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关键词： 机器人控制技术   实验教学   码垛机器人  

摘要： 针对我校自动化专业开设机器人控制技术实验需求,本文设计了基于RobotStudio的码垛机器人搬运实验项目。从码垛机器人的系统组成、码垛机器人仿真系统介绍,到仿真实验的实验目的、实验内容、实验结果,最后对实验实施过程和实验结果的评估都做了详细的描述。结果多年的实践教学表明,基于项目形式的实验教学方法不仅能提高学生对工业机器人的认识,激发学生的学习兴趣,还有助于提高学生的实践能力。

关键词： 案例设计   机器人控制   机器人建模   控制器设计   实践教学  

摘要： 本文开展了《机器人控制技术》课程实践案例设计,针对两连杆平动关节机器人进行动力学建模,并实施了PID控制与确定性模型控制方案,作为项目驱动教学过程中的实际案例供参考,旨在提高课程教学质量,推动应用型人才培养。本文针对上述机器人专业人才培养普遍存在的问题,尝试从课程建设出发,通过设计项目案例串接课本理论知识,提高学生融会贯通的学习能力,并通过代码编写训练提升实践能力。

关键词： 巡检机器人   无刷直流驱动电机   双闭环控制  

摘要： 采用传统PID方式对矿用巡检机器人驱动电机进行控制时,存在响应速度慢、超调量较高等不足。通过分析驱动电机的工作原理,以巡检机器人无刷直流驱动电机为研究的方向,利用双闭环策略对驱动电机的电流和速度进行控制,并运用MATLAB/Simulink构建了控制模型对驱动电机的各项运行参数进行仿真。结果表明:对模型施加设定的转速时,双闭环控制系统的响应速度较快,静态误差小,可靠性良好。施加负载转矩时,速度环的调节用时较短,仅需0.02 s即可达到动态平衡,且超调量较低,满足驱动电机控制要求,能够进一步提升了巡检机器人运行的稳定性。

关键词： 前沿探索   在线实验   虚拟仿真   创新能力  

摘要： 为了满足学生探索前沿科技、提升自身创新实践能力的需求,结合我国星表探测前瞻性研究成果,充分考虑控制系统分析、设计、应用、探索的全过程,设计了以火星车(地面机器人)和火星无人机(空中机器人)为控制对象的虚拟仿真实验,构造了一维空间火星车单轮控制性能测试、二维空间火星车自动行驶控制系统设计、三维空间火星无人机飞行控制系统探究等循序渐进的实验内容,为学生提供了可交互的高粒度虚拟仿真实验环境,从而激发学生的学习兴趣和勇于探索的精神,为培养满足国家需求的新工科创新人才提供条件。

关键词： 超冗余机器人   控制系统   开放式控制   模块化设计   控制算法  

摘要： 超冗余机器人由于大量自由度和复杂的结构使其具有远超传统机器人的灵活性,但也使它的控制系统的设计变得繁复而困难。随着超冗余机器人在各领域中广泛投入应用,对超冗余机器人控制技术的发展现状予以总结和讨论显得更为必要。因此对超冗余机器人控制系统的架构及控制算法的研究现状进行了总结。首先,依次介绍超冗余机器人控制系统的硬件部分和软件部分,分析其基本架构与主要功能模块,并探讨开放式控制系统的设计方法。随后,简要介绍了超冗余机器人控制算法方面研究面临的主要难点,列举并简述当前用于超冗余机器人控制的常用算法,并对各自的效果进行分析。最后,对超冗余机器人控制系统的未来进行展望,提出超冗余机器人控制技术的发展方向,主要是数学模型建立方法的改进、开放式软硬件控制系统的开发和控制算法的创新等。

关键词： 非标设备   工业机器人   PLC   机器人控制   示教器   人机界面  

摘要： 近年来,工业机器人因其安全、灵活、可适应恶劣环境、可长时间连续作业等优点在众多领域广泛应用。工业机器人控制系统是由示教器、控制器和机器人本体组成。常规非标设备可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)对工业机器人的控制需要在机器人控制器内部编写复杂的程序,对技术人员要求较高,对维护人员不友好。机器人点动、示教等功能的实现受示教器的局限,影响正常调试和生产进度。为了摆脱这种局限性,提高生产效率,研究基于PLC和人机界面的工业机器人控制技术是非常必要的。本文在现有工业机器人与PLC控制系统的研究基础上,提出了一种基于PLC和人机界面的工业机器人控制方法。具体内容如下:(1)针对工业机器人在常规非标设备中应用时存在的技术封闭,控制器程序编写复杂,影响技术人员调试进度和生产效率的问题,提出了将工业机器人控制逻辑用编写PLC程序来实现的方法,并对机器人控制器程序标准化,使机器人通过接收PLC指令执行相应的位置移动。使用时无需单独编写复杂的机器人程序,简化了编程流程,降低了对操作人员的技术要求。(2)针对工业机器人点动操作和位置示教时受示教器有无的局限,以及示教器在实际生产时使用率不高,且购买示教器增加使用成本的问题,提出了一种将示教器的示教、急停等功能放入设备操作界面中的方法,同时将PLC和工业机器人的数据交互信号进行了统一化和标准化,使用简单方便,完全摆脱了对示教器的依赖。(3)通过对基于PLC和人机界面的工业机器人控制技术方案的设计和控制程序的开发,首先在实验室利用EPSON工业机器人、欧姆龙PLC、Proface HMI、Sysmac Studio、EPSON RC等软硬件搭建实验环境,然后完成控制系统的组态、调试和运行,最后通过实验室测试和实际项目应用,验证了本文所提控制方法的有效性和实际应用中的可行性,成功实现了实验室研发到实际应用的衔接。

摘要： 以机器人控制、运动控制为研究对象，将机器视觉检测、智能仓储、柔性制造等教学案例融入课程教学实践，提高了学生的自主创新意识和科研能力。专业学位研究生教育是研究生教育体系的重要组成部分，肩负着培养国家急需的高层次人才的重要使命。如何引导专业学位研究生教育分类发展、特色发展、高质量发展，提升专业学位研究生教育支撑经济社会发展的能力，是当前高校研究生教育创新发展必须解决的重要课题。

关键词： 水下机器人   运动控制   滑模控制   模糊滑模控制   CFD  

摘要： 南北极环境的变化对地球的气候和生态环境有着至关重要的影响,冰架与海洋的相互作用更具有研究的科学价值。作为极地科考中重要的一部分,极地冰下水环境的探测拥有重要意义。由于极地的恶劣环境,通过人工方式布放水下传感器获取相关参数不仅收放困难,而且无法实现大范围的环境探测,而应用水下机器人进行探测能很好的克服收放困难、探测范围小等缺点。水下机器人作为一种新型探测方式,首先需要保证对其控制的稳定性、快速性和准确性。本文在工信部高技术船舶专项“极地探测无人潜器研制”项目的资助下,以冰下水环境探测机器人为研究对象,围绕机器人的运动控制技术问题进行深入研究,开展了以下工作:(1)本文推导完成机器人的六自由度数学模型,包括运动学和动力学模型,并将模型解耦为垂直面模型和水平面模型两部分。通过Creo软件建立探测机器人三维模型,并添加相关模型参数,然后在Fluent软件中进行联合仿真,使用CFD计算得出机器人在进退、横移、升沉、横摇、纵摇、艏摇六个运动所受的阻力和力矩,最后通过二阶拟合方式计算出机器人相应水动力系数,为后续机器人的控制奠定基础。(2)极地冰下工作环境特殊,针对探测机器人要求准确、快速和稳定的控制目标,首先对模糊控制和滑模控制以及二者组合控制进行学习,然后在推导的垂直面模型和水平面模型以及水动力参数基础上,根据实际控制需要,将两个平面的模型分别简化处理。结合极地冰下环境工作条件,设计了基于指数趋近律的模糊滑模控制方法,并与常规滑模控制效果进行对比。仿真结果表明采用模糊滑模控制的机器人控制效果更好,整体更加稳定,能够很好满足极地冰下水环境控制需要。(3)为了测试系统的整体性能,对系统进行调试工作,调试完成后在冰下进行机器人控制实验。实验结果显示机器人的艏向角控制实验、纵摇角控制实验和深度控制实验均获得较好的控制结果,调节时间短,抗干扰能力强,表明所设计控制器能够在真实冰下水环境中对机器人完成较好的控制效果。

关键词： 协作机器人   按摩机器人   阻抗控制   变论域模糊控制  

摘要： 进入新世纪以来,国内老龄化问题日益凸显,在老年阶段,腰腿疼痛、失眠多梦等问题是常见症状。而当代年轻人因为工作节奏加快,闲暇时间被压缩,导致职业病发病率与日俱增,如颈椎病、腰肌劳损等疾病,没有时间去医院进行治疗,以致病情慢性化。能够治疗上述疾病的有效方法就是按摩,按摩不仅能够减轻疾病带来的痛苦,还能够起到预防的效果。但是国内按摩师数量严重不足,按摩器械又存在按摩力度不稳定等原因饱受诟病,因此,对按摩机器人进行研究具有重要意义。本文基于UR5型协作机器人,开展了按摩机器人控制研究。论文的主要内容如下:首先,对机器人进行正逆运动学推导,确立了机器人末端位姿与各个关节角度之间的关系,阐述了机器人柔顺控制方法。利用巴特沃斯低通滤波器对六维力/力矩传感器的反馈力信息进行处理,采用基于位置的阻抗控制方法实现机器人末端在位置空间和姿态空间的柔顺控制。分析了基于该方法的力度控制影响因素。在Simulink中搭建仿真模型,并对结果进行分析。其次,针对阻抗参数不能自适应调整,导致系统动态力控性能差的问题,采用模糊控制方法对阻尼参数b进行自适应调整,研究了模糊控制器的设计流程,制定了输入输出之间的模糊规则,最终确定一个以力误差和力误差变换率为输入,阻尼参数偏差为输出的双输入单输出模糊控制器,提高系统的自适应性能。为了解决零点附近模糊规则少,导致控制精度低的问题,加入变论域思想,通过伸缩因子对论域进行实时调整,提高系统控制精度和稳定性。在Simulink中搭建仿真模型,验证了基于变论域模糊控制的自适应阻抗算法具有良好的力控性能。然后,为了在实际实验中能够顺利的完成对按摩机器人力度控制测试,搭建了按摩机器人力控实验平台,基于QT框架开发了系统的控制软件和人机交互界面。并对实验平台进行安全性分析,确保实验平台的安全性。最后,基于搭建的实验平台,在人体背部进行了相关按摩实验,实验结果验证了基于变论域模糊控制的自适应阻抗控制算法在按摩机器人实际工作中的可行性以及力度控制的稳定性。