关键词： 机构学   机器人学   旋量理论   有限位移旋量   几何学   李群李代数   理论运动学  

摘要： 旋量理论以其简洁的形式,数学的概括性在许多科学领域尤其是机构学领域得到深入而广泛的应用,但其历史发展仍不为学者们所充分了解。从最初的几何体研究导致新机构的发明,到旋量理论与旋量代数、李群与李代数的提出以及发展直至形成旋量理论体系,详尽阐述机构学与旋量理论的历史渊源以及有限位移旋量的发展,进行历史性的详尽查证与研究。引经据典,回顾旋量理论自18世纪的研究开发,以及与其他数学分支的关联,同时回顾有限位移旋量自20世纪50年代后尤其是20世纪90年代的发展,探讨《机构学与机器人学几何基础与旋量代数》专著中阐述的有限位移旋量与瞬时旋量以及李群、李代数的关联。

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   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： AUV   水动力系数   系统辨识   加权最小二乘法   MOOS  

摘要： 随着海洋科技水平的提升,自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle/AUV)日益受到重视。在对AUV的研究中,其准确而适用的数学模型是对其进行精确控制、规划、预测与仿真的关键问题。由于AUV的数学模型中包含各种水动力系数,这些参数呈现强耦合非线性特征,因此如何获得准确的水动力系数成为研究的难点之一。系统辨识已经成为现代数学建模的重要手段和现代试验工程的重要技术,近年来在AUV领域也获得了较大的成果。对于某些研究对象,由于大量的先验知识与坚实的理论成果,其系统模型的基本结构已经有了普遍的标准,那么对于这类的系统,只需要对其参数进行辨识,便可获得最终的系统模型。一般地,对于特定的AUV,会开发一套融合了各种应用功能的特定的仿真与控制程序。这样开发的程序庞大复杂,不仅编写不易,要将其修改以适用于其他的AUV时又是工作繁杂,非常困难。但是这种情况在MOOS(Mission Orientated Operating Suite)上得到了改观。MOOS平台基于模块化的理念使得该类程序的开发变得非常简洁。本文针对“海灵”号AUV改进前后的变动开展了以下具体工作:(1)建立AUV模型。对比改进前后的“海灵”号AUV,对其进行建模,获得六自由度运动学、动力学方程。并在此基础上获得适用于系统辨识工作的水平面、垂直面非线性操纵运动方程。(2)辨识AUV水动力系数。利用“海灵”号海试试验的输入输出数据,采用加权最小二乘法,从水平面、垂直面的角度对改进后的“海灵”号进行水动力系数的辨识,并对主要的水动力系数进行分析。结果表明,不同的数据组长度、不同的加权因子,其结果呈现不同的特性。虽然结果曲线都有不同程度的波动,但是总体上趋于平稳。(3)建立仿真程序预报操纵性。利用辨识得到的水动力系数,完善“海灵”号的模型。在MOOS平台上对特定模块进行重开发与拼接,获得仿真程序,并对“海灵”号进行了操纵性预报。预报结果表明了“海灵”号在不同舵角下的回转特性以及不同翼角下下潜一定深度的情况。

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： 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： 单足机器人   运动学建模   动力学建模   运动稳定性   仿真  

摘要： 单足机器人是研究仿生跳跃机器人的起点和基础,主要模仿动物的自平衡跳跃过程。针对机器人的特殊结构和质量属性进行单足机器人动态特性与触地相动态平衡控制方法研究,对于改善机器人的平衡控制策略以及仿生理论的研究有着十分重要的意义。单足机器人的跳跃运动在空间内进行,通过建立运动学正逆解模型得到机器人控制量与机身姿态检测量之间的映射关系。通过对动物跳跃过程的分析将机器人的三维跳跃简化为矢平面跳跃。将机器人每周期的跳跃情形归纳为触地相与飞行相,并对飞行相以及触地相机器人的运动过程进行详细讨论。利用第二类拉格朗日方程以及坐标变换建立触地相机身姿态调整的动力学模型。分析机器人姿态变化的根本原因并对国内外典型单足机器人平衡控制算法的适用条件进行归纳。通过研究袋鼠的跳跃运动过程,得到机器人姿态变化过程和运动稳定性条件。基于动力学模型提出满足触地相运动稳定条件的机身姿态调整过程和运动控制方。分析了机身姿态限制条件,完成了对机器人的触地相运动稳定性仿真研究。通过利用Matlab/Simunlink仿真得到运动学正逆解方程的数值解,并利用Solidworks三维图解与仿真结果进行对比,验证了运动学方程的正确性。同样通过Simulink仿真计算得到触地相动力学模型的数值解,仿真结果与Raibert教授的轨迹对称理论相吻合。对提出的机身姿态控制方法以及运动影响因素进行仿真,得到了满足运动稳定条件的触地相机身姿态变化曲线。通过对运动过程控制方法仿真研究,归纳出单足机器人矢平面跳跃运动稳定的一般规律。

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： 机器人  

ISBN: (纸本)9787030465320

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。