关键词： 机器人学   自制实验设备   课程改革   产学研用  

摘要： 机器人技术是制造业皇冠顶端的“明珠”,也是“卓越工程师培养计划2.0”中培养学生工程能力和创新能力的核心技术之一。“机器人学”是一门多学科交叉的工学课程,但是目前国内高校“机器人学”课程实验教学与工程产业前沿技术不匹配,特别是缺乏面向该领域培养的实验教学条件,造成了学生实践能力培养环节有所欠缺,严重制约了学生综合能力的培养水平。以课程培养目标为导向的自制实验设备开发是解决上述问题的有效途径。“机器人学”自制实验设备主要包括精密传动和驱动控制两部分组成,开发出的自制实验设备与机制、机电和智能制造专业的课程有着良好的契合度。以两个典型“机器人学”实验“数字化建模仿真及装配”与“关节运动控制与仿真”为例,阐明了实验过程及重点知识点,给出了虚实融合实验模式改革方案。在此基础上,深入剖析了以自制实验设备开发为契机对教材修订、本科毕设、本创竞赛、成果转化的推进作用,提出了课程改革、产教融合、以赛促学、产学研用的具体路径和策略,为“机器人学”等工科课程的教学实践改革提供一定的借鉴参考。

关键词： 外骨骼机器人   拉格朗日方程   动力学仿真   虚拟样机  

摘要： 下肢外骨骼康复机器人可以有效提高下肢运动功能受损患者的康复效率,减轻康复医师的工作量。设计了一款气动肌肉驱动的下肢外骨骼康复机器人。为探究外骨骼机器人运动状态和各关节运动机理之间的关系,采用拉格朗日方程对下肢外骨骼进行动力学建模,将建立好的虚拟样机模型导入Adams中进行动力学仿真,得到下肢外骨骼康复机器人在不同运动状态下各关节在运动过程中转矩的变化情况,对仿真数据进行分析,验证了数据的正确性,为下一步实物样机制作及驱动器的选择提供了理论依据。

关键词： FAST   索牵引并联机器人   变长度柔索   动力学模型   动力学仿真  

摘要： 500m口径球面射电望远镜(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)中馈源支撑系统是一个巨型的索牵引并联机器人,钢索牵引动平台在数百米空间内运动,包含变长度柔性索的运动和动平台的刚体运动。该文以索牵引并联机器人为研究对象,首先,采用绝对节点坐标法建立变长度钢索单元模型,并以此为基础利用虚功原理建立变长度索单元的动力学方程组;其次,对刚性动平台进行动力学分析,利用钢索与动平台间的约束得到六索牵引并联机器人整体的动力学方程组,其中包含柔性索和动平台的自由度;最后,使用MATLAB对建立的动力学模型进行了数值计算及仿真,将所得的仿真数据与对应的FAST实际运行数据进行对比,验证了该模型的可行性。

关键词： 自动化研究所   沈阳自动化所   机器人学   国家重点实验室   中国科学院   火炬传递活动   机电一体化   量身定制  

摘要： 2022年3月4日,北京冬奥组委驻地冬残奥会火炬传递活动现场,火炬手彭园园佩戴智能手臂,接过上一棒圣火,举起火炬。传递过程中,她灵活运用智能手臂挥舞致意,使用健侧手臂与智能手臂流畅自如交替火炬,实现了双手操作的梦想。这款智能手臂是中国科学院沈阳自动化研究所(以下简称“沈阳自动化所”)机器人学国家重点实验室张弼团队为火炬手彭园园“量身定制”的一款生机电一体化机器人——上肢助力外骨骼机器人.

关键词： 2-UPR/2-RPU并联机器人   螺旋理论   拉格朗日方程   误差分析  

摘要： 提出一种新型2-UPR/2-RPU冗余并联机器人并以其为研究对象,采用螺旋理论和拉格朗日法两种方法对其进行动力学建模与动力学对比研究。首先,采用封闭矢量法在全局坐标系下建立2-UPR/2-RPU并联机器人的运动学反解方程。其次,采用拉格朗日法求解了并联机器人各构件的速度关系并建立了其动力学模型。然后,采用螺旋理论对并联机器人4个支链中各关节和杆件的速度和加速度进行分析,同时结合虚功原理建立并联机器人的动力学模型。最后,以并联机器人动力学模型为基础,在MATLAB中编程得到并联机构的算法,求解得到了基于螺旋理论和拉格朗日方程建立的动力学模型各支链驱动力数值仿真结果,并通过与ADAMS软件的动力学仿真结果进行仿真验证和误差分析。结果表明:螺旋理论建立的动力学模型精度相对较高、方法方便且计算简单、更适用于少自由度并联机构动力学模型的建立和机构动力学的控制。极大地提高了2-UPR/2-RPU并联机器人响应速度和控制精度,满足磨床打磨曲面的精度要求,为机构的实践应用提供了可靠的理论依据并奠定了重要基础。

关键词： 3-PRS并联机构   执行器故障   几何法   达朗贝尔原理   关节内力  

摘要： 为了研究执行器故障对3-PRS并联机器人运动影响及其关节力或力矩的变化情况,采用几何法与达朗贝尔原理法分析3-PRS并联机器人在执行器卡死状态下各关节内力的变化。首先,运用几何法建立3-PRS并联机器人的正向运动学模型,推导了运动构件的位置、速度和加速度运动方程;然后,基于达朗贝尔原理研究了执行器卡死故障状态下的3-PRS并联机器人运动构件的受力情况,建立3-PRS并联机器人的驱动力与运动构件内力间的数学表达式;最后,通过实例仿真分析,得到3-PRS并联机器人的驱动力与关节内力的变化曲线图。结果表明,在3-PRS并联机器人发生执行器卡死故障时,3条运动支链无法协调运动,在机器人球铰达到极限转角时关节内力和驱动力将发生突变,造成并联机构的破坏,从而影响正常运行。该研究为执行器故障下的并联机器人关节内力分析提供了一种可行的方法,也为并联机器人的冗余设计与可靠性分析奠定理论基础。

关键词： 动力学建模   旋量键合图   热力机电耦合能域   并联机构  

摘要： 针对运营中垃圾填埋场高密度聚乙烯(high density polyethylene,HDPE)膜漏洞修补问题,提出一种将并联机构和热熔焊接加工结合起来的智能焊接机器人系统,围绕机、电、热多能域耦合系统动力学展开研究。利用键合图及旋量键合图理论分别构建了电机驱动子系统、末端热熔焊执行子系统及并联机构机械本体动力学模型,得到机电热多能域系统全解动力学模型。对于给定焊缝实际执行轨迹,通过MATLAB软件状态方程求解、ADAMS软件模型动力学仿真及20-sim键合图仿真综合进行分析验证,验证了该机器人多能域系统动力学全解模型合理性,为其后续动力学参数辨识以及动力学控制研究奠定基础。

关键词： identification and positioning   deep convolutional neural network   single-shot multibox detection   PASCAL VOC   computer vision   robotics  

摘要： Target recognition and localization are essential in computer vision and pattern recognition in robotics. The artificial extraction of features was omitted with the emergence of deep convolutional neural networks, reducing the influence of human factors on the results. The single-shot multibox detector (SSD) network has achieved excellent recognition by high precision and fast speed in target recognition and positioning. However, some small real-time systems are difficult to implement because of their demanding hardware and extended training time. Based on the digital normalization and residual network structure, the depth-wise separable convolution is proposed to replace the traditional convolution. The improved SSD network structure was used for identification and positioning in our work. The speed of training and testing increased without a decline in the accuracy, thus reducing the dependence on hardware. The method has achieved good results on the PASCAL VOC dataset after testing. It can also be applied to the field of intelligent inspection robots and intelligent security robots. (c) 2022 SPIE and IS&T

关键词： 有限元分析   摩擦轮发射装置   瞬态动力学分析   固有频率  

摘要： 为提高步兵机器人稳定性和可靠性,以摩擦轮发射装置为主要研究对象,通过UG三维实体建模,利用ANSYS对摩擦轮发射装置进行模态分析、谐响应分析、瞬态分析和疲劳分析。通过模态分析得到前6阶振型图;通过谐响应分析验证所得固有频率数值的准确性;通过瞬态分析得到结构在一定工作条件下的应力应变分布,以及在其他工作条件不变时摩擦系数对结构受力的影响。仿真结果表明,摩擦轮发射装置的固有频率接近于5阶模态振型频率,并利用谐响应分析进一步验证固有频率数值的准确性和可靠性;通过对摩擦轮发射装置进行瞬态力学分析,得到瞬态应变及变形云图,在此基础上分析出不同摩擦系数对摩擦轮所受应力的影响。结合疲劳分析得到摩擦轮发射装置的疲劳寿命云图、安全系数云图,分析得到摩擦轮发射装置在受变载荷的受力状态,可进一步为摩擦轮发射装置使用的稳定性和可靠性提供理论支持。

关键词： 索驱动并联机器人   Stewart平台   FAST   系统控制  

摘要： 500m口径球面射电望远镜(FAST)采用索驱动并联机器人与Stewart平台组合实现馈源在百米工作空间内的毫米高定位精度。该文提出了该类刚柔结合机构的动力学建模方法,分别对绳索和Stewart平台进行精确建模,通过两级机构模型的联立对中间结构的Newton-Euler方程迭代来求解系统的振动,探讨系统耦合振动的本质,从原理上说明了Stewart平台补偿误差对系统造成的具体影响并以数值形式表达。研究结果为FAST提高观测精度提供了必要条件,也为这类刚柔结合机构的控制算法提供了重要理论基础。