关键词： 机器人学   沈阳   辽宁   新松   中国工程院院士  

摘要： 在辽宁沈阳,有一家以个人名字命名的高新技术企业——新松机器人。这里是的"新松"指的就是原中科院沈阳自动化研究所所长,中国工程院院士,全国五一劳动奖章获得者——蒋新松。蒋新松作为我国机器人事业的开拓者,在多种机器人研究、开发、工程应用及产业化方面作出了开创性的贡献,创建了国家机器人技术研究开发工程中心、中科院机器人学开放实验室和机器人学研究及机器人技术工程化产业基地,被誉为"中国机器人之父"。

关键词： 学研合作   体质   机器人学   东北大学   机器人自动化   中国科学院   沈阳   合作体制   工程学   产学研   阳新   签约   国内   股份   高校   标志  

摘要： 9月，东北大学、中国科学院沈阳自动化研究所、沈阳新松机器人自动化股份有限公司签约合作组建国内985高校首个机器人科学与工程学院，这标志着采用产学研合作体制的机器人学院将在东北大学诞生。

关键词： 机器人学习   关联分析   学习客观因素  

摘要： 文章依据数据挖掘技术中的关联分析方法,使用R语言对影响青少年机器人学习效果的客观因素进行了分析.分析结果表明:在是否获得奖项作为学习效果划分标准下,机器人学习时间是检验其学习成果的关键规则.

关键词： 机器人学   丛书   汇刻书   旋量   以读者为中心   出版社   文化机构  

摘要： 机器人科学与技术是先进科学技术的代表和体现,是装备制造业发展的助推力量,是改善人类生活和生命的重要手段,是实现国防现代化的新兴力量。该丛书隶属于"HEP机械工程前沿著作"系列,在类别上包括但不限于专著、基础理论著作、译者、实用型科学技术著作;在表述上,追求系统、深入、简洁、实用;在需求上,努力以读者为中心。目前,该丛书已出书目如下:1.机构学与机器人学的几何基础与旋量代数

关键词： 绳索牵引并联机器人   动力学模型   动力学控制   悬链线   有限元计算力矩控制   PD控制  

摘要： 绳索牵引并联机器人是在传统刚性连杆并联机器人的基础上发展起来的一类新型并联机器人。绳索牵引并联机器人采用绳索代替刚性连杆将末端执行器与静平台连接起来,使其具有工作空间大、负载质量比高、造价成本低和易于模块化和维修等优点。然而,绳索的弹性和柔性、绳索在自重作用下产生的下垂以及绳索的时变质量问题都给绳索牵引并联机器人的动力学建模与运动控制带来了巨大的挑战。因此,本文针对绳索牵引并联机器人的动力学建模和动力学控制进行了研究,主要工作可归纳为以下四个方面： 第一,当绳索牵引并联机器人的运动较为缓慢时,在建立机器人动力学模型的过程中可以采用绳索的静力学模型代替绳索的动力学模型。为此,本文针对6-DOF绳索牵引并联机器人,分别建立了绳索的直线模型和绳索的悬链线模型,并分别基于这两种绳索模型建立了机器人的动力学模型。 第二,由于悬链线超越函数的引入使得绳索牵引并联机器人动力学方程的解析解很难得到,因此本文通过优化算法求解6-DOF绳索牵引并联机器人的非线性逆动力学方程。为了保证数值解能够充分接近真实解,将绳索直线模型得到的机器人的逆动力学解作为优化算法的初始值进行迭代。最后对两种模型的动力学结果进行对比,验证了当绳索的重量影响较大时,采用绳索悬链线模型建立并联机器人动力学模型是必要的。 第三,当绳索牵引并联机器人的运动速度和加速度较大时,绳索的静力学模型不能满足建模精度要求,此时需要考虑绳索的动力学行为对机器人动力学模型的影响。为此,本文采用有限元法建立绳索的动力学模型。通过忽略绳索的横向振动,采用多个杆单元来模拟绳索的模型。仿真实验的结果表明绳索的动力学行为会引起绳索牵引并联机器人末端执行器的振动。 第四,针对文中所给出的6-DOF欠约束并联机器人的动力学模型,文中将分别采用计算力矩控制器和PD控制器对该机器人进行动力学控制。仿真过程中,采用龙格库塔法求解绳索牵引并联机器人的正动力学。轨迹跟踪控制的仿真结果表明,采用包含动力学反馈补偿的计算力矩控制器比使用PD控制能够获得更好的控制效果。

关键词： 医疗康复   并联机器人   动力学建模   神经网络自适应PID控制   PSO算法  

摘要： 并联机器人具有运动负荷小、微动精度高、末端件惯性小以及动态响应快等优点，目前已被广泛应用于航空、军事、医疗等领域中。本文以康复机器人为背景，将一种6-DOF并联机器人作为其主机构，并进行并联机器人控制系统的研究，以实现患者做下肢康复训练时，并联机器人具有更好的运动性能。由于常规的控制方法无法达到期望的控制效果。因此，本课题的主要目的是寻找一种适合医疗康复的控制方法,以实现并联机器人完成复杂运动时仍能保持较高的轨迹跟踪精度。　　首先详细分析了6-DOF并联机器人的结构模型，建立了位置坐标系，然后基于坐标变换理论，推导了位姿反解方程，求出了雅克比矩阵，最后对其运动学进行了计算，并以动平台转动为实际算例，在Matlab软件中对其进行了仿真实验。　　在分析了机构刚性体模型的基础上，基于拉格朗日法推导了其动力学方程，分别对动平台和各条分支杆件进行了动力学建模，然后推导了两者之间的联合方程，最后对其结构模型采取了优化处理，为后续控制系统一系列关键问题的研究提供了一定的理论依据。　　由于并联机器人动力学模型较为复杂，常规的控制方法很难对其实现轨迹跟踪的精确控制。鉴于此，在深入分析了 BP网络、PID控制和PSO算法所有优点的基础上，提出了一种改进粒子群优化(IPSO，Improved Particle Swarm Optimization)的BP神经网络自适应PID控制算法(简称IPSO BP PID控制算法)。在研究PSO算法时，针对其收敛性能问题，对算法中的两个关键参数进行了重大改进，分别是惯性权重的重新调整和收缩系数的优化，然后基于改进后的PSO算法训练BP网络的连接权值，并采用优化后的BP网络调整PID的关键参数，最后在Matlab环境下分别对PID、BP PID和IPSO BP PID控制方法进行了仿真与对比分析。结果证明，IPSO BP PID控制算法可以明显提高系统的控制精度。　　最后，在Matlab环境下对6-DOF并联机器人进行了控制系统实验平台的搭建和IPSO BP PID控制器的设计，然后分别将PID和IPSO BP PID两种控制算法对其进行了仿真与对比分析。结果表明，IPSO BP PID控制算法相比于常规的PID算法明显地提高了系统的轨迹跟踪性能。

关键词： 虚拟吊装   微观施工仿真   虚拟施工机械   机器人学  

摘要： 虚拟吊装系统(VHS,Virtual Hoisting System)旨在为建筑吊装施工,尤其钢结构工程的施工及管理决策人员提供一个具备较高真实度以及良好智能交互特性的虚拟吊装施工环境,在面对复杂吊装任务时,可以提前完成吊装过程仿真和分析,从而辅助实际施工。微观施工仿真从一个全新的视角来研究虚拟施工技术,对于提高VHS的智能交互特性起着重要的作用。虚拟施工机械是微观施工仿真场景中智能交互特性突出的复杂微观个体,其原型构建技术是微观施工仿真研究工作的基础研究内容,在理论和实践两方面有着重要的研究意义。以虚拟塔吊原型为例,论文综合应用虚拟仿真、多体系统动力学、机器人等学科和技术,针对虚拟施工机械原型构建关键技术开展研究工作。主要研究成果概括为以下7个方面:(1)提出了“微观施工”和“微观施工仿真”的概念;构建了微观施工仿真的支撑技术体系架构;研究了基于先进虚拟仿真软件开发平台EON Professional的虚拟吊装系统的软件解决方案,并初步构建了虚拟吊装仿真实验平台(VHEP,Virtual Hosting Experimental Platform),为后续研究工作提供可行性验证以及性能测试环境。(2)研究了虚拟施工机械三维建模与优化方法,提出了将3DS Max、Solidworks建模阶段和导入EON Professional后的性能优化阶段相结合的“两阶段模型优化”方法,优化后的虚拟施工机械三维模型可以满足虚拟吊装场景实时渲染速度以及图像质量的要求。(3)针对虚拟施工机械运动学建模问题,结合机器人科学,提出了基于机器人运动学D-H模型的建模方法,并基于虚拟吊装仿真实验平台验证了该方法所建模型的正确性和有效性。运动学建模是实现虚拟吊装微观施工仿真运动交互特性的数学基础,同时,也为后续自主吊装仿真的实现奠定了基础。(4)为了提高微观施工仿真场景中虚拟施工机械动力学仿真的效率,提出了具备系统性、可重用性和可扩展性的组件化动力学建模方法,并基于EON Professional的动力学组件实现;提出了钢丝绳柔性体的动力学建模和仿真方法,实现了柔性和拉伸变形仿真效果;基于吊物离地起吊工况的动力学分析,实现了钢丝绳崩断仿真。(5)结合实际吊装施工场景的碰撞特点和EON Professional的仿真模拟树结构的特点,提出了虚拟吊装场景和虚拟施工机械的包围盒以及层次包围盒碰撞检测策略,并基于EON Professional的碰撞组件实现;为了进一步提高虚拟施工机械的碰撞检测速度,提出了碰撞检测哈夫曼算法CollisionDecHuffman,并优化设计了存储结构以辅助提高算法性能。(6)为了增强虚拟施工机械的智能特性,研究了虚拟吊装机械的吊装路径规划和自主吊装动作仿真。结合机器人路径规划PRM算法思想,提出了吊装路径规划QuickGuess改进算法,可以成功找到更符合实际吊装操作特点的吊装路径;基于虚拟吊装仿真实验平台实现了虚拟塔吊自主吊装仿真。(7)实现虚拟场景的个性化构建是提高虚拟吊装微观施工仿真交互特性的一项基础工作。设计了两种用户交互接口,提出了基于EON的Prototype(原型)以及Dynamic Load(动态装载)技术的软件解决方案,并验证了方案的可行性。

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： 模块化6自由度轻载搬运机器人   结构设计   动力学分析   定位精度  

摘要： 日常工业生产中，存在大量通过人工进行的重复性工作。长时间的重复性工作容易导致工作者身体机能下降，导致工作效率降低，并且极易发生事故。本课题设计了一种能够进行简单重复性工作，且投入少、效率高的机器人产品。使用机器人进行重复性的搬运工作，具有抓取可靠、移动灵活和摆放整齐等优点，同时减少了人力成本，提高企业效率，所以机器人代替人工进行重复性搬运工作就成为一种必然趋势。　　本文针对以上分析提出了模块化6自由度轻载搬运机器人的总体设计方案，对初步建立的机器人模型进行仿真和理论分析，最终完成了机器人的机械本体设计，最后再对加工完成的机器人实体进行误差分析。具体工作内容如下:　　(1)在调研国内外模块化机器人构型的基础上，确定了模块化6自由度轻载搬运机器人的总体设计方案。　　(2)对机器人的机械本体结构进行初步构型设计，对机器人各关节进行电机、减速器选型，完成机器人结构设计。基于机器人结构进行静力学分析，确定结构设计的安全性。　　(3)运用D-H矩阵表示法，建立机器人位姿变换矩阵，推导了机器人的正运动学方程，并绘制机器人的工作空间;(4)动力学研究方面，采用拉格朗日方法，分析影响动力学方程的各个因素，求出各个关节的驱动力矩的函数曲线，为控制系统的设计以及电机、减速器等驱动装置的选型提供了可靠的理论依据;(5)基于ADAMS软件对机器人模型进行仿真，对比了仿真结果和理论结果，验证了理论计算和仿真分析的正确性。　　(6)基于机器人测试实验，对比机器人实验数据和理论数据，分析机器人的绝对定位精度和重复定位精度。　　本文为搬运机器人的研究奠定了坚实基础。

关键词： 线上移动机器人   动力学模型   神经网络   实验平台  

摘要： 一种杂技表演项目“软钢丝”经过世界各国杂技表演艺术家们的不懈努力,最终在视觉效果上征服了观众。本文的目的是通过线上移动自平衡机器人的柔性建模与控制器设计,探索人类“软钢丝”表演的规律,以此为理论指导设计一套柔性钢丝实验平台,并以前人的物理样机为基础重新设计控制器从而进行柔性钢丝条件下的仿真和实验。 首先,本文应用阿沛尔方程和罗斯方程这两种不同的动力学建模方法,对前人建立的动力学模型进行验证。接着,鉴于该模型是一种简化模型,为了避免建模的不精确,本文基于模型设计了一种滑模自适应智能控制器,该控制器是以RBF神经网络为基础的。通过基于MATLAB的计算机仿真实验,验证了该控制器不仅具有很强的自适应能力,而且对外界环境产生的干扰具有一定的抵抗能力。在此基础上,本文提出了一种可以将钢丝的柔性因素定量采集并加入机器人模型的方法,并采用阿沛尔方程建立了更加精确的动力学模型。为了避免控制器参数的试凑,本文仍然使用神经网络滑模自适应控制器对线上移动自平衡机器人实施控制。仿真的结果显示,该智能控制器对于柔性条件下的机器人仍然有效,且控制效果优于前人研究的基于部分反馈线性化的控制方法。最后,设计装配了一套柔性钢丝实验平台,用于完成实验。该实验平台的机械结构是基于SolidWorks软件绘图并加工的零件装配而成的;其测控系统的主要结构是控制器为C8051F040单片机,目的是处理数据较快,加上光电编码器和拉力传感器,配以自主设计、生产并焊接的电路板作为接口电路;上位机的数据接收及观测界面是使用一种面向对象语言C#编写的。本文使用该平台和一种线上机器人进行了静态平衡的联合实验,并在一定条件下获得成功。 本文从建模、控制器设计、仿真到实验,思路清晰,逻辑严密。分别从理论和工程的角度完成了更加复杂的线上移动自平衡机器人及其柔性实验平台的设计,为线上机器人的后续研究做出了积极贡献。