北大2011暑期学校-群体机器人
【国家自然科学基金】_智能感知_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140731
科研热词 上下文感知 认知无线电 普适计算 非下采样contourlet变换 本体 无线传感器网络 人工免疫系统 频谱感知 量子编码 谱聚类 纹理图像分割 环绕智能 情绪 图像分割 回归型支持向量机 压缩感知 协同理论 半监督学习 克隆选择 人工生命 交通工程 黄金分割 高速缓存 高耐久性 高级语义 驾驶员行为 马尔科夫性 预测误差 面向任务模型 非下采样小波变换 非一致高速缓存 集时分析 障碍物检测 隐马尔可夫树模型 随机观测 阈值选择 门户 钢拉杆 钎焊 金纳米粒子 部分相似性度量 遮挡处理 通勤者出行行为 通信系统 连续自适应均值漂移 进展 进化算法 过程神经元网络 边缘检测 边缘所有权 轨迹分析 车检器数据
2009年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52
107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160
距离聚类 足部姿态感知 趋同 超平面位置校正 超大规模 贪心算法 质量评价 贝叶斯理论 调度算法 语义距离 语义网格 语义绑定服务 语义测度 语义标注 语义化电信服务 语义分级 语义内容分析 语义互操作 语义事件 语义web 认知引擎 视觉跟踪 视觉感知特性 视觉 视皮层 视图选择 规则生成 规则匹配 观测矩阵 行动推理 行为选择机制 行为选择 行为特征函数 行为模式 行为机制 融合服务 融合 虚拟现实 虚拟服务计算环境 自适应滤波 自适应 自聚 自组装 脑-机接口 背包问题 聚类 群集智能 群体行为 群体 网页分类 网络注册信息 网络机器人 网络仿真 网格服务
机器人教育何以进入中小学课堂
机器人教育何以进入中小学课堂作者：李艺谢作如来源：《中国信息技术教育》2015年第10期对话嘉宾：李艺：南京师范大学教育科学学院教授，教育技术学博士生导师，中国教育技术协会信息技术教育专业委员会副主任，中国教育技术协会信息技术教育专业委员会“机器人进课堂”项目负责人。
主要学术贡献：开创性地提出了要使用“双本体”观点认识中小学信息技术课程的观点，指出中小学信息技术课程的建设动因，由来自大众信息文化本体和信息技术母体向基础教育的两个映射组成；先后承担全国教育科学规划和各级省部级科研项目8项，并完成了国家文本《普通高中技术课程标准（实验）》中信息技术课程部分的撰写工作；出版专著6部，有《现代教育技术》、《信息技术课程：设计与建设》、《信息技术教学：继承与创新》《普通高中技术课程标准（实验）解读》等；并先后于国内外学术刊物如《教育研究》《自然辩证法研究》《课程教材教法》、Applied Optics等发表论文100余篇。
对话嘉宾：谢作如：浙江省温州中学信息技术教师，南京师范大学客座研究员，温州市享受教授级待遇中学高级教师，温州大学硕士生导师。
2006年开始从事机器人教育，随后转向STEM教育和综合课程开发，曾被聘为BotBall国际机器人大赛中国赛区技术顾问，多次承担全国中小学机器人教学展评活动的评委。
2013年，与吴俊杰、管雪沨等人共同发起中小学STEAM教育论坛活动。
2014年，带领研究生编写了国内第一个完整的开源STEM课程“Arduino创意机器人”。
作为国内最早的教育创客之一，曾在清华大学、北京师范大学、南京师范大学等高校做讲座，也多次应邀在上海创客嘉年华、深圳制汇节、中美创客大赛等创客活动中做演讲。
从2014年开始，在《无线电》《中国信息技术教育》等杂志开设创客教育专栏，个人专著《S4A 和互动媒体技术》为第一本关于S4A、互动媒体技术的中文书籍，并翻译为繁体在台湾地区发行。
对话信息技术教育专家△机器人教育价值谢作如：机器人教育强调手脑并用，是培养学生创新实践能力的重要途径，这一点几乎所有的教育者都能达成共识。
机器人社团项目计划
机器人社团项目计划背景介绍机器人技术在现代社会的应用越来越广泛，因此建立一个机器人社团既可以丰富学生的课余生活，又可以培养他们的科学技术能力和团队合作精神。
本项目计划旨在成立一个机器人社团，为学生提供研究和实践机器人技术的机会。
目标本机器人社团项目计划的主要目标如下：1. 培养学生的机器人技术和编程能力；2. 培养学生的团队合作和沟通能力；3. 提供学生与机器人专家互动的机会；4. 组织机器人比赛和展示活动，展示学生的成果。
活动内容本机器人社团将开展以下活动：1. 机器人课程：为社团成员提供系统的机器人课程，包括机器人原理、编程基础、传感器应用等方面的培训，帮助学生建立起机器人技术的基础知识。
2. 实践项目：组织学生进行机器人实践项目，例如设计并构建一个能够执行特定任务的机器人，让学生在实际操作中锻炼和应用所学的知识。
3. 专家讲座：邀请机器人领域的专家为社团成员讲解最新的机器人科技和发展趋势，启发学生对机器人技术的兴趣，并为学生提供求学和就业指导。
4. 比赛和展示：组织机器人竞赛和展示活动，通过与其他学校或组织的交流比拼，提高学生的竞争意识和展示能力，展示他们在机器人技术上的创新成果。
社团管理1. 招募成员：广泛向学校学生宣传机器人社团，并组织招募活动，吸引对机器人技术感兴趣的学生加入。
2. 社团组织：设立社长、副社长、财务等管理职位，建立社团章程和管理规范，确保社团活动的顺利进行。
3. 活动安排：制定社团活动计划，包括课程安排、实践项目、专家讲座和比赛展示等，合理安排活动时间和资源利用。
4. 资金支持：申请学校或其他机构的资金支持，用于购买机器人设备、维护社团活动和参与比赛所需的费用。
预期成果通过机器人社团项目的实施，预计可以取得以下成果：1. 学生的机器人技术和编程能力得到提升，对机器人科技有深入的了解和掌握。
2. 学生的团队合作和沟通能力得到培养，通过共同合作完成机器人项目，提高团队协作能力。
关于智能机器人的认识
关于智能机器人路径规划的认识樊阳阳仪器仪表工程学号2013704008摘要智能机器人是人工智能的理想研究平台，是一个在感知、思维、效应方面全面模拟人的机器系统，它是人工智能技术的综合试验场，可以全面地考察人工智能各个领域的技术。
在简要介绍智能机器人及发展状况的基础上，深入阐述了机器人在其路径规划算法的研究现状，对全局的路径规化算法作出了详细的研究，指出各种算法的优缺点，提出建立嵌入式智能机器人路径规划平台，实现了基于嵌入式实时系统的智能机器人路径规划算法。
关键词：嵌入式技术；路径规划；智能机器人On the Understanding of the Intelligent Robot PathPlanningAbstractIntelligent robot is an ideal research platform, artificial intelligence (ai) is a comprehensive simulation in terms of perception, thinking, effect of machine system, it is a comprehensive range of artificial intelligence technology, can fully inspect all areas of artificial intelligence technology. The brief introduction of intelligent robots and the development status, on the basis of deeply expounds the robot in its research status quo of path planning algorithm for global path planning algorithm made a detailed research, and points out the advantages and disadvantages of various algorithms, the proposed embedded intelligent robot path planning platform, realizes the intelligent robot path planning algorithm based on embedded real-time system. Key words:Embedded technology;Path planning;Intelligent robot目录前言 (4)第1章智能机器人的未来发展 (5)第2章智能机器人的路径规划技术研究 (7)第3章全局路径规划算法研究 (8)第3.1节构型空间法 (8)第3.2节可视图法 (8)第3.3节优化算法 (8)第3.4节拓扑法 (8)第3.5节栅格解耦法 (9)第3.6节自由空间法 (9)第3.7节神经网络法 (9)第4章嵌入式智能机器人路径规划算法的应用与实现 (11)结论 (12)参考文献 (13)前言智能机器人是一个在感知、思维、效应方面全面模拟人的机器系统，外形不一定像人。
人工智能机器人兴趣社团校本课程的开发实践研究开题报告
“人工智能机器人兴趣社团校本课程的开发实践研究”开题报告目录一、问题的提出及研究意义 (2)（一）问题的提出 (2)（二）研究意义 (3)1.理论意义 (3)2.实践价值 (4)二、理论基础与依据 (6)1. 皮亚杰建构主义理论 (6)2.多元智能理论 (6)3. 合作学习理论 (7)4.认知-发现学习理论 (8)三、核心概念界定 (8)四、同类课题的国内外研究现状述评 (9)（一）研究现状 (9)（二）主要研究成果 (10)（三）现状述评 (11)五、研究的创新及研究的假设 (11)（一）研究的创新 (11)（二）研究的假设 (12)六、研究的目标及内容 (12)（一）研究的目标 (12)（二）研究的内容 (12)七、研究的对象及范围 (13)八、研究思路及方法 (13)（一）研究思路 (14)（二）研究方法 (14)九、研究计划及步骤 (15)十、预期成果 (16)十一、课题组构成及分工 (16)十二、课题经费预算 (16)参考文献略。
(16)一、问题的提出及研究意义（一）问题的提出目前在美国、日本等国家, 都在中小学开设了机器人课程。
机器人教育是创新精神和动手能力的载体, 已经逐渐进入我国中小学课堂, 我校也就人工智能机器人兴趣社团方面作为校本课程有所实践。
中国正在实施创新驱动发展战略, 大力推动大众创业万众创新、互联网+和中国制造2025, 这将有力促进机器人新兴市场的成长, 创造世界上最大的机器人市场。
我市中小学机器人竞赛活动从2003年开始起步, 在市教委、市科协的高度重视和大力培育下, 已经初见成效, 在国际、国内各类赛事上取得了优异成绩, 部分项目发展水平走在了全国前列。
从2010年开始, 市教委、市科协整合了“全国中小学信息技术创新与实践活动”“全国中小学电脑制作活动”和“中国青少年机器人竞赛”三项全国赛事的学生机器人竞赛项目。
其中人工智能机器人比赛项目是机器人竞赛的一个重要项目。
北京大学机器人协会参加北京大学第十届社团文化节的-北大未名BBS
北京大学机器人协会参加北京大学第十届社团文化节的-北大未名BBS与科技同行北京大学机器人协会参加北京大学第十届社团文化节的策划书一、相关介绍1 北京大学第十届社团文化节北大社团有着百余年的历史，1904年以来，一代又一代拥有着激情、热血、坚韧和勇毅性格的北大人不断从丰富的社团文化中汲取营养，在社团文化的舞台上一展才华，在社团文化的沃土中崭露头角……现如今，学生社团不仅仅是一种组织，也不仅仅是一种文化，它已经成为每一个北大人生命中最富有朝气的乐章。
从1997年开始，北大团委社团文体部正式推出了一年一度的北大社团文化节，以整合社团资源，展示社团形象，提高社团活动的质量和水平，现已发展成为集中调动社团积极性、充分发挥社团规模优势的一种有效方式。
几年来，社团文化节受到学校的高度重视，在校内外引起了强烈的反响，赢得了师生的好评，繁荣了校园文化，为建设世界一流大学做出了积极的贡献。
2 北京大学机器人协会北京大学机器人的研发及应用在全国处于领先水平。
他们的科技成果及科技展示活动曾被中央电视台、科技日报、北京日报等全国性主流媒体进行报道。
在全国性的机器人比赛中，多次获得殊荣。
北京大学机器人爱好者协会（PKU Robotics Society，缩写PKU-ROS）是由北京大学团委批准成立的、由北京大学一些机器人爱好者自愿组成的学生团体，也是全国唯一由学生自主创办的涉足机器人领域的社团。
协会的宗旨是：广泛传播和普及机器人知识，密切关注国内外机器人发展动态，积极探讨并尝试解决机器人发展中的问题，努力提高会员在机器人领域的理论修养和实践能力，进而为机器人发展做出贡献。
协会的主要任务是：通过参观机器人相关展览、收看机器人相关录像、邀请相关专家学者举办机器人知识讲座、动手制作和调试机器人、参加机器人相关竞赛等丰富多彩的活动，实现协会宗旨。
协会自成立以来，以其众多优点深深地吸引了广大同学和社会各界的关注：①协会活动与当今科技发展前沿紧密结合；②协会的研究成果融科技性、时尚性、观赏性、实用性于一体；③协会提供了很多社会实践的机会，让同学们切身了解科学、宣传科学；④协会为同学们提供了学习机器人领域相关知识和制作机器人的机会；⑤协会的指导老师都是在智能控制领域有着丰富经验和杰出成就的专家。
多功能室外智能移动机器人实验平台― THMR-V
文章编号 2 2 2多功能室外智能移动机器人实验平台)ΤΗΜΡ−ςΞ张朋飞何克忠欧阳正柱张军宇清华大学智能技术与系统国家重点实验室北京摘要 本文介绍了清华大学智能技术与系统国家重点实验室研究开发的多功能室外移动机器人实验平台× 2∂ 以及× 2∂的体系结构和部分功能关键词 移动机器人 临场感 遥控中图分类号 ×° 文献标识码ΜΥΛΤΙΦΥΝΧΤΙΟΝΑΛΙΝΤΕΛΛΙΓΕΝΤΟΥΤΔΟΟΡΜΟΒΙΛΕΡΟΒΟΤΤΕΣΤΒΕΔ ΤΗΜΡ−ς° 2 ∞ 2 ≠ 2 ∏ ∏ 2 ∏ΤσινγηυαΥνιϖερσιτψΣτατεΚεψΛαβορατορψοφΙντελλιγεντΤεχηνολογψανδΣψστεμσΑβστραχτ × ∏ × 2∂ ∏ ∏ ∏ √ × ∏ √Κεψωορδσ1引言 Ιντροδυχτιον现代电子技术!计算机软!硬件技术!人工智能技术!模式识别技术!自动控制技术的飞速发展 促进了室外移动机器人导航!控制技术的进步和功能的增多 随着国际间高科技领域竞争的日益激烈 多功能室外移动机器人必将会在各行各业得到广泛应用 如今在军事应用领域 室外机器人被寄予替代人类自动执行某些日常性与危险性军事任务的厚望 比如在军事场地巡逻!侦察!和监视以及在生物!化学!核试验场作业等 而在高速公路上利用视觉信息识别行车道实现自动驾驶或辅助驾驶又是当前国际国内移动机器人研究领域和智能交通系统研究领域的热门研究方向 作为科研机构 开发一种能适应各种环境 满足多种要求的多功能室外移动机器人实验平台势在必行 在这种科研背景下 清华大学智能技术与系统国家重点实验室智能移动机器人课题组在由国防科技预研九五重点项目/地面军用智能机器人2临场感遥控系统0资助下 与国防科技大学!南京理工大学!浙江大学!北京理工大学合作研究地面军用智能移动机器人的同时 又在国家高技术研究发展计划 计划 项目/智能机器人关键技术)基于多传感器的智能决策与控制技术的研究0和/基于多传感器信息融合的室外移动机器人监督式导航技术的研究0的资助下 独立开发了多功能室外智能移动机器人实验平台× 2∂目前× 2∂已经具备了以下功能#校园道路网环境中的低速!中速全自主行驶#校园网道路环境中的临场感遥控驾驶#高速公路车道分界线的快速视觉检测#高速公路环境中的部分辅助驾驶工作#校园网道路环境中的侦察 与清华大学智能与系统国家重点实验室多媒体交互与媒体集成分室合作× 2∂研究的近期目标#高速公路环境中的全自主行驶#实现在校园道路网环境中基于视觉的监控下半自主行使× 2∂研究的远期目标#结合智能交通系统的研究 增强!增多在高速第 卷第 期 年 月机器人ΡΟΒΟΤ∂Ξ收稿日期公路环境中的辅助驾驶功能#其他功能2ΤΗΜΡ−ς的硬件体系结构 ΗαρδωαρεσψστεμαρχηιτεχτυρεφορΤΗΜΡς× 2∂是在清华大学/八五0期间自主开发的室外移动机器人实验平台× 的基础上研究开发的 × 2∂继承了× 中的一些成熟的关键技术 如光码盘)磁罗盘组合定位!差分 °≥ 全球定位系统 定位⁄ °≥!路径跟踪技术!车体控制技术等 但对整个车体的体系结构和系统集成方式作了改进与完善 并增添了临场感遥控驾驶!侦察!高速公路中的自主驾驶和辅助驾驶等功能以及相应的软!硬件模块 图 所示为× 的硬件体系结构 图 为× 2∂的体系结构 从图 与图 的对比可以看出 与× 相比 × 2∂不仅将× 中的双端口 改为 以太网 将超声传感器阵列改为激光雷达 而且增添了无线数据通讯!声像采集!发射!摄像机云台控制!远Ù近距视觉处理等子系统图 × 2®的硬件体系结构ƒ ∏ × 2®× 2∂采用了光码盘!电磁罗盘和⁄ °≥组合定位的方式 与其他的定位方式相比 这种组合定位方式性能价格比高 定位精度达到了 满足× 2∂完成各种任务的需要× 2∂的车体控制系统可以接受两种格式的驾驶控制命令 自主行驶时 接受监控系统发出的/速度Ù停车Ù驾驶角0命令 遥控驾驶时 接受指挥站发出的/油门Ù刹车Ù驾驶角0命令 × 2∂通过一块≤ 步进电机驱动卡驱动 个电机 分别控制油门踏板!刹车踏板和方向盘 控制周期为 保证了× 2∂的机动性和控制精度要求× 2∂通过无线数据通讯计算机与临场感遥控驾驶系统的指挥站交互信息 信息的传输是经由两条 的无线数据通讯链路实现的 无线数据通讯计算机还负责车载摄像机云台的控制 使云台随着临场感遥控系统指挥站操作员的头部同步转动 云台上安装了两台同型号!同参数的摄像机摄像机摄取的视频信号与安装在车体左右两边的拾音器采集的音频型号输入到两个电视信号发射机 再经过双工器合成后由全向天线发出× 2∂的体系结构是一种柔性的体系结构不同的子系统的组合以及车体控制系统的两套驾驶命令接收接口使× 2∂不需改变软硬件系统就能方便的完成多种任务3 ΤΗΜΡ−ς在校园网道路环境中的自主行驶 ΤΗΜΡςΑυτονομουσμοϖεμεντινχαμπυσροαδνετωορκενϖιρονμεντ在一些军事实验场地或某些大型仓库 由于场地面积一定以及场地内道路格局基本固定 因此可以事先获得环境的详细信息来生成数字电子地图和地理环境信息数据库 数字电子地图可以直观描述环境的外部面貌 地理环境信息数据库可以提供深层次的环境信息 只要能够实时获得在环境中的位机 器 人 年 月置!姿态信息以及车体前方的道路信息 机器人就可以在环境中低速!中速自主行驶图 × 2°的硬件体系结构ƒ ∏ × 2°我们以清华大学的校园网道路环境模拟上述军事实验场地环境 建立了清华大学的数字电子地图 并在清华中央主楼前成功实现了× 2∂的自主行驶 目前我们采用直接在数字电子地图上标出规划点的方式生成任务规划 × 2∂跟踪给定任务中的规划点 在跟踪过程中根据车体前方静态!动态障碍物的信息实时实施避障或停障措施 并根据不同路段自动切换到不同的导航模式 最终到达任务规划中的最后节点今后我们将采用一种全新的任务给定方式 操作人员在临场感遥控驾驶系统指挥站给出× 2∂的目标点作为任务 目标点的信息经无线数据通讯链路发送到× 2∂ × 2∂收到目标点的信息后 以当前车体所在位置为出发点 在环境道路网中搜索一条从出发点到目标点最优路径并自动生成路径规划 然后进行路径跟踪 这种下达任务的方式符合实际需求 目前 × 2∂在校园网道路环境中曲线路段自主行驶的速度可以达到 ∗ 米Ù小时 在直线路段行驶时 我们限制最高速度为 米Ù小时 以保证行人安全4 ΤΗΜΡ−ς在校园网道路环境中基于视觉的监控下半自主行驶 ΤΗΜΡςΣεμι−αυ−τονομουσμοϖεμεντβασεδονϖισιονσυ−περϖισιονινχαμπυσροαδνετωορκενϖι−ρονμεντ基于视觉的监控下半自主行驶是介于全自主行驶与遥控驾驶之间的一种移动机器人导航控制方式 车体行驶前 首先摄取一幅前方道路的图像并经无线视频通讯链路将该图像发送到临场感遥控驾驶指挥站 指挥站操作人员根据接收到的道路图像进行判断 然后用鼠标在图像平面坐标系中画出车体第 卷第 期张朋飞等 多功能室外智能移动机器人实验平台)× 2∂的行驶路径 指挥站系统根据操作人员画在图像平面坐标系中的路径生成车体在车体坐标系中的规划点 并将规划点信息经无线数据通讯链路发送到车体 × 2∂接收到规划点信息后开始跟踪这些规划点 当车体到达最后一个规划点后 再摄取道路图像并发送回指挥站 然后接收指挥站发出的规划点并跟踪 如此周而复始 最终完成给定任务5 ΤΗΜΡ−ς在校园网道路环境中的临场感遥控驾驶 ΤΗΜΡςΣιτερεμοτεχοντρολοπερατιονινχαμπυσροαδνετωορκενϖι−ρονμεντ在某些复杂环境中 尽管建立了数字电子地图和详尽的地理信息 但由于环境的复杂性!任务需求的特殊性以及机器人的某些局限性 仅仅依靠机器人的自主行驶并不能圆满完成给定的任务 这时就需要结合人类无与伦比的智能性 由操作人员远程遥控机器人的行驶 基于这种目的 我们研究开发了临场感遥控驾驶系统 临场感遥控驾驶系统由移动站子系统和指挥站子系统组成 移动站子系统作为× 2∂硬件体系的一部分的已经在本文第 节介绍过 指挥站的软硬件结构如图 所示图 临场感遥控驾驶系统指挥站软!硬件结构示意图ƒ ≥ 2 ∏2 √指挥站接收到移动站发回的× 2∂现场的视频!音频信息后 合成为立体图像和立体声音 指挥站的操作人员通过立体眼镜观看大屏幕显示器的立体图像 具有与坐在× 2∂驾驶室里一样身临其境的感觉 操作人员操纵模拟驾驶台产生驾驶命令 下位机实时采集驾驶命令并由数据无线电台传输给移动站来控制× 2∂的行驶 同时采集操作人员所戴头盔的转角 一边直接控制投影仪云台 一边将转角信息发送到移动站控制× 2∂车载摄像机云台 使摄像机云台!投影仪云台随着指挥站操作人员头部的转动而同步转动执行任务过程中 × 2∂通过数据电台向指挥站发送车速!位置等车况信息 指挥站将接收到的车况信息和一路视频信号投影到柱面大屏幕 供指挥站其他工作人员观看参考 年 月 我们研制的临场感遥控系统与清华大学!国防科技大学!浙江大学!南京理工大学!北京理工大学共同研制的军用地面智能移动机器人进行了联调 遥控驾驶速度可机 器 人 年 月达 公里Ù小时 并顺利通过了总装备部的验收6ΤΗΜΡ−ς在高速公路中的高速自主行驶 ΤΗΜΡςΑυτονομουσμοϖεμεντωιτηηιγησπεεδινεξπρεσσωαψ高速公路是一种高度结构化的道路 具有车速高!通行能力大!有 条以上的车道!设中央分隔带 采用立体交叉!全部或局部控制出入等特点 此外 还具有很高的路线技术标准和永久性的路面结构!必要的道路标志 安全设施!自动化的信号系统和完善的照明设备等 我国规定平原地区高速公路的极限最小平曲线半径为 米 最大纵坡度为 β 以上特点使得汽车在高速公路中实现无人驾驶成为可能 以美国≤ !德国的 为代表的国外科研机构早已开始了这方面的研究 并分别取得不俗的成果 据报道我国的国防科学技术大学也已经利用飞机场跑道模拟高速公路进行过类似实验 根据高速公路的特征 我们提出了采用远Ù近距双目视觉系统导航的方式 × 2∂根据远距摄像机采集的车体前方 ∗ 米内的道路图像提取道路方向变化信息来控制车体的速度 通过近距摄像机采集车体前方 ∗ 米内的道路图像提取车体相对于行车道的位置!方向信息控制车体的方向 图 为× 2∂在高速公路中车道线检测与道路跟踪流程示意图图 车道线检测与跟踪算法流程图ƒ ×目前我们已经完成了多种高速公路车道线检测的快速算法 采用° ∏ 计算机 内存 ¬ 图像采集卡 采集标准≤≤ 灰度视频信号 将图像压缩为 ≅ 像素 处理速度可以达到 ∗ 帧Ù秒 能够满足机器人在高速公路高速自主行驶的要求由于实地做高速公路中的高速自主行驶的实验比较困难 目前我们只做了有关的理论研究和仿真验证7结论 Χονχλυσιον本文介绍了多功能室外移动机器人实验平台× 2∂以及目前× 2∂所具备的功能 今后的研究是继续完善其临场感遥控驾驶功能和在高速公路上的自主行驶和辅助驾驶功能 并将在× 2∂研制过程中获得的关键技术应用于其他领域参考文献 Ρεφερενχεσ艾海舟 张朋飞 何克忠 张军宇等 室外移动机器人的视觉临场感系统 机器人 22张朋飞 艾海舟 何克忠 高速公路车道线的快速检测跟踪算法 机器人 21作者简介张朋飞 2 男 博士研究生 研究领域 临场感遥控系统 视觉导航系统何克忠 2 男 教授 研究领域 移动机器人 计算机控制技术第 卷第 期张朋飞等 多功能室外智能移动机器人实验平台)× 2∂。
中国国际青少年机器人公费交流活动.pdf
酒店 酒店
拥抱世界 逐梦未来
全国学校体育联盟机器人），林肯纪念堂、越战纪念墙、国会山庄、华盛顿纪念碑、杰佛逊纪念 堂……美国航天航空馆：馆内收藏着如莱特兄弟的飞机、阿波罗11号返回舱等众多航空 航天史上的“明星”。
早中晚
华盛顿/北京 乘车前往机场，搭乘国际航班飞往北京。
早X
北京
抵达北京，结束愉快的旅程！
课程学习安排以最终行程为准
中国国际青少年机器人公费交流活动 美国课程学习
全国学校体育联盟机器人工委交流中心 2019年
【推荐】北大夏令营专家推荐信word版本 (13页)
本文部分内容来自网络整理，本司不为其真实性负责，如有异议或侵权请及时联系，本司将立即删除！== 本文为word格式，下载后可方便编辑和修改！ ==北大夏令营专家推荐信篇一：夏令营专家推荐信模板推荐信作为电气工程学院的一名教授，我对李x同学在大学期间取得的成绩感到欣慰，很乐意推荐其参加贵院举办的夏令营活动/面试研究生。
李x同学品质优良，学习能力强，科研兴趣浓厚，意志坚定，不怕困难，具有很好地科研素养与潜力，因此我予以推荐，希望贵院审核通过。
推荐人：201X年 5月 28日推荐人信息：推荐人：xxx 职称：教授工作单位：xx大学xxxx 通信地址：xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx，电话： xxxxxxxx 邮箱：xx@篇二：夏令营专家推荐信模板专家推荐信本人应***同学请求，很乐意推荐该同学参加贵校夏令营。
***同学是我所任教的大二学期整学年专业课“有机化学实验”以及专业课“仪器分析实验”的学生，她每次做实验基本都是第一个到实验室，认真准备实验器材，与老师互动，学习非常主动，而且能够深入钻研，这点我非常欣赏。
在一年多的相处中，我对她的了解是比较深入的，该同学有梦想、有目标，对自己的人生有较好的规划。
而且该同学并未满足于本科所学知识，对科学研究很感兴趣，在她大二时，就主动参加科技创新活动，在修满创新研修的学分后，大三再次参加科技创新活动。
对于本科生来说，两年的科研经历并不容易，但是，我还是总能在周末和平时没课的时候在实验室看到她的身影。
可喜的是，在不懈的坚持和努力下，她出色地完成了各项工作，还在科创活动中提出自己独到的见解，在原来体系的基础上有所创新，并阅读了许多科技文献，积累了一定量的科研经验和阅读水平。
相信会对将来的研究生工作有很大帮助。
而且该同学严于律己、品行端正、乐于助人，与同学相处融洽，思想与学习上都要求进步，积极参加各项活动。
鉴于上述原因，我将她推荐到贵校，希望能够通过贵校的审核。
协作机器人的研究现状与与技术发展分析
协作机器人的研究现状与与技术发展分析刘洋;孙恺【摘要】随着机器人技术的发展,人机协作成为了可能.多款新概念协作机器人的问世不仅为工业乃至服务业提供了新思路,还让协作机器人成为机器人领域最热门的研究方向之一.其中协作机器人的设计、应用及安全性问题正受到普遍关注.本文对协作机器人的发展现状进行了较为全面的回顾并对其技术现状和未来发展趋势进行了讨论.【期刊名称】《北方工业大学学报》【年(卷),期】2017(029)002【总页数】10页(P76-85)【关键词】人机协作;工业机械臂;轻量机器人【作者】刘洋;孙恺【作者单位】北方工业大学机械与材料工程学院,100144,北京;北方工业大学机械与材料工程学院,100144,北京【正文语种】中文【中图分类】TP241.2近年来，人机协作成为了工业机器人领域最热门的研究方向之一，人与机器协作完成生产任务也十分符合人们对于未来工厂的憧憬．有专家预测，未来十年协作机器人市场将迎来爆炸式发展．2016年3月，国际标准化组织针对协作机器人发布了最新的工业标准，其中对“协作(collaborative operation)”进行了定义：“一个特定设计的机器人系统与一名操作者在同一工作环境下协同工作的状态．”[1]同时进一步明确了安全设计准则．符合标准的协作机器人将足够安全，不再需要防护栏进行隔离．它可与人近距离合作，不仅节省了工作空间，还能满足新兴消费级电子行业小型化、精细化的需求，大大提高工作效率．因此，面对机遇与挑战，对协作机器人进行系统深入的研究，对实现“工业4.0”，助力“中国制造2025”都具有重大现实意义．1 协作机器人发展历程近几年协作机器人获得了广泛关注，其概念的首次提出早在20世纪90年代．1995年通用汽车基金会(General Motor Foundation)赞助了一个项目，试图找到一种方法使机器人变得足够安全以便可以和工人协同工作．1996年，美国西北大学的2位教授J. Edward Colgate和Michael Peshkin首次提出了协作机器人的概念并申请了专利[2]．其实在此之前，部分类似协作机器人的研究就已经在一些重点科研机构中展开，并取得了一些阶段性的成果．孵化于麻省理工学院的Barrett Technology公司于1990年成立，其任务是设计研发世界上第一台触觉机器人手臂，该项目也得到了美国能源部、美国国家航空航天局及美国国家卫生基金会的大力支持[3]．1995年5月，WAM机械臂首次在美国国家航空航天局肯尼迪航天中心公开亮相，如图1所示．图1 Barrett的WAM以及DLR的三代轻量机械臂德国宇航中心的机器人学及机电一体化研究所从1991年开始研发轻量机器人LWR(light weight robot)．为完成两年后的ROTEX空间站任务，使宇航员在地球上能够拥有与太空中对应的机器人进行任务训练[4]，该中心于1991年研制出了第一代轻量机器人LBR I．随着研发的不断深入，LBR II(1998)[5]与LBRIII(2003)[6]相继问世，如图1所示．2003年，在德国联邦科教部的支持下，该中心与KUKA联手，产品向工业协作机器人转型．从2004年的Robo Assistant到今天人们熟知的LBR iiwa(intelligent industrial work assistant)，无一不是两个机构智慧与合作的结晶．2005年，协作机器人在工业应用中迎来发展契机．由欧盟第六框架计划资助的小中型企业项目于2005年3月开始实施．该项目旨在通过机器人技术增强中小型企业劳动力水平，降低成本，提高竞争力．其中，SME robot项目由德国顶级自动化技术应用研究所之一——弗劳恩霍夫协会制造技术与自动化研究所(FhG-IPA)负责承担，同时参与该项目的还有德国宇航中心(DLR)、瑞典隆德大学工程系(LTH)、其他大学及科研机构、IT公司、软件开发商以及咨询公司[7]．同年，Universal Robots在丹麦成立．图2 Motoman的SDA10、SIA102006年，日本安川电机公司机器人分部(Motoman)将双臂机器人引入欧洲市场[8]．其推出的SDA系列与SIA系列轻型机械臂，如图2所示，与现在的主流协作机器人在结构与外观上已相差无几．但当时的Motoman更倾向“机器换人”及“多机器人协作”，而非“人机协作”，因此这2个系列机器人只能做到机器之间的相互协作，而无法与人共享工作环境．即便如此，这在当时依然引起了不小的轰动．2008年，Universal Robots推出了世界上第一款符合当前意义的协作机器人UR5，之后又推出了UR10(2012)以及UR3(2015)．随着UR系列异军突起，协作机器人市场的大门被打开，以“四大家族”为首的传统工业机器人企业纷纷将目标指向了这一新领域．KUKA的LBR iiwa(2013)、ABB的Yu Mi(2014)、FANUC的CR-35iA(2015)以及Motoman的HC10(2015)，每当这些产品在各大工业会展中亮相时，都能引来各界的广泛关注．与此同时，许多新兴科技企业也如雨后春笋般，积极投身到协作机器人的研发之中．代表产品有rethink robotics的baxter(2012)和sawyer(2015)，其独特的人机交互功能让人印象深刻，以及Kinova Robotics专为服务业及残疾人设计的JACO2(2015)．2016年3月，国际标准化组织针对协作机器人发布了最新的工业标准——ISO/TS 15066:Robots and robotic devices-Collaborative robots．作为支持ISO 10218的补充文档，该标准进一步明确了协作机器人的设计细节及系统安全技术规范，所有协作机器人产品必须通过此标准认证才能在市场上发售[9]．由此，协作机器人在标准化生产的道路上步入正轨．2 国际主流协作机器人简介目前的协作机器人市场仍处于起步发展阶段．现有公开数据显示，来自全球的近20家企业公开发布了近30款协作机器人．根据结构及功能，本文选取了7款极具代表性的协作机器人进行简要介绍，其中包括Universal Robots的UR5、KUKA的LBR iiwa、ABB的YuMi、FANUC的CR-35iA、Motoman的HC10、rethink robotics的sawyer以及Kinova Robotics的JACO2．2.1 UR5UR5六轴协作机器人是Universal Robots于2008年推出的全球首款协作机器人，有效负载5kg，自重18kg，臂展850mm，外接Teach Pendant控制器，支持拖动示教，UR系列机器人如图3所示．图3 UR系列UR5具有编程简单、安装迅速、部署灵活、安全可靠等特点[10]，其超高的性价比让人印象深刻．UR5采用其自主研发的Poly Scope机器人系统软件，该系统操作简便，容易掌握，即使没有任何编程经验，也可当场完成调试并实现运行．正常情况下，UR机器人的安装只需2～3小时，可以安装在桌面上，也可以安装在设备上，甚至天花板上，极大限度提升了设备的使用灵活性从而提高了生产效率．结构上采用模块化关节设计，通过监测电机电流变化获取关键的关节力信息，实现力反馈，从而在保证安全性的同时摆脱了力矩传感器，生产成本大大降低，极大程度提高了市场竞争力．UR机器人目前已得到一些知名企业的认可并进入生产线与工人协同作业．Volkswagen于2013年将UR机器人整合投入其萨尔茨吉特引擎生产工厂的大规模生产线中．这是Volkswagen在全球首次使用协作机器人[11]．东风雷诺汽车有限公司将UR10机器人用于发动机装配线上．这是中国汽车发动机装配线首次使用协作型机器人[12]．除此之外，全球知名汽车零部件供应商Lear Corporation Limited以及ODM代工公司纬创资通也将UR机器人引入了各自的生产线中，实现了工作优化．2.2 LBR iiwaLBR iiwa七轴协作机器人是KUKA与DLR于2013年联合推出的第五代轻型机械臂，该机器人于2014年11月上海工博会正式面向中国发布[13]．LBR iiwa具有2种型号：LBR iiwa 7有效负载7kg，自重约23.9kg，臂展800mm；LBR iiwa 14有效负载14kg，自重约29.9kg，臂展820mm．2种机器人均外接KUKA smartPAD控制器，支持拖动示教．与iiwa类似的协作机器人有Schunk的LWA 4D以及KBee的FRANKA EMIKA，如图4所示．图4 七轴协作机器人LBR iiwa专为工业设计，具有灵活、安全、灵敏、精确等特点．机身采用全铝制材料，不但减轻了重量，还提高了安全性．流线型的外观设计体现了力与美的结合，同时消除了由棱角带来的挤压与剪切所造成的安全隐患．LBR iiwa的全部7个关节均配备了高性能的集成力矩传感器，体积小，灵敏度高．当运行中发生意外接触时，iiwa能实现立即减速，避免伤害．精度方面，所有齿轮单元均采用系统化精度设计及一流的制造工艺，这使得iiwa的重复度达到±0.1mm．通过导入力矩信号，LBR iiwa能够在路径控制中实现独特的平滑运动，这也使操作者在拖动示教过程中能够顺利将机器人摆放至最佳姿态，手把手“教会”机器人如何高效率地工作．2016年7月，福特汽车公司(Ford Motor Company)展示了其应用于德国科隆Fiesta工厂中的LBR iiwa．在工作中，该协作机器人能够帮助工人安装汽车减震器，确保减震器放置的准确性、快速性，减少了工人的负担．2.3 YuMiYuMi(IRB 14000)是ABB推出的全球第一款双臂协作机器人，如图5所示．YuMi 的设计与研发始于2009年，2015年4月德国汉诺威工业博览会上正式面向市场发售．YuMi整体重量38kg，单臂7轴冗余设计(双臂14轴)，有效负载0.5kg，臂展500mm，外接IRC5控制器，支持拖动示教．YuMi专为消费级电子产业设计，具有极高的精度、安全性及灵活性．每只手臂均可高效模仿人类动作，既可单独作业，也可实现臂与臂的协作．其末端工具速度最高可达1.5m/s，位置重复度高达0.02mm．由于末端速度较快，YuMi在安全性方面引入了许多独特的设计．机械臂骨骼采用轻质钢化镁材料，表面包裹了柔软的漂浮塑料．当发生意外接触或碰撞时，机械臂能在几毫秒内停止运动，同时塑料层也能很大程度上吸收接触力，起到减震防护作用．YuMi在保证安全性的同时兼顾了工作效率，大大提高了协作机器人在工业生产中的实用性．图5 YuMi2.4 CR-35iA2015年11月的上海工博会，FANUC在中国地区正式推出全球负载最大的六轴协作机器人CR-35iA，如图6所示．其自重990kg，有效负载35kg，臂展1813mm，外接R-30iB控制器，支持拖动示教．图6 基于传统结构的六轴协作机器人CR-35iA可以说是协作机器人中的“绿巨人”．为实现高负载，FANUC公司没有采用轻量化设计，而是在传统工业机器人的基础上进行了改装升级．虽然在结构上与传统工业机器人极为相似，但CR-35iA整个机身由绿色软护罩包裹，内置iRVision视觉系统，同时具有意外接触停止功能，这使得机器人能够很好地缓和冲击力，防止人被夹住，从而实现与人共享工作环境．得益于其高负载，CR-35iA 可协同工人完成重零件的搬运及装配工作，例如组装汽车轮胎或往机床搬运工件等．FANUC公司在CR-35iA之后进行了轻量化产品补充．以CR-35iA为基础，他们陆续推出了CR-4iA、7iA及7iA/L，负载/臂展分别为4kg/550mm、7kg/717mm以及7kg/911mm．整个系列产品灵活配置，能够充分满足不同工况的需求，同时保持操作上的一致性．市面上类似的产品还有Precise Automation的PAVP6，如图6所示．2.5 HC10HC10六轴协作机器人是Motoman的最新产品，也是其推出的第一款协作机器人，初次亮相于2015年12月的东京“2015国际机器人展”．HC10有效负载10kg，臂展1200mm，外接YRC 1000控制器，支持拖动示教．其他类似的协作机器人有ABB的Roberta、Schunk的LWA 4P、F&P Personal Robotics的P-Rob®2R以及MABI的Speedy 6，如图7所示．图7 当前流行的六轴协作机器人HC10在外形设计上无夹点或棱角，表面包裹了一层柔软的蓝色橡胶材料以吸收意外碰撞产生的接触力．所有关节都配备了精密的力/力矩传感器，一旦检测到与操作者的意外接触，机器人就会立即停止工作．除上述特点外，HC10的最大特色在于其具备多种工作模式．“协作模式”下，HC10将最大程度上保证操作者的安全，运行速度会受到限制；当切换至“高速工业模式”时，机械臂运行速度将大幅提升，工作效率也将达到传统工业机器人水平，因此该模式下也要采取必要的安全措施，如进行安全区域监测，设置防护栏等．为获得工业机器人国际安全标准“ISO/TS15066”的认证，HC10正在接受评估，预计2017年正式发售．2.6 sawyer2015年3月，Rethink Robotics公司继baxter之后推出了其第二代智能协作机器人sawyer，如图8所示．sawyer具有7个转动关节，自重19kg，有效负载4kg，臂展1260mm．无外接控制设备，所有按键及显示屏均在机器人本体上，操作灵活、简单、直观．图8 sawyer、baxterRethink Robotics对协作机器人见解独到，设计新颖别致．sawyer采用了功率和力度受限的柔性机械臂设计，每个关节都配备了高分辨率的力度传感器以及串联弹性驱动器．这不仅保证了安全，还极大程度提高了机械臂的柔顺度及依从性，使人操作起来轻松顺手．sawyer具有极高的自适应精确度，能够在半结构化的环境中有效完成公差为0.1mm的实际应用．此外，sawyer还拥有一个强大的嵌入式视觉系统，顶部摄像头用以获得广阔的视野，腕部的Cognex摄像头配合机器人定位系统可实现机器人的实时动态定位．sawyer最大的特点莫过于它那张让人印象深刻的“脸”——一块置于基座上方的显示屏，这也是rethink robotics最具标志性的设计．当用户配置参数时，屏幕上会显示相关信息，当机器人开始工作时，屏幕上就会出现一双“眼睛”．这双眼睛时刻盯着当前的工作位置，配合眉毛组成丰富的表情，界面显示当前工作是否顺利．这种人性化的交互界面以最直观的方式实现了机器人工作状态的实时监控，同时为枯燥的工业生产增添了许多乐趣．sawyer应用广泛，在电路板测试、物料处理、包装以及生产线加载等领域均具备较强的工作能力．截止目前，通用电气公司(GE)已将sawyer机器人部署于北卡罗来纳州亨德森维尔的GE照明工厂中．Steelcase也将sawyer部署于密歇根州大溪城的工厂，以配合焊接机器辅助生产．2.7 JACO22015年，Kinova Robotics推出其最新款6轴带3根手指机械臂JACO2，如图9所示．机械臂连杆部分采用碳纤维材料，整体重量5.2kg，有效负载1.3kg，臂展900mm，配备简易遥控装置，包括一个3自由度摇杆及7个按键．JACO2协作机器人主要用于服务行业及残疾人辅助事业．服务业方面，JACO2在移动操作、医疗、物流及研究领域都有广泛应用．轻巧精致的机械臂能够搭载于绝大多数移动平台，其能耗较低，不会影响到平台自身性能．机械臂的模块化配置及驱动器的低后坐力使其能够很好地帮助医生进行手术．机械臂能自动完成探测抓取操作或协助工人工作，提高工作效率，改善工作质量．在辅助残疾人方面，根据全球不同地区的轮椅空间特点，JACO2可选择安装在轮椅座位支架旁的合适位置．为便于移动，多数情况下控制器会安装在轮椅的另一侧．机器人可以帮助使用轮椅的残障人士独立完成许多日常活动，如吃饭、喝水、擦脸、开门、按按钮(如电梯)、捡东西、作画等．JACO2在全球范围内销售，目前在荷兰，已有超过150名用户利用协作机器人实现了独立生活．图9 JACO23 核心零部件绝大多数协作机器人在设计上都要遵循轻量化安全设计准则，因此对关节集成度提出了非常高的要求，所需核心零部件也与传统工业机器人有很大区别，如中空伺服电机、谐波减速器[14]、模块化编码器、伺服驱动器以及安全控制器等，如图10所示．正是这些核心零部件决定了一台协作机器人的结构及性能．图10 核心零部件电机是机器人的动力来源，直接影响其有效负载、工作半径等关键参数．传统工业机器人大多使用交流伺服系统，工艺成熟，可选范围广．协作机器人通常要在内部走线，必须使用中空电机．除了科尔摩根(Kollmorgen)的产品外，目前市面上还没有非常合适的替代品．在涉及防护功能的安全控制器方面，市面上虽然也有不少现成的产品，但大多是面向流程工业的安全PLC．这些控制器不但价格昂贵，还无法实现协作机器人的某些专用安全功能，如速度限制，力矩限制，空间限位等．对于谐波减速器、模块化编码器以及伺服驱动器等也有同样的问题．由于协作机器人是近两年的新兴产物，很多关键零部件还没有实现大规模生产，不仅选择受限，价格也十分昂贵，这就对开发人员提出了很高要求．因此，协作机器人的设计绝不是简简单单的零件拼凑，而是要将尽可能多的零部件集成在尽可能小的空间内，其中涉及很多细节问题，任何疏忽都会造成严重后果，直接影响产品的定型和生产．4 国内发展现状2015年底，由北京大学工学院先进智能机械系统及应用联合实验室、北京大学高精尖中心研制的人机协作机器人WEE先后在上海工博会、深圳高交会、北京世界机器人博览会上参展亮相，表现抢眼[15]．WEE双臂协作机器人具有高负载自重比(1∶2)、全方位动态补偿控制方法、完整的力控制策略运用、先进的智能人机界面等特点．它不仅拥有独立自主知识产权，还是一台具备国际先进水平的高带宽、轻型、节能工业协作机器人，目前WEE正处于产业推广阶段．商业上，我国协作机器人成品化进程相对较晚，但也取得了一些可喜的成果，如新松、大族、遨博、达明机器人等都相继推出了自己的协作机器人，如图11所示．在2015年11月的上海工博会上，我国最大的机器人产业化基地、机器人产业的龙头企业——沈阳新松自动化股份有限公司推出了国内首款高端7轴人机协作机器人[3]．这款柔性多关节机器人具有快速配置、牵引示教、视觉引导、碰撞检测等功能，具备高负载及低成本的有力优势，能够满足用户对于投资回报周期短及机器人产品安全性、灵活性及人机协作性方面的需求．图11 国产协作机器人2016年的上海工博会，大族电机携最新产品Elfin六轴协作机器人精彩亮相．机械臂采用模块化安装，装配快捷，控制简单，维修方便，成本较低．其自重21kg，额定负载5kg，重复精度可达±0.1mm，能够满足生产需求．作为协作机器人，Elfin可配合工人工作，也可用于集成自动化产品线、焊接、打磨、装配、搬运、拾取、喷漆等工作场合，应用灵活广泛．5 发展前景及研究方向2002年，Rodney Brooks(rethink robotics现任董事长兼CTO)曾预言：“到2020年，机器人将遍及我们的生活．”[16]他的这一观点随后得到了世界首富的回应，Bill Gates在2007年表示，不久“机器人就会进入千家万户”[17]．有人将2016年称为协作机器人元年．根据巴克莱银行(Barclays Bank)的预测，到2025年，全球协作机器人的销售额将从2015年的1.16亿美元增长到115亿美元．协作机器人主要面向中小型企业，全球中小型企业约600万家，占全球制造业的近七成．因此协作机器人在工业领域的增长方向十分清晰，如果包括在服务业中的尝试与拓展，巴克莱的预测也许仅仅是“保守估计”．面对如此广阔的市场前景，许多企业及科研机构都加紧了对协作机器人的研究与开发工作，主要在以下4个方面：1)人机交互．人与机器交流互动是实现人机协作的关键．这里的“交互”并不仅仅停留于语音或肢体层面，更多是指广义上的控制与反馈．在控制手段上，目前多数协作机器人依然保留了传统工业机器人的控制模式，即配备专门的控制面板．一些创新产品，如baxter、sawyer以及FRANKA EMIKA已经在一定程度上脱离了对外部设备的依赖，实现了由“台式机”向“一体机”的转变．在控制方法上，可拓展空间巨大．传统方法是使用控制器编辑指令对机器人运动进行控制[18]，如今随着人与机械臂的近距离接触，拖动示教(“手把手教”)已被广泛应用．其中部分机器人还集成了视觉系统，机器人可通过“观察”进行学习和调整[19]．此外，还有研究人员利用惯性测量单元(IMU)对机器人进行体感示教，让机器人实现与人的非接触同步运动，这在对精度要求不高的服务业非常实用．目前最受关注的当数协作机器人在人工智能领域的探索．随着AlphaGo的强势表现，人工智能尤其是深度学习[20]在全球掀起了一股狂潮，让协作机器人具备自学能力已成为各企业及科研机构的热门选题．2)安全性研究．安全是人与机器共享工作环境的前提．对于协作机器人的安全性研究，ABB的科研人员做出了突出贡献．首先，他们对人与机器的接触部位及受伤类型进行了分类，提出了风险评估方法[21-22]；其次他们进行了碰撞实验[23]，故障诊断及故障隔离[24]；最近他们又提出了以安全为硬约束的运动控制策略[25]．完备的理论及实验支撑，让YuMi在安全性方面得到了业内的一致好评．除此之外，许多其他科研人员也进行了广泛深入的研究，其中包括对协作机器人在工作过程中保持高度依从性[26]的研究，以及利用残余信号探测人与机器是否接触，并利用深度传感器确定接触位置[27]的研究等．相信随着研究的深入，人与机器共处将不再有任何心理负担，同时能更高效地协同完成工作任务．3)动力学研究．动力学一直以来都是机器人领域的重点研究方向．尤其在协作机器人当中，准确获取外部力信息成为其运动控制及安全防护的关键．较为直观的方法是在每个关节都安装力矩传感器进行测量，进而估算出机器人末端的外部力[28]．这种方法对硬件设计要求较高，在实际生产当中成本也很大．因此，不少研究人员正努力通过其他方法进行力测量以摆脱传感器的束缚．例如，有研究人员利用干扰观测器进行机器人末端外部力及各关节的干扰力矩的估算[29]；还有研究者通过获取电机的电流/转矩及关节转角信号重建外部力信息[30]．随着动力学的深入研究，协作机器人成本将进一步降低，更多柔性材料将会被引入，大大提高协作机器人的安全性与灵活性．4)结合特定产品的研究．近年来，协作机器人发展势头迅猛，许多产品不仅为工业生产提供了新思路，还为高校及科研院所提供了新的实验平台．结合特定产品的研究在各地高校展开，形式多种多样．其中包括对产品内部参数的研究，如对KUKA LWR4+动力学参数的研究[31]，以及对baxer的DH运动学模型重建[32]；以产品为实验平台结合其他设备或技术的研究，如以KUKA LWR-IV为平台结合Kinect传感器对机器人避障的研究[33]，以及以baxter为平台结合人体工程学问题对机械臂运动人性化的研究[34]；还有对产品应用的拓展，如为baxter增加下棋功能[35]，以及利用baxter进行高度可变性材料的研究[36]等．如果将协作机器人硬件结构进行细分，研究方向还包括结构设计、外观设计、控制器设计、模块化关节设计、关键零部件设计等，在此就不一一赘述．6 结语协作机器人是近两年刚刚兴起的一个研究热点，虽已有多款产品问世，但仍有许多问题亟待解决．首先，目前对协作机器人系统的理论研究仍处于发展阶段，尚没有一套成熟的理论作指导．其次，目前协作机器人的生产成本普遍较高，部分核心零部件需要专门订做，价格不菲．此外，关于协作机器人的应用尚没有明确定位，协作机器人能干什么，最适合干什么，怎样跟人配合工作效率最高等，都没有一个定量的回答．对于国内而言，问题更多，挑战更大．由于起步较晚，国内机器人领域人才资源匮乏，组建高水平的机器人团队并非易事．此外，由于技术条件限制，关键零部件的国产化目前还没有完全实现，如果采用进口零部件，成本势必大大提高，。
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群体机器人特性
自然界的生物群体 自然群体的特性 群体机器人系统要求 群体机器人系统特性
12
生物界的自然群体
13
自然群体的特性
泛中心化：没有集中控制 个体简单 自主行为能力 局部通信和控制能力 通过自组织形成群体行为 例如：修复巢穴，捕食，照顾幼崽等等
14
群体机器人系统要求
可扩展性（Scalability)
群体机器人简介
谭营教授
目录
什么是群体机器人 群体机器人演示 群体机器人项目 群体机器人一般模型 群体机器人算法举例
2
目录
什么是群体机器人
从机器人到机器人集群（Collective robotics） 从群体智能到群体机器人（Swarm Robotics） 群体机器人特性
群体机器人演示 群体机器人项目 群体机器人一般模型 群体机器人算法举例
39
iRobot Swarm Project
40
自动充电
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ41
目录
什么是群体机器人 群体机器人演示 群体机器人项目 群体机器人一般模型 自然界生物群体的协同能力 群体机器人个体的一般能力 群体机器人模型构建 群体机器人算法举例
42
自然界生物群体的协同能力
按复杂程度递增： 细菌
通过明确的化学信号实现协作
9
群体机器人
群体机器人的特长领域
处理放射性废料 探索未知星球 移动大型物体 灾后救援 军事应用 。。。
10
群体机器人
近年来，群体机器人研究得到越来越多的关 注。 有关的国际会议
IEEE Swarm Intelligence会议(2006年开始) Swarm Robotics会议(2004年开始) International Conference on Swarm Intelligence (ICSI 2010-Beijing, ICSI 2011-Chongqing, ICSI 2012-Shenzhen) IEEE CEC, ACM Gecco
58
机器人的连接
主要用于互相间的连接，以执行那些对于单 个机器人而言不可能完成的任务，如通过连 接跨越壕沟或台阶、用实体链接的机器人共 同探索环境等等。 这与传统的自重构机器人的研究有相通之处， 也为群体机器人的研究提供思路。
59
自组织与自组装
自组织是一种动态机制，由底层单元的交互 呈现出系统的全局性结构。交互的规则仅依 赖于局部信息，而不依赖于全局模式。 自组织是系统自身涌现的性质。仅通过利用 同一种媒介创建时间或空间上的结构。 自然界通过系统的自组织解决问题，譬如蚂 蚁筑巢、觅食等。理解生物系统如何自组织， 就可以模仿这种策略实现群体机器人系统的 自组织过程。
微观建模法
将机器人模拟为有限状态机
宏观建模法
系统行为被定义为差分方程，表示在某个时间步 处于每个特定状态的机器人平均个数。
扩展粒子群算法建模法
将粒子群算法模型作为机器人的行为控制模型
48
微观建模法与宏观建模法
宏观模型能够很快得到粗略的全局行为，微 观模型得到的全局行为更为实际，但耗时间 较长。 作为模型拓展，可以引入概率微观/宏观模型， 以模拟噪音和环境干扰。
56
群体机器人体系结构
体系结构提供机器人活动和交互的框架，决 定着机器人间的信息关系和控制关系。 群体体系结构是实现协作行为的基础，决定 机器人的合作能力。 群体机器人系统体系结构研究如何根据任务 类型、机器人个体能力等确定群体机器人的 规模及相互关系。
57
机器人定位
群体模式通过个体间的交互体现出来，而群 中并不存在全局的协作控制系统，这意味着 每个个体机器人都有自己的局部协作控制系 统，要具备在各自的局部协作系统框架内定 位相邻个体的能力，所以机器人对相邻个体 的快速准确定位是极为重要的。
3
什么是群体机器人
4
机器人集群
选择机器人集群原因
单个机器人很难（无法）解决问题 多个机器人可以提升性能 冗余性：问题可以更容易解决 成本低：多个简单个体比一个复杂个体便宜
机器人集群分类
远程控制集群 中心控制集群 自主控制集群
5
机器人集群
机器人集群的特长领域
环境探索 材料运输 坐标感知 机器人足球 搜索救援 Environmental exploration Materials transport Coordinated sensing Robot soccer Search and Rescue
该项目由比利时布鲁塞尔自由大学IRIDIA 实验室M．Dorigo主持，由欧盟技术委员 会资助，2001年10月开始实施，2005年 3月结束。 该项目的目的是实现群体机器人的智能化 和自组装。
27
The Swarm-Bots Project
单个S-bots机器人
一组S-bots连接起来越过壕沟
28
蚁群、白蚁、蜜蜂和黄蜂
通过改变环境信息进行协作，如信息素
狼群
可以与特定个体进行交流 特定的姿势和叫声
灵长类 人类
43
群体机器人个体的一般能力
有限感知能力 局部规划能力 非全局通信能力 任务分解能力 任务分配能力 简单学习能力 控制与决策能力 等等
44
群体机器人模型构建
45
群体机器人模型构建
群体机器人建模方法 群体机器人通讯方式 群体机器人协同方式
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群体机器人模型构建
群体机器人建模方法 群体机器人通讯方式 群体机器人协同方式
群体机器人体系结构 机器人定位 机器人的连接 自组织与自组装
55
群体机器人协同方式
机器人的协作控制属于群体机器人系统中的 高级控制任务。 个体机器人控制系统是实现个体行为的基础， 它要求个体具有较强的协作性与自治性。 群体行为是个体行为的集成。
25
群体机器人项目
目前，国外比较成熟的群体机器人研究项目 有如下几个 The Swarm-Bots Project Pheromone Robotics Project The I-Swarm Project iRobot Swarm Project 等等
26
The Swarm-Bots Project
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通过感知实现交互
机器人位于传感器感知范围之内时，可以相 互感知对方的存在。 感知是局部交互，机器人之间亦无明确通信。 要求机器人具有区分机器人与环境中物体的 能力。
53
通过明确通信实现交互
明确通信包括直接型和广播型通信。 网络通信，可以提供解决方案，但不适合群 体机器人实时性要求。 若机器人之间过分依赖通信获取信息，则当 个体数量增加，系统通信需求将呈指数增长。 因此，一般以明确通信作为辅助手段。
33
Pheromone Robotics Project
虚拟信息素检测器 虚拟信息素视图
34
Pheromone Robotics Project
虚拟信息素作用方式
35
Pheromone Robotics Project
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The I-Swarm Project
该项目由Heinz Wtirn 教授主持，开始于 2004年，其目的是制造出上千个极微小(大 小约2mm×2mm×1mm)的廉价机器人， 使他们在一个小世界中(如在生物体内)完成 一些群体任务，如装配、清洁等。
The Swarm-Bots Project
组合 前进 两个S-bots协同 跨越壕沟，其中左
图为仿真实验，右 图为实物测试。
跨越 分拆
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The Swarm-Bots Project
单个S-bots S-bots 无法跨越台阶 两个S-bots 协同跨越台阶
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机器人协作上台阶演示
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机器人协作运输演示
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机器人协作爬坡演示
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机器人协作救援演示
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自学习自组装机器人演示
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目标追踪演示
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目录
什么是群体机器人 群体机器人演示 群体机器人项目 群体机器人一般模型 群体机器人算法举例
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群体机器人项目
国内群体机器人系统的研究刚刚起步，而且 主要是一些仿真研究。 20世纪80年代初，欧美、日本一些研究人员 就开始研究移动多机器人系统，起初的项目 有CEBOT、SWARMS、ACTRESS等。
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群体机器人
将群体智能引入机器人学即为群体机器人学 群体机器人学(Swarm robotics)研究如 机器人学 何设计大量相对简单可实现的智能体，通过 智能体之间、智能体与环境之间的局部相互 作用实现期望的群体涌现性行为。
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群体机器人
群体机器人研究的兴起源于生物学启发，是 机器人 通常意义上的多机器人系统被赋予群体智能 属性后的新兴研究领域。 自然界中，蚂蚁、白蚁、黄蜂、蜜蜂等社会 性昆虫，以及鸟群、鱼群，菌落等都激发出 令人惊奇的灵感，这些生物群体显示如何将 大量简单的个体通体交互产生群体智能。
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Pheromone Robotics Project
该项目由David Payton教授主持。从 2000年开始，到2004年已完成第一阶段 的研究。这个项目的目的是提供一种实用、 灵活、鲁棒、廉价的群体机器人控制方案， 可随意增添机器人数量。 他们使用一种能够仿效生物信息素扩散的 消息协议实现虚拟信息素，信息素分布的 梯度使机器人之间产生吸引或排斥力来产 生机器人的移动。
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I-Swarm演示
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iRobot Swarm Project
MIT在该项目中研制出超过100个个体的机器 人群体，已经用于实验和研发平台。这个群 体包括机器人个体可以自动对接的自动充电 站。大多数的研究工作由Mclurkin和他的同 事完成。iRobot Swarm模块的主要软件工 具是一个用于控制通信、定位和避障的红外 通信系统ISIS。