Creating the brain and interacting with the brain: an integrated approach to understanding the brain

In the past two decades, brain science and robotics have made gigantic advances in their own fields, and their interactions have generated several interdisciplinary research fields. First, in the ‘understanding the brain by creating the brain’ approach, computational neuroscience models have been applied to many robotics problems. Second, such brain-motivated fields as cognitive robotics and developmental robotics have emerged as interdisciplinary areas among robotics, neuroscience and cognitive science with special emphasis on humanoid robots. Third, in brain–machine interface research, a brain and a robot are mutually connected within a closed loop. In this paper, we review the theoretical backgrounds of these three interdisciplinary fields and their recent progress. Then, we introduce recent efforts to reintegrate these research fields into a coherent perspective and propose a new direction that integrates brain science and robotics where the decoding of information from the brain, robot control based on the decoded information and multimodal feedback to the brain from the robot are carried out in real time and in a closed loop.     

基于旋翼负压混合吸附的爬壁清洗机器人系统动力学性能研究

针对爬壁清洗机器人越障时,负压装置的吸附力下降导致吸附不稳定的问题,设计了一种旋翼负压混合吸附工作的多边形履带清洗机器人,并对爬行稳定性及越障性能进行了动力学分析。首先根据机器人爬壁的运动原理,建立机器人沿玻璃幕墙上的动力学模型,计算出电机理论驱动力矩;其次分析机器人在跨越障碍过程中的运动模型,结合与壁面接触的实际受力状态,对越障过程中关键阶段的本体倾翻、滑移两种失效形式进行运动学和动力学分析;然后根据玻璃幕墙实际的障碍高度,确定多边形履带的参数和理论驱动力矩的大小,并研制了实验样机进行爬行和越障试验,结果表明所设计的机器人具有良好的越障性能。     

一种大型复杂构件加工新模式及新装备探讨

大型复杂构件是航空航天、能源、船舶等领域装备的核心结构件，此类构件通常具有尺寸大、形状复杂、刚性弱等特点。传统“分体离线加工-在线检测”模式存在工艺不稳定、过程复杂、柔性差、周期长等问题，以龙门式多轴数控机床加工为代表的“包容式”加工模式，难以适应大型复杂构件的高效高质量加工制造需求。提出一种基于移动式和吸附式机器人的多机协同原位加工新模式，通过多机器人系统自主寻位、精确定位加工与加工质量原位检测，实现大型复杂构件多安装面并行铣削、制孔与打磨等作业。多机器人系统包括移动式混联机器人、吸附式并联机器人、移动式串联铣削机器人、移动式双臂加工机器人和移动式打磨机器人。构建多机协同原位加工模式，需要揭示多机器人协同原位加工行为与大型弱刚性结构件质量控制的交互机理，面临着本体、测量、工艺和集成四个方面的挑战，需要设计高灵活、高刚度的移动式和吸附式加工机器人，解决移动机器人自主准确寻位和超大结构件原位高精检测难题，攻克加工变形误差在线补偿和振动抑制技术，通过集成实现多机协同高效高精加工，为大型复杂构件的高效高质量制造提供创新技术及装备，并实现此类构件制造核心技术及装备自主可控。     

基于康复训练中力信号的人体参与度建模

设计一种基于人机接触力的人体主动参与程度评估模型,用于康复机器人应用中的主动康复训练。通过人体的肌电信号得到肌肉活跃度,确定肌电信号与人体参与度的关系。分析这一过程中人机接触力的变化,将腿部力信号平均值以及腰部力信号方差作为模型输入,对基于肌电信号的参与度模型进行拟合,得到基于力信号的参与度模型,使用肌电信号参与度模型对力信号参与度模型进行验证,证明了该模型的有效性。该方法避免了肌电信号采集时干扰较大且准备工作繁琐等缺点,具有良好的实用性。     

The benefit of being physically present: A survey of experimental works comparing copresent robots,telepresent robots and virtual agents

The effects of physical embodiment and physical presence were explored through a survey of 33 experimental works comparing how people interacted with physical robots and virtual agents. A qualitative assessment of the direction of quantitative effects demonstrated that robots were more persuasive and perceived more positively when physically present in a user׳s environment than when digitally-displayed on a screen either as a video feed of the same robot or as a virtual character analog; robots also led to better user performance when they were collocated as opposed to shown via video on a screen. However, participants did not respond differently to physical robots and virtual agents when both were displayed digitally on a screen – suggesting that physical presence, rather than physical embodiment, characterizes people׳s responses to social robots. Implications for understanding psychological response to physical and virtual agents and for methodological design are discussed.     

移动机器人路径规划方法研究

移动机器人技术研究中的一个重要领域是路径规划技术，它分为基于模型的环境已知的全局路径规划和基于传感器的环境未知的局部路径规划。综述了移动机器人路径规划技术的发展现状指出了各种方法的优点与不足，最后对移动机器人路径规划技术的发展趋势进行了展望。     

直接驱动机器人单关节控制系统的研究

本文研究以ＰＷＭ装置供电的直流电动机驱动的直接驱动机器人单关节控制系统。用８０９８单片机实现模控制结构控制器，使系统在各种工况下有良好的性能。文１研究了机器人单关节电机驱动的控制问题。采用该法可减少受系统参数和负载力矩变化的影响，本文用模控制结构方法来处理问题。理论分析和实验均证明，所用方法具有很强的鲁棒性。系统参数在１００倍范围内变化时，系统都有很好的品质。     

可移动机器人的运动学模型与控制原理

本文首先对可移动机器人的运动学进行了分析，建立了运动学模型与控制结构图，然后采用时域分析法对此系统进行了校正，最后通过对此系统的仿真与时测实验，对各校正环节的参数进行了整定。     

使用遗传算法的迷宫学习

本文试用遗传计算及决策制定方法来实现机器人有认识迷宫意向的能力，这里“意向”是指遵循对迷宫特有的路径规则所出的决定，令机器人在两个相对的迷宫中行走学习，一个迷宫路径是基于同样的意向，另一个则基于不同的意向，研究结果确认了已达成的意向学习。     

遥操作工程机器人系统临场感技术研究-6自由度临场运动感觉反馈技术的研究进展

 研究开发出一种遥操作工程机器人系统，可以应用于诸如火灾现场的修复作业等广阔的领域．该系统由伺服控制的工程机器人、2根从远处操纵工程机器人的操纵杆、视频系统和6自由度运动模拟器组成．操作者坐于座椅上，座椅固定于运动模拟器的上方． 该系统需要解决的一个关键问题是如何使操纵者高质量地获得工作现场的临场运动感觉． 提出了一种6自由度临场运动感觉反馈方法，其信号源来自工程机器人上安装的6个加速度传感器． 该方法的有效性已为实验所证明，即应用6自由度运动模拟器不但可以高质量地模拟工程机器人单个自由度的运动：滚动、俯仰、转动以及前后、左右、上下的平移，而且可以高质量地模拟工程机器人的各种复合运动．