哈工大机电学院硕士研究生专题讲座报告.docx

机电工程学院硕士研究生专题讲座报告题目1：如何撰写学位论文题目2：仿生双足节能行走机器人理论研究题目3：太赫兹-微纳米技术、特种材料的腐蚀与防护题目4：InnovationinManufacturing学科：机械设计及理论学号：姓名：听课证粘贴页讲座一听课证贴于此处讲座二听课证贴于此处讲座四听课证贴于此处讲座三听课证贴于此处讲座一参加学院举办的如何撰写学位论文讲座，令我受益匪浅。硕士学位论文不同于本科，需要在更高的层次上显示个人学术水平。经过专业老师的讲座，我明白了如下几点：硕士学位论文要求从题目的规范性开始。题目应当简单明了、通俗易懂，同时含义明确，尽量有特色，应避免太长、太大、太宽泛的题目。其次，在论文的整体布局上，应该开门见山、各部分联系紧密、重点突出。同时，老师提出了自顶向下的瀑布式的布局模型，即分为问题提出、问题分解、技术创新、归纳总结四个步骤。在此基础上，老师逐章介绍了论文每部分的撰写要求，结合正反案例使同学们加深印象。最后，列举了撰写学位论文过程中的常见问题，提醒同学们要认真对待每一个细节。另外，老师强调要明确撰写论文的目的，强调“论文是做出来的，不是写出来的”。随后，列出了学术论文的结构，并且详细地讲述了每一部分涵盖的内容和要领，逐项阐述的同时分析了大量的案例，指出了容易出现的常见的问题。最后，他强调写论文要注重基本规范，积极面对审稿意见，鼓励同学们要有自信，精益求精，多与导师、师兄、同学进行交流。讲座二2014年6月24日，袁立鹏老师在诚意21为我们做了一次精彩的讲座，讲座侧重讲解了仿生双足节能行走机器人的优点，动力学规划，节能分析以及在此基础上的优化控制技术。仿人机器人是多学科交叉的产物，它汇集了机械机构学、材料科学、计算机科学、人工智能、控制理论、驱动器和传感器技术等多个学科的前沿技术，充分体现了一个国家的科技水平。仿人机器人研究中同时包括仿生学技术和生物机械科学。本专题讲座将侧重讲解仿生双足节能行走机器人的动力学规划，节能分析以及在此基础上的优化控制技术。（一）仿生双足节能行走机器人的优越性仿生双足节能行走机器人是一种仿人机器人，是移动式机器人领域中一类重要的仿生系统。仿生双足机器人作为一种移动式机器人，它与轮式，履带式机器人相比有许多优点与优越性。它的特性主要体现在以下方面：（1）仿生双足步行机器人能适应各种地面且具有较高的逾越障碍的能力，能够方便的上下台阶通过不平整、不规则或较窄的路面，它的移动“盲区”很小。（2）仿生双足节能行走机器人的能耗很小，机器人力学计算表明，仿生双足节能行走机器人的能耗通常低于轮式和履带式。（3）仿生双足节能行走机器人具有广阔的工作空间，由于行走系统的占地面积小，而活动范围很大，所以为其配置的机械手提供了更大的活动空间。（4）双足行走是生物界难度最高的步行动作，但其步行性能却是其他步行结构无法比拟的。由于仿生双足节能行走机器人的行走具有独特的适应性和拟人性，其行走控制很有研究价值，其运动模式，运动控制，动力分析是影响仿人双足步行机器人技术进步的重要问题，也是仿生双足节能行走机器人成功而有效地实现稳定步行的理论基础和技术关键。（二）动力学规划采用双足机器人控制中常用的连杆模型建立动力学方程。考虑到矢状面和冠状面的运动可以解耦，且前者在机器人行走、跑步等常规运动中占有主导地位，仅对该面内的机器人运动进行分析；同时，由于踝关节对于实现双足机器人运动并不是必需的，如果选定矢状面内的平面五杆模型为研究对象。各连杆分别对应机器人的躯干、大腿和小腿，转动副分别对应髋、膝关节。模仿人的行走过程，对机器人的运动作出约束和假设：躯干在行走过程中保持竖直；支撑腿保持伸直状态（即大腿小腿之间相对转角为零）；摆动腿在摆动后期保持伸直；摆动腿触地的同时，原支撑腿迅速抬起。虽然在人类行走中，双腿支撑期约占到整个行走周期的20%，但对于本文所讨论的平面五杆双足机器人而言，瞬时的双腿支撑期设定也是合理的。这样，机器人的自由度不仅会受到外界环境约束的影响，也会因为自身运动约束的变化而改变。机器人的行走周期由两个运动相态组成，分别为摆动腿膝关节摆动、绷直时的单腿支撑相，其自由度是变化的。而引发这种相态切换的条件分别为摆动腿与地面的碰撞，以及摆动腿膝关节的碰撞。可见，机器人的动力学系统是一个兼具连续和离散，且变自由度的复杂混合系统，在不同的状态下，其动力学模型具有不同的形式。（三）控制方法（Controlmethod）传感反馈信息对于保证机器人的稳定行走起着至关重要的作用，可分为以下两类：(1)环境反馈，如摆动腿与地面的碰撞。由于机器人的实际运动周期是由摆动腿碰地时刻确定的，因此有必要保证机器人运动与之同步。(2)机器人自身运动状态，如关节转角、身体姿态、摆动腿膝关节碰撞等。为了防止机器人摔倒，当运动状态发生变化时，关节的动作模式也需要随之改变。在仿生控制中，相位是非常重要的物理量，用来表征关节的动作序列，及建立机器人与环境的耦合相位重置对于实现机器人稳定行走的有效性已经得到了充分验证。因此，将关节驱动力矩的设计分为了两部分将支撑腿髋关节力矩的频率和相位作为机器人周期运动状态的表征，当摆动腿碰地时，对该力矩进行相位重置，实现机器人与环境的锁相其余各关节的控制力矩则根据机器人的关键运动状态进行相位重置，并且允许各关节频率保持一定比例关系，这样，不仅可以实现关节驱动力矩与机器人系统之间的耦合，也为实现不同运动模式提供了可能。能效性也是控制方法的重要衡量指标。人在行走时，为了节省能量，各关节肌肉是间断动作的，表现出一定的被动特性。在行走过程中，影响能量的关键状态有3个：(1)身体重心到达最高点。在此之前，为了克服自身势能，实现向前的运动，必须通过关节作用力向系统输入能量；而在重心越过最高点后，在重力的作用下，系统有自发向前运动的趋势。(2)摆动腿碰膝。(3)摆动腿碰地。在后两个状态，由于碰撞，系统会损失一定的能量，为了达到能量平衡，从而实现周期运动，也需要通过关节作用力向系统输入能量。因此，设定机器人关节力矩为断续作用，其作用区间由上述关键运动状态确定。关节力矩采用正弦波，主动控制力矩的设定，分别为施加在支撑腿与躯干之间的控制力矩，施加在摆动大腿与躯干之间的控制力矩，施加在摆动小腿与大腿之间的控制力矩，为保持躯干竖直所施加的约束力矩。摆动腿触地瞬间，为了补偿碰撞的能量损失和克服系统势能，和开始作用，驱动此时的支撑腿和摆动腿向前摆动，膝关节保持被动，即为0。当髋关节越过最高点后，系统借助重力往前运动，支撑腿和摆动腿髋关节保持被动，即和为0。同时摆动腿膝关节开始提供向前甩腿的力矩。考虑髋关节而非重心位置，是为了简化控制方法，前者的高度与支撑腿角度相对应，该角度可直接测量，而重心位置则需要实时计算。膝关节甩腿的作用则是为了使摆动腿在触地之前保持绷直，为支撑期做准备。当膝关节发生碰撞后，不再产生作用，但摆动腿髋关节提供一个下压的力矩，直至摆动腿碰地。仿生双足节能行走机器人是机器人研究领域的前沿问题之一，它集成机械、电子、计算机、仿生学、多传感器融合技术及人工智能等多门学科于一体。仿生双足行走方式具有最高的灵活性，特别适合于日常环境中与人类协作完成各种任务，在危险环境作业领域具有广阔的应用潜力，不仅可以在有辐射、有粉尘、有毒等环境中代替人作业，行走运动的条件对地面环境的要求较低，可在一定的范围内避障行走，而且也可以再康复医学上形成一种动力型假肢，协助截瘫病人实现行走的梦想。因此，有必要继续的研究，完善仿生双足节能行走机器人，使其发挥更大的作用。讲座三讲座主要介绍了太赫兹探测技术的发展概况，简要阐述了太赫兹波的探测方法、主要特点，以及太赫兹超导探测技术在天文学中的应用，尤其在射电望远镜的革新方面，该探测技术起到了关键的作用。利用该项技术可以研究出更灵敏的，分辨率更高的天文望远镜，这种望远镜弥补了普通光学望远镜的诸多缺点。其后，太赫兹超导探测器技术在天文学领域的研究以及成果，综述了国内外在太赫兹波领域的研究进展，对未来的发展与应用进行了乐观的展望。讲座四现代制造业在产品的智能与互联，依靠大数据与互联网技术的基础上，发生了三个转变：从机械产品向智能产品转变、从智能产品向智能互联产品转变、从提供产品向提供基于产品的服务转变。这三个转变使信息可以在产品、运行系统、制造商和用户之间联通，也使得产品的智能与互联成为可能。企业在快速开发智能互联产品的同时，也能收集、分析和分享产品内外各个环节产生的大量数据。在产品之间产生智能和互联的同时，智能互联时代也彻底颠覆了传统封闭的企业创新模式。“普通