关键词： Kinematics   Dynamics (Mechanics)   Pipes   Mobile robots   Wheels   Vehicles   Robots   Inspection   Equations of motion  

摘要： In this paper, we study the dynamics of an articulated planar mobile robot for confined environment exploration. The mobile vehicle is composed of n identical modules hitched together with passive revolute joints. Each module has the structure of a four-bar parallel mechanism on a mobile platform. The dynamic model is derived using Lagrange formulation. Computer simulations illustrate the model by addressing a path following problem inside a pipe. The dynamic model presented in this paper is the basis for the design of motion control algorithms that encode energy optimization and sensor performance maximization.

关键词： Robotics   ureteropelvic junction obstruction   urology  

摘要： The well-known advantages of robotic surgery include improved dexterity, three-dimensional operating view and an improved degree of freedom. Robotic surgery is performed for a wide range of surgeries in urology, which include radical prostatectomy, radical cystectomy, and ureteric reimplantation. Robotic paediatric urology is evolving. The major hindrance in the development of paediatric robotics is, first, the differences in practice patterns in paediatric urology compared with adult urology thereby making development of expertise difficult and secondly it is challenging to conduct proper studies in the paediatric population because of the paucity of cases. The difficulties in conducting these studies include difficulty in designing a proper randomised study, difficulties with blinding, and finally, the ethical issues involved, finally the instruments although in the phase of evolution require a lot of improvement. In this article, we review the relevant articles for paediatric robotic surgery. We emphasise on the technical aspects and results in contemporary paediatric robotic case series.

关键词： RoboCup   全向移动机器人   动力学模型   增益调度PID   控制分配  

摘要： 底层运动控制,是全向移动机器人进行路径/轨迹规划与跟踪、避障等上层行为的基础,对全向移动平台的稳定运行与精确控制具有十分重要的意义。在RoboCup中型组机器人足球比赛中,全向移动机器人底层运动控制的性能,直接影响到了定点跑位、传接球等对于运动控制精度要求很高的动作的实现。本文借鉴了基于运动学模型的分层控制结构,提出了基于动力学模型的分层控制结构,既有利于系统模块化开发和上层控制算法的改进,又简化了全向移动机器人的动力学模型。NuBot足球机器人是本文研究全向移动机器人的底层运动控制的实验平台。其采用的四轮全向移动平台,四个全向轮均匀分布在底盘的中心圆上,呈十字分布。通过对其轮系结构的分析,本文建立了机器人在无滑动条件下的运动学模型。然后在此基础上,结合了全向轮系的分布和安装方式,建立了机器人在体坐标系下的动力学模型。最后,基于设计的实验与数据分析,对模型中无法直接测量的参数进行了辨识。NuBot足球机器人目前采用的是基于运动学模型的分层控制结构,底层运动控制器的输出是电机的转速,经驱动器(Elmo)来完成转速控制。由于在实际比赛中,机器人之间相互碰撞时造成电机堵转,容易触发Elmo的保护机制,自动断开电机供电。在高动态的比赛环境下,这个保护机制则会带来麻烦,使机器人失灵而被迫下场。本文设计了基于增益调度PID的速度控制器,控制器的输出是电机的驱动电流,能够避免此问题的发生,而且可以保证电机在全速度范围都有较好的速度跟踪性能。基于运动学模型的分层控制结构,不需考虑机器人具体的动力学特性,控制器设计相对容易,具有较好移植性,但有较大的系统时延。为了提高底层运动控制的实时性,同时避免电机转速控制器的繁杂的参数整定,本文基于机器人的动力学模型,提出了基于动力学模型的分层控制结构,既能有效消除时延,也能简化机器人的动力学模型。为了更好的解决四轮全向移动机器人容易出现的轮子打滑等问题,本文基于控制分配的思想,对电机的力矩进行了重分配,设计了闭环的速度跟踪控制器。实验结果验证了两种不同速度跟踪控制器方案的可行性,并且设计的速度跟踪控制器具有良好的动态性能和较小的跟踪误差。

摘要： In robotics, there is a need of an interactive and expedite learning method as experience is expensive. In this research, we propose two different methods to make a humanoid robot learn manipulation tasks: Learning by trial-and-error, and Learning from demonstrations. Just like the way a child learns a new task assigned to him by trying all possible alternatives and further learning from his mistakes, the robot learns in the same manner in learning by trial-and error. We used Q-learning algorithm, in which the robot tries all the possible ways to do a task and creates a matrix that consists of Q-values based on the rewards it received for the actions performed. Using this method, the robot was made to learn dance moves based on a music track. Robot Learning from Demonstrations (RLfD) enable a human user to add new capabilities to a robot in an intuitive manner without explicitly reprogramming it. In this method, the robot learns skill from demonstrations performed by a human teacher. The robot extracts features from each demonstration called as key-points and learns a model of the demonstrated task or trajectory using Hidden Markov Model (HMM). The learned model is further used to produce a generalized trajectory. In the end, we discuss the differences between two developed systems and make conclusions based on the experiments performed.

关键词： 机器人学   AI   人工智能   人类  

摘要： 智能机器人总有一天会与人类为敌,这种担忧在人类社会普遍存在。但本文作者、伦敦帝国大学外科讲师胡坦·阿什拉费恩(Hutan Ashrafian,上图)指出:有没有人想过,有谁能保护机器人不受来自其他机器人和人类的伤害呢?"机器人权"理念的出现在不久的将来,以机器人形式出现的人工智能(AIs)也许具有思维能力,而且这种可能性越来越

关键词： FEEDBACK control systems   RESEARCH   ROBOTS   ROBOTICS   TREADMILL exercise   AEROBIC capacity  

摘要： Gait rehabilitation robots have potential for cardiovascular rehabilitation of patients with neurological deficits. A novel method was developed to guide exercise intensity by feedback control of oxygen uptake rate with a focus on tracking ramps as typically applied in maximal exercise testing. This approach is important as prior observations have noted a non-linear oxygen uptake response to increasing work rate, whereas a linear progression of exercise intensity is desirable. The proposed oxygen-uptake controller has embedded within it a human-in-the-loop feedback system for control of mechanical work rate which takes its target work rate from the automatic oxygen uptake control loop. Results of step and ramp tracking of target oxygen-uptake profiles, and disturbance rejection tests, demonstrated the technical feasibility and accuracy of the approach. Comparison with open-loop tests demonstrated clearly that the feedback system linearises the oxygen-uptake response and that linear progression of exercise intensity leads to higher peak oxygen uptake values. Further work will focus on clinical feasibility and the potential for cardiovascular rehabilitation in patients with neurological deficits. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

关键词： 码垛机器人   运动学分析   动力学分析   Adams仿真   性能分析软件  

摘要： 近年来,随着越来越多的企业逐渐规模化,以及大型物资配送中心和快递物流方式逐渐兴起,这使得物流自动化技术作为一门新兴技术更是发展迅猛,尤其是码垛机器人技术,它的性能好坏严重影响了整条生产线的生产效率。而如今,我国在机器人技术方面与西方先进国家相比确实具有一定差距,因此,对码垛机器人进行性能分析及其软件开发是非常有实际意义的。根据成箱乳制品自动化产线上的码垛机器人的任务要求,确定了四自由度码垛机器人的总体方案和主要技术参数,设计了码垛机器人的本体结构,建立了其三维实体模型;采用D-H法进行了运动学正逆解分析,利用Adams软件对其运动学进行了仿真分析并与解析结果进行了对比,验证了运动学正逆解的正确性,阐述了误差产生原因,修正了运动学模型;研究了机器人的运动空间、雅克比矩阵及其奇异性,规划了满足作业要求的运动轨迹,为后续码垛机器人的运动控制提供了依据;利用拉格朗日方程法建立了四自由度码垛机器人的动力学模型,解析计算了机器人工作过程中各个时刻的动力学系数、转角速度和加速度等,得到了动态关节力矩,并依此未完成了各关节驱动电机的选型;最后利用MATLAB GUI设计了码垛机器人运动学、动力学性能分析软件的用户交互界面,正确实现了软件系统各个模块的功能。本文对四自由度码垛机器人进行的运动学、动力学性能分析,为机器人的运动控制奠定了理论基础,具有一定实际意义,通过自主开发的性能分析软件及其内置的解析方法,对机器人后续的研究具有重要的参考价值。

关键词： 搬运机器人   运动学分析   动力学分析   有限元分析   动力学仿真  

摘要： 随着经济和社会的不断发展,出现了人力成本的增加,劳动力资源短缺等一系列问题。因此,自动化程度高的工业机器人开始被广泛采用。在生产中,大量的使用工业机器人具有很多优点,它可以改善工人的工作条件,减少原材料的消耗,提高生产物品的标准化程度和质量,同时有利于加快产品升级换代速度,显著提高劳动生产率,同时它可以在高温高压、高污染等环境中工作。柔性制造系统是一种适用于产品种类多、单批产量小、柔性程度高、自动化水平高的先进制造系统。在柔性生产中,搬运机器人动作灵活,特别是六自由度搬运机器人具有非常好的柔性,因此它能够改善工人的劳动条件,节约原材料,加快产品的更新换代速度,显著地提高生产效率。本文在柔性生产搬运机器人动力学方面的研究工作如下:第一,明确研究的主要内容。本文对柔性生产搬运机器人进行了运动学分析、动力学分析、柔性生产搬运机器人结构设计及三维建模、ADAMS动力学仿真以及柔性生产搬运机器人的极限位置有限元分析。第二,完成了柔性生产搬运机器人的运动学和动力学理论模型的建立及分析,本文采用D-H坐标法进行运动学正解和逆解的求解,并且对正逆解进行验证,采用拉格朗日方程完成了机器人动力学方程的推导。第三,分析了柔性生产搬运机器人在极限位置的整体及关键部件刚度问题。使用SolidWorks软件完成柔性生产搬运机器人的三维建模,并对主要部件的设计要求及注意事项进行了描述。根据柔性生产搬运机器人的运动空间,选取机器人的极限位置,利用HyperMesh有限元分析软件,对机器人的模型进行网格划分,并设定条件。然后将其处理好的模型导入到ABAQUS中进行分析,机器人极限位置情况下,分析机器人整体的应力和位移变化情况,以及这些主要部件的应力和位移变化情况。根据分析结果提出进一步优化方案。第四,在ADAMS软件设定柔性生产搬运机器人的一种典型工况,运用ADAMS软件对该特定工况下进行机器人的动力学仿真,并对仿真结果进行分析。

关键词： 多机器人系统   路径规划   行为动力学   互惠速度障碍   行为融合   静态权值免疫规划算法  

摘要： 路径规划问题是机器人研究的最重要也是最基本的问题之一,也是机器人完成任务的根本保证。随着科学技术的不断发展,机器人控制技术的研究已经从单一的机器人发展到多机器人系统。与单机器人相比,多机器人系统有着显著的优势,主要体现在:更广的应用领域,更好的容错性,在复杂任务中更低的运行成本,更高的效率,更好的扩展性,更容易研究和开发等。因此,对机器人路径规划方法的研究具有重要的理论与实践意义。多机器人系统的路径规划是指在确定或者不确定的分布着多台机器人和障碍物的环境里,按照一定的评价标准为每个机器人规划出一条从起始点顺利到达目标点的无碰平滑路径。本文利用改进的行为动力学方法进行多机器人路径规划研究研究。主要内容包括:首先,第一章介绍了多机器人系统路径规划技术的背景与发展现状,并分别介绍了单机器人与多机器人系统路径规划常用的方法。第二章介绍了多机器人系统路径规划中常见的几个关键技术问题及解决方法。另外,对行为动力学方法的三个基本行为,即奔向目标行为、避障行为和避碰行为进行简要介绍以及原理进行分析。其次,第三章利用互惠速度障碍对避碰行为动力学进行改进,充分考虑到了移动机器人的速度信息和“自主性”,令机器人具有区别于障碍物的“智能性”;利用传感器模型进行子目标点的确定,提高了行为动力学路径规划方法的适应性,并利用模糊控制器设计了沿墙行为,解决了移动机器人位于凹形障碍物环境中的“死锁”现象;利用竞争动力学行为融合方法验证改进后行为动力学方法的可行性与有效性。再次,第四章提出了利用静态权值免疫规划进行基本行为融合,结合该方法良好的全局寻优能力,通过在传统方法的基础上进行的两方面改进,提高了算法的搜索速度和收敛性能,并通过仿真实验证明了该方法的有效性与优越性,并能够有效地减轻竞争动力学出现的“震荡”现象。最后,给出全文的总结并对今后的工作进行了展望。

关键词： 机器人学  

ISBN: (纸本)9787111493464

摘要： 本书共10章，主要内容包括机器人学的起源与发展、机器人学的数理基础、机器人运动学的表示与求解、机器人动力学方程、机器人的控制原则和控制方法、机器人传感器、机器人轨迹规划、机器人程序设计、机器人的应用和展望等。