关键词： 竞赛机器人   机器人采摘   双目视觉定位   控制系统  

摘要： 本课题通过中国机器人大赛自主采摘机器人比赛平台系统的研究,引导采摘机器人项目改进,推进机器人比赛项目向高技术、高层次发展,为大学生和机器人爱好者提供更好的交流平台,同时对促进机器人技术在农业领域的应用和推广具有重要实践意义。课题以采摘机器人视觉定位和机械手视觉伺服控制为主要研究内容,结合竞赛平台采摘机器人目标果实识别和定位的实时性和准确性要求,搭建了自主采摘机器人平台样机,重点对三维空间位置果实快速识别定位和机械手关节运动控制进行了深入研究。论文具体研究工作如下:首先,通过分析采摘任务要求,设计采摘机器人的整体结构,搭建了机器人硬件平台,针对机械手的结构建立运动学模型,并且进行正、逆运动学分析求解。确定了机器人系统整体控制方案、并完成了控制系统电路设计和电路板制作。其次,对三维空间果实识别定位进行研究,在RGB颜色空间确定了阈值分割最优色差模型,实现对目标果实进行有效分割提取。采用游程编码法进行图像连通区域分析,选取最佳采摘对象。对于目标果实外形、纹理区分不明显,匹配时出现多候选匹配情况,先用基于由粗到精匹配法,先通过形心特征匹配锁定候选匹配点;再用邻域灰度互相关测度去除误匹配提高了匹配精度。并设计了采摘机器人果实双目定位系统。最后,对视觉系统引导下机械手的运动控制进行研究。先利用双目视觉系统测出的目标果实的空间坐标,通过机械手运动模型逆运动学求解得出机械手目标姿态对应的关节角度值,并在关节空间对机械手的动作轨迹进行了轨迹插值;再对采摘机械手部分控制器进行设计;基于模糊PID控制实现了机器人关节角度位置的伺服跟踪控制,并通过simulink仿真对控制系统的性能进行了评估。最后,对机器人进行了联合调试与采摘实验,验证了采摘机器人系统的性能与精度。

关键词： Robotics  

摘要： This survey provides an overview of popular pathfinding algorithms and techniques based on graph generation problems. We focus on recent developments and improvements in existing techniques and examine their impact on robotics and the video games industry. We have categorized pathfinding algorithms based on a 2D/3D environment search. The aim of this paper is to provide researchers with a thorough background on the progressmade in the last 10 years in this field, summarize the principal techniques, and describe their results. We also give our expectations for future trends in this field and discuss the possibility of using pathfinding techniques in more extensive areas.

关键词： 机器人   运动学   动力学   参数辨识   运动控制系统  

摘要： 近年来,我国工业机器人井喷式发展及应用已经成为了一种不可阻挡的趋势,工业机器人关键技术研发是机器人产业的核心问题,尤其在一些高端应用场合,比如弧焊、涂胶、打磨等应用领域,对机器人的防护等级、速度和加速度性能、位置精度、运动平稳性等要求十分苛刻。本文结合安徽省自然科学基金项目以及安徽埃夫特公司实际工业需求开展了基于基于参数辨识的机器人动力学控制系统的研究。本文首先对国内外机器人发展状况做了简单介绍,引出了本文将研究的目标和技术问题。针对需开发的六关节机器人机械模型,给出了机器人的技术参数,基于D-H法则对机器人进行了运动学建模,描述了机器人TCP点在基坐标系之间正运动学、逆运动学求解问题,这是进行下一步建模和研究的基础。根据能量守恒的原理和应用拉格朗日(Lagrange)法建立起了机器人动力学模型,完成了算法的推导,并进行了验证,然后分析了影响机器人动力学参数辨识的相关因素,应用最小二乘法完成了机器人动力学参数辨识。在此基础上建立了机器人伺服控制器模型,进行了动力学前馈控制技术的研究,实现了机器人前馈控制、机器人实时操作系统、高速伺服总线等技术工程化应用,研制出了满足ER50技术指标的机器人的控制器,并进行了相应的性能测试实验。实验表明,机器人具有良好的精度和动态性能。最后对本文进行了总结,提出了课题拓展研究的方向。

关键词： Evaluaton   Oral presentatons   Project   Video recording   Writen reports  

摘要： In the subject Project I in the second year of the Degree in Industrial Technology Engineering taught at the School of Industrial Engineering of Barcelona (ETSEIB), subgroups of 3-4 students within groups of 20 students develop a project along a semester. Results of 2 projects are presented related to manufacturing, measurement of parts and the statstcal treatment of data, placing emphasis on cross-curricular issues, recording of oral presentatons and how this helped improving its quality, as well as evaluaton of the subject by the students by means of questonnaires and open-ended questons.

关键词： 四足机器人   动力学   建模   通用性   仿真平台  

摘要： 足式机器人相对于其他类型移动机器人,对地形有更好的适应能力。其中四足机器人无论在控制的难易程度、移动的稳定性以及制作成本等多个方面均有优势,是最实用的足式机器人形式。四足机器人可以根据需要应用于多种场合,因此研究四足机器人具有较大的的理论价值和实际应用价值。在机器人研究过程中对其进行仿真,不仅可以加快研发进程,而且可以节省费用,是研发过程中的重要环节。目前适用于机器人的仿真软件有限,通用性较差,使用方法较为复杂,对于不同类型机器人的各种仿真任务,难以方便快捷地完成。为了满足机器人仿真的需求,本文研究并实现了一款基于ODE动力学引擎的仿真平台,在其环境中构建了四足机器人虚拟样机,完成了仿真实验,展现了仿真平台的简单性、快速性、通用性。论文的主要内容包括：（1）介绍了课题来源与设计四足机器人动力学仿真软件的意义,综述了四足机器人国内外的研究现状,列举了机器人仿真软件的优缺点,指出了四足机器人仿真平台的设计目标以及本文的组织结构。（2）分析了仿真时所需要的动力学与碰撞检测算法及相关库。描述了ODE动力学引擎的体系结构及使用方法。（3）设计并实现了基于Qt开发环境的动力学仿真平台。分析了该平台的文件组织结构与运行程序流程,给出了仿真平台程序所包含各个模块的功能与使用方法。（4）在仿真平台中构建了以山东大学SCalf-II型四足机器人为原型的虚拟样机。对四足机器人的部件和关节进行了建模。在仿真平台中控制四足机器人以对角小跑步态完成了多项实验,记录并分析了仿真过程中机器人的各项数据,验证了仿真平台的可靠性。（5）通过仿真速度实验分析了仿真平台的性能,体现了平台的仿真实时性与快速性。给出了对其他类型机器人建模仿真的基本步骤,在仿真平台中构建了简易双足机器人,并完成了实验,展现了仿真平台的通用性。（6）总结本文实现的内容与不足,提出对未来工作的展望。

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： 人工智能   领域   人类   机器人学   自主式武器  

摘要： 对未来机器人可能存在的风险和担忧,四位机器人学领域的专家谈及了他们的观点和解决之道。他们分别是伯克利加州大学计算机科学教授斯图尔特·拉塞尔(Stuart Russell),英国布里斯托尔大学机器人学讲师萨宾·赫尔特(Sabine Hauert),斯坦福大学生物医学和计算机科学教授拉斯·奥尔特曼(Russ Altman)和卡内基一梅隆大学计算机科学教授曼努拉·维罗索(Manuela Veloso)。对人工智能武器要表明立场人工智能(AI)和机器人领域面临一个重要的伦理抉择:对于致命性自主式武器系统(LAWS),我们应该持支持还是反对态度?要不了几十年,或在未来几年里,人工智能和

关键词： ANOVA   Bead geometry   MATLAB   Orthogonal array   Robotic GMAW   Taguchi  

摘要： This study is aimed at obtaining a relationship between the values of dependent and independent variables of robotic gas metal arc welding, using linear regression techniques. The welding parameters such as the arc current, stick out, arc voltage and welding speed are taken as independent variables and bead geometry namely bead width, bead penetration and bead reinforcement were dependent variables. In this study, the important factors on bead geometry are considered and the other parameters are held as constant. An extension of this model, namely multiple linear regressions, is used to represent the relationship between a dependent variable and several independent variables. Taguchi's L₂₇, 3 level 4 parameter orthogonal array design of experiments, twenty seven samples were analyzed and the bead geometry values of the weld bead have been measured. Then, the relationship between the welding parameters is modeled and expressed in multiple linear regression models by a script approach with MATLAB. Each model is checked for its adequacy by using ANOVA. The proposed model is compared with the experiment values and it has positive correlation with maximum of 3.67% error. The results were confirmed by further experiments. © Maxwell Scientific Organization, 2015.

关键词： Delta并联机器人   运动规划   计算力矩解耦控制   随机粒子法   Simulink仿真  

摘要： Delta机器人是一种并联机器人,主要可以实现包装、分拣、轻量搬运等工序,现己广泛应用在电子、食品、制药、医疗等行业。在高速高精的工作场合下,机器人的动力学特性变得明显,传统的基于运动学的控制方法存在控制精度不高、控制能量较大等缺点,同时Delta机器人整体是个强耦合、非线性系统,这些给控制带来一定挑战。机器人连杆的质心、质量、转动惯量等参数存在测量误差,机器人的结构参数可能部分未知或存在偏差,通常建立的动力学模型只是实际模型的估计,研究动力学模型的偏差对控制效果的影响很重要。PID控制器因其原理简单、鲁棒性好、可靠性高,一直是工业过程控制中应用最广的控制器。PID参数整定方法通常有基于经验和基于智能算法两种方法,前者整定过程较繁琐且需要一定的经验,后者算法较复杂且计算量大。因而,寻找一种简单、普适的PID参数自整定方法尤为重要。针对以上的问题,本文以Delta并联机器人为研究对象,研究机器人的运动学、动力学、运动规划及基于动力学的解耦控制问题,并提出基于随机粒子法的PID参数自整定方法。本文首先分析了Delta并联机器人的运动学及动力学。求解机器人的运动学正解并结合Delta实验平台验证其正确性;提出了一种绘制机器人可达工作空间简单高效的方法;建立机器人运动学逆解并结合运动学正解并验证了模型的正确性;推导了雅可比矩阵、逆速度、逆加速度的表达式;分析了机器人的奇异位型;结合机器人自身的结构特点,提出了一种解决从动臂的质量分配问题的方法,大大简化逆动力学方程的建立过程。然后,进行了Delta并联机器人的运动规划——路径与轨迹规划。为确定机器人的最短轨迹规划时间,提出了求解Delta机器人沿工作空间任意路径的极限速度和极限加速度的方法;提出了一种Delta机器人路径与轨迹规划的方法,推导了理论的最短轨迹规划时间的表达式。其次,研究了Delta并联机器人在关节空间及任务空间的计算力矩解耦控制方法。推导了关节空间及任务空间的计算力矩解耦控制方法的控制率,证明了在惯性矩阵、哥氏力与离心力、重力项在理想与非理想估计下,该控制系统是全局渐进稳定的;为分析惯性矩阵、哥氏力与离心力、重力项的偏差对控制效果的影响,提出了施加随机干扰方法,结合仿真实验,比较了不同的扰动系数对控制效果的影响。再次,构造出PID参数优化指标的综合表达式,提出了基本的随机粒子法与改进的随机粒子法自整定PID参数的方法。定义粒子的直积空间及粒子在直积空间的寻优迭代规则,为解决粒子窜出直积空间的问题,提出了“镜面模型”;为提高随机粒子法的搜索精度和局部搜索能力,提出了改进的随机粒子法。仿真实验表明,用基本的随机粒子法优化后跟踪效果明显优于没优化之前,用改进的随机粒子法相比基本的随机粒子法的优化结果更佳。最后,利用MATLAB的可视化界面环境,建立了Delta机器人的仿真界面,为后续的进一步研究提供了仿真平台。

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。