LR-Mate机器人动力学性能分析

给出评价5自由度串联机器人机构同时基于Jacobian和Hessian矩阵的加速度性能指标,进而得到5自由度串联机器人机构全域性能指标及全域运动性能波动指标。利用上述指标对LR-Mate机器人的加速度性能进行分析,绘制相关图谱。通过对试验结果进行理论分析,发现针对机构尺寸对机构性能的影响进行分析时,Hessian矩阵对机构加速度性能指标有着更重要的影响。最后,利用Matlab软件对LR-Mate机构进行动力学实体仿真,并给出速度、加速度仿真图谱,所得结果与理论分析结果完全一致,验证了理论分析的正确性和指标的可行性。

智能采煤机器人关键技术

采煤机是综采工作面的核心装备,研发智能采煤机器人是实现综采工作面智能化的关键。综合分析当前采煤机机器人化研究进程中的传感检测、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制等技术的研究现状,提出研发智能采煤机器人必须破解的“智能感知、位姿控制、速度控制、截割轨迹规划与跟踪控制、位-姿-速协同控制”五大关键技术,并给出解决方案。针对智能感知问题,提出了构建智能感知系统思路,给出了智能采煤机器人智能感知系统的架构,实现对运行状态、位姿、环境等全面感知,为智能采煤机器人安全、可靠运行提供保障;针对位姿控制问题,提出了智能PID位姿控制思路,给出了改进遗传算法的PID位姿控制方法,实现了智能采煤机器人位姿精准控制;针对速度控制问题,提出了融合“力-电”异构数据的截割载荷测量思路,给出了基于神经网络算法的截割载荷测量方法,实现了截割载荷的精准测量;提出牵引与截割速度自适应控制思路,给出了人工智能算法牵引与截割速度决策方法和滑模自抗扰控制的牵引与截割速度控制方法,实现了智能采煤机器人速度精准自适应控制;针对截割轨迹规划与跟踪控制问题,提出了截割轨迹精准规划思路,给出了融合地质数据和历史截割数据的截割轨迹规划模型,实现了截割轨迹的精准规划;提出了截割轨迹精准跟踪控制思路,给出了智能插补算法的截割轨迹跟踪控制方法,实现了智能采煤机器人截割轨迹高精度规划与精准跟踪控制;针对“位-姿-速”协同控制问题,提出了“位-姿-速”协同控制参数智能优化思路,给出了基于多系统互约束的改进粒子群“位-姿-速”协同控制参数优化方法,实现了智能采煤机器人智能高效作业。深入研究五大关键技术破解思路,有利于加快推动研发高性能、高效率、高可靠的智能采煤机器人。

骨科机器人联合Starr骨盆复位架治疗Tile C型骨盆环骨折

目的:探讨骨科机器人联合Starr骨盆复位架治疗Tile C型骨盆环骨折的临床疗效。方法:2019年10月至2021年5月采用机器人联合Starr骨盆复位架治疗14例Tile C型骨盆环骨折患者,男9例,女5例;年龄33~69岁。14例患者均为新鲜闭合骨折且不合并股骨、胫腓骨骨折等损伤。入院后4~7 d完成手术,术中在可透视碳素床,通过Starr骨盆复位架牵引复位骨盆环,联合骨科机器人治疗C型骨盆环骨折。观察手术时间、出血量、单枚螺钉置入透视次数、骨折复位质量、患肢功能及并发症等。采用Matta评分标准进行放射学复位评价,末次随访采用Majeed骨盆功能评分系统进行临床疗效评价。结果:14例患者均顺利完成手术,手术时间84~141 min,手术出血量20~50 ml,单枚螺钉置入透视次数4~9次。14例患者均获得随访,随访时间12~24个月。术后所有骨折获得骨性愈合,愈合时间3~7个月,未发现内固定断裂、螺钉松动、感染、神经损伤等并发症。依据Matta影像学复位评估标准:优9例,良4例,可1例。末次随访采用Majeed骨盆功能评分系统:优10例,良4例。结论:机器人联合Starr骨盆复位架治疗C型骨盆环新鲜骨折操作简单、缩短了手术和麻醉时间、并发症少,降低了手术风险,实现了骨盆骨折的微创治疗。但对于陈旧性骨折,因骨折复位困难,该技术并不适用。对于螺钉进钉点区域粉碎的骨折,通道螺钉置入困难,建议采用其他方式固定。对于伴有骨盆外伤史或骨盆发育异常者,术前需仔细评估有无经皮螺钉通道,避免损伤神经、血管。

机器人人工拣选环境下混流装配线齐套物料配送优化

为了提高汽车制造企业配送的智能化水平、解决混流装配线齐套物料人工拣选效率低、成本高的问题,引入基于齐套物料配送策略的机器人人工拣选模式,通过优化自动拣选机器人、工人的配置数量及配送周期,使包含机器人使用成本、劳动力成本和在制品库存成本在内的总成本最小。为求解该配送优化问题,提出了改进量子蚁群算法,利用量子比特的叠加性增加种群多样性,避免算法陷入局部最优,同时设计了改进量子旋转门更新机制和基于差分进化操作的非最优个体优化策略,提高了算法收敛速度和寻优质量。最后,通过算例分析验证了模型的正确性与算法的有效性,并分析了拣选批量对总成本的影响。

跟踪算法下的果树修剪机器人路径规划设计

以果树修剪机器人为研究对象,基于轨迹跟踪算法对修剪机器人进行作业路径规划,并分别与传统的往复式路径规划算法和跟踪算法进行仿真对比实验分析。分析结果表明:与传统往复式路径规划算法相比,修剪机器人作业过程中漏剪率降低3%,重复率降低2.5%;与传统跟踪式路径规划算法相比,修剪机器人作业过程转角范围增大36°,横向轨迹误差降低600mm。

带仿生躯干的被动行走机器人步态特性

为改善被动行走机器人的步态特性,受人体躯干同时具有刚性骨骼和柔性软组织启发,提出一种带刚柔仿生躯干的被动行走机器人模型,并研究其非线性动力学特性.将仿生躯干柔性部分等效为带质量的弹簧阻尼器,建立仿生躯干被动行走机器人的动力学模型.分别分析仿生躯干的等效弹性系数、等效阻尼系数、等效质量对被动行走机器人的行走步长和步行速度的影响规律,并与刚性躯干模型的结果进行对比.研究结果表明:相比于刚体躯干,仿生躯干使得被动行走具有更加丰富的步态行为;仿生躯干柔性不仅影响被动行走的行走步长及行走速度,还影响被动行走的稳定性;适当的躯干柔性可以在维持稳定周期步态的同时,提高被动行走机器人的行走步长及步行速度;与刚性躯干相比,带仿生躯干的被动行走步长能提高12%,行走速度能提高2%.

人机互动中社交机器人的社会角色及人类的心理机制研究

通过网络爬虫软件获得三个小组共600条豆瓣社区帖子,并对15位豆瓣用户进行深度访谈,有助于探讨豆瓣社区中人机互动的特征和人类的心理机制。研究发现,豆瓣社交机器人在人机互动中表现出类社会化行为、非人格特质和薄弱的自我建构能力,在虚拟社区中承担着互动参与的激励者和符号象征的结构角色。人类用户在与机器人的准社会交往中实现身份认同与社群归属,收获单向的“拟情关系”。人类在追求人工智能技术走向深度智能化的同时,又对其保持警惕,显示出对技术可供性边界的反思。

智能助产术教学法——以“智能苏格拉底会话机器人”教学实践为例

当前,生成式人工智能与学生的人机会话主要是“知识讲述”型会话关系,这会影响学生的高阶思维能力发展。解决这一问题的关键是,如何将人机“知识讲述”型会话关系,转变为“知识转化”型会话关系。为此,研究者以助产术理论、ChatGPT、学习分析和腾讯QQ工具为基础,探索智能助产术教学法的学习发生机制,开发智能苏格拉底会话机器人,构建智能助产术教学模式。本研究采用准实验方法,以“远程教育学”课程为教学内容,以教育技术学专业本科生为对象,开展以智能会话机器人支持的教学实验。实验结果表明,智能助产术教学与直接使用ChatGPT的教学相比,能显著提升学生的问题解决能力、创新能力和协作学习能力,但是对学习绩效、批判性思维能力和自我效能感的影响不显著。为提高教学效果,研究者需提升计算机的系统算力,开发批判性思维学习支架,构建人机适切性互动机制,研制自我效能感提升策略。

虚拟现实场景下的精准化采摘机器人作业研究

利用虚拟现实场景仿真技术,对葡萄采摘机器人的精准作业控制过程进行分析,通过构建虚拟现实环境下葡萄采摘机器人作业场景模型,以机器人采摘运动柔顺、无碰撞和不损伤采摘对象为目标,对采摘作业过程的夹紧、托举以及剪切动作进行虚拟仿真。虚拟现实场景下20次采摘动作仿真结果中,有3次采摘发生碰撞、17次采摘成功。这表明,在设计阶段利用虚拟现实场景进行精准化作业仿真和控制算法测试,能够有效缩短采摘机器人研制过程中的调试和优化时间。

机器人使用与创业选择

以人工智能、机器人为代表的自动化技术进步,对劳动力市场结构影响持续深化,不仅表现在传统受雇工作形态,还表现在企业创业选择和决策方面。文章基于国家层面自动化程度不断加深的背景,使用2011—2017年全球创业观察(GEM)创业活动数据和国际机器人联合会(IFR)国家层面机器人数据,研究机器人使用对创业活动的影响及可能机制。研究结果表明,机器人使用对创业活动具有显著促进作用。按照创业动机划分机会型创业活动和生存型创业活动发现,机器人使用增加显著促进了机会型创业活动。该结论在控制内生性和考虑不同衡量指标下依然稳健。文章进一步从市场进入障碍、人力资本效应两个维度考察机器人使用对创业活动的影响机制。机制分析发现,机器人使用通过简化企业生产程序,降低企业市场进入障碍,提高人力资本水平进而促进企业创业活动实现。异质性分析表明,机器人使用对创业活动促进作用在OECD国家幅度更大,机器人使用显著增加了中年群体、女性群体以及中低受教育水平群体机会型创业活动概率,机器人使用有利于缩小不同群体间的创业差距。文章研究为促进我国机器人应用深化以及机会型创业活动实现提供了一定的参考意义。

煤矿防冲钻孔机器人全自主钻进系统关键技术

针对高地应力矿井钻孔卸压作业智能化程度低的技术难题,总结分析了国内外钻孔卸压技术和装备的研究现状,指出研发高性能、高可靠、高效率的防冲钻孔机器人全自主钻进系统是破解冲击地压防治难题的重要发展方向。为此,凝练了影响钻进系统性能的“孔位精准识别、钻具姿态精确感知、无线电磁随钻智能检测、钻具运行状态智能识别和钻进系统精确控制”五大关键技术,并给出了解决思路和方法。针对在复杂恶劣环境下卸压孔的精确识别问题,设计了融合图像尺寸调节和多阶段训练模式的卸压孔图像样本扩充SinGAN模型,引入多层特征融合优化的FasterRCNN,构建了基于改进SqueezeNet轻量级网络架构的孔位识别模型,以实现卸压孔位的准确快速识别;针对钻具姿态精确感知问题,提出了基于改进梯度下降法算法优化无迹卡尔曼滤波的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)初始对准方法,设计了多个IMU的空间阵列布局方式,研究了基于BP神经网络的钻具姿态误差补偿方法,旨在提高钻具姿态的解算精度,实现精准钻孔卸压;针对复杂地质环境下钻进工况的精确检测问题,搭建了煤矿井下随钻测量无线电磁传输系统架构,探讨了微弱电磁波信号自适应调制和随钻高速双向电磁传输技术原理,研究了孔底地质参数、几何参数和工程参数的测量原理和实现过程;针对钻进系统运行状态识别问题,构建了钻进信号时域、频域、时频域的多域特征和深度网络高级特征提取架构,提出了钻进系统关键零部件健康状态评估和故障诊断技术,构建了基于改进蝙蝠优化长短期记忆网络的卡钻风险因子预测模型,实现对卸压钻具卡钻状态的准确预测;针对钻进系统的精确控制问题,分析了钻进系统的液压系统工作原理,构建了考虑煤岩性状的钻进系统精确控制方案,探讨了基于转矩和位置的钻进系统最优控制参数求解原理,旨在实现钻进回转系统和给进系统的智能协同控制和并行作业。

手术机器人在妇科恶性肿瘤手术中的临床应用分析

目的:分析探讨机器人辅助下妇科恶性肿瘤手术的安全性、可行性及临床价值。方法:回顾性总结吉林省肿瘤医院2014年10月—2020年3月实施的213例达芬奇机器人妇科恶性肿瘤手术病例,其中宫颈癌122例,子宫内膜癌89例,卵巢癌(补充手术)1例,阴道癌1例。分析患者的临床资料、手术情况及治疗效果,并对手术时间、术中失血量、术后肠道功能恢复时间、膀胱功能恢复时间、腹部切口愈合时间、淋巴结切除数目、术后并发症发生情况(出血、感染、尿潴留、肠梗阻、下肢静脉血栓等)、总住院时间、至少1年的随访结果等指标进行评估。结果:213例手术均顺利完成,无中转开腹或更改术式。无术中并发症(如重要血管大出血,膀胱、输尿管、肠道损伤等)发生。术后出现双侧淋巴囊肿4例,单侧淋巴囊肿10例,其中1例淋巴囊肿感染,经超声穿刺、抗感染后好转,其余经对症处置后减轻;单侧下肢肌间静脉血栓1例,经溶栓治疗后好转;尿潴留1例,经膀胱功能锻炼后导尿管顺利拔出;阴道断端愈合差1例,经阴道消毒、上药后愈合良好。术后规范治疗,随访时间为12~52个月,其中1例宫颈高级别神经内分泌癌患者于术后13个月发生肺转移、锁骨上淋巴结转移,于术后25个月死亡;1例阴道癌患者于治疗结束31个月后复发,后放弃治疗失访;1例卵巢癌补充根治术患者于术后17个月复发,后放弃治疗并死亡。结论:达芬奇机器人手术系统应用于妇科恶性肿瘤手术安全、可行,其微创优势明显,患者创伤小、出血少、恢复快,手术安全性高,具有临床应用价值,值得临床推广。

丘陵果园自然环境下柑橘采摘机器人设计与试验

智慧果园是未来果园行业发展的趋势,智能化果实采摘是发展智慧果园的关键问题。为实现智能化果实采摘,本文搭建了一种适用于丘陵果园矮化栽培模式下的柑橘采摘机器人系统。针对丘陵果园垄间地面凹凸不平,存在地形倾斜角0°~20°,设计了一种自适应调平平台保持机械臂基座水平;通过视觉系统获取多幅点云图像建立果树的三维点云模型,获取果实位置信息;为避免采摘时造成果实损伤,结合柑橘类水果的采摘特点,设计了一种剪切夹持一体化的末端执行器完成柑橘采摘。针对果园自然环境的主要扰动因素(风和光照)进行分级,设置10组对比试验,结果表明:在低光照或正常光照条件下,平均果实定位准确率为82.5%,末端执行器夹取成功率为87.5%,平均采摘时间最短为12.3 s/个;高光照条件下平均果实定位准确率为72%,末端执行器夹取成功率为80%,平均采摘时间最短为12.5 s/个。

助行康复机器人自适应步态控制方法研究

为了提高助行康复机器人在不同坡度上的稳定性,合理的步态控制方法显得尤为重要。这里以助行康复机器人为研究对象,提出了一种将长短期记忆网络和动态运动基元结合的步行康复机器人自适应步态控制方法。将传感器采集信息与动态运动基元中步态控制项相结合,对参考步态进行调整。同时通过更改动态运动基元的时间项和空间项对步态进行二次调整以适应不同的坡度。通过试验对该控制方法的可用性进行验证。结果表明,该方法可以在(0~20)°斜坡进行自适应步态变换,具有一定的实用价值。

谈ChatGPT与财务机器人的融合

ChatGPT具有一定的会计职业判断能力,但通过测试发现ChatGPT会计职业判断结果的准确性、稳定性还存在不足,并且它仅仅是应答结果和反应的内容生成器,不能被第三方会计智能化信息系统直接应用。而目前的财务机器人的智能化较低,更多的是执行较为标准化的、重复性强的任务以及预先设定规则的数据处理任务。因此,通过对ChatGPT专业化、私有化的“投喂”,将其预训练过程及应答结果进行优化,并与财务机器人在预训练自学习层面及任务执行层面进行有效融合,拓宽财务机器人的应用场景,可以进一步推动会计智能化的发展。

基于模糊控制的上肢康复机器人变导纳控制

传统固定参数的导纳模型无法对上肢康复机器人的柔顺性实时调节,而现有变参数导纳模型需要结合实际康复需求进行改善。为此,以自主研发的串并混联的末端牵引式上肢康复机器人为研究对象,结合模糊控制与导纳控制,提出了一种面向实际康复需求的新型变导纳控制策略,制定了4条有利于康复效率与安全的模糊规则。该策略利用交互力误差及其变化率作为模糊控制输入,实时改变导纳模型的参数,实现柔顺性自主调节。仿真和实验结果验证了所提出的变导纳模型控制策略可行性和所制定的4条模糊规则的有效性。在患者可适应训练强度的场景中,相较于固定导纳模型,变导纳模型追踪给定路径时产生的冗余路径最多可降低56.13%,提高了康复训练效率;当康复运动超出患者可承受范围时,变导纳模型可提前0.5 s改变追踪路径,提高了康复的安全性。

基于IMU-LiDAR紧耦合的煤矿防冲钻孔机器人定位导航方法

防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其在复杂卸压巷道的精确地图构建和的稳定导航是实现钻孔作业智能化的基础和前提。在分析激光雷达点云畸变成因和同步定位与地图构建(SLAM)算法缺陷的基础上,设计了基于惯性测量单元(IMU)连续时间轨迹的点云畸变矫正方法,建立了激光雷达和IMU的数据融合模型,提出了基于IMU-LiDAR紧耦合的防冲钻孔机器人定位建图方法。根据煤矿卸压巷道特点建立了密闭坡道模型,开展了建图效果仿真分析,结果表明,所提算法在定位精度、轨迹误差方面均优于现有常用算法。在此基础上,设计了基于改进人工势场法和快速扩展随机树的动态路径规划方法,建立了适用于防冲钻孔机器人的路径规划与导航融合方案,并设计了2种仿真运动场景,结果表明,所提路径规划方法在全局路径规划和动态路径规划的平均路径长度、平均运行时间、平均生成节点数等方面均具有较好的综合性能。为了进一步验证防冲钻孔机器人定位导航方法的实用性,在校内模拟巷道、地面实验基地和井下卸压巷道等场景下开展了多组对比实验,结果表明:将IMU数据与LiDAR数据紧耦合后,所提方法的定位建图精度明显提高,在特征退化场景中具有优越的定位建图性能,且规划路径的运算效率和路径代价方面均具有良好的表现,验证了所提定位导航方法在多种场景中的可行性和优越性。

实测实量机器人自动化测量的应用分析

在建筑行业中,如何通过智能化设备为项目工程建设全面赋能成为了行业的关注重点。目前,已有多款用于施工现场的建筑机器人面世,相对于传统人工,建筑机器人具有更智能化、更安全、更高效、更绿色的优势。新昌县人民医院迁建工程项目选用其中的实测实量机器人用于工程现场实测实量、质量验收工作,证明其便捷性、准确性和实用性,具有良好的推广应用价值,提升项目智能建造水平,助力推广智能建造技术应用。

福祉机器人基础研究与系统开发及展望

以沈阳工业大学中日福祉机器人研究中心科技成果为主线,指出福祉机器人领域中某些观念误区、基础研究的重要性及推广应用中的技术瓶颈。提出福祉机器人的简明定义,从系统构成角度阐明福祉机器人与工业机器人的本质区别,并以自主研发的机能康复机器人、部分失能者自立生活辅助机器人、完全失能者护理机器人等为例,通俗地论述了其社会背景、基本研究理念、具体研究内容及难点、取得的创新性成果及正在攻关的挑战性课题。对福祉机器人新兴领域的科研机遇、人才需求、市场规模及就业前景等进行了展望。

采摘机器人的路径规划系统动态性优化研究

为进一步改善采摘机器人的工作性能,提出以动态调控为主导的理念,针对整机的路径规划系统展开优化研究。以当前果园采摘机器人的通用性结构组成为前提,将云平台数据处理与路径规划核心算法有效融合后搭建动态控制模型,分别针对路径规划系统的硬件配置与软件控制进行合理设计,得到可应用于采摘实践且布局完整的路径规划系统。展开动态性优化下的采摘作业试验,结果表明:优化后采摘机器人路径规划系统的整体路径搜索率与路径平滑性得到明显提升,相对提升度分别为10.93%和9.71%,路径偏离率相对降低了50%左右,很好地优化了机器人的避障能力,满足系统稳定性需求,具有较高的实用价值。