足球机器人对于技术课程的教育价值和实现策略

随着机器人技术和人工智能技术的发展,如何让多个智能体相互协调、协商来完成任务,即实现多智能体系统,已经成为新的研究热点。作为多机器人系统的研究和实验模型,足球机器人系统是一个多学科交叉的前沿领域。本文结合笔者五年来在机器人社团的教学经历,分析足球机器人在技术课程中的教育价值及其实现策略。     

基于工业机器人的三维扫描测量实验平台设计

为支撑新工科专业人才培养,设计一套三维扫描测量实验平台。平台硬件系统主要包括工业机器人、激光扫描仪和光学跟踪系统;在OpenCASCADE软件平台实现三维交互环境创建、待测零部件CAD模型导入;依据自由曲面曲率特征提取自由曲面测量点,用四元数方法计算机器人末端在各测量点的空间位姿;在仿真软件RobotStudio生成机器人扫描测量路径并进行碰撞检测,将扫描路径输出为机器人可执行文件加载到工业机器人,实现高效率、高精度扫描测量。平台可服务智能感知工程专业的“三维智能感知技术”课程,有助于学生深入理解光学精密测量、机器人建模等相关知识,提高学生解决复杂检测问题的实践能力和创新能力。     

机器人运动控制实验设计与实现

基于AVR单片机完成机器人运动控制系统设计,构建机器人运动学模型,采用“比例一微分一积分控制器”实现机器人前进、后退、原地旋转和圆弧运动控制.设计并实现了机器人运动控制系统演示实验和机器人运动控制半开放实验,实现效果达到预期实验设计目标.     

人工智能的情境觉知:一种"在线"适应性表征

如何使机器人这种人工认知系统获得人类水平的智能,是目前人工智能发展的主要目标.要实现这个目标,人类智能的运作机制和模式无疑是人工智能模拟的最好模型.情境觉知理论的提出和发展,为实现这个目标提供了一种合理的框架和方法论.这就是关于情境觉知的通用模型、注意机制、情境觉知目标与心理模型的匹配要阐明的问题."事件-控制-行动-适应性"模型是情境觉知理论的进一步发展,更突出了适应性表征特征.基于情境觉知理论开发的各种应用软件不仅是技术手段,更是方法论,体现在人工认知系统设计的方方面面.     

基于极坐标系的乒乓球机器人运动平台设计

乒乓球机器人的研制涉及高速运动机械系统、实时视觉系统和智能计算机控制系统等多学科的前沿技术,对乒乓球机器人的研究可以对机械、视觉、控制等相关领域的理论和技术起到促进和推动作用,具有十分重要的社会意义和经济价值.本文针对乒乓球机器人的运动需求,进行了乒乓球机器人移动平台的研制,采用大齿轮转盘的转动和同步带带动机器人来实现乒乓球机器人在基于极坐标系的二维平台上快速、准确的移动.     

通用组合式教育机器人动力学模型及其快速仿真算法(英文)

为实现具有开放结构的组合式教育机器人自动建模与动态仿真,建立了教育机器人的动力学模型及其仿真算法.首先,将教育机器人抽象为多体系统,利用牛顿一欧拉法建立其通用的动力学模型,并结合教育机器人的结构特点,以构件绑定方法对机器人模型进行了简化.其次,基于稀疏矩阵计算技术,对计算机仿真中常用的增广动力学求解算法和直接投影修正算法进行改进,以此作为教育机器人的仿真算法,提高仿真速度和精度.最后,通过一个算例验证了模型和改进算法的有效性.该研究为实现教育机器人仿真平台奠定了动力学基础.     

虚拟现实遥操作机器人系统研究平台的设计策略

提出了基于虚拟现实技术的临场感遥操作机器人系统研究平台的新的设计策略, 简述了其系统的设计框架, 详细描述了其中重要的核心技术. 利用八叉树数据结构构筑虚拟仿真环境的运动学和动力学模型, 采用Delphi OpenGL 3DS MAX对从机器人及其环境进行可视化仿真. 并采用摄像修正法修正虚拟几何模型定位偏差和建模误差. 所实现的研究平台软硬件设备成本低, 主、从机器人(机械手)系统及系统中所有软件均由本课题组设计、研制, 系统性能达到了研究所需要的水平, 为虚拟现实临场感遥操作机器人系统的研究提供了不可缺少的实验床.     

软弯曲执行器的自适应鲁棒控制：一种基于经验非线性模型的方法（英文）

目的:为软体机器人系统提供统一且完整的动力学建模方法,并且基于建立的模型设计控制器,以实现软体机器人的精确位置控制。创新点:1.提出了一种经验非线性模型及其辨识方法,提高了气动软体机器人建模的精度;2.建立了不平衡气动比例阀的准静态流量模型,实现了气动系统的动力学建模;3.基于模型,设计了自适应鲁棒控制器,实现了软体机器人的精确位置控制。方法:1.将传统线性模型的参数设置为位置的函数,使用泰勒展开、系统滤波和最小二乘方法,实现任意阶次的经验非线性模型辨识;2.对不平衡气动比例阀进行阀芯受力分析,推导阀芯位置的准静态方程,进而推导准静态流量模型;3.通过轨迹跟踪对比实验,验证所提出的模型和控制器的有效性。结论:1.实验结果表明,仅使用滑模控制器,就可以实现较高精度的轨迹跟踪,这证明了所提建模方法的有效性;2.使用自适应鲁棒控制器,并在传统滑模控制器的基础上在线更新参数,可以有效提高轨迹跟踪精度。     

自动循迹机器人控制系统的设计

循迹机器人是智能机器人领域内非常重要且被广泛研究的一种智能移动装置,国内许多重要的比赛都以循迹机器人为核心进行开展的。本文设计的智能循迹避障机器人的控制系统主要由四个模块组成:最小系统模块、循迹模块、避障模块、电机驱动模块。该机器人能在规定的场地上按指定路线行走,实现各种直走、转弯、调头、加速、减速、爬坡、探测障碍的能力。     

教育机器人产品的功能分析框架及其案例研究

教育机器人具有教学适用性、开放性、可扩展性和人机交互友好性等特点,在优化教与学方面具有很大潜能,但目前对教育机器人的功能分析仍不系统。为此,文章从用户体验视角,提出了包含表情动作、感知输入、机器人智能、社会互动等四个维度的教育机器人产品的功能分析框架,并在此基础上对国内外40个教育机器人产品进行了评测与分析。此外,文章还结合教学适用性和技术成熟度两个因素,从推动拟人发展、提升感知智能、聚焦真人智能、实现文化互动等角度对未来我国教育机器人产品的研发提出建议,以期为基于教育机器人的学习支持服务提供参考。