机器人系统的集成智能研究课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,/72,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1/32,*,/33,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1/32,*,/33,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1/32,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1/32,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1/32,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1/32,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1/32,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1/32,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1/32,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1/32,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1/32,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1/32,*,机器人系统的集成智能研究,机器人系统的集成智能研究,机器人系统的集成智能研究,研究背景,智能机器人系统开发,机器人系统智能设计,机器人系统的集成智能研究研究背景智能机器人系统开发机器人系统,设计,更加先进，可靠性高,售后服务好,制造更加精良,缺乏系统化的能够持续提升产品性能的,自动设计优化方法,。,本项目主要是从,智能设计,的角度提供一种解决方案，并根据设计结果制造出,成型的机器人系统,，为最终实现远景目标积累有益的经验。,当我们讨论购买机器人时，首先想到的是购买进口的机器人，而不是国产的机器人。这是为什么？,如何通过自动优化设计方法，突破国产机器人在,设计上的瓶颈,，使得国产机器人在市场上能够和进口的机器人竞争，是我们研究的一个长远的目标。,立项依据,设计更加先进，可靠性高缺乏系统化的能够持续提升产品性能的自动,ABB,公司非常重视,机器人系统自动设计及优化,研究，和瑞典林雪平大学在该领域建立了长期的合作关系,。,Tarkian M.Design Reuse and Automation:On High Level CAD Modeling for Multidisciplinary Design and OptimizationJ.2009.,Tarkian M.Design Automation for Multidisciplinary Optimization:A High Level CAD Template ApproachJ.2012.,IRB 1410,IRB 2400,IRB 1600,Pareto frontiers of the SL(red)and the ML(grey)strategies.,ABB公司非常重视机器人系统自动设计及优化研究，和瑞典林雪平,Lipson H,Pollack J B.,Automatic design and manufacture of robotic lifeforms,J.,Nature,2000,406(6799):974-978.,Zykov V,Mytilinaios E,Adams B,Lipson H.,Self-reproducing machines,J.,Nature,2005,435(7038):163-164.,Figure 1,Three resulting robots.Real robots(left);simulated robots(right),Hod Lipson,教授提出如何像搭乐高积木块一样,自动设计,满足预先设定的功能要求的,机电系统,美国康奈尔大学,Hod Lipson,教授首次用进化计算在计算机上,自动设计出可移动机器人,，并用,3D,打印机进行物理实现，完成了,用机器自动产生机器,的原型机,Figure 2,Basic module,with an illustration of its internal actuation mechanism,Lipson H,Pollack J B.Automat,Figure 3,Bond Graphs Representation of Mixed-Domain Systems,Fan,Z,.,Seo,K.,Hu,J.,Goodman,E.D.,&Rosenberg,R.C.(2004).A novel evolutionary engineering design approach for mixed-domain systems.,Engineering Optimization,36,(2),127-147.,美国,BEACON,国家科技中心,Erik Goodman,教授研究小组在,机电系统设计自动化,领域进行了,开创性,的工作。,Erik Goodman,教授研究小组采用结合,功率键合图,和,基因编程,的,BGGP,（,Bond Graph&Genetic Programming,）方法，对一类机电系统成功地进行自动设计。,Figure 4,Electric circuit for the evolved high-pass filter,Figure 5,A novel topology of MEM filter and its bond graph representation,Figure 3 Bond Graphs Represent,Figure 7,MDQ attributes,Behbahani S,de Silva C W,.System-based and concurrent design of a smart mechatronic system using the concept of mechatronic design quotient(MDQ)J.Mechatronics,IEEE/ASME Transactions on,2008,13(1):14-21.,Clarence D.Silva,教授小组提出,机电系统设计指标,（,MDQ,Mechatronic Design Quotient,）的概念，使得该自动设计方法能够更好地处理具有,多个设计目标,的问题,Figure 8,Fish cutting machine,加拿大大不列颠哥伦比亚大学,Clarence D.Silva,教授,（国际机电一体化领域的著名权威）小组跟随申请人的工作，,2007,年的一篇博士论文对申请人的工作进行扩展，从设计线性系统扩展到非线性系统。,Figure 6,Evolved low-pass filter,Figure 7 MDQ attributesBehbaha,高级机电系统的自动设计,提出了,机电系统设计自动化,的框架,，,提升了传统的计算机辅助设计的智能水平,解决了对系统,拓扑结构,和,参数,的并行自动设计及,多领域统一建模,的问题,研究了层次化设计、协同设计、稳健设计等设计方法,对,多种,机电系统的应用实例进行了自动设计，发表SCI期刊论文多篇,引导,键合图,表示,子代,生成,评价,重组,设计,规范,设计,仓库,设计,仓库,验证,积累,人机交互,演化,综合,成功的概念,设计方案,知识结合,知识提取,领域知识结合,最终设计实现,机电系统设计自动化的框架,高级机电系统的自动设计提出了机电系统设计自动化的框架，提升了,表现型,键合图,树的表示形式,键合图的表达方法,基因型,集成了,基因编程,和,键,合图,的智能设计过程,表现型键合图树的表示形式键合图的表达方法基因型集成了基因编程,科研成果,Cai,X.;Li,Y.;,Fan,Z,.;Zhang,Q.,“An External Archive Guided Multiobjective Evolutionary Algorithm Based on Decomposition for Combinatorial Optimization,”,Evolutionary Computation,IEEE Transactions on,2015,19(4):508-523.(,IF:5.545,),Dupuis J,Fan Z,Goodman E D.Evolutionary Design of Both Topologies and Parameters of a Hybrid Dynamical SystemJ.,Evolutionary Computation,IEEE Transactions on,2012,16(3):391-405.(,IF:5.545,),Fan Z,Liu J,Sorensen T,et al.Improved differential evolution based on stochastic ranking for robust layout synthesis of MEMS componentsJ.,Industrial Electronics,IEEE Transactions on,2009,56(4):937-948.(,IF:5.16,),在高级机电系统的自动设计项目中，以第一作者或通讯作者发表高水平代表性论文如下：,高级机电系统的自动设计,科研成果Cai,X.;Li,Y.;Fan,Z.;,每个驱动器寿命,每个轴的驱动器类型,每个轴的速度限制,每个连杆的壁厚,每个轴的加速度限制,每个连杆的最大应力,机器人的总质量,机器人的循环周期,自动设计流程,优化模型,设计目标：机器人循环周期最小，机器人总质量最轻。,机器人系统自动设计,每个驱动器寿命每个轴的驱动器类型每个轴的速度限制每个连杆的壁,基于几何模型的自动概念设计过程,建模,仿真,评价优化,系统模型,设计变量,设计特性,模型定义,优化概念设计,用户接口,几何模型,动力学模型,组件数据库,进化算法,概念,1,用户接口,几何,模型,动力学模型,组件数据库,1,、创建,几何模板库,，消除重复性任务。,2,、几何,CAD,模型能作为,框架集成器,，产生用于各种工程分析工具的几何输入。,机器人系统自动设计,基于几何模型的自动概念设计过程建模仿真评价优化系统模型设计变,机器人的自动设计主要包含,运动学设计,、,动力学设计,、,热力学设计,（考虑齿轮与电机温度）和,刚度设计,。,自动设计的概念实现从,几何模型,定义开始，通过,动力学模,型评估，,智能设计控制器,，最后通过,3D,打印,出物理原型机。,自动设计,是一个,持续迭代,的过程。,机器人系统自动设计,工业机器人自动设计过程,机器人的自动设计主要包含运动学设计、动力学设计、热力学设计（,智能应用研究,轻型机械臂初始实验平台,正在开发过程中的内嵌关节轻型机械臂。,需要对机械臂进一步,自动优化设计,，以提高机械臂性能。,智能应用研究轻型机械臂初始实验平台正在开发过程中的内嵌关节轻,智能应用研究,轻型机械臂控制模块,轻型机械臂整机,轻型机械臂驱动关节,智能应用研究轻型机械臂控制模块轻型机械臂整机轻型机械臂驱动关,机械臂的轻量化方法研究,基于结构与动力统一描述的轻量化算法,结构优化结果是