一种移动机器人轮子打滑的实验校核方法

文章编号 2 2 2

一种移动机器人轮子打滑的实验校核方法3

王卫华 熊有伦 孙容磊

华中科技大学机械科学与工程学院 湖北武汉

摘要 提出一种机器人不受磁场干扰情况下 利用编码器和电磁罗盘校核轮子打滑的方法 该方法定义机器人轮子打滑的模型 利用该模型能够判断轮子是否发生滑动 当机器人轮子打滑时 提出一种算法来判断哪个驱动轮打滑并校核轮对应的方向误差和位置误差 试验结果表明了本文算法的有效性

关键词 轮子打滑 测程法 定位 移动机器人

中图分类号 ×° 文献标识码

ΑνΕξπεριμενταλΧαλιβρατιονΜετηοδφορ?ηεελ2σλιππαγεινΜοβιλεΡοβοτσ

? ? 2 ∏ ÷ ≠ ∏2 ∏ ≥ 2

(ΣχηοολοφΜεχηανιχαλΣχιενχεανδΕνγινεερινγ,ΗυαζηονγΥνι?ερσιτψοφΣχιενχεανδΤεχηνολογψ,?υηαν ,Χηινα)

Αβστραχτ:× 2 π 2 ∏ √ √ √ 2 ∏ 2 ∏ ∞? ∏ √

Κεψωορδσ: 2

1引言(Ιντροδυχτιον)

测程法 是使用最广泛的移动机器人定位方法≈ 它不需要外部传感器信息就能实现对机器人位置和方向的估计 能够提供很高的短期定位精度 测程法是一种自包含的定位方法 方法简单!低成本并且容易实时完成≈ 它的缺点在于无界的误差累积≈ 测程法的误差可以分为系统误差和非系统误差≈

考虑测程法的误差时 方向误差是主要的误差源 机器人导航过程中小的方向误差会导致严重的位置误差≈ 当机器人在平坦的地面移动时 轮子打滑是主要的方向误差来源 目前已有国外学者提出了一些轮子打滑的校核方法 然而这些方法要么利用特殊设计的机器人结构来减少轮子打滑对定位精度的影响≈ 要么从动力学的角度来校核轮子打滑≈ 实现起来比较复杂

本文的试验平台为一台低成本的差分移动机器人× 它配置有精度为 β的电磁罗盘 在进行本文的试验之前 假定机器人不受磁场干扰 × 的系统误差由 等人提出的 方法≈ 校核 因此 本文在校核轮子打滑时不考虑测程法系统误差的影响

2轮子打滑模型(Μοδελφορωηεελ2σλιππαγε)当机器人旋转时,定义逆时针方向为正方向.假定机器人在第Κ个采样周期内由编码器获得的左轮和右轮位移增量分别为Υ

(κ)和Υ (κ),那么机器人在这个采样间隔内的方向增量为:

Η

∞

(κ)=

Υ

(κ)?Υ

(κ)

Β

( )

其中Η

∞

(κ)为机器人方向增量,Β为机器人轮距.近

一步假定在该采样周期内由电磁罗盘测量的机器人

方向增量为Η

≤

(κ).定义:

?Η(κ)=Η

∞

(κ)?Η

≤

(κ)( )

第 卷第 期 年 月机器人 ×?

3基金项目 国家自然科学基金资助项目 国家 计划资助项目 ≤ 收稿日期

其中?Η(κ)为编码器测量的方向增量和电磁罗盘测量方向增量的差值.在理想情况下,?Η(κ) .然而,由于测量误差!轮子打滑等因素,?Η(κ)Ξ .

假设?Η(κ)服从正态分布,并利用数理统计中的偏度!峰度检验来证明这个假设.

2.1偏度!峰度检验

首先简单介绍一下偏度!峰度检验.随机变量Ξ的偏度和峰度定义为:

Τ =

Ε[(Ξ?Ε(Ξ)) ]

(Δ(Ξ)) /

( )

Τ =

Ε[(Ξ?Ε(Ξ)) ]

(Δ(Ξ))

( )

如果Ξ服从正态分布,有Τ

,Τ

.设Ξ ,

Ξ ,,,Ξ

ν

是来自于总体Ξ的样本,则Τ

和Τ

的样

本估计为:

Γ =Β

/Β /

( )

Γ =Β

/Β

( )

其中Β

κ

(κ , , )是样本的κ阶中心矩,并称Γ

和Γ

为样本偏度和样本峰度.如果总体Ξ为正态变量,当ν充分大时,近似有:

Γ ?Ν( ,

(ν )

(ν )(ν )

( )

Γ ?Ν(

ν

,

ν(ν )(ν )

(ν ) (ν )(ν )

( )

设Ξ

,Ξ

,,,Ξ

ν

是来自于总体Ξ的样本,检

验假设:

Η :Ξ为正态总体,定义Ρ (ν )

(ν )(ν )

,

Ρ

ν(ν )(ν )

(ν ) (ν )(ν )

,Λ

ν

,Υ

Γ /Ρ

Υ

(Γ

Λ

)/Ρ

.当Η 为真且ν充分大时,

近似有Υ

?Ν( , )及Υ ?Ν( , ).记 υ 为 Υ

的观察值, υ

为 Υ 的观察值,取显著性水平为Α,则Η 的拒绝域为:

|υ

|∴κ

或|υ

|∴κ

其中κ

和κ

由以下两式确定:

Π

Η

{|Υ

|∴κ

}=

Α

( )

Π

Η

{|Υ

|∴κ

}=

Α

( )

记号Π

Η

{#}表示Η 为真时事件{#}的概率.因此

有κ

ζ

Α/

,κ

ζ

Α/

.于是得拒绝域为:

|υ

|∴ζ

Α/

或|υ

|∴ζ

Α/

2.2?Η(κ)服从正态分布的证明

假定?Η( ),?Η( ),,,?Η(ν)为来自于总体?Η的样本,取显著性水平Α . ,检验假设:

Η

:?Η为正态总体.

作者利用如下的试验来获得?Η的样本:

让× 以 的速度直线移动 并确保

?电磁罗盘不受电磁干扰

?编码器和电磁罗盘每隔 采集一次数据

在每个采样期间计算?Η(κ);

( )重复步骤( )?( )的试验 次(总共有 次试验).

表 显示了 个样本数据.由于样本大小ν ,所以Ρ . ,Ρ . ,Λ . .

Β

!Β

和Β

由样本数据分类区间的中间值计算,有

Β

. ,Β

. ,Β

. ,因此样

本偏度和样本峰度的观察值分布为γ

. ,

γ

. .由于Α . ,ζΑ/ ζ . . ,所以拒

绝域为 υ

γ

/Ρ

∴ . 或 υ γ Λ /Ρ ∴ . .计算得 υ . . , υ . . ,故接受Η ,因此?Η(κ)服从正态分布.

表1一系列样本数据

Ταβλε1Ασεριεσοφσαμπλεδατα

分类区间中间值频数

2 3轮子打滑模型

如果不考虑编码器和电磁罗盘测量精度导致的误差,机器人在第Κ个采样周期内的方向增量应该在[

Υ

(κ)

Β

,

Υ

(κ)

Β

]范围内.如果Η≤(κ)超出了这

个范围,即Η

≤

(κ)

Υ

(κ)

Β

或者Η

≤

(κ)

Υ

(κ)

Β

,

那么Η

≤

(κ)的值就值得怀疑了)))一个合理的推论是电磁罗盘的数据受到了电磁干扰.

假定机器人在不受磁场干扰的情况下在平坦的

机器人 年 月

地面移动.如果测程法的系统误差事先被 方法校核[ ],并且机器人移动过程中不受轮子打滑的影响,那么?Η(κ)应该比较小.一个合理的结论是:机器人在导航过程中的绝大多数位置只受编码器和电磁罗盘测量精度的影响.换句话说,在机器人导航过程中的绝大多数位置,?Η(κ)应该在一个合理的预定范围内,因此?Η(κ)在该范围内的概率是很高的.如果?Η(κ)在预定范围内,则认为没有发生轮子打滑;如果?Η(κ)超出这个范围,则认为发生了轮子打滑.一旦?Η(κ)在预定范围内的概率确定了,容易推导出这个预定的范围.下面的问题是如何确定?Η(κ)在预定范围内的概率.

?Η(κ)在预定范围内的概率通过 . 节提到的试验确定,试验过程中利用第 节的改进测程法来定位机器人.通过试验发现:当?Η(κ)在预定范围内的概率取 . 时,机器人有最好的定位精度.由于已经证明?Η(κ)服从正态分布,假定?Η(κ)的均值

为Λ,方差为Ρ ,所以?Η(κ) Λ

Ρ

服从标准正态分布

且Π?Η(κ) Λ

Ρ

[ . . .如果?Η(κ)在预定

范围内的概率取为 . ,则预定范围满足?Η(κ) Λ

Ρ

[ . ,即:?Η(κ)[Λ . Ρ和?Η(κ)∴Λ . Ρ.如果?Η(κ)在预定范围内,则没有发生轮子打滑;如果?Η(κ)超出这个范围,即?Η(κ) Λ

Ρ

. ,则发生了轮子打滑.

事实上,?Η(κ)基于不同的试验条件,读者可以选择不同的概率,例如地面状况!机器人采样频率不同等.如果地面很光滑,概率可以选择为 . ,则对应的预定范围为:?Η(κ)[Λ . Ρ和?Η(κ)∴Λ . Ρ.

基于上述分析,定义机器人轮子打滑模型:

( )假定左轮打滑和右轮打滑不会同时发生,即在一个采样周期内最多有一个轮子打滑;

( )?Η(κ)服从正态分布,数学期望和方差分别为Λ和Ρ ,即:?Η(κ)?Ν(Λ,Ρ );

( )如果Η≤(κ) Υ

(κ)

Β

或者Η

≤

(κ)

Υ

(κ)

Β

,则

电磁罗盘的数据受到了电磁干扰;

( )如果 Υ

(κ)

Β

[Η

≤

(κ)[

Υ

(κ)

Β

并且

?Η(κ) Λ

Ρ . ,则机器人发生轮子打滑;

( )如果

Υ

(κ)

Β

[Η

≤

(κ)[

Υ

(κ)

Β

并且

?Η(κ) Λ

Ρ

[ . ,则机器人没有发生轮子打滑.

如何确定?Η(κ)的均值Λ和方差Ρ .首先,利用

. 节的方法获得一组试验数据(即?Η( ),?Η( ),

,,?Η(ν)),用如下方法计算Λ和Ρ:

( )利用Λ

ν

Εν

ι

?Η(ι)计算Λ;

( )利用Ρ Ε(?Η ) Λ 计算Ρ,其中Ε(?Η )

ν

Εν

ι

?Η(ι) .

3轮子打滑的辨识与校核(Ιδεντιφιχατιον

ανδχαλιβρατιονοφωηεελ2σλιππαγε)

机器人在第Κ个采样周期时的状态用Ξ(κ)

[ξ(κ),ψ(κ),Η(κ)]×表示,其中(ξ(κ),ψ(κ))

和Η(κ)分别表示机器人的位置和方向.假定Ξ(κ

)已知,那么Ξ(κ)可以用如下测程法方程确定:

Ξ(κ)

ξ(κ)

ψ(κ)

Η(κ)

ξ(κ ) ?Δ(κ) (Η(κ ) ?Η(κ)/ )

ψ(κ ) ?Δ(κ) (Η(κ ) ?Η(κ)/ )

Η(κ ) ?Η(κ)

( )

其中?Δ(κ)和?Η(κ)分别代表机器人在第Κ个

采样周期内的位移和方向增量.在一般的处理中,

?Δ(κ)和?Η(κ)由如下方程确定:

?Δ(κ)=

Υ

(κ)+Υ

(κ)

( )

?Η(κ)=

Υ

(κ)?Υ

(κ)

Β

( )

如果机器人的轮子打滑,利用式( )和( )不能准

确确定?Δ(κ)和?Η(κ).本文利用一种新颖而简单

的方法计算轮子打滑时的位移增量和方向增量,并

在此基础上提出一种改进的测程法.

如果轮子打滑,即

Υ

(κ)

Β

[Η

≤

(κ)[

Υ

(κ)

Β

并

且

?Η(κ) Λ

Ρ

. ,则认为由电磁罗盘测量的方

向增量Η

≤

(κ)是正确的,并利用Η≤(κ)来辨识轮子打

滑.

首先判断哪个驱动轮打滑.考虑两种情况:

第 卷第 期王卫华等 一种移动机器人轮子打滑的实验校核方法

( )Υ

(κ)∴Υ

(κ)(如图 所示).线段ΑΒ!

ΧΔ!ΒΧ分别表示左轮和右轮的位移增量及轮距.由于逆时针方向定义为机器人旋转的正方向,并且

Υ (κ)∴Υ

(κ),由Η∞(κ)

Υ

(κ) Υ

(κ)

Β

可知

Η

∞

(κ)[ ,所以ΝΑΔΕ Η∞(Κ).

图 Υ

(κ)∴Υ

(κ)时轮子打滑的判断

? × ∏ 2

Υ

(κ)∴Υ

(κ)

本文定义的轮子打滑模型中最多只有一个驱动轮发生滑动,因此从图 很容易推断出如下结论:如

果Η

≤(κ)

Υ

(κ) Υ

(κ)

Β

,即Η≤(κ) Η∞(κ),则左

轮打滑;如果Η

≤(κ) Η

∞

(κ),则右轮打滑.

( )Υ

(κ) Υ

(κ)(如图 所示).由Η∞(κ)

Υ (κ) Υ

(κ)

Β

可知Η

∞

(κ) ,所以ΝΔΑΕ Η∞(κ).

图 Υ

(κ) Υ

(κ)时轮子打滑的判断

? × ∏ 2

Υ

(κ) Υ

(κ)

从图 很容易推断出如下结论:如果Η

≤

(κ)

Η

∞

(κ),则左轮打滑;如果Η≤(κ) Η∞(κ),则右轮打滑.

综上所述,如果 Υ

(κ)

Β

[Η

≤

(κ)[

Υ

(κ)

Β

,并

且

?Η(κ) Λ

Ρ

. ,当Η≤(κ) Η∞(κ)时,左轮打

滑;当Η

≤

(κ) Η

∞

(κ)时,右轮打滑.

下一步确定轮子发生打滑时机器人实际的位移

增量和方向增量.分两种情况考虑:

( )左轮打滑.图 建立了直角坐标系,它的ξ

轴和ψ轴分别和直线ΒΧ与ΒΑ重合.图 中,ΑΒ

Υ

(κ),ΧΔ Υ

(κ),ΒΧ Β.从Δ点以斜率 Η≤(κ)做

一条直线,该直线一定和线段ΑΒ相交,因为Η

≤

(κ)

[

Υ

(κ)

Β

并且Η

≤

(κ)

Υ

(κ) Υ

(κ)

Β

.定义交点为

Ε.如果Η≤(κ)

Υ

(κ)

Β

,Ε和Β重合.直线ΕΔ的方

程为ψ (ξ Β) Η

≤

(κ) Υ

(κ),因此Ε的坐标为

( ,Υ

(κ) Β Η

≤

(κ)),意味着左轮打滑时左轮

实际的位移为Υ

(κ) Β Η

≤

(κ).

图 左轮打滑时的轮子滑动校核

? ≤ 2

因此,当左轮打滑时,?Δ(κ)和?Η(κ)由如下方

程确定:

?Δ(κ)=

Υ

(κ)?Β Η

≤

(κ)

( )

?Η(κ)=Η

≤

(κ)( )

( )右轮打滑.图 建立了直角坐标系,它的ξ

轴和ψ轴分别和直线ΒΧ与ΒΑ重合.图 中,ΑΒ Υ

(κ),ΧΔ Υ

(κ),ΒΧ Β.从Α点以斜率 Η≤(κ)做一

条直线,该直线一定和线段ΧΔ相交,因为Η

≤

(κ)∴

Υ

(κ)

Β

并且Η

≤

(κ)

Υ

(κ) Υ

(κ)

Β

.定义交点为

Ε.如果Η≤(κ)

Υ

(κ)

Β

,Ε和Χ重合.直线ΑΕ的

方程为ψ ξ Η

≤

(κ) Υ

(κ),因此Ε的坐标为(Β,

Υ

(κ) Β Η

≤

(κ)),意味着右轮打滑时右轮实际

机器人 年 月

的位移为Υ (κ) Β Η≤(κ).因此,当右轮打滑时,?Δ(κ)和?Η(κ)由如下方程确定:

?Δ(κ)=

Υ (κ)+Β Η≤(κ)

( )?Η(κ)=Η≤(κ)

( )

基于上述分析,作者提出一种改进的测程法.机

器人的位置由方程( )计算,而?Δ(κ)和?Η(κ)的

计算分 种情况考虑:

( )没有发生轮子打滑,?Δ(κ)和?Η(κ)由方

程( )!( )计算;

( )左轮打滑,?Δ(κ)和?Η(κ)由方程( )!( )计算;

( )右轮打滑,?Δ(κ)和?Η(κ)由方程( )!( )计算.

图 右轮打滑时的轮子滑动校核

? ≤ 2

4 试验(Εξπεριμεντσ)

作者在宽为 的走廊内试验 每次试验× 2

直线移动 机器人移动的速度为 采样频率为 该走廊经过仔细校核 确保机器人在移动过程中不受磁场干扰的影响 为了直观地显示试验效果 定义如下公式

Ε =

(Ξ ∏ ?Ξ )

+(Ψ ∏ ?Ψ )

其中,Ε 表示位置误差,Ξ ∏ 和Ψ ∏

是× 完成每次试验后的Ξ和Ψ坐标,Ξ 和Ψ 是估计的机器人位置.作者采用两种方法来估计机器人的位置,第一种方法基于测程法,即机器人的位置由方程( )计算,而?Δ(κ)和?Η(κ)由方程( )!( )计算;第二种方法基于改进测程法.

?Η(κ)的均值Λ和协方差Ρ由表 的数据计算,

得:Λ . β,Ρ . β.表 显示了 次试验结果比较.试验结果表明:改进的测程法相对于测程法能够

使机器人的定位精度提高 %? %.

表2 位置误差比较

Ταβλε2 Χομπαρισονοφποσιτιονερρορσ

试验测程法位置误差≈ 改进测程法位置误差≈

提高

图 用来判断试验 中的机器人在移动过程中

是否出现轮子打滑

图 轮子打滑的辨识? 2

图中的直线ΑΒ和ΧΔ代表允许的上限?Η

Λ . Ρ . β和下限?Η Λ . Ρ

. β,曲线ΕΦ是Η∞(κ)和Η≤(κ)的差值,即?Η

(κ).基于机器人轮子打滑模型,如果ΕΦ和ΑΒ或者ΧΔ

相交,说明发生了轮子滑动.从图 可以看出,在Γ!

Η!Ι!?!Κ!Λ和Μ处发生了 次轮子打滑.

5 结论(Χονχλυσιον)

本文提出一种机器人不受磁场干扰情况下的轮子打滑校核方法

该方法基于编码器和电磁罗盘在每个采样周期内测量的机器人方向增量信息建立了轮子打滑模型 利用该模型能够判断机器人是否发生了轮子滑动

当机器人轮子打滑时 作者利用一种新颖而简单的算法来判断哪个驱动轮发生滑动并校核对应的误差

基于轮子打滑校核算法 作者进一步提出了一种改进的测程法

试验结果表明 用改进的测程法来定位机器人 比仅仅使用测程法来定位机器人具有更好的定位精度

第 卷第 期王卫华等 一种移动机器人轮子打滑的实验校核方法

由于轮子打滑校核的复杂性 目前本文只考虑了机器人直线移动过程中的轮子滑动校核问题 有关曲线移动过程中的轮子滑动问题有待今后研究

参考文献(Ρεφερενχεσ)

≈ ? 2 ∏ ≤ 2 ≤ ? 2 ∞ ≈ ≥ √

≈ ? ∏ ≈ ∞∞∞× ∏

≈ ≠ ° ∏ 2 ≈ ∏ 2 ≥ × ≈ ≤ ≥ √ ≥? ∏ ∏ ∏ √ ∏ ≈ ∞∞∞× ∏

≈ ? ≤ ∞ ° εταλ ? ≈ ∞∞∞× 2 ∏

作者简介

王卫华 2 男 博士研究生 研究领域 移动机器人 软件° ≤

熊有伦 2 男 教授 博士生导师 研究领域 先进制造技术 机器人学 制造自动化和精密测量

孙容磊 2 男 博士 副教授 研究领域 人工智能 机器人 智能调度

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机器人 年 月

机器人实训室建设

机器人实训室 计划选购如下： 1、21自由度仿人形智能机器人 一、产品概述 “21自由度仿人形智能机器人”提供了一个机器人教学的实训平台，以仿生运动学为基础，融合造型、机械、电子、传感器、计算机软件硬件和人工智能等技术，可进行仿生机器人的行为控制实训、机器人结构实训、机器人步态规划实训等多种实训项目；同时是机器人竞赛的理想比赛教学产品。 该产品采用关节式结构，共有21个自由度。配合PC上位机软件，可以对头、臂、腰、腿等各个关节进行精确定位，可形成连续的运动，做出各种复杂的动作，可以实现前进、后退、拐弯、摇头、舞蹈等多种动作。在此基础上配备相应的传感器，还可以使其具有一定的智能检测和判断：可以检测光强、声音、温度等环境参数，也可以通过红外开关实现避障、通过倾覆传感器判断是否跌倒或者安装其它传感器实现其它不同的功能。 控制器采用ATMEGA128微处理器，具有26路舵机接口，1个串口，7路模拟输入接口，10路数字I/O口及8路拨码开关。 二、产品特点 1.采用大扭矩数字舵机，双输出轴，具有速度快，定位准等特点 2.具有RS232/USB接口的上位机控制软件，可实现机器人的动作设计和复杂运动的实时控制 3.学生可自主编程，进行下位机程序开发 4.支持无线电台收发功能 5.提供电池供电，可脱离电源线的限制 三、产品组成 1.21自由度铝合金材料的机器人 2.处理多路舵机和传感器信号的控制器 3.具有RS232/USB接口的上位机控制软件 4.传感器模块包括声音传感器、光电传感器、倾覆传感器、温度传感器 5.其它传感器：红外测距传感器、碰撞传感器、霍尔传感器、湿度传感器、超声波传感器（选 配） 6.无线控制模块组件（选配） 7.无线遥控器组件（选配） 8.产品说明书、配件

《机器人技术及应用》综合习题

《机器人技术及应用》综合 习题 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

《机器人技术及应用》综合习题 一、判断 1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。（对） 2. 19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。（错） 3. 对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。（对） 4. 所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。（错） 5. 机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。（错） 6. 机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。（对） 7. 为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。（对） 8. 轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。（错） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。（错） 15. 感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。（对） 16. 第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器人。（对） 17. 工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。（错） 18. 20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人。（错）

机器人实验室建设方案

机器人实验室建设方案 果 刘 小 学

1、机器人实验室建设的目标与意义 近年来，学生能力的培养已成为备受关注的问题，培养学生能力是实施素质教育的关键组成部分，是当前时代发展和教育发展的迫切要求。培养学生动手、动脑能力一直是老师、家长关注的热点。机器人教学是培养学生动手、动脑能力的有效途径。亿学通教学机器人采用电子积木设计理念，为学生创设了一个好的动手的实践平台。机器人的搭建不拘一格，按 照不同的思路可以很容易的搭建创造出各种各样完成不同功能的机器人或智能化的作品。 在不断的动脑做的过程中，学生也不断的提高自己的动手能力。亿学通教学机器人套件中含有众多传感器、电子模组，如光电传感器，声音传感器，气体传感器，温度传感器等等，他们的灵敏度和感应范围甚至超越了人的感知界限，例如电子指南针，红外传感器等。这些传感器的功能强大，完成各种任务少不了他们，对学生非常有吸引力的，在实践中学生都要积极思考，怎样应用这些先进技术，才能更好完成任务，这位动脑思考搭建了好的科学平台，给学生提供了丰富的想象和创造空间。机器人活动培养了学生的动手动脑能力，这些能力的提升使得学生的想法成为了显示，使得他们的个性得到了发挥。在动手、动脑实践中，还培养了学生的主动创新的精神，通过创新思维学生们提升了创造的能力。 机器人搭建组装、编写程序、调试是一个复杂的过程，需要多人分工合作。在这个过程中每个人有不同的想法，同伴间会不断发生思维的交锋，当意见不一致的时候，小组的同学就要与同伴进行有效的沟通，发表自己的观点，争得同伴的认可，达成共识，完成任务。特别是在参加机器人比赛的时候，学生不能和老师进行交谈，完全有学生独立解决现场发生的问题，并完成预定的比赛任务。所以机器人活动不是一个人的任务，而是一个小组、一个团队的共同任务，要把众人的优点集中起来，发挥集体的优势，学生在共同创作中学会相互协作，懂得互相配合的重要性，在合作中加深了同学间的感情，懂得了善待他人、共同奋斗的团队精神。而我们的学生正是在这种精神鼓舞下，互相启发、互相鼓励，创造了一个又一个的奇迹。 2、在《信息技术课》教学领域的开展 为了进行机器人教育实验，学校可采用自愿报名与挑选相结合的方式，分批选拔学生作为机器人小组的研究成员，利用节假日或晚自习的时间进行教学和研究。坚持以学生为主体的设计理念，以启迪学生的创造性思维、培养学生动手能力、计算机编程能力、合作能力为总体目标，由指导教师带领学生以研究性学习的方式开展机器人项目的教学与研究，积极的把开放性教学思想渗透到实际教学中，努力激发学生自身的兴趣和潜在的创造性意识。通过不断地研究不断地实践以及不断地创作，学生的学习兴趣、创新能力、动手能力及编程能力 等方面都有明显的提高。 科学的将高新技术引入到教学环节中，不仅可以使许多原本枯燥乏味的课程变得形象有趣，同时也使教学内容能够跟上时代的飞速发展。在机器人的教学实验中，我们的做法是分三步走：

小学校创新型机器人实验室建设方案

兴盛小学创新机器人探究实验室配置方案一、创新机器人的理念 多年来，中国的教育界一直以加强学生素质教育为核心，探索和实践着教育改革的方向和途径。全国基础教育工作会议的召开，对全面推进素质教育提出了十分明确的要求，课程教材改革在推进素质教育、培养21世纪技能的重要作用已经成为全国上下的共识。 我们引入了以机器人教育为主的教育解决方案，它确保学生获得快乐和有效的学习。教师在教学过程中将“指导”和“建构”的理念相互结合，这将帮助教师在学生以团队为单位来共同解决问题的课堂上，扮演顾问型的指导者，而不是灌输者。 二、机器人教育的应用 随着素质教育的推进和新课程新教材的改革，在各个学科的教学中对学生动手操作、动手实验的要求越来越多，因此除了常见的物理实验室、化学实验室、生物实验室，我校准备建立科学（自然）实验室、信息技术实验室、劳技实验室、通用技术实验室、探究实验室五类实验室整合的创新型实验室。 这些新课程的实验室准备将由乐高机器人、贝尔机器人等多种教育平台引入本创新型实验室。如果在创新型实验室里配置相当的机器人教学设备，那么教师在教学的时候，学生在学习的时候就会非常的方便。 创新机器人实验室所涉及课程包含有：机械基础，动力机械，机械工程，机器人等。 三、机器人教育的目的 学生借助乐高机器人的平台，在老师的指导下，开展丰富多彩的机器人活动，

通过活动提高学生对科技活动及知识的兴趣，培养学生动手能力、创新能力； 提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力；充分体会“做中学，玩中学”的无穷乐趣。建立机器人活动室，不仅满足课堂教学的需求，还能开展第二课堂活动，建立科技兴趣小组，丰富学生的课外活动，还可以参加到全国青少年机器人竞赛和全国电脑制作大赛中去。满足学生的同事也能给科技老师不断发现新的问题提供自身的发展的机会，参加到全国的比赛及交流中提高教师自身的素质。 （1）、通过创新实验室学习，对中小学生进行计算机编程、工程设计、动手制作与技术构建等知识的教学，培养他们动脑动手和独立思考、解决问题的技能，不断发展青少年的观察力、想象力和创新能力。 （2）、通过创新实验室活动，不断丰富完善学校创新科技教育内涵；同时也在创新这个更广阔的平台上，提升学校的教育品质和规模，形成良好的社会效益。（3）、通过创新实验室活动，组建各类科技代表队，参加省级、国家级乃至国际中小学生机器人竞赛活动；同时还参与相关的国内外交流学习活动，开拓学生视野。 （4）、在开展创新实验室培训活动的同时，也面向在校科技教师进行相关业务培训，不断提高科技辅导教师的理论水平和实践能力。 （5）、在开展创新实验室培训活动的基础上，不断推出最新的教学内容、手段和器材，开发具有学校特色的校本课程。 四、（一）创新型探究实验室器材配置方案 1.配置清单 该实验室配置按照每个班级20人进行配置,而且比较适合小学各年级的学生学习。目的是为了让学生了解现代的机械工程，以及机器人原理等，并且对学生在

全向移动机器人的运动控制

全向移动机器人的运动控制 作者：Xiang Li, Andreas Zell 关键词：移动机器人和自主系统，系统辨识，执行器饱和，路径跟踪控制。 摘要：本文主要关注全向移动机器人的运动控制问题。一种基于逆运动学的新的控制方法提出了输入输出线性化模型。对执行器饱和及驱动器动力学在机器人性能体现方面有重要影响，该控制法考虑到了以上两个方面并保证闭环控制系统的稳定性。这种控制算法常用于真实世界的中型组足球机器人全方位的性能体现。

1.介绍 最近，全方位轮式机器人已在移动机器人应用方面受到关注，因为全方位机器人“有一个满流动的平面，这意味着他们在每一个瞬间都可以移动，并且在任何方向都没有任何调整”。不同于非完整的机器人，例如轮式机器人，在执行之前具有旋转任何所需的翻译速度，全方位机器人具有较高的机动性并被广泛应用在动态环境下的应用，例如在中型的一年一度的足球比赛。 大多数移动机器人的运动控制方法是基于机器人的动态模型或机器人的运动学模型。动态模型直接描述力量施加于车轮和机器人运动之间的关系，以外加电压的每个轮作为输入、以机器人运动的线速度和角加速度作为输出。但动态变化所造成的变化的机器人惯性矩和机械组件的扰动使控制器设计变得较为复杂。假设没有打滑车轮发生时，传感器高精度和地面足够平坦，由于结构的简单，因而运动模型将被广泛应用于机器人的设计行为中。作为输入运动学模型是机器人车轮速度，输出机器人的线速度和角速度，机器人的执行器的动力都快足以忽略，这意味着所需的轮速度可以立即达到。然而，该驱动器的动态极限，甚至降低了机器人在真实的情况中的表现。 另一个重要方面是机器人控制的实践：执行器饱和。因机器人轮子的指挥电机速度是有饱和的界限的，执行器饱和能影响到机器人的性能，甚至使机器人运动变得不稳定。 本文提出了一个全方位的机器人的一种运动控制方法，这种控制方法是基于逆输入输出的线性的运动学模型。它需要不仅考虑到驱动器动力学的识别，但也需要考虑到执行器饱和控制器的设计，并保证闭环控制系统系统稳定性。 本文其余的部分：在2节介绍了运动学模型的一个全方位的中型足球机器人；在3节介绍了路径跟踪与定位跟踪问题基于逆运动学模型的输入输出线性化的解决方法，其中包括执行器饱和分析；4部分介绍了动态识别器及其在控制性能方面的影响；最后的实验结果和结论讨论部分分别在5和6。

工业机器人专业实训室建设方案

工业机器人技术专业实训室建设方案该工业机器人实训体系建设方案是根据目前工业机器人建设的最新要求， 吸收国内外同类建设方案优点，充分考虑学校区域工业机器人发展特点和区域人才培养的需求，并结合工业机器人教学的特点精心构建而成。 该建设方案集成多种实验实训系统，提供了众多实验例程与典型应用，便 于学生、老师熟悉和掌握工业机器人的实际应用。 为符合学校物工业机人专业的建设目标和要求，实训室方案的丰富建设经 验与优势、以及专业的定制化服务能力，根据学校的需求，特此设计提出了一个以院校专业学科建设为宗旨的工业机器人应用实训室综合解决方案，方案包含工业机器人的基础实训室建设和工业机器人典型应用实训室建设。

2 实训体系配置及预算 注：本配置表是按照专业建设最全面的设备来配置，仅供参考，我司会根据合作院校的具体需求来定制化配置或调整。 述特色化专业课程体系完整配套），具体建议如下：（此配置暂以30人/班配置） 工业机器人综合实验室实训服务体系报价表 序号实训体系服务项目名称 数 量 单 位 单价（元）总价（元）备注 一、工业机器人基础知识实训体系 1 机器人认知实训室30 台￥14,100.0￥423,000.0 2 工业机器人仿真实训室15 台￥55,000.0￥825,000.0 3 工业机器人编程与调试实训室 5 台￥275,000.0￥1,375,000.0 二、工业机器人工程应用技术实训体系 4 工业机器人装配应用工作站 2 台￥328,000.0￥656,000.0 5 工业机器人焊接应用工作站 2 台￥314,000.0￥628,000.0 6 工业机器人分拣应用工作站 2 台￥442,000.0￥884,000.0 7 工业机器人搬运应用工作站 2 台￥276,000.0￥552,000.0 8 工业机器人机床上下料工作站 2 台￥321,000.0￥642,000.0 合计金额￥5,985,000.0 注：本表方案是按照专业建设最全面的设备来配置，仅供参考。我司会根据具体的需求来定制化配置。

乐高机器人实验室建设方案

乐高教育探究实验室配置方案 及课程介绍 乐高教育的理念 多年来，中国的教育界一直以加强学生素质教育为核心，探索和实践着教育改革的方向和途径。全国基础教育工作会议的召开，对全面推进素质教育提出了十分明确的要求，课程教材改革在推进素质教育、培养21 世纪技能的重要作用已经成为全国上下的共识。 我们引入了以乐高教育为主的教育解决方案，它是长期以来与世界各国教育界密切合作，不断探究和开发出最先进的教育方案，并在25 年的教学实践中获得成功应用，受到世界各国教育界的广泛接受和推崇。乐高教育在世界各地教育界的应用中已逐步形成了自身的、符合这些教育理念的可持续发展的优秀平台。 我们提供的教育解决方案确保学生获得快乐和有效的学习。教师在教学过程中将“指导”和“建构”的理念相互结合，这将帮助教师在学生以团队为单位来共同解决问题的课堂上，扮演顾问型的指导者，而不是灌输者。

乐高教育的应用 随着素质教育的推进和新课程新教材的改革，在各个学科的教学中对学生动手操作、动手实验的要求越来越多，因此除了常见的物理实验室、化学实验室、生物实验室，各个学校还建立了很多新课程的实验室，例如科学（自然）实验室、信息技术实验室、劳技实验室、通用技术实验室、探究实验室。 这些新课程的实验室由于建设时间较短，并没有形成统一的标准，实验室的设备配置区别很大。乐高教育平台可以很好的在这些课程上使用，而且如果在这些实验室里都有乐高设备，那么教师在教学的时候，学生在学习的时候就会非常的方便。 乐高探究实验室所涉及课程包含有：机械基础，动力机械，机械工程，机器人等。 机器人教育的目的 学生借助乐高机器人的平台，在老师的知道下，开展丰富多彩的机器人活动， 通过活动提高学生对科技活动及知识的兴趣，培养学生动手能力、创新能力； 提高学生发现问题、分析问题、解决问题的能力；充分体会“做中学，玩中 学”的无穷乐趣。建立机器人活动室，不仅满足课堂教学的需求，还能开展 第二课堂活动，建立科技兴趣小组，丰富学生的课外活动，还可以参加到全 国青少年机器人竞赛和全国电脑制作大赛中去。满足学生的同事也能给科技 老师不断发现新的问题提供自身的发展的机会，参加到全国的比赛及交流中 提高教师自身的素质。 （1）、通过创新实验室学习，对中小学生进行计算机编程、工程设计、动手制作与技术构建等知识的教学，培养他们动脑动手和独立思考、解决问题的技能，不断发展青少年的观察力、想象力和创新能力。 （2）、通过创新实验室活动，不断丰富完善学校创新科技教育内涵；同时也在创新这个更广阔的平台上，提升学校的教育品质和规模，形成良好的社会效益。 （3）、通过创新实验室活动，组建各类科技代表队，参加省级、国家级乃至国际中小学生机器人竞赛活动；同时还参与相关的国内外交流学习活动，开拓学生视野。 （4）、在开展创新实验室培训活动的同时，也面向在校科技教师进行相关业务培训，不断提高科技辅导教师的理论水平和实践能力。 （5）、在开展创新实验室培训活动的基础上，不断推出最新的教学内容、手段和器材，开发具有学校特色的校本课程。

机器人技术及应用综合习题

《机器人技术及应用》综合习题 一、判断 1.机器人是在科研或工业生产中用来代替人工作的机械装置。（对） 2. 19世纪60年代和20世纪70年代是机器人发展最快、最好的时期，这期间的各项研究发明有效地推动了机器人技术的发展和推广。（错） 3. 对于机器人如何分类，国际上没有制定统一的标准，有的按负载量分，有的按控制方式分，有的按自由度分，有的按结构分，有的按应用领域分。（对） 4. 所谓特种机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。（错） 5. 机器人机械本体结构的动作是依靠关节机器人的关节驱动，而大多数机器人是基于开环控制原理进行的。（错） 6. 机器人各关节伺服驱动的指令值由主计算机计算后，在各采样周期给出，由主计算机根据示教点参考坐标的空间位置、方位及速度，通过运动学逆运算把数据转变为关节的指令值。（对） 7. 为了与周边系统及相应操作进行联系与应答，机器人还应有各种通信接口和人机通信装置。（对） 8. 轮式机器人对于沟壑、台阶等障碍的通过能力较高。（错） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 机器人定义的标准是统一的，不同国家、不同领域的学者给出的机器人定义都是相同的。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 可编程机器人可以根据操作员所编的程序，完成一些简单的重复性操作，目前在工业界已不再应用。（错） 15. 感知机器人，即自适应机器人，它是在第一代机器人的基础上发展起来的，具有不同程度的“感知”能力。（对） 16. 第三阶段机器人将具有识别、推理、规划和学习等智能机制，它可以把感知和行动智能化结合起来，称之为智能机器人。（对） 17. 工业机器人的最早研究可追溯到第一次大战后不久。（错） 18. 20世纪50年代中期，机械手中的液压装置被机械耦合所取代，如通用电气公司的“巧手人”机器人。（错） 19. 一般认为Unimate和Versatran机器人是世界上最早的工业机器人。（对） 20. 1979年Unimation公司推出了PUMA系列工业机器人，它是全电动驱动、关节式结构、多中央处理器二级微机控制，可配置视觉感受器、具有触觉的力感受器，是技术较为先进的机器人。（对） 1. 刚体的自由度是指刚体具有独立运动的数目。（对） 2. 机构自由度只取决于活动的构件数目。（错） 3. 活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数就是该机构的自由度。（对） 4. 机器人运动方程的正运动学是给定机器人几何参数和关节变量，求末端执行器相对于参考坐标系的位置和姿态。（对） 5. 机器人运动方程的逆运动学是给定机器人连杆几何参数和末端执行器相对于参考坐标系的位姿，求机器人实现此位姿的关节变量。（对） 6. 机械臂是由一系列通过关节连接起来的连杆构成。（对） 7. 对于机械臂的设计方法主要包括为2点，即机构部分的设计和内部传感器与外部传感器的设计。（错） 8. 球面坐标型机械臂主要由一个旋转关节和一个移动关节构成，旋转关节与基座相连，移动关节与末端执行器连接。（对） 9. 为提高轮式移动机器人的移动能力，研究者设计出了可实现原地转的全向轮。（对） 10. 履带式机器人是在轮式机器人的基础上发展起来的，是一类具有良好越障能力的移动机构，对于野外环境中的复杂地形具有很强的适应能力。（对） 11. 腿式（也称步行或者足式）机构的研究最早可以追溯到中国春秋时期鲁班设计的木车马。（对） 12. 刚体在空间中只有4个独立运动。（错） 13. 球形机器人是一种具有球形或近似球形的外壳，通过其内部的驱动装置实现整体滚动的特殊移动机器人。（对） 14. 在机构中，每一构件都以一定的方式与其他构件相互连接，这种由两个构件直接接触的可动连接称为运动副。（错） 15. 运动副可以根据其引入约束的数目进行分类，引入一个约束的运动副称为二级副。（错） 16.通过面接触而构成的运动副，称为低副；通过点或线接触而构成的运动副称为高副。（对） 17. 两个构件之间只做相对转动的运动副称为移动副。（错） 18. 构成运动副的两个构件之间的相对运动若是平面运动则称为平面运动副，若为空间运动则称为空间运动副。（对） 19. 在平面机构中，每个构件只有3个自由度。每个平面低副（转动副和移动副）提供1个约束，每个平面高副提供2

机器人创新实验室建设方案

科技活动创新实验室建设方案 一、指导思想 为贯彻落实《全民科学素质行动计划纲要》和《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020）》精神，以及响应“双高双普”部室建设的要求，进一步提高学校科学创新活动水平，为我校学生提供经常性、便捷的校内科普活动场所，加强对学生的创新意识和实践能力的培养，丰富学生的课外活动生活。根据陕电教[2016] 4号文件的有关精神，现向学校建议在我校开展“科技活动创新实验室”创建活动。 二、主要目标 学校科技活动创新实验室将以推动学校科技教育的发展，培养学生的创新意识和实践动手能力，广泛开展多种形式的科技教育活动，丰富学生的课余生活，提高学生的科学素养为主要目标。建立具有相关活动设备、器材和工具，以本校科技兴趣小组学生为主要对象参与实验和实践活动为主要活动形式，争取面向学校全体学生辐射，以开展科普教育和科普活动，同时也将做为学校对学生进行思想道德教育的一个有效阵地，为建设和谐校园和谐社区发挥应有的功能。 三、创建设想 根据我校实际情况，初步建议从两个方面进行建设。 1、创建机器人活动工作室，开展电脑机器人教学活动。 未来的世界是机器人的时代，机器人会作为普通的一员走进我们的生活。近年来全国各个学校都已经开始在学校建立了电脑机器人工作室，而我省的中小学机器人竞赛项目已开展了十六届了，我校由于设备缺乏，

一直没有参赛，电脑机器人活动明显落伍。根据目前的形势以及“双高双普”的部室建设要求，建立机器人活动室迫在眉睫。 需要配置：教育机器人控制器5套，教育机器套件5套，机器人备件5套，台式电脑5台，手提电脑两台，桌椅，电源以及其它工具。 预计经费：15万。 2、创建一间创客空间实验室，拓展学生科技活动空间。 “创客”一词来源于英文单词“Maker”，是指出于兴趣与爱好，努力把创意转变为现实的人及群体。创客空间是一个有加工车间，工作室功能的开放的实验室，创客们可以在创客空间里共享资源和知识，来实现他们的想法。2012年美国政府计划用四年时间在1000所中小学引入创客空间，并配备开源软硬件，3D打印机和激光切割机等创客工具。在国内，北京、上海、广州、深圳和温州等地在创客教育方面的起步较早。2014年11月29日，清华大学举行“清华创客日”活动并决定将每年11月的最后一个周六定为“清华创客日”。2015年4月24日，由清华众创空间i.Center 牵头，全国60余所高校、10余家企业共同发起成立创客教育基地联盟。2015年5月18日，由中国教育报发起的中国青少年创客教育联盟在温州实验中学举行成立大会，北京景山学校、北师大附属实验中学等全国35所名校成为创始学校，创客教育日渐兴起，创客运动正在创造一种教育文化，鼓励学生参与其中针对现实世界的问题探索创造性的解决方案。李克强总理曾说过：“创客是中国经济未来增长的不熄引擎”，“全民创新，万众创业”。 因此，在我校率先创立创客空间工作室非常有必要，可以激发学生

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xxx 有限公司 工业机器人专业实训室建设方案 文件编号： 受控状态： 分发号： 修订次数：第 1.0 次更改 持有者： 批准审核制定

该工业机器人实训体系建设方案是根据目前工业机器人建设的最新要求，吸收国内外同类建设方案优点，充分考虑学校区域工业机器人发展特点和区域人才培养的需 求，并结合工业机器人教学的特点精心构建而成。 该建设方案集成多种实验实训系统，提供了众多实验例程与典型应用，便于学生、 老师熟悉和掌握工业机器人的实际应用。 为符合学校物工业机人专业的建设目标和要求，实训室方案的丰富建设经验与优 势、以及专业的定制化服务能力，根据学校的需求，特此设计提出了一个以院校专业 学科建设为宗旨的工业机器人应用实训室综合解决方案，方案包含工业机器人的基础 实训室建设和工业机器人典型应用实训室建设。

体需求来定制化配置或调整。 述特色化专业课程体系完整配套），具体建议如下：（此配置暂以30 人/ 班配置） 工业机器人综合实验室实训服务体系报价表 序号实训体系服务项目名称 数 量 单 位 单价（元）总价（元）备注 一、工业机器人基础知识实训体系 1 机器人认知实训室30 台￥14, ￥423, 2 工业机器人仿真实训室15 台￥55, ￥825, 3 工业机器人编程与调试实训室 5 台￥275, ￥1,375, 二、工业机器人工程应用技术实训体系 4 工业机器人装配应用工作站 2 台￥328, ￥656, 5 工业机器人焊接应用工作站 2 台￥314, ￥628, 6 工业机器人分拣应用工作站 2 台￥442, ￥884, 7 工业机器人搬运应用工作站 2 台￥276, ￥552, 8 工业机器人机床上下料工作站 2 台￥321, ￥642, 合计金额￥5,985,注：本表方案是按照专业建设最全面的设备来配置，仅供参考。我司会根据具体的需求来定制 化配置。

机器人创新实验室建设方案

机器人创新实验室建设方案 一、指导思想 为贯彻落实《全民科学素质行动计划纲要》和《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010－2020）》精神，进一步提高学校科学创新活动水平，为我校青少年学生提供经常性、便捷的校内科普活动场所，加强对青少年创新意识和实践能力的培养。根据《晋江市“项目落实年”活动实施方案》有关精神，决定在我校开展“科学创新实验室”创建活动。 二、主要目标 学校科学创新实验室将以推动学校科技教育的发展，广泛开展多种形式的科技教育活动，提高学生的科学素养为主要目标。建立具有相关活动设备、器材和工具，以本校学生为主要对象参与实验和实践活动为主要活动形式，争取面向学校周边青少年辐射，以开展科普教育和科普活动，同时也将做为学校对青少年学生进行思想道德教育的一个有效阵地，为建设和谐校园和谐社区发挥应有的功能。 三、创建设想 为了更好的开展学校科技活动，丰富学校科协的活动内容，让更多的学生参与，学校拟创建科学创新实验室，充分利用已定场所及师资，只要再配备相关探究式课程资源及系列器材装备，就能更好提供培养的青少年学生观的科学素养和创新能力科学活动场所。初步拟定从三个方面进行加强建设。 1、创建机器人工作室，开展电脑机器人教学活动。 前几年由于科技馆统一进行培训辅导，学校在机器人方面也曾获得多

个省级奖项，但近年来，多个兄弟学校的电脑机器人工作室陆续建立，电脑机器人的培训工作大多分摊到学校，但由于学校的电脑机器人活动由于没有工作室，电脑机器人活动明显落伍。 需要配置：电脑机器人十套，台式电脑4台，手提电脑两台，桌椅二十套，电源。预计经费：10万。 2、创建一间科技创新实验室，拓展学生科技活动空间。 科技创新实验室是目前学校物理化学生物实验室的延伸和补充，科技创新实验室是目前针对中小学学生在各个学科中学到的科学知识中，有些有趣的科学现象，有科学探究价值的知识配套的些科技互动仪器，和可操作的实验仪器，具体分为力学系列、光学系列、声学系列、热学系列、生命科学系列、电磁学系列、机器人系列、天文地理系列、能量转换系列（近百种实验）是课堂知识的延伸，更是学生课余时间的好去处。在实验室里，可以激发学生的学习兴趣，可以培养学生的科学探究精神，可以提高学生的动手和创新能力。 需要配置：一、基础设备部分实验室装修，讲台、实验桌椅；二、科技互动仪器（一套）三、桌面型实验仪器（一套）。预计经费：10万。 3、加大科技活动投入，普及学生科技活动参与面。 科技活动一直以来是一项比较“烧钱”的活动项目，很多项目的活动器材，价格年年高涨，而且好多项目的器材属于消耗品，用完不可重复使用，或者每年比赛项目在更新，年年要购买新的装备，少则几十、几百，多则上千、甚至上万，这些都成为学校更为广泛、持续的开展学校科技活动的普及特别是电子制作科学创新活动的瓶颈。

工业机器人技术与应用试卷A

《工业机器人技术与应用》试卷（A ） 一、填空（每空1分，共30分） 1．按照机器人的技术发展水平，可以将工业机器人分为三代 ___ _ ___ 机器 人、 ____ __ _ 机器人和 ___ ____ 机器人。 2．机器人行业所说的四巨头是__________ 、 __________ 、 __________ 、__________。 3．机器人常用的驱动方式主要有_____ _ ____、 ____ __和______ ____ 三种基本类型。 4．一般来说，机器人运动轴按其功能可划分为 __ ____ 、 _ 和工装轴，________ 和工装轴统称 _______。 5．从结构形式上看，搬运机器人可分为 __________ 、 __________ 、 __________ 、 __________ 和关节式搬运机器人。 6．码垛机器人工作站按进出物料方式可分为 __ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和四进四出等形式。 7．装配机器人常见的末端执行器主要有__ ___ 、 _____ __ 、___ __ __ 和 。 8．弧焊系统是完成弧焊作业的核心装备，主要由 、送丝机、 和气瓶等组成。 9．目前工业生产应用中较为普遍的涂装机器人按照手腕构型分主要有两种： 涂装机器人和 涂装机器人，其中 手腕机器人更适合用于涂装作业。 二、判断（每题2分，共20分） （ ）1．涂装机器人的工具中心点（ TCP ）通常设在喷枪的末端中心处。 （ ）2．一个完整的点焊机器人系统由操作机、控制系统和点焊焊接系统几部分组 成。 （ ）3. 工业机器人是一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机。 （ ）4．工业机器人的腕部传动多采用 RV 减速器，臂部则采用谐波减速器。 （ ）5．在直角坐标系下，机器人各轴可实现单独正向或反向运动。 （ ）6．当机器人发生故障需要进入安全围栏进行维修时，需要在安全围栏外配备 安全监督人员以便在机器人异常运转时能够迅速按下紧急停止按钮。 （ ）7．示教时，为爱护示教器，最好戴上手套。 （ ）8．机器人示教时，对于有规律的轨迹，原则上仅需示教几个关键点。 （ ）9．离线编程是工业机器人目前普遍采用的编程方式。 （ ）10．根据车间场地面积，在有利于提高生产节拍的前提下，搬运机器 人工作站可采用 L 型、环状、“品”字、“一”字等布局。 三、选择（每题2分，共20分） 1．通常所说的焊接机器人主要指的是（ ）。 ①点焊机器人；②弧焊机器人；③等离子焊接机器人；④激光焊接机器人 A. ①② B. ①②④ C. ①③ D. ①②③④ 2．工业机器人一般具有的基本特征是（ ）。 ①拟人性；②特定的机械机构；③不同程度的智能；④独立性；⑤通用性 A. ①②③④ B. ①②③⑤ C. ①③④⑤ D. ②③④⑤ 3．按基本动作机构，工业机器人通常可分为（ ）。 ①直角坐标机器人；②柱面坐标机器人；③球面坐标机器人；④关节型机器人 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ 4．操作机是工业机器人的机械主体，是用于完成各种作业的执行机构。它主要哪由几部分组成（ ） ①机械臂；②驱动装置；③传动单元；④内部传感器 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ 5．工业机器人常见的坐标系有（ ）。 ①关节坐标系；②直角坐标系；③工具坐标系；④用户坐标系 A. ①② B. ①②③ C. ①③④ D. ①②③④ 6．对工业机器人进行作业编程，主要内容包含（ ）。 ①运动轨迹；②作业条件；③作业顺序；④插补方式 A. ①② B. ①②③ C. ①③ D. ①②③④ 7．依据压力差不同，可将气吸附分为（ ）。 ①真空吸盘吸附 ②气流负压气吸附 ③挤压排气负压气吸附 A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ①②③ 8．搬运机器人作业编程主要是完成（ ）的示教。 ①运动轨迹 ②作业条件 ③作业顺序 A. ①② B. ①③ C. ②③ D. ①②③ 9．涂装条件的设定一般包括（ ）。 ①涂装流量；②雾化气压；③喷幅（调扇幅）气压；④静电电压；⑤颜色设置表 A. ①②⑤ B. ①②③⑤ C. ①③ D. ①②③④⑤ 班级 姓名 学号 ---------------------------------------------密-------------------------------------封---------------------------------线----------------------------------------- -封

一种移动机器人轮子打滑的实验校核方法

文章编号 2 2 2 一种移动机器人轮子打滑的实验校核方法3 王卫华 熊有伦 孙容磊 华中科技大学机械科学与工程学院 湖北武汉 摘要 提出一种机器人不受磁场干扰情况下 利用编码器和电磁罗盘校核轮子打滑的方法 该方法定义机器人轮子打滑的模型 利用该模型能够判断轮子是否发生滑动 当机器人轮子打滑时 提出一种算法来判断哪个驱动轮打滑并校核轮对应的方向误差和位置误差 试验结果表明了本文算法的有效性 关键词 轮子打滑 测程法 定位 移动机器人 中图分类号 ×° 文献标识码 ΑνΕξπεριμενταλΧαλιβρατιονΜετηοδφορ?ηεελ2σλιππαγεινΜοβιλεΡοβοτσ ? ? 2 ∏ ÷ ≠ ∏2 ∏ ≥ 2 (ΣχηοολοφΜεχηανιχαλΣχιενχεανδΕνγινεερινγ,ΗυαζηονγΥνι?ερσιτψοφΣχιενχεανδΤεχηνολογψ,?υηαν ,Χηινα) Αβστραχτ:× 2 π 2 ∏ √ √ √ 2 ∏ 2 ∏ ∞? ∏ √ Κεψωορδσ: 2 1引言(Ιντροδυχτιον) 测程法 是使用最广泛的移动机器人定位方法≈ 它不需要外部传感器信息就能实现对机器人位置和方向的估计 能够提供很高的短期定位精度 测程法是一种自包含的定位方法 方法简单!低成本并且容易实时完成≈ 它的缺点在于无界的误差累积≈ 测程法的误差可以分为系统误差和非系统误差≈ 考虑测程法的误差时 方向误差是主要的误差源 机器人导航过程中小的方向误差会导致严重的位置误差≈ 当机器人在平坦的地面移动时 轮子打滑是主要的方向误差来源 目前已有国外学者提出了一些轮子打滑的校核方法 然而这些方法要么利用特殊设计的机器人结构来减少轮子打滑对定位精度的影响≈ 要么从动力学的角度来校核轮子打滑≈ 实现起来比较复杂 本文的试验平台为一台低成本的差分移动机器人× 它配置有精度为 β的电磁罗盘 在进行本文的试验之前 假定机器人不受磁场干扰 × 的系统误差由 等人提出的 方法≈ 校核 因此 本文在校核轮子打滑时不考虑测程法系统误差的影响 2轮子打滑模型(Μοδελφορωηεελ2σλιππαγε)当机器人旋转时,定义逆时针方向为正方向.假定机器人在第Κ个采样周期内由编码器获得的左轮和右轮位移增量分别为Υ (κ)和Υ (κ),那么机器人在这个采样间隔内的方向增量为: Η ∞ (κ)= Υ (κ)?Υ (κ) Β ( ) 其中Η ∞ (κ)为机器人方向增量,Β为机器人轮距.近 一步假定在该采样周期内由电磁罗盘测量的机器人 方向增量为Η ≤ (κ).定义: ?Η(κ)=Η ∞ (κ)?Η ≤ (κ)( ) 第 卷第 期 年 月机器人 ×? 3基金项目 国家自然科学基金资助项目 国家 计划资助项目 ≤ 收稿日期

工业机器人实验室建设方案

机器人技术实验室建设方案 一、机器人技术发展历史与现状 机器人技术是多学科交叉与综合的高技术，对国民经济和国家安全具有重要的战略意义。目前全球面临一个技术变革的时代，无论美国的制造业复兴计划还是欧盟的工业4.0战略，机器人都是其中的重要内容。 机器人产业被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，发展机器人产业已成为世界各国抢占未来经济科技制高点的国家战略。随着工业产业的转型升级，工业机器人的应用呈逐年快速增长态势。根据国际机器人联合会(IFR)的数据，2011年是工业机器人产业自1961年以来最蓬勃发展的一年，全球市场同比增长37%。而中国市场则成为增幅最大的市场这一年，中国工业机器人销售量达22577台，较2010年实现了50.7%的增长。德国KUKA机器人、日本川崎机器人等世界500强的机器人制造公司，近年来也将市场重点转到了中国，ABB公司甚至把自己的全球总部设在了中国。 中国在2014年已经成为全球最大的工业机器人消费国，预计2015年，中国工业机器人市场需求量将达到62400台，占全球总量的30%，居全球之首。未来10年内中国机器人市场还将至少保持30%以上的高速增长。工业机器人“中国制造2025”也被称为中国版的工业 4.0规划，工业机器人的使用是实现中国制造转型升级的强力技术手段。 二、机器人技术实验室建设的重要性 1、制造业升级的重要性 长期以来，由于我国人口众多、劳动力价格低廉、生产技术水平又相对落后，工业机器人的应用受到了很大限制。但是，随着工业机器人价格的不断降低和性能的不断提高，劳动力成本不断上升，尤其是汽车业的快速发展，我国工业机器人应用情况正在发生质的变化。制造企业不再最求劳动力的廉价，而是努力获得高精高效的生产方式与管理手段。 同时劳动力成本的不断提高促使工业机器人不断进入企业。随着经济的发展，制造业工人从早期的仅解决温饱问题到现在对薪资和工作条件提出更高要求，像焊接、喷涂等恶劣工作条件的岗位将会被机器人所代替，制造业巨头“富士康”提出百万机器人上岗目标的政策和德国库卡在上海基地的产量占全球的1/3充分说明了这点。 与此同时，国家对与蓬勃发展的自动化产业配套的高技能人才的需求也逐渐增加，其中工业机器人的应用与维护技能人才的需求尤为突出，重复性简单、人口密集型的劳动逐步将被淘

某学校机器人实验室筹建与发展方案

***市实验高中 机 器 人 实 验 室 筹 建 与 发 展 方 案 2015年3月

目录 一、意义 (3) 二、指导思想 (3) 三、目标规划 (3) 四、初期重点工作 (5) (一)组织机构建设 (5) (二)组织教师培训 (5) (三)加强队组活动，开展相关活动 (6) (四)校本机器人教材开发 (6) (五)监测评价 (6) 五、保障措施 (7) 附件1：机器人实验室建设方案 (8) 附件2：机器人课程开课方案 (14) 附件3：机器人课程授课方案 (17)

一、意义 中小学机器人教育与实践活动，是落实新课标要求，开展素质教育的一项崭新的内容。教育部从二○○三年起，把中小学机器人比赛纳入全国中小学电脑制作活动，同时普通高中新课程已将人工智能技术及简易机器人制作列入选修内容。目前，发达国家已把机器人教学实践活动作为中小学信息技术的必修课。在我国的上海、广东等发达地区，已开展了中小学机器人教育教学的试点工作，并取得了一定的实践经验。鉴于此,我校也应当开展中小学机器人教育教学工作。为此，我们仍有很多大量的工作要做。 二、指导思想 丰富中小学学生生活；激发创新精神；培养实践能力，大力推进学生素质教育。 三、目标规划 1、总体建设目标 通过开展机器人搭建、编程、创意等实践活动，开发学生的创新思维，培养和提高学生的动手实践能力；探索中小学机器人课程建设的规律和方法；加快我校中小学校机器人实验室建设；提高我校中小学机器人硬件开发水平和软件研发能力。

提高学校信息化教育水平，普及机器人基础知识，培养学生的信息素养、创新精神及实践能力，培养机器人后备人才，为实施“科教兴国、人才强国”战略奠定扎实基础。利用一至三年时间，建设健全的我校机器人实验室。 2、具体实施目标 （1）筹措资金，利用3-4个月的时间，分步骤有计划地建设符合学校发展实际的多功能机器人技术实验室（建设方案详见附件1）。 （2）在建设机器人实验室的基础之上，培养和培训机器人教学的师资力量，利用各种资源建立起我校机器人教学的师资队伍。如参观周边学校具有机器人教学实践经验的学校吸取他们的有效经验（外派学习）。与机器人实验室建设同步实施。 （3）利用1个月左右时间，建全实验室的软硬件配置，使之达到开设机器人课程的标准，并准备开课。 （4）在各项准备工作完成后，有计划有选择的逐步开设我校机器人课程（具体实施方案详见附件2）。时间初步定为2013-2014年第一学期。 （5）教学的同时，关注省、市、自治区的各类有关机器人的比赛，并根据实际教学情况有选择的参加比赛，争取为我校取得好的成绩和荣誉。

人工智能实训室建设方案

人工智能实验室 2021年1月 武汉唯众智创科技有限公司

人工智能实验室建设方案 一、专业背景 人工智能（Artificial Intelligence），它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式做出反应的智能机器，该领域的研究包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。 人工智能的实际应用有：机器视觉，指纹识别，人脸识别，视网膜识别，虹膜识别，掌纹识别，专家系统，自动规划，智能搜索，定理证明，博弈，自动程序设计，智能控制，机器人学，语言和图像理解，遗传编程等。 如今处于风口上的人工智能产业界，受到了众多企业的追捧。截至2019年6月，中国人工智能企业超过1200家，位居全球第二。但我国人工智能行业并未摆脱人才稀缺的发展短板，专业人才稀缺严重。根据猎聘发布的《猎聘2019年中国AI&大数据人才就业趋势报告》，中国人工智能人才缺口超过500万。为了满足人工智能产业界对人才的迫切需求，国家相继出台了多项政策方针，引导高校尽快设置人工智能相关专业，加大人工智能人才培养力度。2019年3月，35所高校获批建设人工智能本科专业。2019年10月18日在教育部发布的《普通高等学校高等职业教育(专科)专业目录》2019年增补专业中，增补了人工智能技术服务专科专业。 根据教育部《普通高等学校高等职业教育（专科）专业设置管理办法》，在相关学校和行业提交增补专业建议的基础上，教育部组织研究确定了2019年度增补专业共9个，自2020年起执行。在高等职业教育行业目录中，正式宣布人工智能技术服务专业诞生，专业代码610217。 该专业建设以人工智能技术与应用素质培养为基础，以人工智能技术与应用能力为培养主线，将人工智能技术服务专业技能知识和职业资格认证相结合，构建专业的理论教学体系和实践能力培养体系。采取多种形式，通过实施“双证书”和“多证书”制，培养社会所需的实用型人才。2018年4月2日，教育部印发了《高等学校人工智能创新行动计划》，行动计划中要求各大高校加快人工智能科技创新基地。因此，在高职院校设立人工智能专业迫在眉睫。