关键词： Control   Electronics   Entertainment   Biomimetics   Humanoid robots   Robot design  

摘要： Purpose - The following article is a "Q&A interview" conducted by Joanne Pransky of Industrial Robot Journal as a method to impart the combined technological, business, and personal experience of a prominent, robotic industry engineer-turned entrepreneur regarding the evolution, commercialization, and challenges of bringing a technological invention to market. The paper aims to discuss these issues. Design/methodology/approach - The interviewee is Dr Mark W. Tilden, a Robotics Physicist and the inventor of BEAM Robotics. Having built his first 100 bots by the age of nine, Tilden goes on to study at the University of Waterloo and later works at the Los Alamos National Laboratory. There he develops a variety of bionnorphic robots including interplanetary explorers and solar-powered bots. During this time, Tilden founds the first BEAM International Olympics. Solarbotics is also formed to disseminate BEAM technologies. At the turn of the millennium, after being approached by toy manufacturer WowWee, Tilden applies his BEAM technology to the consumer toy industry. Findings - From Robobiologist to Chaos Engineer to Toy Consultant to Robotics Physicist, Tilden describes the several decade evolution of his Biomech technologies. Originality/value - The Father of BEAM Robotics, who initially designs single, minimalist biomorphic robots for the space and military industries, transforms his research into the first commercially available affordable humanoid companion for the personal and entertainment robotics industries, culminating in a total of nearly 25 million robots sold worldwide. This experimental physicist continues his pioneering Biomech efforts with hybridization collaborations on life-sized humanoid robots for the home and office.

摘要： The business sector provides regular reportage on the development of personal care robots to enable elders and people with disabilities to remain in their homes. Technology in this area is advancing rapidly in Asia, Europe, and North America. To date, the nursing literature has not addressed how nurses will assist these vulnerable populations in the selection and use of robotic technology or how robotics could effect nursing care and patient outcomes. This article provides an overview of development in the area of personal care robotics to address societal needs reflecting demographic trends. Selected relevant issues related to the human-robotic interface including ethical concerns are identified. Implications for nursing education and the delivery of nursing services are identified. Collaboration with engineers in the development of personal care robotic technology has the potential to contribute to the creation of products that optimally address the needs of elders and people with disabilities. Copyright © 2014 Lippincott Williams & Wilkins.

关键词： 柔性   并联机器人   动力学分析   假设模态法   变长度有限单元  

摘要： 本文以柔索牵引并联机器人为研究对象,柔索牵引并联机器人具有机械效率高、承载能力强、作业精度高、自重负荷小、结构紧凑、动力性能好和易于控制等优点,并广泛的应用于一些对作业精度要求高、作业速度快以及作业效率高的场合。对柔索牵引并联机器人进行研究分析时,需要建立其动力学模型。现有的建模方法或者忽略了柔索的弹性变形,或者简单的将其处理成索杆单元。这样虽然使动力学模型得到简化,但是却不能准确的描述柔索牵引并联机器人系统的运动。因此,以上建模方法存在一定的局限性。为了使所建立的动力学模型能够更加准确的描述柔索牵引并联机器人系统的运动,本文对柔索牵引并联机器人系统的建模方法进行了研究。在本文中,我们在考虑柔索自身重力和弹性变形的情况下,着重研究了两种不同的柔索牵引并联机器人系统的建模方法,一种采用哈密顿原理,从能量的角度出发,运用变分原理和哈密顿原理,建立系统的动力学模型,并采用假设模态法对动力学模型进行求解;另一种是变长度有限单元法,该方法采用绝对节点坐标方法建立系统的动力学模型。在本文中,对这两种不同的建模方法,分别在MATLAB中对其进行了数值仿真,并将数值仿真的结果做了对比分析。结果表明,假设模态法和变长度有限单元法在柔索牵引并联机器人系统建模方面各有特点,它们都可以很好的描述柔索牵引并联机器人系统的运动,但相对来说,采用变长度有限单元法得到的仿真效果更好。

关键词： DELTA机器人   简化动力学   质量矩阵   跟随误差  

摘要： 工业机器人是工业装备制造的基础。机器人在工业领域的应用，不仅提高了生产效率，而且提升了产品的质量。DELTA机器人是少自由度的并联机器人，由于其可以将驱动器放置在底座上，而且具有多条运动链驱动，这种结构可以获得大的刚度、高的运行速度和高的精度。DELTA机器人经常用于取放操作，被广泛应用在食品包装、电子产品等领域。同时由于闭链约束的存在，DELTA机器人的运动学、动力学相对复杂，在工业应用中很难将完备的动力学应用于机器人的运动控制中。针对机器人运动规划中较少考虑机器人的动力学特性、动力学模型编程复杂和复杂的动力学模型难用于工业机器人实时控制的现状，将DELTA机器人的动力学模型进行适当简化，并应用到工业机器人的运动规划和运动控制中很有必要。 首先，简化了DELTA机器人的几何模型，研究了可能存在的八组位置逆解，通过分类讨论的方法确定了选择逆解的方案。同时，完成了正运动学位置、速度和加速度的求解，建立机器人的完整运动学模型，并通过仿真的方式对求解的运动学模型进行验证。 其次，通过虚功原理建立了机器人完备的动力学模型，在对机器人质量矩阵分析的基础上，对机器人的动力学模型进行简化，通过对比的方式验证简化方法的合理性，进一步分析了机器人的质量矩阵在空间的分布。 然后，在使用向量法求取机器人雅克比矩阵的基础上，以雅克比矩阵为依据对机器人可能的奇异位形及其规避方法进行分析。依据简化的动力学模型，在机器人运动规划过程中将驱动器的转速限制和力矩限制考虑在内，求取机器人末端允许的最大速度和加速度。 最后，搭建实验和仿真平台研究控制算法对机器人末端跟踪精度的影响。为了实现机器人动力学模型中惯性项力矩的在线计算，忽略重力项，速度项系数采用常数，离线对机器人的质量矩阵进行多项式拟合，通过PLC程序在线修改控制器参数的方式将驱动力的惯性项力矩加入到控制算法中作为前馈的一部分，分别对得到的关节角度跟随误差和末端位置跟随误差进行比较，以验证带有基于简化动力学模型前馈的控制算法和单一的PID控制算法的不同性能。

关键词： IRobotQ3D   乡镇高中   机器人教学软件   机器人选修课  

摘要： 乡镇高中机器人教学作为一些课外选修、兴趣学科,面对的现实是实验器材少、训练场地的制约,难以全面普及。近年来,高仿真的3D虚拟机器人软件开始出现,而IRobotQ3D就是其中功能比较全面的,通过选择它作为教学软件,可以在乡镇高中学生中形成机器人选修教程,从而推动乡镇高中一定的机器人普及教育。

关键词： 自动配线   偏心模型   误差分析   刚体动力学  

摘要： 随着互联网业务的高速发展,光纤已经大范围的应用到通信领域中,与传动线缆配线一样,光纤配线不仅会花费大量的劳动力与劳动时间,还会产生严重的线缆缠绕现象,不利于线缆的管理与再应用。因此,能够快速的、准确的、避免缠绕的新型网络配线机器人成为市场的主要需求之一。目前,国外在此领域内已经有多种自动配线机的产品,国内在此区域内尚属于空白,因此为了弥补国内在此方面的空白,本课题组提出了一种新型的圆周型自动配线机器人,并以此新型的自动配线机器人为基础,展开了相关的研究工作 首先根据提出的配线数学模型,建立了新型样机,而其中样机的收线盘柱关系到自动配线机的线缆管理,设计的好坏会严重影响机械手的操作精度,因此本文对光纤收线盘柱进行了设计和改进,并提出了一种偏心布线模型,在满足需求的前提下大大降低了成本,试制试验结果良好。 其次,根据设计的配线机模型,分析了此配线机的误差产生的主要因素：齿轮传动侧隙的影响、齿轮传动轴扭转变形的影响以及大齿轮圈径向跳动的影响。通过对这三种影响因素的仔细分析,建立了相应的误差分析方程,得到了相关的误差影响因子及相应的影响结果,为配线机的位置精确控制提供了详细的数据分析基础,为位移误差的补偿控制提供了理论支持。 最后,详细分析了此配线机的动力学特性。根据配线机器人的跳线运动过程,作者把配线机器人的运动分为了齿轮传动和机械手运动两个相对独立的运动模型。齿轮传动中采用了等效刚体动力学的方法,建立了准确的等效动能方程,求解了驱动电机的力矩随着负载的变化而变化的关系方程,并运用SolidWorks中的Motion分析了其运动特性。机械手的运动采用牛顿力学方法,求解了机械手运动的位移方程,为机械手的位移控制提供依据。 本论文通过以上的三个主体部分,详细地分析了此种配线机器人的误差与动力学特性,得到了相关的误差方程和动力学方程,为配线机器人的自动控制提供了详细的理论基础。同时,仔细分析了配线机器人误差产生的原因,提出了减小误差的办法,并对动力学方程进行了求解,同时采用适当负载,为电机的选型以及系统的运载速度规律做出了详细的参考。

关键词： 机器人动力学   拉格朗日动力学方程   凯恩动力学方程   系统仿真  

摘要： 机器人动力学主要探讨其机构的力与运动相互间的影响。机器人系统涵盖了众多关节和连杆，存在若干个输入输出，以及交错的联动关系和明显的非线性，用一般常规方法很难对其进行有效地研究，旨在适应机器人设计研究的需要，机器人动力学也就随之兴起。 本论文课题以曲轴加工自动物料系统为基础，按照其特点，对其进行动力学分析与开发研究，旨在尽可能地优化结构，提高效率，促进经济效益的稳步提升。 首先，基于曲轴上下料作业实际工况，对机械手的总体方案进行选型，通过对比确定了机械手的基本形式,进行了结构设计，确定了机械手的结构形式、基本参数。并确定其传动、驱动形式，并对相关件进行验证。 其次，对多关节机械手进行动力学分析，证明拉格朗日动力学方程与凯恩动力学方程之间可以相互转化。通过凯恩动力学方程与拉格朗日动力学方程联合应用，提出一种求解机器人动力学方程的新方法，在多关节机械手上应用，并通过证明具有通用性。 最后，采用PRO/E构建该三自由度机械手的虚拟三维实体模型，并将其导入ADAMS动力学仿真分析平台，进行动力学仿真分析。通过分析得出（角）速度、（角）加速度以及驱动力（矩）的特性曲线，验证其结构的合理性，也为今后机械手的设计研发工作提供些许有价值的数据。 本课题是一个理论与实际联系较为紧密的实用性项目，文中在机械手结构形式的确定、驱动方式的选型以及机器人动力学方程的建立等方面进行了切实有效的探讨，对机械手的设计研制有一定的借鉴价值。

关键词： 机器人   自我意识  

摘要： 一天当中,尼寇要花大量时间在镜子跟前"搔首弄姿",但它并非出于虚荣照镜子。尼寇其实是美国麻省理工大学研制的一个机器人,科学家安排它照镜子,只是为了让它有一天能够获得类似人类的自我意识。

关键词： Autonomous underwater vehicles  

摘要： A recursive subspace identification algorithm for autonomous underwater vehicles (AUVs) is proposed in this paper. Due to the advantages at handling nonlinearities and couplings, the AUV model investigated here is for the first time constructed as a Hammerstein model with nonlinear feedback in the linear part. To better take the environment and sensor noises into consideration, the identification problem is concerned as an errors-in-variables (EIV) one which means that the identification procedure is under general noise assumption. In order to make the algorithm recursively, propagator method (PM) based subspace approach is extended into EIV framework to form the recursive identification method called PM-EIV algorithm. With several identification experiments carried out by the AUV simulation platform, the proposed algorithm demonstrates its effectiveness and feasibility.

关键词： Statistics  

摘要： Navigation systems of autonomous vehicles often exploit range measurement information that may be affected by outliers. In marine application the presence of outliers in sonar bathymetry, for instance, can be particularly severe due to multipath phenomena in the acoustic propagation. This paper describes a possible approach to process range measurements highly contaminated by outliers. The proposed solution builds on a robust parameter identification algorithm minimizing a nonlinear cost function that exploits the mathematical properties of Gibbs entropy. Numerical examples on simulated data are provided to illustrate the method and its performance. The use of simulated data allows to vary the amount of noise and outliers contamination while knowing the ground truth values of the parameters to be identified. For the sake of experimental validation, the method is also applied to third party (publicly available) upward looking sonar ice draft data collected by submarines in the Arctic Ocean. © 2013 De Gruyter. All rights reserved.