密歇根探究项目：机械臂物体抓取的模拟与控制

密歇根探究项目

机械臂物体抓取的模拟与控制

课题简介

尽管在大多数科幻影视以文学作品里，机器人常常是以智能拟人型的状态出现，机器人(Robotics)的定义却不仅仅局限于类人形机器人（Humanoid Robot）, 它涵盖着感知，设计，制造和运作等方面，并且广泛的运用在当代社会。这其中就包括着本课题的中心：机械手臂。它是具有仿人手臂功能并可完成各种作业任务的自动控制设备。机械手臂拥有多关节连接并节允许其在平面及三维空间中进行各种运动，也正是这种特性，使其成为了在教学及工业界最频繁使用的一类机器人。

本课题将围绕机械手臂，从应用和科研的角度涉足机器运动规划，运动学和逆运动学等等多种实用的机器人相关知识。我们将从基础线性代数及几何学开始，逐渐深入讲解机器人理论知识，并让学生基于虚拟机械手臂模拟空间运动，强化并运用所学知识从而达到课题目标。通过本课题的学习，学生将对机器人学有所认知，并对以后的相关学习起到帮助。

 

科研方法

计算机仿真模拟

计算机仿真模拟是一种运用计算机软件建立抽象模型、模拟真实条件并进行分析的技术。与传统的实验相比，计算机模拟技术通过数学建模，解放了普通实验对于器材的苛刻要求，具有可多次进行、反复试错的优点。同时，由于计算机模拟技术黑箱化了复杂的理论推导与数据计算，能够以直观的方式呈现研究的成果，对于初次涉猎科学研究的高中生而言，也更为简单易学、容易上手。

例如：在设计外太空的卫星轨道时，受制于客观条件，科研工作者无法在地球上重现外太空的环境，因此，只能借助计算机强大的运算能力，对外太空的情况和卫星的轨道进行模拟、反复实验，并基于模拟实验的结果，完成科学的轨道设计。

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课题要求

本课题适合： 9-12 年级学生，有较强的逻辑思维和抽象思维能力

英文：
1、具备基本的学术英语阅读能力；
2、接触过英文写作，有论文写作经验者更佳；

数学：
1、几何学；
2、线性代数；

计算机：
1、最好有Python语言编程经验；
2、如果没有，希望能在课题开始后的1-2周进行强化学习并能较熟练的应用；
3、相关Library: https://pybotics.readthedocs.io/en/latest/ 。