关键词： 人工智能   机器人学   科幻文学   坎贝尔   新构思   黄金时代  

摘要： 1940年12月的一天,美国科幻期刊《惊奇故事》的主编坎贝尔邀请俄裔美籍小伙儿艾萨克·阿西莫夫来到他的办公室。他与这位年轻人聊了一整天,两人深入探讨有关机器人小说的新构思,共同拟定了“机器人学三定律”的基本内容。于是,科幻文学中属于机器人和人工智能的黄金时代就此开始……

关键词： 机器人学   案例式教学   同步教学   闭环学习  

摘要： 随着工业自动化和智能化的发展,机器人的应用也逐渐广泛,而“机器人学基础”作为机器人设计与研究的前置课程,是一门以机械设计、计算机科学和工程学为基础的交叉性学科,在教学过程中存在重理论而轻实践、理论知识晦涩难懂、课堂与实际应用割裂严重等特点。针对存在的教学与学习难点,提出一种机器人学基础课程案例式教学改革方案。首先,以实际工程应用案例为教学框架,以任务书为驱动导向,针对各章节知识点进行案例式引导与梳理,为学生提供另一种学习动力的同时,增加学习兴趣。其次,采用“理论-仿真-实验”三位一体的案例式同步教学方式,针对不同知识点同时进行理论和实验的教学,并以仿真为桥梁,打通理论与实践之间的障碍,改善理论知识到实践平顺性的同时,增加学习的深度,做到理论联系实际。最后,采用“教-学-做-思”案例式全方位教学组织方法,以学生为主导,形成在思中学,在学中做,在做中思的闭环学习策略,提高学生学习的主动性,改善课堂氛围,提高学生发现问题、解决问题的能力。通过案例式教学改革方法,进一步为我国培养高素质的应用复合型人才。

关键词： Udwadia-Kalaba理论   动力学模型   四足机器人   滑模控制  

摘要： 处理多体系统动力学问题的传统方法是拉格朗日方法,但是在求解过程中会引入拉格朗日乘子,增加了求解显式动力学方程的难度。针对四足机器人动力学建模复杂的问题,基于Udwadia-Kalaba(UK)理论研究了四足机器人的单腿模型,建立了一种求解其显式动力学方程的新方法。为了简化获得方程的过程,使用UK方程来处理运动约束。考虑到真实环境的不确定性,利用滑模控制原理设计了一个非线性控制器来跟踪运动轨迹。数值模拟结果证明了动力学方程与控制器的正确性和有效性。

关键词： 球形水下机器人   滚动试验   动力学模型   运动仿真  

摘要： [目的]为了探究球形水下机器人的滚进运动规律,以及质量分布对其运动的影响,对其机械机构进行创新设计及分析。[方法]首先,依据牛顿-欧拉方法建立球形机器人的滚进动力学模型;然后,通过地面滚进试验和水下滚进动力学理论研究,分析机器人的质量分配对滚进运动产生的影响;最后,通过搭建仿真环境和虚拟样机,对球形水下机器人在水下和陆地的滚进动力学进行对比分析。[结果]结果表明,当内置小车以恒定角速度输出时,该球形机器人的运动位移呈波动变化且驱动小车在球壳内的摆角也成周期性变化规律;当增加驱动配重时,小车摆角的周期和幅值均相应变小,球形水下机器人的运动更为稳定。[结论]所做研究可为球形水下机器人的设计优化提供指导。

关键词： 外骨骼机器人   动力学模型   参数辨识   滑模控制   步态跟踪  

摘要： 为了提高下肢外骨骼机器人步态轨迹跟踪的精度,对于下肢外骨骼二连杆动力学模型,提出一种静态与动态结合的参数辨识的实验方法,并结合穿戴者人体参数,得到人机协同系统精确的动力学模型。采用基于模型上界的滑模控制,并引入低通滤波器,进行MATLAB步态跟踪仿真。经仿真表明,髋关节和膝关节转矩的实验测量值与理论计算值的波形基本一致,动力学参数辨识结果正确;基于滑模控制的人机协同系统能够实现髋关节和膝关节对参考步态轨迹的精准跟踪,低通滤波器能够有效减小滑模控制引起的高频抖振。这为下肢外骨骼动力学参数辨识提供了一种解决方案,为基于模型的控制方法提供了一种参考模型,为下肢外骨骼人机协同系统的步态轨迹精准跟踪提供了一种参考方法。

关键词： robot   dynamic parameter identification   Logistic function   iterative identification   excitation trajectory  

摘要： The dynamic parameter identification of the robot is the basis for the design of the controller based on the dynamic ***,the primary method for solving angular velocity and angular acceleration is to filter and smooth the position sequence and then form a differential ***,if the noise and the original signal overlap in the frequency domain,filtering the noise will also filter out the valuable information in the frequency *** paper proposes an excitation trajectory based on Logistic function,which fully uses the information in the original signal and can accurately solve the angular velocity and angular acceleration without filtering and smoothing the position *** joint angle of the excitation trajectory is mapped to the joint angular velocity and angular acceleration one by one so that the joint angular velocity and joint angular acceleration can be obtained directly according to the *** genetic algorithm is used to optimize the excitation trajectory parameters to minimize the observation matrix’s condition number and further improve the identification *** using the strategy of iterative identification,the dynamic parameters identified in each iteration are substituted into the robot controller according to the previous position sequence until the tracking trajectory approaches the desired trajectory,and the actual joint angular velocity and angular acceleration converge to the expected *** simulation results show that using the step-by-step strategy,the joint angular velocity and joint angular acceleration of the tracking trajectory quickly converge to the expected value,and the identification error of inertia parameters is less than 0.01 in three *** the increase of the number of iterations,the identification error of inertial parameters can be further reduced.

关键词： 机器人学   课程思政   立德树人   思政资源   教学实践  

摘要： 课程思政是落实立德树人根本任务的内在诉求,机器人学作为机器人工程专业的核心课程,精准识别和挖掘课程中蕴含的思政资源是发挥课程知识传授和价值引领双重功能的前提。为此,文章从分析机器人学课程的思政元素入手,论述机器人与制造强国、工匠精神、创新意识、家国情怀,以及生态意识、职业道德、工程伦理等的关系。然后,根据机器人发展历史、我国在机器人领域的成就,以及特种机器人的开发理念等,深入挖掘机器人学的课程思政资源。最后,基于课程知识的内在教学逻辑,研究思政资源与课程知识的融合与实施路径。机器人学蕴含着丰富的课程思政资源,将其隐性地融入课程教学中可以促进学生对正确价值思想的认知、认同和践行。

关键词： 前列腺癌   进展期   机器人辅助腹腔镜手术   尿动力学  

摘要： 目的分析机器人辅助腹腔镜前列腺癌根治术(RALRP)治疗进展期前列腺癌的临床疗效及对术后尿动力学的影响。方法回顾性分析2017年2月至2021年6月空军军医大学西京医院收治的72例进展期前列腺癌患者的临床资料,根据治疗方式不同分为腹腔镜前列腺癌根治术(LRP)组(40例)和RALRP组(32例)。比较两组患者手术情况、尿动力学指标(最大逼尿肌压力、膀胱顺应性、最大尿道闭合压、最大尿流率)、术后临床分期和Gleason评分以及术后并发症发生情况。结果两组手术时间、术中出血量及切缘阳性率比较差异无统计学意义(P>0.05),RALRP组拔除尿管时间、膀胱颈尿道吻合时间少于LRP组[(15.35±3.15)d比(17.05±3.21)d、(14.3±3.1)min比(18.4±3.3)min](P<0.05或P<0.01)。最大逼尿肌压力、膀胱顺应性、最大尿道闭合压、最大尿流率手术前后和组间的主效应差异有统计学意义(P<0.01),组间和时点间均存在交互作用(P<0.01),术后6个月RALRP组最大逼尿肌压力、膀胱顺应性、最大尿道闭合压、最大尿流率高于对照组(P<0.05)。两组术后临床分期、Gleason评分分布比较差异无统计学意义(P>0.05)。两组术后总并发症发生率比较差异无统计学意义(P>0.05)。结论RALRP可有效改善进展期前列腺癌患者的尿动力学指标,且具有较好的吻合重建效果。

关键词： 仿蠕虫移动机器人   动力学建模   临界驱动力   驱动协调  

摘要： 提升仿蠕虫移动机器人的移动性能是蠕虫机器人研究的核心.本文以多单元仿蠕虫移动机器人的多自由度动力学模型为基础,采用恒等相位差(Identical Phase Difference, IPD)模式协调各驱动单元间的变形,数值结果表明理论模型可以有效地模拟机器人的运动.基于该模型,推导了IPD模式下机器人驱动单元的临界驱动力表达式,并以7单元仿蠕虫机器人为例,研究了驱动协调模式对机器人移动性能的影响,结果表明即使较少的驱动单元也可以在合理的驱动协调形式下使机器人获得良好的移动性能.最后,研究了恒等相位差、各向异性摩擦系数、轴向变形因子与机器人移动性能间的关系,为提高仿蠕虫机器人的移动性能提供了理论参考.

关键词： 刚-散耦合   多体系统   散体颗粒   Poncelet公式   动力学分析  

摘要： 在行星探索过程中涉及探测器在星壤上着陆、运动以及收集、存储某些样本材料等问题,因此需要建立探测机器人在沙土上运动的动力学模型,从而优化其系统构型.近年来,对跳跃型探测机器人研究得到了越多越多的关注.本文采用离散元法对颗粒场进行建模,以及采用多体动力学方法对机械系统进行建模,对机器人单足系统在沙土上的跳跃问题进行耦合动力学仿真分析.基于经典土力学Prandtl-Reissne理论,从颗粒场受压分层的形式和动量传递出发,对描述颗粒侵入阻力的惯性力动阻力项进行了修正,提出了一种修正的Poncelet公式.通过与离散元仿真结果对比,说明所提出修正公式比原始的Poncelet公式更准确地计算了机械足受到的沙土侵入阻力,尤其在达到一定侵入深度表现出更好的收敛性.最后分析了机械腿足部的不同尺寸和形状对沙土中跳跃效果的影响,给出了锥形足部和柱形足部的体积对跳跃效果影响的近似计算公式.本研究将拓展刚-散耦合动力学理论,并且为新型探测器在行星土壤上运动的系统设计提供技术支撑.