Robosim虚拟机器人平台教学资源库的应用研究——以七年级机器人社团课程“智能农业”教学为例

机器人教学作为教育教学创新应用的途径之一,在中小学课堂中日渐普及。教师通过运用Robosim虚拟机器人教学平台,创新教育教学方式,优化机器人教学过程,从而促进学生信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任素养的落地。

基于虚拟仿真技术的机器人工程专业课程数字化教学平台设计

教学平台是机器人工程专业课程数字化教学中必不可少的教学工具,但传统平台存在仿真度较低的问题,而且学生的学习效果较差。因此,设计基于虚拟仿真技术的机器人工程专业课程数字化教学平台。在硬件方面,对HTC Vive装置进行选型与设计,利用HTC Vive装置实现仿真教学交互;在软件方面,利用虚拟仿真技术搭建机器人虚拟模型,设计虚拟现实(Virtual Reality,VR)全视角观察体验场景、VR碰撞体验场景与VR虚拟视角自由移动体验场景,在虚拟场景中实现学生与虚拟机器人交互操作,以此完成平台设计。实验结果表明,应用设计平台开展教学后,学生的综合成绩大幅提升。

基于数字孪生的机器人工程专业虚拟仿真实践平台设计

针对机器人工程专业实践教学面临的高投入、高损耗、高风险以及难实施、难观摩、难再现问题,设计了基于数字孪生技术的机器人工程专业虚拟仿真实践平台。利用数字孪生技术将机器人工程专业物理实验室与虚拟实验室深度融合,学生可不受物理设备、时间和空间限制开展实验,增强了实验安全性,完成对实践教学环节的设计与优化。

基于虚拟仿真技术的足式机器人创新实验平台开发

为满足足式机器人教学实验需要及提高实验平台可靠性,研制了一种基于虚拟仿真技术的足式机器人创新实验平台。该实验平台基于PyBullet虚拟物理引擎搭建,通过设计步态规划、步行控制等功能模块,能够完成足式机器人步态规划、步行控制等算法的仿真验证等任务。同时,依托该平台展示涉及机械设计、软件开发等专业方向的教学内容,有利于智能机器人课程实践教学的开展。基于该创新实验平台,设计了一个拥有13个自由度的足式机器人,能够完成自主步行、上楼梯等功能。实践表明,该创新实验平台具有实验成本低、高度可定制化的优点,非常适合科学研究和实验教学中需要个性化定制机器人的应用场景。

基于RobotStudio的机器人搬运码垛虚拟仿真平台

以机器人搬运码垛平台为研究对象,通过SolidWorks软件建立该平台的三维模型;利用RobotStudio软件设计动态物料输送链、动态快换工具和动态真空吸盘3个Smart组件,分别用于模拟机器人搬运码垛平台的物料运动、吸取/释放物料和装载/卸载吸盘,并虚拟仿真机器人搬运码垛的工作过程。仿真结果表明:该虚拟仿真平台可以准确地模拟机器人搬运码垛平台的动态效果,顺利地完成预定的工作程序,达到与真实平台相同的搬运码垛效果。

曲柄摇杆四足机器人实验教学平台设计

为适应新工科人才培养的要求,针对机械类专业课程实践教学环节教学方法陈旧等问题,基于曲柄摇杆机构设计了一款四足机器人实验教学平台,用于机械原理、机械设计等主干课程的实践创新教学环节。该四足机器人的结构设计方案源于哺乳动物运动过程,分析了其运动方式及不同腿部结构对于运动过程的影响,确定机器人机构运动方案;以D-H矩阵变换为数学工具,建立了机器人运动学模型;考虑实验平台应满足较高的经济性和互换性要求,最大程度采用了标准件的数量。对机器人进行了虚拟仿真分析,完成直线与奔跑两种状态的步态规划,实现了四足机器人的整体协调运动,验证了设计的合理性。实践表明,该教学平台的成功设计,丰富了机械类核心课程实践教学内容,对于提高学生的动手实践能力和思维创新能力有着显著的效果。

虚拟制造中多机器人虚拟生产平台的研究

以多机器人装配作业为背景， 研究了虚拟制造中多机器人虚拟生产平台系统的几何及运动学建模、多机器人协调合作策略、多机器人工作空间分配、机器人手臂的碰撞检验和避碰以及装配线意外故障的处理等关键问题， 最终构建起一个完整的多机器人虚拟生产平台。

基于ADAMS虚拟平台的机器人夹持器动力仿真

本文采用SolidWorks软件对机器人夹持器进行实体建模,应用虚拟样机分析软件ADAMS对其进行动力仿真。通过仿真对夹持器张合角度、转动力矩进行求解,从而为夹持器的设计提供依据,并为机器人的仿真提供实践基础。

基于Web与V-REP的机器人远程控制虚拟仿真平台

设计并开发了基于Web与V-REP的机器人远程控制虚拟仿真平台。该平台整体设计框架包括Web浏览器层(客户端)、服务器层、仿真环境层(机器人端)三个层次,采用JavaWeb和MVC设计模式开发Web应用,利用V-REP远程API和Python编程实现机器人控制服务器和图像服务器。操作者通过Web浏览器即可完成对V-REP中仿真机器人的控制,同时相应图像信息传输至Web浏览器,从而实现基于Web的机器人远程交互控制。该虚拟仿真平台对于机器人控制相关的实践教学有着重要意义。

履带式机器人虚拟控制平台的研究与设计

针对目前多履带机器人运动规律的探索难以深入和运动效果的展示难以实现等问题,研究并设计了一种基于虚拟实现技术而建立的履带式机器人控制交互展示平台;结合该辅助平台的建立过程,探讨了履带式机器人的虚拟遥操作技术,以及其虚拟显示与实际控制的同步性问题,提出了履带式机器人构建接触模型的处理方法,给出了其虚拟端运动学仿真以及相关的数学模型,使得平台控制可以借助于虚拟的反馈为依据;所讨论的设计方法和技术途径可为构建和开发其他相似的仿真平台提供参考和借鉴。

虚拟制造中的多机器人作业仿真平台

以生产环境下多机器人作业为背景 ,提出了一个虚拟制造中的多机器人作业仿真平台 ,讨论了平台的建模 (包括机器人本体及环境建模 )、碰撞检验、运动学分析、工作单元仿真、系统控制及多进程控制管理等关键问题 .在系统控制中提出了一个突发故障的处理策略 ,即在生产过程中 ,当某个机器人突然发生故障时 ,如何在不停止整个生产作业的同时 。

基于LabVIEW的手术机器人虚拟仿真平台设计

为了清晰地观察手术机器人的运动状态,文中提出了一种基于LabVIEW的3D虚拟仿真平台构建方法。该方法将图形化编程软件LabVIEW作为构建平台,结合SolidWorks机械建模、LabVIEW的GUI前面板、三维显示控件以及LabVIEW Robotics工具包搭建了可视化程度高、模型效果逼真的手术机器人3D虚拟仿真平台。针对文中设计里自主构建的从手机械臂和主手操作台,详细讲述了虚拟仿真平台的构建过程,并且使用算法实现了手术机器人在主从控制系统中的实时参数控制。最后结合MATLAB对手术机器人末端位置运动进行测试对比。测试结果表明轨迹路径一致,可以通过该方法实现对手术机器人的虚拟仿真平台构建。

虚拟机器人足球比赛平台

机器人足球是一个很有挑战性的研究领域 ,它需要解决在敌对环境中多智能体合作完成特定目标的问题。随着人工智能领域的发展 ,多智能体问题的研究日趋普遍 ,需要一个好的平台来满足研究的需求 ,真实的机器人足球系统起来昂贵且复杂 ,无法在教学与科研中普及 ,而虚拟系统则拥有方便快捷的优点 ,可以得到更广泛的应用。描述了一个基于MicrosoftWindows网络环境的机器人足球虚拟比赛平台的实现。应用该系统不但可以完成对机器人足球队的设计与研究 ,还可以作为其它简单智能体控制的教学环境。

借3D仿真平台培养中学生思维的灵活性——以第十届浙江省青少年虚拟机器人竞赛项目为例

思维是人类的高级心理活动，是复杂的信息加工过程，是人脑对事物本质和事物之间规律性关系概括的间接的反映。以第十届浙江省青少年虚拟机器人竞赛项目为例，从任务目标的达成、组建虚拟机器人、编制机器人程序三个角度，谈3D仿真平台下中学生思维灵活性的培养。2012年12月第十届浙江省青少年虚拟机器人竞赛项目，其任务目标是通过信息技术创新手段，借3D仿真平台，以虚拟机器人为载体模拟现实抗震救灾的过程，旨在考核参赛选手对操控智能机器人相关知识的综合运用能力，有助于培养学生的思维品质，提高学生的动手与动脑能力。教育心理学理论认为：思维是人类的高级心理活动，是复杂的信息加工过程，是人脑对事物本质和事物之间规律性关系概括的间接的反映。因此，开发中学生的思维潜能，提高思维品质，使学生的思维能得到更好的发展。1分析任务目标的达成。

基于焊接机器人虚拟仿真平台的教学资源展示系统

本文利用虚拟现实技术,焊接机器人虚拟仿真平台相关技术,构建了基于仿真平台的焊接教学资源展示系统。该系统将各种工艺、参数和工件的虚拟焊接资源在课堂上展示给学生,让学生可以通过教学资源展示系统更加直观的了解焊接工艺和焊接技术要求,有益于教师的实训教学和学生专业核心技能的训练。

足腿式机器人虚拟机身模拟测试平台

针对现有足腿式机器人测试平台自由度少且缺乏变负载测试能力的问题,设计了“3+3”构型测试平台,并提出了一种非线性导纳控制策略,实现测试平台对待测单腿的动态力加载,模拟机身对单腿的力作用。建立“3+3”运动学模型;设计导纳控制器将测试平台与待测单腿间的交互力转化为期望的运动轨迹;引入非线性期望阻尼与期望刚度提升动态力跟随性能。结果表明,非线性导纳控制策略较经典导纳控制策略动态力跟随性能有明显改善,实现测试平台对单腿较准确地动态力加载;通过多自由度复合加载较真实地模拟出足腿机器人机身对单腿的动态力交互过程。

基于开放式虚拟现实平台的机器人课程实训教学模式设计与实施

为了培养德智体美劳全面发展的机器人专业人才,文章首先阐述了基于开放式虚拟现实平台的机器人课程实训教学模式设计,然后论述了基于开放式虚拟现实平台的机器人课程实训教学模式实施。

利用计算机虚拟技术搭建小学机器人教学平台的探索

目前,机器人教学在学校课堂上还是以“老师讲,学生看”形式开展。真正能动手参与机器人的搭建、编程活动的学生也仅限于学校的“机器人社团”“机器人兴趣小组”小范围内。如何在课堂上让学生都能动手了解机器人,体验操作机器人的乐趣,文章设计出一套利用计算机虚拟技术辅助机器人的教学平台,取得了不错的效果。

基于虚拟样机技术的球形机器人运动仿真研究

使用UGNX和ADAMS,研究了一种具有稳定平台的、非完整的全向滚动球形机器人的虚拟样机建模和运动仿真。通过对球形机器人虚拟样机模型的转化,解决了ADAMS软件不支持球壳与平面间的约束,无法模拟球壳在平面上滚动的问题。结合典型实例,对球形机器人的运动情况进行了仿真。仿真结果表明该球形机器人的内置稳定平台在球体全向滚动过程中始终保持稳定的姿态,而不随球体一起滚动。这为物理样机的研制提供了可靠的参考依据。