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Gazebo的深海网箱洗网机器人动力学仿真平台搭建

深海网箱养殖是重要的海水养殖模式,网箱网衣的定期清洗是确保养殖质量和安全的关键环节。目前,网衣普遍采用人工清洗,不仅费时费力,且随着深海网箱规格越来越大,人工方式难度显著提升。洗网机器人为深海网箱网衣清洗提供了更加安全、便捷的方式;然而,洗网机器人在贴网清洁和水下穿梭过程中,受力难建模、状态难观测,设计抗扰动能力强、能耗低的控制器困难,开展全面实验及数据记录成本高、时间长。针对上述问题,在物理仿真环境Gazebo的基础上,考虑了推进器和洗盘的存在,并分析了在水下环境中诸如附加质量、阻尼等各项水动力学特性以及流场环境等因素对洗网机器人的影响,构建了一套洗网机器人仿真系统,使得洗网机器人水下工作完备数据易获得、控制性能易验证、模型性能易对比,从而助力洗网机器人的控制器开发。

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SOM3.4.2平台的iLoboke仿真足球机器人研究

2015年,iLobokeⅠ首次以标准化产品的形态推向市场,其搭载全局视觉、决策调度、无线通信和车载控制系统等先进技术,通过足球对抗的形式,实现高速动态下的多机器人协同。随着科技的不断进步,iLoboke足球机器人在2018年已经升级到第四代产品。这一代产品更加开放,支持更广泛的扩展编程,为用户提供更多的自由度和创造力。无论是足球领域还是其他领域,机器人的应用将逐渐渗透到人们的生活中,为我们创造更便利的生活和更广阔的发展空间。该文旨在利用SOM3.4.2平台,对iLoboke足球机器人控制进行研究,利用微粒算法规划移动路径,实现机器人在仿真环境中的足球运动,科学高效地预判传球。

基于Py Bullet仿真实验平台的“智能机器人”课程教学改革

文章首先概述了仿真实验平台,然后论述了基于PyBullet仿真实验平台的“智能机器人”课程教学改革,包括基于PyBullet仿真实验平台的教学内容改革、基于PyBullet仿真实验平台的实验教学改革。

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。

上下料工业机器人虚拟仿真平台设计

为解决高校教学的工业机器人数量远不能满足学生学习需求,以机器人系统虚拟仿真平台为研究对象,通过Solid Works软件建立平台三维模型,借助Robot Studio软件搭建仿真系统,对仿真工作站进行整体布局设计,同时设计工作站的Smart组件。此外,建立机器人系统与各Smart组件之间的I/O信号连接,创建工作站逻辑连接和Rapid程序,模拟了机器人从供料台上夹取毛坯,机器人上、下料,到最后工件在输送带上持续输送的全过程仿真效果。仿真结果表明:仿真工作站可以准确地模拟机器人上料和下料的动态效果,能顺利地完成预定的工作程序,达到与真实平台相同的上、下料搬运过程。该仿真平台的搭建为高校工业机器人教学提供了多样化的选择,弥补了高校工业机器人数量不足的缺陷,同时亦可将可视化操控应用于工业生产中,具有良好的应用价值和广阔的发展前景。

核电站反应堆压力容器顶盖检测机器人仿真平台研究

引言核电站反应堆压力容器顶盖(Reactor Pressure Vessel Head,RPVH)长时间暴露在高温、高压和辐射环境中,其中CRDM管(Control Rod Drive Mechanism,控制棒驱动机构)和放气管等部件容易产生裂纹和缺陷。通过每次大修期间的检查,及时发现这些缺陷,从而确保反应堆的安全。

基于OPC UA的机器人集成系统多平台虚实联调仿真工站设计与开发

以工业机器人码垛工作站为例,将机器人的IRC5控制器设为OPC UA服务器,通过OPC UA技术实现多个平台联合仿真的全虚拟系统。在客户端控制机器人启停,读取机器人运行状态、I/O信号、对六轴角度等进行数据采集。最后,对机器人和PLC进行联合编程,实现机器人工站的多平台协同仿真与数据链接和嵌入。仿真结果表明,该方法验证了机器人集成系统多平台虚实联调仿真工站的可行性和有效性,为机器人集成系统的设计及调试提供了新的解决方案,对提高课堂效率和教学质量、缩短生产现场调试周期具有较高的参考价值。

基于ROS的服务机器人实训课程虚拟仿真教学研究

针对目前服务机器人实训课程教学存在的设备成本高、学生操作机会不足等问题,该文提出基于ROS的仿真实训课程教学方案。依托真实系统和仿真实训室,构建基于ROS的服务机器人建模与运动仿真、建图与导航仿真、平面视觉检测仿真、三维视觉检测仿真、物品自动抓取综合应用仿真5个实训项目,详述每个项目的实施要点,实现虚实结合的实训模式。经过实践证明,虚拟仿真实验教学不仅提高实训教学效率,同时极大激发学生的学习兴趣与自主创新意识。

采用改进BP-PID控制的机器人避障仿真研究

针对移动机器人避障过程中行驶路径长、寻路速度慢等问题,提出了一种改进反向传播-比例-积分-微分(BP-PID)控制器,并对移动机器人避障效果进行仿真验证。利用移动机器人在二维坐标系的避障简图,得出了移动机器人运动方程式。引用比例-积分-微分(PID)控制器和3层BP神经网络结构,利用BP神经网络的学习能力调整PID控制器参数。引用粒子群算法进行改进,通过改进粒子群算法在线优化BP-PID控制器,确保移动机器人BP-PID控制器收敛于全局最优值,从而使移动机器人避障效果更好。在不同环境中,采用Matlab软件对移动机器人避障效果进行仿真,比较改进前和改进后的移动机器人避障效果。结果显示:在不同环境中,改进前和改进后的BP-PID控制器均能使移动机器人安全地躲避障碍物;但是采用改进的粒子群算法优化BP-PID控制器,可以使移动机器人运动路径更短,迭代次数更少,搜索时间更短。采用改进BP-PID控制器,能够提高移动机器人避障过程中寻路速度,缩短行驶路径,效果更好。

下肢外骨骼康复机器人仿真和试验分析

目的为了帮助下肢运动障碍者进行有序康复训练,设计一种下肢外骨骼康复机器人,动力源驱动下肢交叉摆动模拟人类正常步态行走,实现双下肢协调运动,帮助下肢运动障碍者完成康复训练。方法建立外骨骼机器人三维模型、下肢外骨骼机器人D-H模型,对下肢外骨骼康复机器人进行正、逆运动学分析,并将模型导入ADAMS,创建运动副与驱动函数进行运动学仿真,在此基础上制作样机并进行动力学测试试验分析。结果正、逆运动学验证了外骨骼康复机器人空间运动的合理性,ADAMS运动仿真结果与理论计算具有良好一致性,从而保证设计的下肢外骨骼结构与穿戴者下肢同步协调。仿真分析发现理论计算和仿真的误差主要来源于驱动函数误差,动作误差最大为2.15 cm。试验验证髋关节、膝关节运动与参考输入运动具有一致性。但是运动存在误差,髋关节平均误差为5.57°,膝关节平均误差为5.45°,实验发现电机扭矩不足是引起运动误差的首要因素,其次是零件加工误差和装配误差。结论通过理论计算、仿真与试验分析验证了方案的可行性,发现驱动误差、零件加工精度和装配精度可带来误差。研究结果可为进一步完善机器人性能和研究康复机器人动力学影响因素提供基础和参数依据。

一种智能化机器人焊接系统构建及离线仿真技术研究

构建了一种智能化机器人焊接系统,并对其离线仿真技术展开研究。基于3D设计完成了智能化机器人焊接系统的结构设计,该系统采用双工位V字形布局,包括机器人本体、变位机、全自动液压工装、智能除尘系统、激光传感系统等,对其关键部件的关键技术展开了研究。同时,在设计阶段及示教编程阶段引入离线仿真技术,进一步提升了本系统的智能化水平。研究成果在实际生产订单中的应用表明,较传统机器人焊接系统相比,本系统焊接质量更好、效率更高。

水下机器人视景仿真研究

为解决水下机器人操作困难和学习成本高等问题,开发了水下机器人视景仿真系统。运用虚幻引擎平台构建海底环境仿真,建立水下机器人虚拟模型与运动数学模型实现水下机器人在虚拟环境中的运动,建立水下机器人运动控制模式与虚拟模型进行交互,通过机器人运动模拟与视觉仿真试验验证仿真系统的可行性。试验结果表明:模拟运动路径与实际运动路径基本相符,海底环境模拟逼真度高。该系统可对水下机器人进行工作性能测试,为操作者提供培训平台且带来较强的视觉冲击,具有可行性。

机器人视觉示教技术在装配作业中的仿真研究

工件装配在工业制造中占有重要地位,实现机器人复杂而灵巧的装配动作,对于提升工业制造智能化水平具有重要意义。针对装配作业任务,将视觉示教与机器人技能学习相结合,首先搭建基于Kinect2相机和AR标签的机器人示教系统获取示教数据;接着设计了机器人装配技能学习算法生成新的运动轨迹;最后在Gazebo仿真平台完成了对上述方法的验证。该方法具有效率高、可操作性强等优点,在工业制造领域有着广阔的应用前景,同时对于机器人示教学习相关实践教学和应用研究具有重要意义。

基于人体运动意图理解的机器人仿真教学研究

传统机器人课程侧重于理论知识而忽略了实际的工程应用,学生通常缺乏足够的实践经验,只是在理论层面了解机器人的原理,没有机会真正动手操控和编程实际的机器人系统。在本文的机器人仿真教学研究中,引入肌电信号作为控制源,利用MATLAB软件中的Robotics工具箱进行仿真可视化案例设计。学生能够在仿真环境中直观地感受肌电信号与机械臂控制之间的关联,加深对理论知识的理解,培养了动手实践和问题解决能力。

四足机器人单自由度腿部优化设计及仿真

基于仿生原理的四足机器人是当今国内外众多学者研究的热点。针对四足机器人运动平稳性的要求,提出了一种竖直方向改进型等速运动规律和前进方向仿生运动规律相结合的无冲击足端轨迹形式,推导出分段函数表达式;针对四足机器人存在的驱动多、腿部刚度弱的情况,构思了一种由两个曲柄摇杆机构、同步带传动和一对外啮合圆柱齿轮传动组成的单自由度的新型腿部机构,并建立该机构的运动学模型,推导了其足端的坐标;综合利用遗传算法和非线性优化一般方法,以无冲击的足端轨迹的逼近度为目标,优化计算了机构各构件的最佳运动尺寸和初始位置;使用三维建模软件搭建简化的虚拟样机模型,并导入到Adams软件中进行了Trot步态仿真试验,运动效果达到了预期设计。所提出的无冲击轨迹可以为其他足式机器人的足端轨迹规划提供参考,由两个曲柄摇杆机构组成的多连杆腿部机构优化设计方法为足式机器人腿部设计提供了基础和创新思路。

针灸并联机器人虚拟仿真在线实验教学设计

为了提升学生的综合应用及创新实践能力,针对机器人实验教学存在的时间场地不可及、易受硬件条件约束等问题,在特定针灸任务驱动下,围绕机器人运动学模型、轨迹规划、姿态控制、位置控制等知识点,运用虚拟仿真技术构建了可扩展性强、界面直观、场景流畅、可交互操作的并联机器人在线实验教学系统,服务于机器人控制实践等课程教学。有效激发了学生的学习兴趣,提升了学生拓展迁移所学知识解决实际工程问题的能力,为培养满足国家需求的新工科创新人才提供了条件。

达芬奇手术机器人患者手术平台组成原理及故障检修案例分析

随着“精准医疗”理念的推广,达芬奇手术机器人在外科手术中的应用日益受到重视,该机器人系统由医生控制平台、影像处理平台和患者手术平台组成,能够实现高精度、微创的外科手术。患者手术平台是其核心部分,包含多条机械臂和舵柄,舵柄具有快速定位、灵活性和精确控制等功能,确保手术的顺利进行。尽管达芬奇手术机器人在技术上具有显著优势,但其高昂的费用和复杂的维护需求使得医院面临挑战。为提升医院自身的维修维护能力,重点分析达芬奇手术机器人患者手术平台的组成原理,尤其是舵柄的构造与工作原理,并通过对患者手术平台具体的故障案例分析,探讨常见故障的检修方法,以期为医院提供有效的维护策略,降低运营成本,提升医疗效益。

船用机器人爬壁平台研究进展

船舶爬壁机器人与陆地机器人的不同之处在于其兼具移动和吸附功能,能够于倾斜的船舶壁面上完成爬壁运动,通过配备除锈、清洗、焊接所需的高压水枪、焊枪、图像识别等装置完成对应作业任务,每种作业任务需要的运动机械结构和运行方式也有不同。通过介绍近年来设计制造的爬壁机器人及其爬壁平台,按照其吸附原理和运动特点将其分为磁吸附、负压吸附和仿生类等爬壁平台设计方法,介绍了各类爬壁平台的机械结构设计、运动性能和适用范围,期望能够为未来船用机器人的设计制造和技术发展提供灵感。