obtain a computational understanding of how humans can form symbol systems and obtain semiotic skills through their autonomous mental development. Recently, many studies have been conducted regarding the construction of robotic systems and machine learning methods that can learn a language through embodied multimodal interaction with their environment and other systems. Understanding human?-social interactions and developing a robot that can smoothly communicate with human users in the long term require an understanding of the dynamics of symbol systems. The embodied cognition and social interaction of participants gradually alter a symbol system in a constructive manner. In this paper, we introduce a field of research called symbol emergence in robotics (SER). SER represents a constructive approach towards a symbol emergence system. The symbol emergence system is socially self-organized through both semiotic communications and physical interactions with autonomous cognitive developmental agents, i.e. humans and developmental robots. In this paper, specifically, we describe some state-of-art research topics concerning SER, such as multimodal categorization, word discovery, and double articulation analysis. They enable robots to discover words and their embodied meanings from raw sensory-motor information, including visual information, haptic information, auditory information, and acoustic speech signals, in a totally unsupervised manner. Finally, we suggest future directions for research in SER.

关键词： 中小学生   科技竞赛   机器人   金钥匙  

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。

关键词： 寻宝机器人   传感器   前轮定位   控制系统   PID控制   数字识别  

摘要： 寻宝机器人控制系统的总体设计过程是按照由整体到局部的设计原则进行的。整体设计是指在详细分析学校已有关于寻宝机器人的研究及查阅大量国内外文献资料的基础上,构建出寻宝机器人控制系统的总体设计方案,总体设计方案主要分为四个部分,即硬件选择、硬件电路的设计、机械结构的设计及软件系统的设计。局部设计是指采用模块化的设计思想,分别对寻宝机器人的各个功能模块进行设计,各个功能模块的设计一般分为理论分析、电路设计、PCB板制作、程序设计及实验验证等步骤。机械结构的设计方面,本文完成了前轮定位参数及寻宝机器人重心位置的调整,并通过计算及实验分析确立了寻宝机器人的前瞻距离,同时对地板、舵机连接件等结构进行了设计。详细介绍了灰度传感器、接近开关、线性CCD摄像头等传感器的安装方式,并基于混合式数据融合的结构模型特点,利用贝叶斯推理的方法推导出了一种基于贝叶斯法则的多传感器数据融合算法。该算法对各个传感器采集到的数据信息进行联合判断,能提高寻宝机器人获取环境特征参数及自身状态特征参数的准确度和精度,进而实现了寻宝机器人快速稳定的行驶。软件系统的设计核心是寻宝机器人赛道引导线的提取算法、数字识别算法及车体控制算法的研究与实现。本文采用边缘检测算法中的Sobel算子来进行引导线提取,并对Sobel算子的提取过程进行了程序设计。同时根据寻宝机器人需完成查找宝物这一任务的需要,提出了一种基于数字符轮廓的数字识别算法并通过实验验证了该算法的鲁棒性。本文还对寻宝机器人的PID控制策略进行了研究,完成了寻宝机器人增量式PID控制器的设计,并利用Matlab/Simulink对寻宝机器人PID控制算法进行了模拟仿真,完成了k、k及k等参数的整定,并通过测试验证了PID控制算法的可行性及优越性。总之,通过完成以上工作,本文设计并制作了一款环境感知能力强、爬坡能力好、得分能力强、转向精准及速度控制性能好的寻宝机器人,并在2015年寻宝机器人大赛中以总得分2600分的优异成绩获得了华中赛区一等奖。