浅析中小学机器人教学

机器人教学是一门新兴学科，其发展速度极为迅猛。它对培养学生创新能力，自主学习能力，编程能力具有极为重要的作用。从本质上来说．机器人教学是一门实践性学科，教学机器人是一种辅助性教具，机器人教学是手段，而不是目的。本文在介绍机器人、教学机器人发展和机器人教学的重大意义的基础上，分析了中小学机器人教学面临的各种各样的问题，诸如教学目标不明确、教学机器人价格虚高、教学机器人缺乏统一标准、师资匮乏、资金不充裕等。并根据这些问题，着重讨论了解决这些问题的一系列方法和措施。     

变电站机器人视觉伺服系统研究

变电站巡检机器人替代人工巡检变电站设备,主要是机器人携带CCD摄像仪和红外成像仪,在固定点对目标设备的状态进行检测。由于机器人的定位误差和机器人本体自由度的误差,会造成机器人到固定点取图像时巡检目标偏移甚至丢失。采用Adaboost图像识别分类方法和光学成像原理组成视觉伺服控制系统,对机器人进行调整,使巡检目标保持在图像的中心位置。实验结果表明,机器人视觉伺服系统能有效避免机器人定位和自身误差带来巡检目标偏移和丢失的影响。     

自主足球机器人视觉系统结构及关键技术

提出了自主足球机器人嵌入式多处理器体系结构以及视觉系统的构成框架.对单目视觉系统所涉及的关键技术进行了详细的分析和研究,其中包括图像分割、目标搜索算法、目标定位和机器人自定位技术.基于YUV颜色空间,对目标进行分割,并通过连通区合并来快速搜索目标,同时根据摄像机模型来确定目标的空间位置.实验表明分布式视觉体现结构能够实时准确地完成视觉处理任务.以上新算法可以快速鲁棒地搜索图像目标,并能较精确地确定目标的位置信息和机器人的自定位信息.     

基于视觉引导的Baxter机器人运动控制研究

高速和高精度的传统工业机器人已经广泛应用于制造业,但是传统工业机器人只能工作在结构化及封闭的环境中,从而限制了其应用领域。能够跟人协作互动、本质安全的智能协作机器人突破了传统工业机器人的环境限制,具有广阔应用前景。采用最新的智能协作机器人Baxter作为平台,介绍了双臂智能协作机器人Baxter的系统组成,分析了机器人操作系统(robot operating system,ROS)的通信机制,设计了基于视觉引导的智能协作机器人运动控制软件。机器人控制软件由视觉定位软件模块和手臂引导抓取软件模块组成,通过ROS的消息主题机制及ROS服务器来实现机器人手臂运动控制。实验结果证明,设计的控制软件能够准确控制Baxter机器人识别和抓取目标物体。     

CS-1机器人操作手动力学研究

本文对一种自行研制的恶劣环境下工作的机器人——CS-1机器人操作手进行了动力学分析和优化设计。其分析算法及优化目标函数的确定、约束条件的选取,亦适合其他工业机器人。     

足球机器人视觉系统的目标识别策略

根据RoboCup小型组足球机器人的比赛规则,提出了一种新的机器人小车的色标设计方案,方案中采用了一种切实可行、准确、高效的目标识别策略,在目标识别过程中,将移动网格技术与动态窗口技术相结合,在小型组足球机器人视觉系统中取得了较为理想的效果,与采用游程编码相比识别目标的平均时间少9ms以上.     

一种多机器人围捕策略

以多机器人的围捕为研究对象,分析了成功围捕目标机器人的临界条件,即围捕机器人和目标机器人速度比的临界值,给出了该临界值的计算公式.设计了当围捕机器人的速度小于目标机器人的速度时多围捕机器人的伏击围捕方案:即先将目标机器人驱入最佳围捕区,然后再实施智能围捕策略完成围捕任务.采用Matlab的仿真结果验证了临界条件的正确性以及伏击围捕方案的有效性.     

对工业机器人抓取技术的研究

为实现工业机器人能实现自主识别并抓取指定的目标,提出了一种基于数字图像处理和网络通信的解决方法。方法中采用选择式掩膜平滑方法对图像进行滤波,采用了区域生长法和边界跟踪进行轮廓提取,实现对目标物质心的标记以及对目标物方位、角度的确定,使用网络通信将目标物数据发送给工业机器人,后者实现抓取。试验结果表明,该方法在结构环境下能够获得较好的识别及定位效果,为工业机器人抓取提供了目标信息。     

面向多目标搜索的群机器人任务分配研究

针对群机器人在多目标搜索过程中的协作分工问题,受黄蜂群劳动分工的启发,在黄蜂群的响应阈值模型中引入距离变量来解决群机器人多目标搜索中的任务分配问题。当机器人感知到目标信号时,机器人根据当前搜索该目标的机器人数量以及自身距群体最优位置之间的距离决定是否参与搜索该目标信号,从而实现了机器人之间针对搜索不同目标的任务分配。仿真结果表明,该方法有效可行。     

足球机器人视觉系统的目标识别策略

根据RoboCup小型组足球机器人的比赛规则,提出了一种新的机器人小车的色标设计方案,方案中采用了一种切实可行、准确、高效的目标识别策略,在目标识别过程中,将移动网格技术与动态窗口技术相结合,在小型组足球机器人视觉系统中取得了较为理想的效果,与采用游程编码相比识别目标的平均时间少9ms以上.     

基于视觉目标跟踪的侦察机器人导航方法

针对未知环境下侦察机器人的自主导航问题,提出了一种基于视觉目标跟踪的侦察机器人导航方法.首先利用二进制鲁棒独立元素特征(BRIEF)提取方法来检测和描述待跟踪视觉目标的局部不变特征点,在快速的特征匹配计算基础上提出由粗到精的目标定位两步法实现机器人导航过程中视觉目标的实时准确跟踪.其次对基于视觉目标跟踪的自主导航任务进行行为分解和实现,在行为中集成视觉目标跟踪算法.最后利用基于宏行为的机器人事务执行机制实现移向视觉目标的自主导航控制.实验结果表明,提出的方法能够使侦察机器人实时准确地跟踪视觉引导目标,在复杂障碍物环境下可靠地完成移向目标的自主导航任务.     

新型三臂巡线机器人机构设计及运动分析

为了增强机器人的越障能力,简化机械结构,减小越障时的电机负荷,设计了一种新型结构的三臂巡线机器人.该机器人采用双平行四边形桁架构型实现三臂的位姿调整运动,机构重心可调以减小桁架控制电机的负荷,各臂末端设置夹线轮以增强机器人跨越引流线障碍的能力.巡线机器人调整形态越障时,因机构重心偏移会引起机器人整体绕线缆偏转,属于基座浮动式机器人.根据机器人重力平衡条件构造优化目标函数,以基座浮动角度作为搜索变量,将基座浮动式机器人的运动分析问题转化为一维优化问题进行求解,仿真实验验证了算法的有效性.原型样机在实验室环境下完成了线上行走和越障实验,验证了机构的可行性.     

基于视觉的并联机器人智能分拣系统设计与实现

针对传统工业机器人无法满足复杂分拣环境下作业要求的问题,设计基于视觉的并联机器人智能分拣系统.以Delta并联机器人、CMOS相机为硬件基础,运用固定阈值和轮廓提取等方法对图像进行预处理,求解出所观察目标的空间位姿,通过Hu矩匹配法对工件进行识别匹配,提高并联机器人对环境的认知能力和智能性.系统测试结果表明,该控制系统...     

不同教育阶段教育机器人功能设计分析研究

随着机器人教育受到社会越来越多的关注,其教育价值逐步提升,作为教育机器人产品的规划设计和标准化问题也日益凸显.在对各阶段学生的认知发展水平和机器人教育目标进行概述的基础上,对适用于不同阶段的教育机器人产品功能结构与设计进行了分析探究,为未来教育机器人产品的设计开发提供参考.     

机器人最优设计目标函数的螺旋坐标表示法

根据螺旋坐标理论,导出了机器人构件在发生扭转变形时外力和外扭矩、平移和扭转变形的螺旋坐标表示方法,在此基础上,提出了以机器人做功量作为最优设计追求目标、以机器人机构参数和(或)位姿参数作为设计变量的最优设计的目标函数的螺旋坐标表示方法.     

机器人足球视觉系统研究与实现

在机器人足球比赛这项综合性的高技术对抗活动中,快速准确地识别足球和机器人是决策系统的基础.提出一套机器人足球视觉软件系统的设计实现方案.采用直接TUV颜色模型输出,目标阈值建立采用手动和自动方式.利用颜色标志设计的对称性,改进累加取平均算法和旋转搜索算法,采用改进跟踪搜索算法进行目标搜索,提出智能组合算法思想.实验测试系统达到30帧/s处理速度,目标搜索准确性达到95%以上.     

基于人工社会职位法的群机器人自组织形成队形方法

针对群机器人自组织形成目标队形问题,借鉴人类在社会中求职的思想,提出一种自组织确定各机器人目标节点的方法——人工社会职位法,并结合该方法设计一种机器人自组织选择任务节点的调整算法。该算法可实时根据机器人探测到的信息更换其下一时刻的目标节点,直至形成给定的几何队形为止。首先运用人工社会职位法的三个规则确定各机器人的下一个时刻对应的目标节点;然后人工力矩运动控制器驱动各机器人向自己的目标节点运动一步;下个时刻重复上述步骤,直到各机器人都到达一个不同于其他机器人的节点,从而形成目标队形。该方法不仅原理简单、计算量少,而且能较快速、合理的形成目标队形。Matlab仿真试验验证了该方法具有良好的可行性。     

机器人工程实践教学平台的建设

新工科背景下的机器人工程专业具有以需求引导、注重实践的特点。为适应社会发展的需要,从培养学生的创新意识、工程能力和社会实践能力角度出发,深入研究机器人工程专业实践教学平台的建设方案以及实践教学的开发,提出机器人工程专业实践教学建设体系与改革办法,以完善专业创新与实践教学的协同发展。通过教学结果表明：该实践教学平台达到了拓展学生机器人技术综合素养和强化实践创新能力的建设目标。     

多模块式移动机器人系统的自组织协作行为

设计了一种新颖的、由4个基本功能模块组成的模块式移动机器人.针对多模块式移动机器人系统在复杂环境下的自组织协作行为,提出了目标趋向控制、多障碍物避障和自组织协调3种运动策略.分析了多机器人目标趋向运动的方向选择规则;描述了基于“感知 动作”的多障碍物避障控制策略,实现了多机器人连续避障并到达指定目标点;研究了多机器人的协调运动策略,通过多机器人协作完成了单机器人无法完成的搬重物、过台阶等任务.三维仿真结果表明了该控制策略对不同环境、多障碍物条件下多机器人协作行为的适应性.     

基于支持向量机和遗传算法机器人运动目标检测

针对足球机器人在比赛过程中,由于光线变化、场地颜色变化、目标被遮档导致的目标识别率低、鲁棒性差和实时性不强等问题,采用二维直方图对机器人5个标准目标的颜色模型进行分析比较,确定最佳颜色模型为YIQ.对5个目标的聚类进行改进的形态学处理,得到了最佳的特征值.对所获得的机器人5个目标特征值进行改进的SVM分类识别.用改进的遗传算法对识别的目标位置进行检测分析,在目标被遮档或部分遮档的情况下仍能正确检测,增强了目标检测的鲁棒性.实验表明,其平均识别率达到97.38%,收敛速度小于10代,检测精度达到95%,能够满足球机器人比赛要求.