关键词： 机器人学   冗余机械臂   快速计算方法   容错空间   构型及尺度综合   定心机构  

摘要： 冗余机械臂是机器人学研究的前沿领域。常规机械臂的关节空间维数等于任务空间维数。这意味着一旦某关节发生故障，既定任务或者完成效果不好或者必须终止。而冗余机械臂的关节空间维数大于任务空间维数，并因此具有了容错性。当一个或数个关节发生故障并锁定时，只要此时退化机械臂的关节空间维数不小于任务空间维数，就仍然存在顺利完成任务的可能性。因此，在由于距离遥远或环境恶劣导致常规保养与维修手段难以实现的情况下，合理地设计与控制容错机械臂是非常关键的。这方面的应用包括了空间探测、水下探测及核废料处理等。 冗余机械臂的容错性解决方案包括两方面内容，一是设计之初要考虑机械臂的最佳容错结构;二是在机械臂关节发生故障时，尽快地检测出故障，并进行故障识别和判定，快速地对机械臂重构并实施新的控制方案。前者属于机械设计及冗余机械臂运动学问题，后者则属于冗余机械臂动力学问题及控制问题。 本文研究了基于容错空间的冗余度机械臂构型及尺度综合，属于冗余机械臂运动学问题。文中定义了表征冗余机械臂容错空间相对大小的容错比例指标FTR（Fault-Tolerant Ratio），并以极大化此指标为目的对三种典型冗余机械臂进行了构型及尺度综合。 首先，本文研究了平面3R机械臂工作空间的生成方法及其单关节容错空间的存在规律，并结合栅格化方法及数学形态学的满水法填充操作，提出了平面3R机械臂工作空间及单关节容错空间的快速计算方法。 然后，本文研究了平面4R机械臂灵活工作空间及其单关节灵活容错空间的存在规律，并在平面3R机械臂研究基础上再引入数学形态学的腐蚀操作，提出了平面4R机械臂灵活工作空间及单关节灵活容错空间的快速计算方法。 在平面单冗余机械臂之后，本文研究了空间4R机械臂的工作空间及其单关节容错空间，并结合栅格化方法及数学形态学的膨胀操作，提出了空间4R机械臂工作空间及其第一关节容错空间的快速计算方法。对于其余关节的容错空间，本文提出了“等价截面”概念用于计算。 最后，本文借助MATLAB软件的遗传算法工具箱对上述三种单冗余机械臂展开了构型及尺度综合，综合出了使FTR值最大的机械臂构型及尺度;在对平面4R机械臂的拓展研究中，本文成功设计了两种平面单自由度定心连杆机构。

关键词： 混联   管片拼装机   动力学   性能分析   仿真  

摘要： 本课题主要是对一种六自由度混联管片拼装机作动力学分析。目的是从理论角度分析验证此拼装机的结构设计是否合理,特别是动力学性能方面是否满足工程需要。具体研究的方法及结论有： 首先对拼装机进行运动学分析。对于机构串联部分,通过选取运动副坐标,确定构件的D-H参数,再通过旋转变换得到运动副位置变换矩阵,对位置变换矩阵求导,得到运动副速度。并联机构部分采用解析法求得其位置逆解,速度分析采用矢量法。 接着对拼装机进行动力学分析。通过理论力学及机构学,分析拼装机各个运动副的动能和势能,最后运用Lagrange方程建立机构动力学模型。动力学模型为机构的仿真及系统控制做准备。 然后对拼装机微调机构进行动力学性能评价。首先简化运动副、确定运动副轴线方向,接着根据公式计算出机构的一阶影响系数、二阶影响系数矩阵,并将它们代入驱动油缸加速度、驱动力矩性能指标,通过得到的性能图谱,最后分析得出机构的最优尺寸范围。 最后对拼装机微调机构进行虚拟样机动力学仿真。将Solid Works中的几何模型导入到Adams中,对其运动副准确地添加约束、移动驱动、载荷,最后主要分析仿真结果中的驱动油缸加速度及驱动力矩曲线。结果表明,所选机构的尺寸满足系统的动力学性能要求。

关键词： 机器人   控制系统   目标识别   PLC  

摘要： 水下采矿机器人是一种可以在水下移动,通过遥控或自主操作方式使用声、光、电、机械等设备代替或辅助人类进行水下作业的装置。在海底采矿、探测水文环境时,由于水下环境危险恶劣,人类无法安全地进行作业,采用水下机器人,可以使人类探测到水压较大的深水区域,可以通过数据采集设备获得人工探测无法采集到的数据,因此,水下机器人已成为探测、开发海洋资源的重要工具。在RoboCup水下采矿机器人竞赛中,采用单片机作为机器人主控芯片无法稳定可靠地控制机器人运动并准确识别目标物,而采用PLC作为控制器,机器人响应迅速,可准确识别目标物并向其运动,可较好的满足竞赛要求。水下采矿机器人控制系统以腾控PLC作为下位机控制器,以固态继电器和可调速电动机驱动器作为机械手臂和推进装置的驱动器,以耐高水压型水下摄像头作为图像采集模块,以VB编制的控制软件构建上位机控制系统,实时将水下状况显示在上位机。可实现自动状态时自动寻找目标,发现目标后控制机器人移动至适当位置抓取目标物,手动状态时可通过后台实时控制进行水下全景观察,调整机器人水下姿态以及手动抓取、放置目标物。

关键词： Robots   Mentoring   High schools   Games   Design engineering   Engineering education   High school students   Sports  

摘要： As a mentor for the "Kauaibots," Kauai's All-Island High School Robotics Team, I get to help the youth of our community to learn, grow, and expand their future opportunities while honing my analytical skills and having fun. As soon as you know what competitive robotics is - kids building robots that play fast-paced, challenging games with other robots - you can see why it's a growing and highly successful activity in many of our schools, from about third grade through college. Kids love robotics because it's hands-on, full of solving real problems using real tools, surprisingly social, and intrinsically cool. Teachers love it because it appeals to a variety of kids and stimulates interest in science, math, and engineering like nothing else. There are many scholarships available (the FIRST program alone offers more than $15 million in college scholarships), and for many of these kids, this program is what gets them excited not only about engineering but about college in general. I first learned about robotics through my son and niece, who got involved with the activity in high school, but I soon found that there is even a niche on the team that is particularly suited to my professional skills as an attorney.

关键词： Robot   actuator   twisted strings   kinematics   stiffness  

摘要： Robotic technology is widening its scope into applications where robots coexist with humans and other living beings in a common space, and where cooperative and other physical interactions between the robots and the living beings are anticipated and actually occur. Safety of living beings and of robots in such an environment calls for solutions in robot mechanisms that are different from the recently used ones in industrial robotics. In this paper we present an actuator named a Twist Drive, which uses two strings that by twisting on each other generate a pulling force. The mechanism can be used to replace gear reducers in robot joints with benefits that originate in its muscle-like operation and in its nonlinear characteristics. A mathematical model to describe the kinematic transmission characteristics of the mechanism is presented and compared to experimental data. A passive characteristic of kinematic stiffness is discussed and evaluated in the paper. Experimental results show the adequacy of the proposed models. Durability of commercially available strings was tested and the results reported. Application in a robot's joint is briefly presented by an example. (C) Koninklijke Brill NV, Leiden and The Robotics Society of Japan, 2012

关键词： Human robot interaction  

摘要： Due to their quantitative nature, robotic systems are useful tools for systematically augmenting human behavior and performance in dynamic environments, such as therapeutic rehabilitation settings. The efficacy of human-robot interaction (HRI) in these settings will depend on the robot's coaching style. Our goal was to investigate the influence of robot coaching styles designed to enhance motivation and encouragement on post-stroke individuals during motor task practice. We hypothesized that coaching styles incorporating user performance and preference would be preferred in a therapeutic HRI setting. We designed an evaluation study with seven individuals post stroke. A socially assistive robotics (SAR) system using three different coaching styles guided participants during performance of an upper extremity practice task. User preference was not significantly affected by the different robot coaching styles in our participant sample (H(2) = 2.638, p = 0.267). However, trends indicated differences in preference for the coaching styles. Our results provide insights into the design and use of SAR systems in therapeutic interactions aiming to influence user behavior. © 2011 Eric Wade et al.

关键词： Robotics  

关键词： 智能机器人   学术研讨会   中国   专业委员会   人工智能   研究生院   北京大学   专家学者  

摘要： 由中国人工智能学会智能机器人专业委员会主办、北京大学深圳研究生院承办的＂第9届中国智能机器人学术研讨会＂于2011年11月11～13日在深圳举行,150多名专家学者出席了本次会议.

关键词： 机器人学   机器人技术   合作   发展  

摘要： 在回顾国内外机器人学科学和机器人技术的发展情况的基础上,介绍了机器人学学科和机器人技术合作发展的历史.由此得到3点启示:国际上机器人技术和机器人学学科是依靠大联合大合作实现大发展的;没有进行全国性的"产学研"大合作是中国机器人技术未能获得长足发展的重要原因;建立全国性的机器人学学术组织是我国机器人产业大发展必不可少的要素.基于这些启示,提出了尽快成立中国机器人学联合会、设立中国机器人协会和发展机器人学教育等措施.

关键词： 中国机械工程学会   优秀论文   机器人动力学   科技成就   绿色制造   机床行业   生命周期   被动关节  

摘要： 2011年11月16日,2011年度中国机械工程学会科技奖颁奖仪式在武汉洪山礼堂举行。中国机械工程学会科技奖设下列三个专项：中国机械工程学会科技成就奖（本次获奖者为宋天虎、薛群基）、中国机械工程学会青年科技成就奖（本次获奖者为汤宝平、田煜、邹小波、顾临怡、范志超、李鹤），以及中国机械工程学会优秀论文奖（本次获奖论文总数为101篇）。本刊有四篇论文荣获中国机械工程学会优秀论文奖，它们分别是：《面向生命周期的机床行业绿色制造运行模式》（作者为李聪波、刘飞、王秋莲、曹华军、曹乐）；《基于李群李代数的主被动关节机器人动力学及控制》（作者为邵兵、吴洪涛、程世利、俞水强）；《兼顾热轧工艺润滑的工作辊磨损预报模型》（作者为邵健、何安瑞、杨荃、郭宏）；《中厚板的横向波浪矫直研究》（作者为王效岗、黄庆学、马勤）。