关键词： 并联机器人   运动学   奇异位形   动力学   ADAMS   仿真  

摘要： 本文对3-RRRT并联机器人在运动学及动力学方面进行了比较深入的研究,主要涉及的内容有:3-RRRT并联机器人运动学正、反解方程的推导,3-RRRT并联机器人奇异位形空间分析及数值仿真,3-RRRT并联机器人的动力学反解方程的推导及数值仿真,以及基于ADAMS的虚拟样机3-RRRT并联机器人的运动学及动力学仿真。 针对3-RRRT并联机器人,根据机构类型分析了动平台空间运动的性质,利用螺旋理论,通过建立位置输入输出方程推导出了其运动学的正、反解方程,分析了3-RRRT并联机器人的奇异位形空间。运用瞬时运动分析法,建立了机构的奇异位形判别矩阵,并通过数值仿真得到了机构的奇异位形空间。根据螺旋理论在力学上的应用,首先求出了各个转动副的角速度、角加速度与动平台速度、加速度的关系式,在此基础上利用虚功原理得到了简化的动力学反解方程,并进行了数值仿真。利用ADAMS对3-RRRT并联机器人进行了运动学及动力学仿真,得到了运动学及动力学的输入、输出曲线图,根据曲线图分析对机器人的运动学及动力学性能给予了评价。

关键词： 机器人   动力学分析   ADAMS  

摘要： 一般而言,多关节通用机器人的动力学分析可归属于具有理想约束的完整系统和多刚体动力学的范畴,对机器人做动力学分析的主要目的有两个:其一是用于优化控制,通过引入基于机器人动力学特性的控制规律,改善机器人控制的动态和静态品质,实现更精细的轨迹跟踪;其二是用于优化结构,一个合理设计的机器人系统应该具有尽可能轻的非线性耦合性和采用恰如其分的驱动力。本文的任务是完成上述目标的基础性部分,即对我校自行研制的第一台6自由度通用机器人进行运动学和动力学计算,并做了相应的仿真分析。 所完成的主要工作包括,建立了该机器人的串联6杆运动坐标体系,及其等效简化结构的多刚体动力学模型,对上述模型进行了运动学和动力学分析,给出了该机器人系统的运动方程及雅可比矩阵,并导出了其简化结构多刚体系统的第二类Lagrange动力学方程组。 在此基础上,还运用ADAMS样机技术对虚拟的该机器人系统做了考虑重力影响的运动学仿真;即,先借助Pro/E的参数化建模功能建立了该6自由度通用机器人的虚拟三维实体模型,并通过专用接口模块Mechanism/Pro将该虚拟机器人导入ADAMS平台,再参照机器人实际的几何参数、物理特性以及约束条件,建立了该虚拟6自由度机器人的运动学仿真模型,并在有重力作用下,进行空间轨迹跟踪的仿真,获取了一系列的重要结果,为优化机器人结构和提升控制品质的后续研究工作提供有价值的数据信息。 上述工作还表明,与其他借助各种编程语言搭建仿真平台和进行仿真的做法相比,采用ADAMS虚拟样机技术可将所有仿真任务有机地结合在一起,从而可以极大地提高工作效率,避免了其他做法存在的编程过程复杂、费时费力、对研究人员要求高、通用性不高和为不同项目搭建不同平台的缺点。 此外,本文综合运用ADAMS/Control模块和MATLAB/Simulink模块,对实现该机器人考虑动力学因素的动态控制仿真方法做了初步探讨。

关键词： 机器人   动力学   结构设计   UG   智能化  

摘要： 智能移动机器人是机器人研究领域中的一个重要分支。智能移动机器人集人工智能、智能控制、信息处理、图像处理、检测与转换等专业技术为一体,跨计算机、自动控制、机械、电子等多学科,成为当前智能机器人研究的热点之一。而对于移动机器人的研究,多少年来一直停留在一种运动姿态的研究上。本课题在研究各种移动机器人的基础上,提出了一种全新的变形移动机器人的概念。为整个移动机器人的研究开拓了一个新的研究空间。本课题通过虚拟样机技术对变形移动机器人进行虚拟仿真,通过计算机仿真技术对变形移动机器人进一步了解。 文章通过查阅大量的过内外文献,介绍了移动机器人在国内外发展情况并提出了变形移动机器人的新的研究思想。作者在介绍移动机器人的现状和移动机器人的发展历史进行概述的基础上,对整个变形移动机器人的设计思想进行了描述。 本文首先提出了利用UG软件对于其结构新颖性进行设计建模。并对变形移动机器人的结构和运动姿态进行分析,进而通过UG三维软件的设计功能和装配功能建立起变形移动机器人的实体模型。其次,介绍了变形移动机器人的运动学和动力学问题,并运用了拉格朗日动力学算法和牛顿——欧拉公式对其进行动力学分析。最后,介绍ADAMS虚拟样机仿真软件的基本功能和使用,并运用ADAMS对变形移动机器人进行分析和仿真,建立变形移动机器人的虚拟样机。 本课题建立了变形移动机器人的虚拟样机,并成功的对虚拟样机进行了分析和仿真。同时还提出了变形移动机器人的前景。并对智能控制提出了初步设想。

关键词： 巡线机器人   输电线路   动力学   刚柔耦合   仿真  

摘要： 高压输电线路巡线机器人特殊的作业环境、巡检任务要求,使其在机械结构与作业特点上与工业机器人有着本质的差别。目前国内外在这一方面的研究成果,特别是巡线机器人动力学方面的研究工作还很有限。武汉大学自行研制的220KV高压线路巡线机器人为线上可移动机器人,能自主跨越输电线路上的结构型障碍物（如绝缘子串、防振锤等）,并完成相线与跳线间的变向行驶,从而保证对高压线路全程做不间断巡检。本文结合UG的三维实体建模功能和ADAMS的动力学仿真功能,对巡线机器人线上作业的运动学、动力学建模与仿真做了探索性的研究。 首先,应用UG建立了巡线机器人的三维实体装配模型并获得各关键零部件的质量、惯量、质心点位置等参数。对部分零部件做了一定的简化处理,使模型具备与巡线机器人物理样机相似的结构、运动学及动力学特性。 然后,将巡线机器人的三维实体装配模型以Parasolid格式导入ADAMS,施加约束、定义相关运动函数;采用ADAMS的脚本仿真方式对其过悬垂绝缘子串做了完整的运动学分析;并对巡线机器人过障的动作规划进行修正,实现了其过障时的避障。 参照输电线路的悬链线公式,在ADAMS中建立了10米跨距的导线有限元模型;联合Macro宏命令和ADAMS/View的命令流实现了巡线机器人臂末端滚轮与导线有限元模型的接触力建模（共400个接触力单元）;对机器人沿导线滚动动作进行动力学逆问题的数值仿真,分析机器人动力学特性及导线振动特性的规律。 最后,建立刚性导线—机器人、柔性导线（有限元模型）—机器人两组模型,分析机器人与柔性导线间的耦合作用对机器人奇臂抬升动作动力学特性的影响规律;对柔性导线—机器人系统模型,定义不同的奇臂抬升速度,分析这一差异对机器人动力学特性及导线振动特性的影响规律;通过建立不同跨距的导线模型,分析导线的柔度对巡线机器人动力学特性的影响规律。 本文所作的工作,从数值仿真的角度为巡线机器人进一步的动力学和控制研究提供了参考依据,也为巡线机器人的运动规划与结构优化作出了铺垫。

关键词： 虚拟样机   气动机构   Pro/Engineer   ADAMS  

摘要： 虚拟样机技术是当前设计制造领域的一门新技术。它利用软件建立机械系统的三维实体模型和力学模型,分析和评估系统的性能,从而为物理样机的设计和制造提供参数依据。这对更新产品开发过程、缩短开发周期,降低成本、提高产品质量具有重要的理论和实践意义。 著名的绘图软件Pro/Engineer和多体动力学仿真软件ADAMS通过Mechanical/Pro无缝接口结合起来,能够有效地对虚拟样机进行仿真分析。本文运用该方法对863课题“防风固沙草方格铺设机器人”的横向插草机构中的一种方案,即气动插草机构进行了动力学仿真分析。 首先,在Pro/Engineer完成气动插草机构的几何建模,并为其施加约束和力,利用接口模块Mechanical/Pro把模型导入ADAMS/View中。 然后,在ADAMS上进行仿真,仿真过程必须先确定试验目的,找出对机构性能影响最大的设计参数——气缸安装位置参数,并为参数因子选择一系列水平值。在本文中选择了几个典型的位置A、B、C、D。 接着在不同的位置上赋予机构不同的驱动力。利用ADAMS软件得到大量不同力下所需参数的仿真数据,通过对比得出每一个位置下的最优设计,再通过横向比较每个位置的优化结果,得出气动插草机构最终优化设计方案。其中避免了繁冗的动力学、运动学计算而直接获得各个零部件的准确位置。 最后对物理样机进行性能测试来验证虚拟样机的可靠性。

关键词： 蔡自兴   机器人学   人工智能   自动控制   专家  

摘要： 中南大学信息科学与工程学院教授蔡自兴,是我国著名的人工智能和自动控制专家。在40年的教学和科研生涯中,他为我国的智能科学技术做出了卓越的贡献,是我国智能科学技术学科的奠基者之一,在海内外享有较高的知名度。蔡自兴在潜心教学科研的同时,仍十分关注社会发展进步,他先后?（共4页)

关键词： 割草机器人   全区域覆盖   RBF神经网络   模糊控制   基于行为   规划   动力学特性   轨迹跟踪   嵌入式处理  

摘要： 本论文研究的智能割草机器人(IRM)是全区域覆盖运行的户外移动机器人,工作在非结构化的草坪环境中。充分考虑到智能割草机器人的工程实用性,基于RBF神经网络算法,提出在无人为标识的草坪区域中建立边界和识别边界的新方案。 割草机器人的智能在环境中表现为诸多适应性的行为。据此本文提出归一化行为的概念,形成智能割草机器人基于归一化行为的控制体系结构,深入研究归一化行为模式的特性,提出行为元SB和SDB结构,并采用模糊Petri网建立了割草机器人面向环境、针对任务的归一化行为模型。根据行为控制与模糊逻辑之间存在的内在关系,基于模糊控制理论对割草机器人全区域覆盖运行的主要行为:路径跟踪行为、避障行为和区域切换行为进行智能控制,解决了智能割草机器人的路径跟踪行为与避障行为的协调问题。 根据智能割草机器人的特点和任务目标,提出机器人工作性能的评价指标。对割草机器人全区域覆盖运行的路径规划进行数学描述,基于Morse理论提出工作子区域的划分方法,解决了统一而又简单的覆盖路径的规划问题。结合已建立的工作区域边界及拓扑图,提出牵连子区域优先覆盖的新方法,有效地解决了全区域覆盖的运动规划问题。文中还对智能割草机器人全区域覆盖规划的性能进行了分析。 本论文首次引入智能割草机器人的空气动力学特性研究,对刀盘中气流流动模式和特性进行了深入研究,并分析了气流不均衡性对割草机器人自主行为的影响。通过求解有限元模型,得到割草机器人刀盘对不平衡刀片的离心惯性力的动态响应,提出减少刀盘受迫振动的方法。 建立了智能割草机器人在草坪环境中的动力学模型,并进行了相应的动力学特性分析。根据草坪的物理特性,对车轮—草坪力学模型的特定力学性质进行了分析,得到割草机器人在草坪上运动的滚动阻力及草坪所允许的附着力。基于草坪的几何特性,建立其描述函数,研究了由于草坪不平整所引起的割草机器人在不同运动速度下的垂向振动特性,推导出割草机器人对草坪不平整引起的侧向扰动的稳态响应。 利用后退方法设计了割草机器人非完整动力学的轨迹跟踪控制律,给出了考虑外界扰动情况下的仿真控制结果。并基于H理论对机器人的反馈镇定控制进行了探讨。 论文最后设计了割草机器人的本体结构和基于CAN总线的控制系统,研制了基于ARM嵌入式处理器的主控模块和相应的功能子模块。根据割草机器人的行为模式,制定了机器人在工作过程中可能存在的所有通信报文类型。结合软硬件对样机系统进行实验调试,实验结果满足割草机器人工作要求。 通过对智能割草机器人全区域覆盖运行的规划、基于行为的智能控制和动力学特

关键词： 机器人控制   机器人  

ISBN: (纸本)7040139782

摘要： 本书重点在于用严谨而系统的方式介绍机器人动力学与控制的基本概念和主要结果。全面介绍了机器人建模与控制研究中所涉及的基本概念、算法和有代表性的结果，特别是控制方法的介绍更具全面性。

关键词： 机械灵巧手   机器人学   计算机立体视觉   空间手势姿态分析  

摘要： 本文讨论将计算机视觉用于人手姿态的检测,在基于任务建模的方式下,进行多指机械灵巧手的操作控制的研究工作。 机械手,包括灵巧手,是机器人进行操作的最重要的工具,对应的控制是机器人适应性地完成各种作业任务的关键。具有多手指、多关节和多自由度的多指灵巧机械手可以提高机器人的操作能力,实现复杂的灵巧操作。 传统上的机械手通常采用离线编程或示教的方法进行控制,机械手完成的是事先规定好的工作,这种工作模式降低了机械手对非结构环境的适应性。采用视觉传感器的机器人系统,用摄像机摄入被抓取的物体的影像,通过图像处理分析,获得物体的方位、形状参数,可以让机器人能自动识别需要抓取的对象,确定机械手的夹持器的方位和抓取方法。 但是,基于目前技术发展的水平,不可能完全靠传感器对机械手的直接控制来完成复杂的任务,即使在所谓结构环境中,机械手仍需要依赖多种形式的“学习”,“积累”处理可能出现的各种情形的知识。另一方面,在非结构化环境中,靠机器人完全适应性地完成各种作业任务是不现实的,往往需要人机配合,由人进行必要的监控和决策。并用人机交互手段干预机械手的动作。鼠标与键盘是传统上最常用的人机接口。 新型的人机接口装置——数据手套的出现,大大增加了机械手,特别是多指、多关节的机械灵巧手的适应性,但是数据手套多数是采用命令姿态作为控制方式的,操作者在使用数据手套以前需要进行训练,手套需要标定。命令姿态数量也是有限的。而且,数据手套是接触性传感器,容易损坏、不够舒适、价格比较高。另外,与计算机相连的数据手套在一定程度上限制了操作者的活动。手套开始工作后,就连续检测人手的动作,影响了操作者与其他人或设备的交互。 在过去的几年中,计算机视觉拓展了一个所谓“看人”（looking at people,以下简称LAP）的应用领域,用计算机视觉作为人机接口,通过观察（监视）、分析人体不同部分的表情或姿态,从中提取有用的控制信息。由于是非接触性检测,因此对于操作者而言感觉比较自由而且自然,同时还能为机器提供丰富的信息资源,具有广阔的应用范围。在Looking at people应用中,手势姿态分析主要研究内容是分析用手势表达的符号语言（如手语字符）的意义。 本文进行的研究将Looking at people的方法应用于分析人的手势姿态,进而完成多手指、多关节机械灵巧手的操作控制。这是一个交叉研究领域,涉及到计算机立体视觉、图像处理和机器人学等学科。 系统的特点是采用根据任务建模的方式而不是预先规定的命令姿态进行控制。由操作者观察被操作对象的表面形态、方位,作出动作决策（抓取物体的手势姿态）,摄像机从不同角度“观察”人的手势,经过图像分析,信息合成,得到三维空间中手的姿态信息,然后利用人手和机械手结构上的异、同点,将人手的姿态转变成机械手可执行的动作姿态。 研究主要完成了下列工作: （1）根据人手的生理结构特点,设计了适合于具有小幅度运动的非刚性构架上特征点的搜索、排序方法,可以迅速、准确地将摄像机拍摄的处于任意空间方位姿态下的手的姿态图像上的各关节点（含手腕和指尖）,按手指的归属重新排序,这些点在图像采集、

关键词： 机器人学   共融   美国   美利坚合众国   北美洲   高级合伙人   信息产业   咨询业   咨询产业   芝加哥大学   哈佛商业评论   商学院   博士   升华   化工单元操作  

摘要： 对于世界,应该抱有一种领悟和宽容的态度,这才使得我们更快乐,也使 得我们能真正逃离物理的障碍,乃至心理的障碍。 ——高晓春 本期嘉宾:高晓春先生 新华信正略钧策管理顾问公司高级合伙人 执行董事、高级副总裁 教育背景: 美国芝加哥大学商学院MBA 美国伊利诺伊大学机器人学博士 主要著作: 《哈佛商业评论精萃丛书》九本:《创业精 神》、《非赢利性组织》等