关键词： 立体视觉   深度学习   抓取规划   机器人动力学   神经网络自适应控制  

摘要： 智能机器人抓取技术是当前人工智能领域的一个重要研究方向之一。特别是在面临堆叠物体抓取问题时,智能机器人更需要使用先进的视觉感知算法对堆叠物体进行识别与定位,采用合理的抓取规划算法对抓取顺序进行规划以及结合高精度的机器人控制算法实现精准抓取。本课题利用神经网络算法对机器人的视觉感知、抓取规划、机器人控制等进行优化和改进,旨在兼顾各模块的协调能力,提高机器人面对堆叠物体的抓取效率,为机器人分拣工作提供支持和服务。本文第二章研究内容属于机器人抓取技术研究中的视觉感知模块。在该模块中,针对堆叠物体的立体结构和空间特性,使用了立体视觉算法对堆叠物体进行识别和定位。以Azure Kinect DK深度相机作为视觉传感器,获取深度图像数据;通过投影变换公式建立深度数据与点云数据联系,生成堆叠物体点云数据;通过改进后的LCCP三维点云分割处理算法分割堆叠物体;并使用三维点云深度学习方法对分割后的物体进行分类,实现堆叠物体精准识别。本文第三章研究了机器人抓取技术研究中的抓取规划方面。一方面使用点云数据获取堆叠物体堆中各个物体的包围盒位姿、法向量和高度信息配合神经网络共同构建物体间的空间关系模型;另一方面使用获取到的各个堆叠物体的空间关系、类别信息、尺寸信息计算抓取安全系数,确定合理、安全的物体抓取顺序。本文第四章设计了机器人抓取技术研究中的机器人控制模块,针对机器人大范围运动和小范围精准运动分别设计了抓取初始位置控制方法和抓取精准位置控制方法两部分。在大范围运动中,主要要求机器人能够快速、稳定地运动到初始抓取点。所以,本文使用了机器人运动学建模配合路径规划算法完成了基本要求。而在小范围的抓取位置精准调整中,堆叠物体问题要求机器人在有限的时间内能够更加精确运动到指定的抓取位置。所以,本文利用物体的空间模型、机器人动力学模型以及神经网络自适应控制算法设计了堆叠物体抓取精准位置控制方法,并将结果与滑模控制算法进行对比,验证了该方法的可行性。最后,本文针对设计的堆叠物体任务的机器人抓取方法进行了仿真实验和机器人实物模型验证。基于立体视觉技术,将机器人视觉与机器人动力学控制融合,解决了堆叠物体抓取任务中识别精度不高、安全性低、抓取难度大等问题。结果表明,本文设计的视觉算法、控制算法在精度、稳定性有了一定的提高,设计的机器人抓取规划也可满足堆叠物体抓取任务安全性的要求。

关键词： 机器人学  

ISBN: (纸本)9787111688402

摘要： 本书介绍机器人学的相关内容, 将串联机器人技术、并联机器人技术、移动机器人技术有机集成, 是一部系统和全面反应机器人技术的教材。本书共分11章, 内容涉及机器人概况、机器人数学基础、机器人运动学分析、机器人速度及静力学分析、机器人动力学分析、机器人传感器及计算机视觉算法、机器人物体识别、机器人定位及地图构建、机器人路径规划与避障、机器人控制, 以及机器人的驱动执行系统与编程等。

关键词： 中厚板多层多道焊接   机器人动力学   振动抑制   轨迹规划  

摘要： 工业机器人因其高生产率被广泛应用于中厚板多层多道焊接生产中,但是因关节柔性的存在,机器人在中厚板多层多道焊接作业过程中,会受到焊接电弧力与加速度变化所产生的惯性力影响从而造成其末端执行器振动,导致焊缝出现咬边、虚焊等缺陷。因此,振动抑制技术是保证中厚板焊接机器人焊接质量的一种重要手段。目前机器人振动抑制方法主要通过外部传感器采集信息并进行反馈控制或改变机器人本体结构,存在成本高、控制算法复杂以及受机器人结构制约等问题。因此本文将结合中厚板多层多道焊接机器人动力学模型与关节电机电流值反馈,利用轨迹规划的方法对其焊接作业过程中的振动进行抑制。本文的主要内容如下:(1)阐述了中厚板多层多道焊接机器人的工作原理,通过分析实际工况,对其运动学模型进行了建立并搭建了样机。利用拉格朗日方程推导了考虑其关节柔性与电弧力影响的动力学方程,并利用二段式四阶隐式龙格—库塔方法对焊接机器人动力学方程进行数值求解,得到其各个连杆的实际角位移。(2)通过简化机器人动力学方程得到其振动微分方程并求解,根据振动微分方程解提出了一种机器人振动抑制技术参数,利用Adams建立了虚拟样机模型,并对其进行动态性能仿真,分析了焊接机器人运动过程中末端与各个关节的振动情况。再对振动方程进行仿真验证,并设计了机器人振动信号处理流程。(3)分析了中厚板多层多道焊接轨迹规划并对其关节运动角速度及角加速度进行合理配置从而提出振动抑制方法,利用基于罚函数的压缩因子PSO算法对中厚板焊接机器人关节轨迹进行寻优,抑制其点位运动时的振动;建立电流-力矩模型,并设定力矩误差-时间双阈值对中厚板焊接机器人进行振动预测,再采用减速-匀速-加速的轨迹修正方法,实现对其焊接过程中的振动抑制。(4)搭建了中厚板多层多道焊接机器人实验平台,通过Matlab与C#联合编程开发了中厚板多层多道焊接机器人控制软件,并进行了中厚板焊接机器人振动抑制算法实验与分析,最终通过中厚板多层多道焊接实验,验证了本文提出振动抑制方法的可行性与有效性。

关键词： 机器人学   智能车辆   同时定位和建图   视觉惯性导航  

摘要： 随着国民经济以及科技的发展,智能车辆作为移动机器人皇冠上的明珠正在如火如荼的发展中。在未知的环境中,基于多传感器融合的同时定位与建图(Simultaneous Localization and Mapping,SLAM)技术是支撑智能车辆实现自主导航并完成指定任务的关键基础。由于实际行驶环境的复杂性,搭载于智能车辆上的SLAM系统的精度以及鲁棒性仍难以满足需求。因此,本文以智能车辆在复杂未知环境里自主定位建图问题为背景,利用相机、惯性导航传感器之间的互补性,针对视觉惯导紧耦合的SLAM关键技术开展研究,设计了一套完整的基于非线性优化架构的视觉惯导导航系统(Visual Inertial Navigation System,VINS),解决智能车辆复杂场景适应性问题。主要工作如下:1.对智能车辆以及VINS系统的国内外发展现状进行了调研,针对应用于智能车辆VINS系统,定义其所涉及的坐标系,建立车辆运动学模型、相机观测模型和惯性传感器运动模型,并基于上述模型建立智能车辆VINS问题的整体架构,为应用于智能车辆的VINS关键技术研究搭建研究平台。2.消失点是利用二维图像构建并理解三维世界的重要特征,针对车载连续视频流消失点估计问题,出基于光流检测和边缘检测相结合的消失点估计算法。光流本质是视频流中相邻帧之间的运动场,实际车辆的行驶方向大多数与道路边界或车道标线平行,运动场指向消失点,因此,结合边缘和光流来投票估计消失点可以高算法的鲁棒性,最终实验结果表明,该算法能供实时且准确的消失点位置,为停止检测算法图片分割供重要的三维场景结构线索。3.出融合停止检测的视觉惯导定位算法。当前,大多数的VINS系统假定环境大面积静态,而智能车辆所处的场景通常具有高动态性,因此该假设极大地限制了VINS的实用性。智能车辆在高动态场景下停止后,环境中存在的大量运动特征点给特征跟踪线程引入误匹配,这将导致轨迹的漂移和建图精度的降低,甚至使得系统重置。为解决上述问题,本文在VINS前端出改进的相位相关算法来取相邻图像帧的精确运动信息;在后端,引入停止约束优化滑窗内的状态变量,以解决智能车辆在高动态场景停止期间轨迹漂移问题,实验结果表明本算法能极大高复杂场景下智能车辆停止期间位姿估计精度。4.出融合运动学约束的视觉惯导定位算法VINS-Motion。本方法利用车辆运动学约束简化运动模型,将视觉、惯导和车辆运动特征耦合进行位姿估计。该算法在前端加入前文出的停止检测模块,在后端处理中,若前端检测到车辆处于停止状态,则在滑窗内根据停止约束进行优化;否则,除了已有的边缘化先验信息构造的残差项、IMU预积分残差项和视觉重投影残差项之外,根据阿克曼转向模型构建车辆朝向/速度残差,并推导该残差项关于待优化变量的雅克比矩阵,最后最小化四个残差项的加权和以获得待优化状态变量最大后验估计,从而分别在停止和运动期间高系统的一致性和准确性。在KITTI数据集上的实验结果表明VINS-Motion在挑战性场景中具有明显性能升。5.出基于IMU信息自适应辅助视觉特征点识别算法(Self-Adaptive Feature Correspondences Identification,SFCI),进一步将SCFI算法紧融合到VINS前端数据处理单元,命名为VINS-SFCI。SFCI算法利用IMU预积分的结果预测新图像帧的位姿,在弱纹理信息和运动模糊的情况下,为了增加特征匹配对的数量和跟踪长度,利用IMU预测的位姿来搜索潜在的匹配对,并融合视觉信息建立新的匹配对;另一方面,IMU预测的位姿同时可消除动态物体引入的误匹配。实验结果表明,SFCI算法有效地高了特征匹配的精度和跟踪长度,VINS-SFCI系统通过供更鲁棒的视觉特征点跟踪结果,实现了智能车辆复杂场景的精确定位。针对以上研究内容,本文完成了系统性的验证和分析,结果表明所出的算法在挑战性场景中具有明显的性能增益,彰显出重要的实用价值。本文的研究有助于高VINS系统应用于智能车辆的鲁棒性和智能化,对其在实际复杂场景的落地部署具有积极意义。

关键词： 自动化酿酒   上甑铺料   机器人轨迹规划   动态时间规整   机器人动力学  

摘要： 在白酒酿造工厂中,大部分工艺流程通常由人工完成。为了促进白酒酿造行业的工业自动化发展,减轻高重复性的人工劳作,现关注白酒酿造过程中的上甑环节,分析上甑师傅典型作业手法,设计一套面向上甑工艺的机器人作业系统。首先,提出一种基于样条曲线-高斯模型的上甑轨迹泛化编码算法,通过现场采集人工上甑的动作数据,将其导入泛化模型得到人工上甑工艺在空间中的轨迹特征;之后,分析人工上甑工艺特性,划分机器人上甑区域,设计甑料流速可控的末端料斗机构,并结合现场布局对每个区域的铺洒轨迹进行计算;为实现期望厚度的上甑工艺要求,建立机器人动力学逆解模型,根据机器人各关节负载限制得到每个区域的最大速度,结合末端料斗机构的伺服控制性能,制定上甑作业时铺洒厚度的控制策略;最后,通过多次上甑实验,验证了设计的机器人作业系统的有效性。

关键词： 泌尿肿瘤   EAU   泌尿男科   中国抗癌协会   机器人手术   机器人学   泌尿男生殖系肿瘤   外科机器人  

摘要： 为推动中国泌尿肿瘤外科机器人手术事业的发展,由中国抗癌协会泌尿男生殖系肿瘤专业委员会(CACA-GU)与EAU机器人学组(ERUS)主办;CACA-GU微创学组及CUA泌尿男科工程学组承办的"2022 EAU与CACA-GU泌尿肿瘤机器人手术交流会"将于2022年1月23日下午14:00-18:40线上召开。

关键词： 机器人竞赛   副局长   科技馆   参赛选手   青少年科技创新大赛   协会承办   楚雄州   同台竞技  

摘要： 由云南省楚雄州科协、楚雄州教育体育局主办,楚雄州科技馆、楚雄州机器人协会承办的楚雄州第二届青少年科技创新大赛机器人竞赛近日在楚雄州宾馆成功举办。云南省青科中心主任贾兴勇、楚雄州教育体育局副局长许华荣、楚雄州科协副主席倪勇出席大赛开幕式。来自全州20所学校的71支参赛队,152名参赛选手、教练员同台竞技。

关键词： 机器人学   项目式教学法   实践教学  

摘要： “机器人”课程是面向高等学校机械工程和自动化学科专业的本科生开设的专业课,课题组在分析“机器人”课程实践教学特点与教学现状的基础上,以项目式教学法在“机器人”实践课程中进行教学改革,利用实验室的智能移动机器人设备开展“机器人”实践课,设定特定的任务和目标让学生自主学习和探索机器人方面的问题,完成老师设定的目标和任务,学生在任务过程中学习机器人的相关理论知识和实践知识。教学实践证明:该教学法显著提升了学生的创新思维和实践能力。

关键词： 学科交叉   创新实验室运行   工程教育   机器人竞赛  

摘要： 在新工科背景下,创新实验室的建设与教学模式创新显得尤为重要,创新实验室有效弥补了新专业建设初期教学内容和教学模式的不足,在打造学校亮点、提高教学水平、提高学生技能方面有很大价值。以华北理工大学的人工智能机器人实验室建设运行过程为例,总结了其在组织管理、设备采购、竞赛选择、宣传招新四方面的经验,在学科交叉分组基础上提出了逐步进阶的四年培养方案,并探索在创新项目培育过程中引入模块化、规范化、商业化的方法。

关键词： 机器人学   反乌托邦   第二定律   《我,机器人》  

摘要： 在《我,机器人》的引言中,科幻小说家艾萨克·阿西莫夫提出了著名的"机器人学"三定律:"第一定律--机器人不得伤害人,也不得见人受到伤害而袖手旁观;第二定律--机器人应服从人的一切命令,但不得违反第一定律;第三定律--机器人应保护自身的安全,但不得违反第一、第二定律"(1)。"阿西莫夫三定律"对后来的科幻写作,具有里程碑的意义。显然,阿西莫夫已经预见,机器人,或说人工智能的造物,将拥有比自然人类更高的能力,并对人类的生存造成挑战。