机器人范文精选

前言：在撰写机器人的过程中，我们可以学习和借鉴他人的优秀作品，小编整理了5篇优秀范文，希望能够为您的写作提供参考和借鉴。

机器人范文第1篇

关键词：ABB；机器人；制造业；汽车

1ABB机器

人所谓的ABB机器人，其实就是一种比较先进的汽车制造技术。通过对ABB机器人的研究知道，它在世界机器人中占据的地位十分靠前。换句话说，ABB机器人是世界机器人的开拓者，并且在全球范围中占有的数量较多。同时，由于这项技术的特殊性，其在汽车制造业中应用的十分广泛。当今社会中，ABB机器人已经在汽车制造行业中发展成为了一种十分重要的汽车制造技术，它在汽车制造业中的竞争能力获得了很大提升，并且其在汽车制造过程中能够为消费者提供一套完整的解决方案，因此受到消费者的青睐。

2ABB机器人在汽车制造中的应用

2.1使用ABB机器人制造汽车具有的优势

ABB机器人在制造汽车时具有的最大优势就是可靠性较高，并且能够制造的汽车产品十分丰富。因此，即使其所处的环境十分恶劣，它也能够发挥出应有的作用。但是，这里所说的优势并不是针对ABB机器人说的，而是汽车进行制造的时候将ABB机器人作为制造的核心，为相关的工作人员提供一个比较完整的解决方案。在此，我们以汽车制造中的动力总成业务进行分析。使用ABB机器人对汽车进行制造的时候与其他的机器人相比，具有的最大的特点就是能够为相关的单位提供以机器人作为基础的柔性动力总成生产设备，并且还能为相关的客户提供一个物流方案、对厂房的布置提供建议等，进而在很大程度上提高汽车制造行业的制造效率。ABB机器人为相关行业提供方案的时候，是按照其在这个领域中的经验进行的，因此往往能够为客户提供很大的帮助。除此之外，ABB机器人在运行时候使用的软件与其他的机器人相比具有很大优势，这个优势主要体现在车辆的涂胶以及滚边工艺上。在车辆制作过程中，这个工作最为复杂。平常的机器人在进行这项工作的时候，通常不能保证工作的轨迹。但是，使用ABB机器人进行工作的时候，就能够使其在调试后将运行的轨迹与理论的轨迹进行结合，进而保证其在工作时的质量。此外，还有一个十分重要的内容就是使用ABB机器人进行汽车制造，能够在很大程度上减少成本，并且在减少成本的过程中保证质量，进而使相关单位获得更高的利润。

2.2ABB机器人在生产汽车焊接过程中的优势

激光加工过程中，必须要实现激光器、气流系统及机器人之间的通讯和协同。该系统是以机器人为主控单元，一方面控制机器人的运动，另一方面控制激光器和气流系统。激光器的输出参数及通断，可以通过通讯线实现外部控制，输出功率则是由频率和占空比决定。激光器的控制线与机器人控制柜DSQC651I/O板的输出端子相连。气流则通过电磁阀来控制通断，气压大小则通过减压阀来调节，气流通断通过24V数字量来控制，也与机器人的I/Q板相连。激光切割头是激光切割机最重要的配件之一。传统的切割头只是聚焦透镜和喷嘴，没有自动对焦功能。在大范围的激光切割中，不同地方的加工高度略有不同，致使材料的表面偏离焦距。这样在不同的地方聚焦光斑大小不一样，功率密度也不一样。不同切割外置的激光切割质量很不一致，达不到激光切割的质量要求。焦点的准确控制是激光切割成败的一个关键，采用自浮式自动对焦激光切割头，始终自动对焦，保证切割成型一致，美观，无毛刺。另外，激光切割时一定要保证激光不被喷嘴遮挡。在安装切割头后，需要对激光光路进行调整，可以通过调整反射镜的倾斜度，使激光刚好在喷嘴中心出来，也可以采用简洁的CCD成像方法来完成。

2.3ABB机器人对环保的帮助

尽管最近几年我国的经济获得了很大发展，但是作为经济发展的代价，我国的环境受到了很大破坏。如果相关工作人员不能对此做出及时反应，就会使环境问题发展得愈加严重，对人们的生活也会产生很大的负面影响。为了能够在最大程度上减少汽车制造过程中对环境的影响，对ABB机器人的设计也融入了低碳环保的概念。针对ABB机器人在环保方面的设计，ABB机器人汽车工业部的总经理李刚先生在接受采访时说到，在ABB机器人中设有高压水清理系统，这个系统在ABB机器人工作时采用围绕机器人搭建的一种模块化结构，能够对毛刺进行清理，具有很高的效率，并且具有的除污能力也比一般机器人强。

另外，ABB机器人在进行除污工作的时候不用对其进行加热，也不需要在其内部加一些添加剂，所以从这个角度上来说，其能够在很大程度上对环境起到保护作用。此外，相关工作人员对ABB机器人进行设计时，采用的分离技术以及过滤技术都比较先进，且在结构设计比较简单，设置的机型都比较小巧，因此具有很高的性价比。因此，它在工作的时候不需要对环境进行选择。不管是在特定的环境还是在一般的生产环节，ABB机器人都能够对汽车制造过程中的零部件进行清理。由于其性价比较高，因此其在工作过程中出现问题的概率较小。根据简单的调查，统计出ABB机器人在运行时能够连续工作两万个小时且不会出现故障。这不仅能够对我国的环境产生一定的优化作用，还能够在很大程度上提高汽车制造的质量以及工作效率，使相关汽车制造单位能够因此获得更高的利润。ABB机器人在设计时是将解决方案作为主要的核心，所以相关工作人员在设计时对存在的问题进行了比较全面的解决，应用的也更加广泛。

3结束语

综上所述，ABB机器人在汽车制造业中的应用十分广泛，如果其在制造汽车过程中出现问题，就会对汽车的制造质量产生很大的负面影响，进而影响到人们的出行安全。为了解决这一问题，相关汽车制造业的管理人员就应该对ABB机器人在汽车制造业中的应用进行全面分析，对于存在的问题及时进行解决，进而使其能够更好地为人们服务。

参考文献

[1]海霞.ABB机器人在汽车制造中的竞争力[J].汽车与配件，2012，（11）：17-19.

[2]朱海霞，彭斐.以绿色节能、高效优质为本的ABB汽车制造自动化技术[J].汽车与配件，2010，（37）：28-30.

[3]乌家培.ABB机器人与汽车制造的关系[J].山东机械战略研究，2013，（4）.

[4]林中燕.汽车制造业中ABB机器的应用[J].闽江学院学报，2014，（2）.

机器人范文第2篇

关键词：中医；按摩机器人；臂系统

中医按摩作为中医中具有特色的项目，是一种对人体没有毒副作用的疗法。秦汉时期的《黄帝内经》中已经有关于按摩的记载。新中国成立后，我国卫生部门关注中医发展，中医按摩的手法不断整理，按摩更加规范，通过按摩调整人体功能，改善机体病理状态，达到舒经活络及行气止血的效果。中医按摩可治疗疼痛及心血管疾病等，具有强身健体及延年益寿的效果。现阶段，市场上按摩器械不足，通过机器人模拟专家按摩手法，最终达到治疗的目的。现阶段，柔性关节机器人设计理念引入按摩机器人领域，通过轻量化设计，保证机器人能完成按摩手法。对此，本文对中医按摩机器人臂系统进行分析。

1中医按摩机器人臂设计

1.1按摩手臂运动特点

在中医推拿过程中，针对人体不同疾病，按摩不同的穴位，按摩手法也存在差异，包括指捏法、掌推法、滚压法等，在设计过程中，X轴代表拇指伸的位置，Y轴则是小指中段位置，Z轴代表手掌中心垂直的上侧位置。设计过程中取Z轴与按摩手表面垂直，以此完成指锥法按摩，不同按摩方法的X、Y、Z轴存在差异，掌面与按摩平面涉及的因素不同，通过中医按摩对推拿方法进行模仿，达到不同的按摩目标，满足人体对按摩的要求，对此，在中医按摩机器人设计过程中，应当根据按摩方法设计手臂结构。比如，在推法设计过程中，使用手指及手掌、肘部等完成按摩，自患者的背部完成平移运动。推法在实施过程中，自Z轴垂直人体，在Y轴及X轴上不断平移，具有3项自由度，包括施力方向、垂直作用力方向、平移运动方向。

1.2按摩手臂结构的实现方法

自中医推拿理论角度进行分析，设计一种中医手臂按摩方法，主要是对背部进行按摩，在设计过程中，采取模块式设计方法，四个手指保持左右对称，手指包括远近两个端面，手指近端包括长连杆及连接舱，通过齿轮带动指节活动，按摩滚轮自左右两端与连接舱相连，自基座下完成电机驱动丝杠正反运动，带动连接块上下活动，对指关节及手臂形态进行调整。拍打模式则是手腕及手肘活动，按摩手掌则是保持一个姿势，在手臂前端可以设置拍打头，在按摩底座下与机械臂固定，不同按摩方式需要机械手臂之间做好配合。在捏拿按摩时，保留两指及多指按摩，机械臂需要移动到穴位上，舵机对手臂转动进行控制，调节手臂指尖姿态，丝杠带动滑动模块完成相关的运动，完成上下及相对运动，相对指节过近的情况下，舵机控制手指活动，调节按摩姿态，配和连接块上下运动，或者调整捏拿力度，手指转动后会被连接舱挡板限制，为保证手指调整到一定的角度，还需关注手指转动压力，见图1。滚轮按摩过程中，将滚轮作为元件。设计滚压轮及拿按轮，滚压轮上有刺激穴位的凸起点，在滚压过程中，能对穴位产生刺激。在机械臂移动到按摩位置上后，通过舵机进行指挥，调整按摩手指位置，避免远端指节与滚轮相互影响。捏拿按摩过程中，可以利用丝杠对关节姿态进行调整，配合机械臂带动滚轮运动，完成肩部捏拿按摩。滚压按摩过程中，对关节姿态进行调整，配合机械臂带动滚轮完成人体背部按压。

2机械臂控制系统

2.1系统硬件

中医按摩机械臂控制系统包括Can总线、Fpga控制器及人际交互触摸屏等，操作人员在人机交互的模式下，利用触摸屏控制机械臂运动，完成相关的按摩手法，操作力度及次数通过智能屏传递到工控机，工控机将期望手法转变为计算机语言，通过动力学计算方式对机器人关节旋转角度进行调整。使用Can总线传递角度信息，将信息有效传递到Fpga控制器，使机械人完成期望的按摩方法，控制系统见图2。在机械臂控制系统搭建过程中，基于Faga硬件平台完成SOPC设计，在设计机械臂过程中，应当对关节力矩及电流等进行采样，根据算法对电机进行控制。在研究过程中，通过IP核方法完成直流无刷电机控制，系统响应速度快。中医按摩机器人与传统机器人存在差异，在设计过程中需要搭建按摩机器人平台，其中，手臂内部存在两个增量式光电编码器，结合关节设计，对关节力度进行调整，弹性单元角转过角度可通过系统计算，从而获得数据力矩。增量式光电编码器会输出A、B、Z/3根信号，在设计过程中，可能涉及电磁干扰，容易对光电码盘信号产生影响，对此，设计光电码盘差分输出方法，保证电路的抗干扰能力。为保证码盘的精度，可以对信号频率进行调整。传递的信号记录到寄存器，检测后的信息通过AVALON总线协议处理，最终传输到总线上。

2.2系统软件

在系统软件上，利用嵌入式C程序完成开发，开发算法包括速度控制及位置控制、力矩控制等，包括主程序及驱动程序、算法程序。其中，主程序的任务在于接收上位机的信息，根据不同的命令对子程序进行调整，一旦发生运行异常，及时对问题进行处理，将异常情况上报到上位机中。异常子程序中含有力矩限制保护子程序及过速保护子程序等。命令处理子程序中包括PID调节子程序及传感器标定子程序、信息反馈子程序。B驱动子程序设计过程中，需要对驱动系统进行设计，硬件驱动设计过程中，针对应将寄存器中的参考地址进行分析，建立硬件操作文件，其中定义寄存器，根据硬件特点，构建操作函数模型。C算法子程序设计过程中，利用PD算法对系统力矩及阻抗等进行设计，速度与位置连接后，速度是内环，位置是外环，完成位置及速度的同步调控，力矩独立实现，在位置及力矩等控制过程中，为有效控制软件，应当根据实际情况设计限制保护量值。

3安全保障系统设计

机器人会受到一些因素影响，导致操作故障，或者发生失控等问题，导致被按摩的人群发生损伤，对此，在设计机械臂过程中，也要关注安全保障系统设计，根据按摩者的按摩需求设计安全保证体系，并对保障体系进行分级处理。一旦发生故障或者失控情况，可最大程度的保护被按摩者的安全。安全保证系统中包括医护人员保护从事及机械系统保护措施、软件系统保护措施等，系统将人员的安全作为最高等级，根据不同优先级对响应措施展开设计。（1）在用户保障设计过程中，机器人与用户发生接触，通过感觉反馈系统，判断机器人是否处于安全状态，在系统设计过程中，可设置紧急开关，保障被按摩者的安全。急停开关放在靠近按摩者的方位，一旦机器人发生异常，可通过急停开关切断电源，避免机器人继续对按摩者进行伤害。重新通电后，机械人回到原位等待作业命令。（2）医护人员保障措施上，该措施是保障机器人稳定运行的第二个层面，在作业过程中，医务人员会操作机器人，判断是否存在风险，避免机器人发生失控问题。用户发生紧张无法有效切断电源，该系统与用户保障系统具有相似性，医务人员设置紧急停顿开关，作用与用户保障措施相同。（3）机械系统保护措施：中医按摩机器人采取轻量化设计，为保证人体接触时动量小，可对减重孔进行加工，从而设置安全力矩阈值，一旦关节力矩超过阈值，则改变运动按摩方法，保证被按摩者的安全。

4结语

现阶段，人们对生活质量的要求增高，智能化机器人在服务领域大放异彩，研究人员逐渐将目光放在中医按摩机器人上。中医按摩机器人作为服务型机器人，具有复杂的非线性系统，同时又具有广阔的市场。对此，在研究过程中，应当合理设置机器人手臂系统，掌握系统结构设计方法，并使用先进的控制硬件及软件，对安保系统进行规划，保证各个系统的运行效率，提升人们的按摩体验，达到理想的设计目标。

参考文献：

[1]芦红利,闫娟.基于RecurDyn的4旋翼摆臂式清洗机器人设计[J].轻工机械,2021,39(04):39-43.

机器人范文第3篇

论文摘要：介绍教育机器人在机器人竞赛及课内外教学中的应用现状，并提出其教育价值。

1引言

自从20世纪50年代末世界上第一台机器人诞生之后，机器人技术得到了迅速的发展。机器人技术是一个国家科学技术水平和国民经济现代化、信息化的重要标志，也是打开21世纪大门的钥匙[1]。

随着机器人技术的发展，其在教育领域的应用也逐步得到重视。目前教育机器人主要应用于课内外教学和参加各级各类科技创新活动，表现出了无可比拟的教育价值和极待挖掘的发展前景。

2机器人的定义

在科技界，科学家会给每一个科技术语一个明确的定义，但机器人的定义却至今没有统一。原因之一是机器人还在发展，根本原因则是机器人涉及到了人的概念，使之成为难以回答的哲学问题。早在1967年日本召开的第一届机器人学术会议上，就有专家提出了两个有代表性的定义[2]。之后又不断涌现新的见解。我国科学家对机器人的定义是：“机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度协同性的自动化机器。”[2]

3教育机器人简介

干国胜在其硕士论文中对教育机器人解释如下：用在教育领域的以人工智能决定其行动的机器人[2]。从学习角度讲，“教育机器人是由生产厂商专门开发的以激发学生学习兴趣、培养学生综合能力为目标的机器人成品、套装或散件”[3]。它除了机器人机体本身之外，还有相应的控制软件和教学课本等。

国内已有一些企业和公司可以生产教育机器人或教学平台。不同种类的教育机器人不断涌现，如SmartCar[4]、SUUNY618、博思威科教育机器人等均已投入市场。

4教育机器人产生背景

机器人技术是在二战以后才发展起来的新技术。1958年美国的Consolidated公司制作出了世界上第一台工业机器人，由此揭开了机器人发展的序幕[5]。1967年日本川崎重工公司从美国购买了机器人的生产许可证，日本从此开始了研究和制造机器人的热潮。随着机器人在工业上的广泛应用，如何加强工人对机器人的了解从而提高他们对机器人的控制也就成为一个显著的问题。机器人教育也就随之产生。2003年4月3日到7日，日本横滨举行了2003年机器人博览会[6]。专门用于教学的教育机器人从此诞生了。

国外教育机器人的研究开展较早。早在上世纪六十年代日本、美国、英国等西方发达国家已经相继在美国大学里开始了对机器人教育的研究，到了六十年代他们在中小学也开始了机器人教学，在此过程中也推出了各自的教育机器人基础开发平台[5]。我国的机器人研究在七八十年代就已开展起来，在我国的“七五”计划，“863”计划中均有相关的内容。但针对中小学的机器人教学起步较晚，到上世纪九十年代后期才得到了初步的发展，目前发展仍不完善。

5教育机器人应用现状

教育机器人主要用于机器人竞赛和课内外教学。

5.1机器人竞赛机器人教育对高科技社会的巨大影响已经引起了美国、欧洲、日本等发达国家和亚洲各国的高度重视，也得到了我国教育界的极大关注。国内外机器人赛事不断，引人注目。目前，全球每年有一百多项机器人竞赛，参加人员从小学生、中学生、大学生到研究者[5]。

1）国际比赛。①机器人足球竞赛。让机器人踢足球的想法是在1995年由韩国科学技术院（KAIST）的金钟焕(Jong-HwanKim)教授为了发展多智能体技术而提出的。1996年11月，他在韩国政府的支持下首次举办了微型机器人世界杯足球比赛(即FIRAMiroSot’96)。

国际上最具影响的机器人足球赛主要是FIRA和RoboCup两大世界杯机器人足球赛，这两大比赛都有严格的比赛规则，融趣味性、观赏性、科普性为一体，为更多青少年参与国际性的科技活动提供了良好的平台。

FIRA(FederationofInternationalRobot-soccerAssociation)是国际机器人足球联合会的缩写，于1997年第二届微型机器人锦标赛(MiroSot’97)期间在韩国成立的。FIRA每年举办一次机器人足球世界杯赛(FIRARobot-SoccerworldCup)，简称FIRARWC，比赛的地点每年都不同，至今已经分别在韩国(三届)、法国、巴西、澳大利亚(两届)、中国等国家举办了多届赛事。

RoboCup(RobotWorldCup)是一个国际性组织，1997年成立于日本。RoboCup以机器人足球作为中心研究课题，通过举办机器人足球比赛，旨在促进人工智能、机器人技术及其相关学科的发展。RoboCup的最终目标是在2050年成立一支完全自主的拟人机器人足球队，能够与人类进行一场真正意义上的足球赛。RoboCup至今已组织了八届世界杯赛。比赛项目主要有:电脑仿真比赛、小型足球机器人赛、中型自主足球机器人赛、四腿机器人足球赛、拟人机器人足球赛等项目。

②机器人灭火竞赛。机器人灭火的想法是在1994年由美国三一学院的JackMendelssohn教授首先提出的。比赛在一套模拟四室一厅住房内进行，要求参赛的机器人在最短的时间内熄灭放置在任意一个房间中的蜡烛。参赛选手可以选择不同的比赛模式，比如，在比赛场地方面可以选择设置斜坡或家具障碍，在机器人的控制方面可选择声控和遥控，熄灭蜡烛所用的时间最短，选择模式的难度最大，综合扣分最少的选手为冠军。虽然比赛过程仅有短短几分甚至几秒钟的时间，用来灭火的机器人体积也不超过31立方厘米，但其中包含了很高的科技含量。目前，机器人灭火比赛已成为全球最普及的智能机器人竞赛之一。

③机器人综合竞赛。国际机器人奥林匹克竞赛。主要是亚太国家参与的一项国际机器人赛事，2002年中国北京成功举办了第四届比赛，有包括韩国、新加坡、中国大陆、香港、台湾、菲律宾、泰国在内的七个国家和地区参加了这一赛事，比赛圆满成功，第五届比赛于2003年月11月6日～10日在韩国举行。

FLL机器人世锦赛，1998由美国非盈利组织FIRST发起，目前有10多个国家(英国、法国、德国、北欧5国家、新加坡、韩国、中国)及美国的46个州参加该活动。每年秋天，由教育专家及科学家们精心设计的FLL挑战题目将通过网络全球同步公布。各国/区域选拔赛在年底举行，总决赛于4～5月在美国举行。竞赛内容包括主题研究和机器人挑战2个项目，参赛队可以有8～10周的时间准备比赛。

④其他比赛。在国外，1980年，第一届全日本机器人走迷宫比赛；1992年，第一届美国人工智能学会移动机器人比赛；1998年，第一届国际海洋机器人竞赛；2001年，日本政府举办第一届国际机器人节，举行了十几项各种机器人比赛。教育智能机器人是目前欧美国家流行的用于培养学生动手能力，计算机应用能力，和创新思维的学习工具。

孙媛媛、何花撰文指出，国际机器人竞赛有以下特点：比赛规模不断扩大，比赛项目不断完善，比赛的影响力不断完善，推动技术进步，促进学校教育[7]。

2）国内比赛。在国内，2000年，FIRA中国区比赛;2002年，CCTV杯机器人比赛;2004年，第五届全国中小学电脑制作大赛；自2005年开始的全国青少年教育机器人竞赛[8]；中国科协主办的中国青少年机器人竞赛，中央电教馆举办的中小学生电脑制作活动，教育部关心下一代工作委员会、中国发明协会举办的全国中小学信息技术创新与实践活动[9]。还有近几年各省、市组织各种类型机器人比赛。

3）机器人竞赛的教育价值。何智等撰文指出中小学机器人竞赛对当前的教育会产生重大的作用：促进教育方式的改革，培养学生的综合能力；有利于建立一门新的标准课程；寓教于乐；培养学生的团队协作精神和宽容为怀的人文品格[9]。

北京科技大学的郗安民教授在接受访谈时指出，大学生机器人比赛是一项很好的科技创新活动，不仅易于激发兴趣，而且综合了多学科的知识，是一项比较大的训练工程[10]。张云洲等探讨了机器人竞赛对于大学生教育的价值：机器人竞赛活动的开展有效激发了学生参与科技创新、开发与研制的兴趣爱好，有利于其综合素质的培养[11]。

5.2学科及课外教学目前，除将教育机器人用于参加各种比赛外，教育机器人还被用于课内外教学，以提高学生设计、开发、应用机器人的能力和创新能力。北京、上海、广东、浙江、江苏、湖北等省市已经先后将教育机器人纳入地方课程或校本课程。到2005年底，我国已有76所中小学成为机器人教学实验学校。教育机器人正在逐步地走入我国的各类学校[3]。

王立春撰文从知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等各个方面探究教学机器人所具有的独特的教育价值，指出教育机器人在教育领域的顽强生命力和巨大发展前景[12]。

张兴华以硕士论文的形式深入探究了基于机器人的青少年活动的教育价值。她从亲身体验的活动案例出发，把握了全国基于机器人的青少年活动的形势，在深入研究的基础上认为基于机器人的课外活动的教育价值主要体现在三个方面：对青少年各方面能力的培养；促进教育方式的改革；有利于建立一门新的标准课程[13]。

6结语

教育机器人事业方兴未艾。教育机器人活动知识覆盖面广、能力锻炼多样、情感体验丰富，受到越来越多的师生欢迎，正向广大师生的普及过渡。教育机器人必将为我国的素质教育做出应有的贡献。教育机器人的前途是光明的。

参考文献

[1]杨德智.教育机器人[J].科学杂志，2006(7)

[2]干国胜.教育机器人的设计与应用研究[D].华中师范大学,2004

[3]吴洁,何花,周波.浅谈教育机器人[J].中国教育技术装备,2006(7)

[4]李国.智能教育机器人Smart+Car[J].中国乡镇企业技术市场,2003(11)

[5]王吉岱,李维赞,孙爱芹,谢永.教育机器人的研制与发展综述[J].现代制造技术与装备,2007(7)

[6]宗和.越来越能干的机器人[J].中国青年科技,2003(7)

[7]孙媛媛,何花.浅谈国际机器人竞赛[J].上海教育科研,2005(2)

[8]马文志.“碧波杯”第三届全国青少年教育机器人竞赛在苏州落下帷幕[J].辅导员,2007(10)

[9]何智,胡又伦,艾伦.中小学生机器人竞赛的教育价值述评[J].中国教育技术装备,2006(1)

[10]以机器人比赛推动素质教育——访北京科技大学郗安民教授[J].机器人教育与应用,2004(4)

[11]张云洲,吴成东,崔建江,丛德宏.基于机器人竞赛的大学生创新素质培养与实践[J].电气电子教学学报,2007(2)

机器人范文第4篇

关键词:机器人竞赛;机器人实践教育;创新创业教育;互促模式

0引言

创新是引领发展的第一动力，我国经济社会发展和民生改善比过去任何时候都更加需要科学技术解决方案，都更加需要增强创新这个第一动力。大学生创新创业教育是推动社会创新进步的重要途径。近年来，随着机器人技术的进步与应用，以机器人技术为基础的机器人创新实践教育在国内高校得到广泛发展，其学科交叉、紧跟前沿的特点获得了科研领域、教学领域甚至创投领域的关注。机器人创新实践教育不仅培养了青年学生的科创兴趣、综合素质、学科能力，也为机器人产业的持续性发展提供了储备人才，尤其是创新创业人才。机器人实践教育其中一种表现形式就是机器人竞赛。机器人竞赛作为连接教育与产业的桥梁，为智能硬件领域培养了大批卓越的工程师、创业企业家。一项针对全国大学生机器人大赛(CURC)参赛者毕业后创业情况的调研显示，参赛队员创立机器人企业达160家，创业人数600人，实现就业岗位新增16000人。目前，全国大学生机器人大赛包含ROBOCON，ROBOMASTER、ROBOTAC和机器人创业赛四项赛事。吴振宇等学者认为，加强高校机器人实践教学体系建设，有利于培养大学生的创意思维、创新意识和创业能力，正逐步成为推进高校创新创业教育改革较为重要的切入口之一。王旭认为机器人实践基地是大学创新创业教育人才培养的一种独特方式，是传授知识、塑造理想、提升技能、完善品格的良好平台。二者都认可了机器人实践教学与创新创业教育的关系，但仍需要继续深入剖析二者的内在联系。本文将对机器人实践教育对创新创业教育促进其中的机理实现进行分析研究。

1机器人实践教育的特点

我国高校主要以机器人竞赛为载体在创新能力的培养方面进行了改革和实践，主要做法有开设创新类课程，成立教师指导团队，鼓励科创类基地协会组织建设，组织承办科技创新比赛。机器人实践教育过程具有综合性、协作性、多元性的特点。

1．1综合性

机器人实践教育项目的综合性体现在其涉及的技术领域范围较为广泛，产品开发的复杂性要求团队具有全面的知识能力，一个能落地完成的机器人项目，往往对机械结构、加工装配、嵌入式系统、传感技术、编程算法等多个专业领域都有着过硬的技术要求。团队成员需要各司其职，并且进行整体方案的综合设计，推进过程中不断调整修改才能完成设计目标。

1．2协作性

机器人实践教育项目的协作性是由其技术的综合性延伸而来的，正是由于机器人团队内部的专业分工需求，职责分明的各成员不仅要做好分内的任务，也需要和团队成员进行充分的沟通，并且在技术上顺利达成前后承接，减少可能的失误。

1．3多元性

机器人实践教育项目的多元性指在成员全面的知识体系和发散思维的基础上，团队可以探索出多种方案来实现机器人项目的成功运行。在同一不变的目标下，对于任一环节中机构、零部件、传感器、控制器或线路选择的调整，都意味着设计的技术功能出现了新变动，而开发者也可以探索出新思路来达到目标。

2“机器人－创新创业”实践教育互促模式

机器人实践教育和创新创业教育具有相通的逻辑特点，多年的实践也验证了该模式的有效性，因此，有必要提出“机器人－创新创业”实践教育模式，其互促模式构建如图1“机器人－创新创业”实践教育互促模式所示。

2．1逻辑层面

2．1．1逻辑起点。机器人实践教育和创新创业教育的逻辑起点是相同的，都是从一个或宏观或微观的问题、需求开始，提出问题、发现痛点。它们都是引导学生观察他人、观察社会，发现现实的、客观的问题，而不是凭空想象的。2．1．2逻辑过程。基于问题和需求，创新创业教育引导以产品或服务的方式制定解决方案，一般采取设计思维、精益创业等方法，结合自身的调研、资源来设计方案。而机器人实践教育由其专业特点指定了解决此问题是设计一款机器人作为基础和工具。确定方案后，组建团队、投入资源，形成初代产品。此时的产品往往是问题很多的，需要进行N次迭代方案，再提升团队、再投入资源，循环上升。2．1．3逻辑终点。机器人实践教育和创新创业教育的逻辑终点有所不同，因此决定了二者的最终产品形式是不同的。前者的终点往往是一两台机器人原型，能实现任务、参与竞赛、完成作业即可。而后者走得更远，会孵化公司、引入融资、参与市场竞争等。反过来思考，创新创业教育强调对市场、产业、用户的关注，可以优化机器人实践教育的各个环节。

2．2教学模式

机器人实践教育基本遵循这样的模式:“学生社团+基础实验+实训+竞赛”四位一体。机器人课程教育是集理论知识学习、软件编程调试、机器构件设计制作于一体的综合能力培养，具有明显的实践性和工程性。基于这一特点，机器人专业的教学不能仅停留在老师的知识输出、学生的被动接受、课堂的实验和试卷考核上。四位一体教学模式形成一体化的教学体系，真正将学生所学理论应用于实践，注重学生自主学习与团队协作中的跨专业交流能力。在机器人实践教学方面，北京科技大学于2001年成立的MEI机器人团队走在了前列。它是一支致力于竞技机器人设计制作的多院系、多学科交叉的学生技术团队。学校为机器人队提供了充分的实验场地，同时也提供了专业的指导教师、丰富的设备资源，增强学生的实践技能、科研能力及竞赛技巧。每年招新正式队员和预备队员后，预备队员会由机器人队优秀队员进行培训，形成互助提升机制。机器人实践基地建立了多个实验室，包括各类专业与方向，且面向全校全天开放，在学校科技创新项目的实施中发挥重要作用。

2．3实践意义

2．3．1有利于跨学科交流，锻炼团队协作能力。传统教学模式强调学生理论知识的构建，其结果容易导致学生困在僵化的应试教育体制内，理论与实践严重脱节，不利于学生综合素质的培养。机器人创新项目通过涉及多方面专业技术的完整项目，充分调动不同学科之间学生的实践创新能力，促进其更好地适应小组化学习和合作。机器人实践教育模式在竞赛过程中深化了学生专业能力的同时也增长了相关学科知识的见识，协作备赛也增强了他们“团结一致办大事”的集体意识和“坚持到底不服输”的集体情怀。2．3．2有利于磨炼意志品质，形成创新思维。机器人项目的开发周期长，过程复杂，层层推进，能够让学生感受完整的项目推进过程，促进其克服困难的恒心和信心，牵引学生步步登高，充分激发其创造创新的激情，进而提高自主设计和创造能力。学生通过在机器人实践基地的锻炼，已经形成了“不将就，要讲究”的做事原则，以及“注重细节，精益求精”的做事态度，为后续投身于创业活动打下良好的基础。这些吃苦耐劳的精神、个人的综合素质都是创业者素质的重要构成。2．3．3多年创业实践验证互促模式。实践是检验真理的唯一标准。从机器人实践教育模式培养出来的一些创业者对此深感感触。北京极智嘉科技公司联合创始人陈曦，认为在社团让他对机器人产生了更加浓厚的兴趣，机器人竞赛的经历为之后的创业打下了坚实的基础。深圳奇诺动力科技有限公司创始人梁哲认为在机器人队最大的收获，一是可以将兴趣深化为专业;二是提高团队合作能力，在共同完成任务的过程中，收获友情，提高能力。北京因时科技公司创始人蔡颖鹏认为，机器人大赛除了让个人技术得到提升，最重要的是结识了一帮志同道合的朋友，建立了足以支撑创业的信任。

3“机器人－创新创业”实践教育模式发展建议

机器人实践教育对创新创业教育的作用已被理论和实践证明，如何将此教育模式的作用发挥得更好，如何培养更多机器人行业的领军人物，本文提出以下三点建议。

3．1强化四个“面向”，提升“机器人－创新创业”实践

模式的目标和使命感习近平总书记在科学家座谈会上的讲话指出，在激烈的国际竞争面前，在单边主义、保护主义上升的大背景下，我们必须走出适合国情的创新路子，特别是要把原始创新能力提升摆在更加突出的位置，努力实现更多“从0到1”的突破。作为机器人科技工作者和创新创业教育者，必须有更强的使命感，肩负起历史责任，将“机器人－创新创业”教育与四个“面向”结合起来:坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康。只有这样，才能让机器人的发展具有更大的想象空间、更高的发展目标、更强劲的使命感。

3．2发挥创新创业教育新动能，利用校企平台深化协同育人合作内涵

将创新创业教育引导学生关注社会、关心他人的利他精神充分发挥，引导学生在机器人实践时关注企业、行业的需求。校企双方可以共建实践孵化平台，企业为学生提供教学与实践相结合的实习平台，学生为其提供优质的创新思维，进而实现校企双赢。也可以针对企业需求，鼓励学生自行组队，在老师的指导下形成解决方案，从而解决实际问题，积累项目经验、实践经验、创业意识。

3．3组建双轨道教师团队，提高培育创业能力

机器人涉及多种关键技术，要求老师在机械制造、自动化等多个领域有所造诣。单纯地采用某个专业的任课老师进行授课难以对机器人技术讲解融会贯通，尤其是利用创新创业教育的特点和优势方面指导能力不足。加强“双导师”队伍的建设，鼓励校内教师前往企业进行专业技能培训，进驻企业参与具体工程项目以及进行挂职锻炼等，邀请企业资深员工担任学生的实习导师，从理论研究和实践教育两方面对学生进行高效指导，从而提升教师团队、学生、企业的创新能力及知识融合。

参考文献

［1］吴振宇，刘禹彤，冯林，等．机器人实践教学体系改革探索［J］．实验室研究与探索，2017，36(06):192-195．

［2］王旭．中国机器人竞赛20年:技术、教育与未来工程师［J］．前沿科学，2020，14(3):66-71．

［3］王旭．以机器人实践基地为平台的大学生创新创业能力培养研究．创新创业理论研究与实践［J］．2020，(16):176-177．

［4］曹江中，戴青云，何家峰，等．产学研背景下工科院校实验教学的改革探索［J］．实验室研究与探索，2011，(6):287-290．

机器人范文第5篇

示教模块由OMAPL138双核处理器电路、48个按键和5.7寸640×480彩色TFT组成，按键包括编辑键、手动操作键、示教编程键及功能键组成。为保证功能重构与硬件平台无关，采用Win-dowsCE6.0操作系统。该模块包含的软件功能构件有:文件管理、示教编程、参数设置、参数管理、图形模拟、以太网通信等。I/O模块负责逻辑控制功能，实现机器人与周边设备的协调作业任务。CAN协议是建立在国际标准组织开放系统互连模型之上，协议简单，最高通信速率可达1Mbit/s，直接传输距离高达10km，采取多主线工作方式，高抗电磁干扰性、纠错能力强;同时，CAN接口安装方便、成本低。本论文选用CAN总线作为运动控制器与I/O模板之间的数据通信方式。2)工业以太网通信协议机器人示教模块与运动控制模块的以太网通信功能采用套接字(Sock-et)方式来实现，Socket接口分为两部分:客户端和服务器，这里示教模块作为客户端，运动控制模块作为服务器。本文采用的通信模式采用主从方式，示教模块为主动方，发送机器人运动程序、控制参数和命令字，用来控制机器人的运动动作，而运动控制模块实时地将坐标数据及状态参数上传给示教模块。在开始通信时，将首先进行握手连接。

数据链路层协议定义了命令和数据两类报文形式，命令报文用来控制机器人的运行动作和流程，定义成标准的报文格式;数据报文用来传送机器人的运动程序和参数，数据量比较大，定义成一种扩展报文格式。标准报文格式有7个字节，第1个字节是报文头标识符，用来标识一次通讯的开始，本报文设为“%”。第2个字节是报文类型段，用来标识传输的消息类型和处理模式，定义的消息类型为:命令、数据，并提供了了两种报文处理模式:实时性和非实时性。当需要机器人完成急停处理、复位处理及超程报警等任务时，则传送具有实时性标识的报文;对一般的机器人处理任务，将报文标识为非实时性。报文的长度由第3、4字节标识，最长为65536字节。第5、6字节为数据段，第7个字节用“＆”来标识报文尾。当传输的信息类型标识为数据时，使用了一种扩展报文格式，此时数据段长度可以达到2K字节。示教模块按照报文通信协议将需要发送的数据封装起来，再使用传送函数将数据下传给运动控制模块，包括程序、参数、命令字。在数据报文中如果是多个程序指令，则不同指令之间用“\r\n”隔开，如:“%0x004D指令1\r\n指令2\r\n．．．．．．＆”。数据报文中参数按一定次序排列，用“;”隔开，如:“%0x004B参数1;参数2;．．．．．．＆”。示教模块下传、接收的部分数据报文定义。

工业机器人控制软件的重构方法

模块化机器人的控制软件都应当具备可剪裁性或多重性，整个体系结构应当能够被重新配置，以满足多种应用领域的需求，具备理想“开放性”概念的控制软件应可被拆分为多个标准部件。为了实现上的方便同时又满足组态的特性，本文提出了一个柔性的软件框架结构。“柔性”与“开放性”这2个概念有不同点，但又具有相同的特性，“开放性”侧重与外部系统通过定义标准的接口相互操作，而“柔性”是指系统能通过改变自身结构以适应外部环境的能力。这种柔性控制系统采用基于构件的组态结构，其软件由三部分组成:嵌入式柔性控制系统开发平台、机器人功能构件库和运动规划与控制算法构件库。嵌入式柔性控制系统开发平台用来实现功能构件封装、系统配置等任务。针对模块化机器人控制系统具有多功能和多对象的特点，控制软件的整体结构流程被设计成前台、后台程序模块，后台模块也称为"背景"程序，主要用来完成控制指令的准备工作和参数管理工作，前台模块是一个循环执行运行的程序，它是整个控制系统的核心。在系统运行过程中采用实时中断服务程序输出，前后台模块相互配合完成机器人控制系统的各项控制和管理任务。功能构件的程序模式由配置脚本文件指定。构件化结构关键是构件的提取，即对可重用对象的提炼概括。通过良好地定义这些对象之间相互通信的接口，可以将这些基本对象或将它们进一步分析以后形成的粒度更小的对象，在开发过程中加以重用。本文建立的构件库由用户层构件库和核心层构件库组成，两者之间通过标准硬件接口进行通信。用户层构件库包括人机界面、示教编程、运动规划、参数管理等非实时构件库。由于用户层使用WindowsCE操作系统，软件模块采用COM构件来实现。核心层构件库包括译码处理、速度控制、位置控制、运动学、逆运动学等机器人作业的实时性任务。由于核心层没有使用操作系统，本文利用功能函数形式实现。各种功能构件按标准接口进行封装，功能构件的接口。

控制模型及算法构件库设计

模块化机器人柔性控制系统的性能很大程度上依赖于控制模型与算法，已开发的模型算法构件包括:指令译码、机器人运动学、逆运动学、速度控制、关节插补、闭环位置控制等。主要由译码处理、直角坐标计算、插补运算、逆运动学、加减速及位置控制等模块组成。图中各参数含义为:(X，Y，Z，U，V，W)表示译码后的坐标数据，Q为坐标系选择标志，F为指令速度，Type为运动方式标志位，(α，β，γ)和(px，py，pz)分别表示机器人末端的位置和姿态，(q1，j，q2，j，…，q6，j)为第j个插补周期的关节坐标。直角坐标计算模块的功能为利用机器人运动学将关节坐标转换为机器人末端的位置和姿态。插补模块的功能是根据轨迹运动方式、轨迹起止坐标及速度等参数，进行关节坐标系或直角坐标系下的插补运算。在直线坐标系下插补计算得到的机器人末端位置和姿态，需利用机器人逆运动学将其转换为相应的关节坐标，从而控制各伺服系统的运动。1)关节轨迹插补构件关节轨迹插补用于计算各个插补周期内的各关节进给量，以保证末端执行器的平滑、稳定运行。关节轨迹插补由2个构件实现，非实时函数structinter_stepjoint_inter_pre(structinter_in*st_end)用于计算单个插补周期内的各关节的进给量，实时函数structRobot_jointslocomotion_joint(structinter_step*q_step，structinter_in*st_end，structRobot_joints*q_BK）用于计算插补周期各关节的坐标值。构件入口参数为结构体型参数structinter_in*st_end，其中包括初始关节坐标Qs(q1，s，q2，s，…，q6，s)，目标关节坐标Qe(q1，e，q2，e，…，q6，e)和关节速度F，出口参数为各插补周期关节位置q。2)机器人运动学构件机器人运动学构件用于实现机器人关节坐标系的坐标到机器人末端的位置和姿态之间坐标转换。该构件被封装为structRobot_T6cal_t6(structRobot_joints*q)，入口参数为机器人关节坐标(q1，q2，…，q6)(structRobot_joints*q)，出口参数为机器人末端的位置和姿态T6(structRo-bot_T6*T6)，公共接口参数为机器人的Denavit-Hartenberg(D-H)参数(structDH_para*DH)，即关节角(θ1，θ2，…，θ6)、扭转角(α1，α2，…，α6)、连杆长度(a1，a2，…，a6)和连杆偏移量(d1，d2，…，d6)等。计算思路为根据机器人D-H坐标系建立原则，建立连杆坐标系，利用DH连杆参数计算相邻连杆之间的连杆变换矩阵Ai(i=1，2，…，6)，用以描述相邻连杆坐标系之间的坐标变换关系。通过各连杆变换矩阵相乘，就可以得到机器人末端的变换矩阵。3)逆运动学构件机器人逆运动学构件用于实现机器人末端的位置和姿态到机器人关节坐标系的坐标之间的映射，从而对机器人末端路径进行规划，达到机器人整体运动的精确控制。该构件被封装为structRobot_jointsrobot_rev(structRobot_T6*T6，structRobot_joints*q_BK)，入口参数为机器人末端的位置和姿态T6(structRobot_T6*T6)，上一位置的机器人关节坐标(q1，j-1，q2，j-1，…，q6，j-1)(structRobot_joints*q_BK)，出口参数为当前位置的机器人关节坐标(q1，j，q2，j，…，q6，j)(structRobot_joints*q)，公共接口参数为机器人D-H参数，机器人各关节最小允许坐标(q1，min，q2，min，…，q6，min)(doubleQmin［6］)和最大允许坐标(q1，max，q2，max，…，q6，max)(doubleQmax［6］)。计算思路为根据机器人末端的变换矩阵，利用解析法求解各关节坐标。由于逆运动学求解存在多解问题，根据机器人动作范围(qi，j∈［qi，min，qi，max］，i=1，2，…，6)对其进行判定，去除不可达的解。将当前轨迹点计算出的六关节坐标qi，j与上一位置的关节坐标qi，j-1进行比较，选取Δq=|qi，j－qi，j-1|最小的qi，j值作为所求的关节坐标。4)译码处理构件译码构件的功能是将示教盒下传的各条机器人指令进行译码，译码结果首先放入CS第一级缓存，并根据命令做相应的预处理，如段长计算、圆弧半径处理等，然后经过BS寄存器最后译码到AS执行寄存器，构成三级缓存结构，为最终的指令执行做好准备。我们设计的机器人语言格式如下:语句序列为［＜标号＞］?＜执行句＞＜语句分隔符＞|［＜标号＞］?＜注释句＞＜语句分隔符＞其中，标号由4位数字构成。执行句为〈定义语句〉＜机器人控制语句＞〈程序控制语句〉〈输入输出语句〉〈赋值语句〉定义语句为〈位姿定义〉〈坐标系定义〉例如，“MOVJVJ=500S0L-90U0R0B45T0;{关节插补}”为一个执行句。机器人译码处理由词法分析构件、语法分析和代码转换构件来实现。词法分析构件由函数voidAccidenceCheck(char*mem，intmemsize)实现，用于检查机器人程序中不符合词法规则的指令。语法分析和代码转换构件由函数structUnRegInCode2Cs(char*mem，intmemsize)实现，用于根据机器人指令的规则对机器人代码进行逐行检查，将机器人程序各种作业信息提取出来，保存到CS缓冲区中。

机器人控制系统现场实验与结果分析

利用本文提出的嵌入式柔性控制系统开发平台，在某种型号关节机器人上进行了应用实验。该关节机器人技术指标为:6个运动轴，重复定位精度为0.1mm，各关节最大运行速度是S轴(回旋)为45°/s、L轴(下臂)为45°/s、U轴(上臂)为30°/s、R轴(手腕横摆)为60°/s、B轴(手腕俯仰)为60°/s、T轴(手腕回转)为120°/s，最大负载为3kg。机器人控制系统硬件由六轴运动控制模块、示教模块和IO模块构成，控制软件包括人机界面、示教编程、参数设置、插补计算、译码处理、速度控制、位置控制、运动学、逆运动学等功能，为机器人控制系统软件编写了配置文件，给出组件间的拓扑结构。不带机器人本体时轨迹位置最大误差为0.08mm，姿态最大误差为0.2°，带本体时轨迹位置最大误差为0.1mm，姿态最大误差为0.6°。该型号机器人轨迹位置理论值允许误差为0.1mm，因此可以满足该型号机器人控制精度要求。机器人控制系统经过长时间运行，结果表明采用嵌入式柔性控制系统可增加机器人系统的开放性和可扩展性，软硬件配置方便，控制系统可靠性高。

结语