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关键词： 水下搅拌机器人   动力学建模   控制系统   模糊自适应   遗传算法  

摘要： 活性污泥法作为污水生物处理技术,是在充氧条件下,将废水与活性污泥混合搅拌并曝气,分解去除污水中的有机污染物,以实现污水的生化处理。在污处理过程中,当氧量过高时,需停止对爆气池注氧,但此时含有生化成分的污泥会沉积,影响污水在曝气池中的处理效果。混合搅拌作为活性污泥法的核心技术,目前多使用固定的机械搅拌,存在搅拌死区、氧浓度不均匀等问题,以移动搅拌替代传统的机械搅拌作为新的技术方案,能够有效提高净化效率。本课题旨在研究解决上述问题的水下搅拌机器人及控制系统,利用可移动载体搭载搅拌设备完成搅拌作业,并以有效的控制方式在曝气池中准确地进行确定航线作业和定点作业,以达到污水的生化处理效果。本文首先针对曝气池实际的环境与工作需求,确定了水下搅拌机器人的技术指标,综合考虑曝气池的水下环境,以机身配备双曲面搅盘优化机器人结构,在本体上布置6个推进器实现装置全驱动,并针对添加的移动载体与搅拌作业装置按照配重要求进行计算,保证水下搅拌机器人的平衡性。其次,对水下搅拌机器人系统的受力进行分析,针对水下搅拌机器人系统进行动力学和水动力建模,并对水下搅拌机器人耦合效应进行研究。考虑水下搅拌机器人的本体与水下搅拌设备的交互效应,建立整体的动力学模型,通过解耦计算得到控制模型。然后,考虑曝气池水下环境的湍流干扰,应用模糊规则自适应优化的控制系统参数,设计了模糊自适应控制器并仿真,为提高模糊自适应控制的精度,应用遗传算法优化模糊控制的隶属度函数和模糊规则,设计了基于遗传算法的模糊自适应控制系统,仿真结果表明,即使在动态模型存在不确定性扰动的情况下,进一步有效解决了曝气池水下环境的强湍流影响问题,控制精度控制在0.1s以内。最后,搭建水下搅拌机器人的实验平台,依据水下搅拌机器人电子舱的体系结构,确定水下搅拌机器人监测系统的总体方案,然后根据各传感器和水下主控系统的数据通讯,开发了模块化的Lab VIEW水下搅拌机器人实验监测平台。实验结果表明,本文所提GA模糊自适应控制策略显著提高了水下搅拌机器人运动稳定性,说明该方案是可行的,能够应用于曝气池移动搅拌工作。

关键词： 协作机器人   碰撞检测   零力控制   主动柔顺控制   模糊自适应  

摘要： 随着工业4.0时代的到来,以及智能制造技术的不断发展,传统的工业机器人难以胜任诸如柔性装配、表面加工等需要与外界环境直接接触的复杂任务,也无法适应复杂多变的工作环境。此背景下,面向人机协作并能与外界进行直接交互的协作机器人得到了广泛的关注和研究。本文以协作机器人为研究对象,对面向人机协作的机器人关键技术展开理论与实验研究,包括柔性关节动力学建模方法、碰撞检测方法、零力控制方法和主动柔顺控制方法。首先,针对协作机器人的柔性关节结构,基于Spong的假设,采用拉格朗日方法建立了其完整的和简化的动力学模型。介绍了用于本文验证实验的2-DOF协作机器人实验平台,整个平台由机器人本体、控制软件和电气控制系统三部分组成。为了优化控制效果,还确定了实验平台的DH参数和惯性参数等重要参数的设计值。其次,针对人机协作场景中,机器人易与人员和外界环境发生碰撞进而危害人机安全的问题,采用基于广义动量的碰撞检测算法实现了机器人的碰撞检测功能。该算法无需安装任何力矩传感器,仅通过测得的关节连杆角度和角速度便可实现对碰撞力矩的估计,可极大地降低机器人的生产成本。同时,还提出了三种碰撞响应策略:零力控制策略、弹簧振荡策略和停止等待策略,以应对不同的碰撞场景,充分保障人机安全。然后,针对机器人示教效率低下的问题,提出了一种阻抗控制框架下基于关节力矩反馈的零力控制方法,以实现对机器人的直接拖动示教。该方法鲁棒性强、性能稳定,可实现对机器人任意关节的零力控制。同时,通过设置较低的刚度增益,在使用设计参数的条件下便能达到良好的零力控制效果。最后,针对传统的柔顺控制算法面对复杂环境适应性差的问题,提出了基于模糊自适应的导纳控制算法。该方法在固定参数的导纳控制算法的基础上增加了一个基于规则自适应的模糊调节器,该调节器以接触力和接触力的变化率为输入量,根据给定的模糊规则动态调整阻抗参数,进而调节机器人的柔顺性能,以适应外界环境的变化。上述所提的策略和方法均利用本文的实验平台进行了实验验证,并证明了可行性。

关键词： 自主式   水下机器人   控制技术   控制系统  

摘要： 自主式水下机器人(AUV)是海洋资源勘探和开发的重要工具,AUV先进的导航与控制、通信、传感器和其他技术使得人类在认识海洋上取得了大的飞跃。控制系统是构成水下机器人的核心部件,同时也是决定水下机器人工作状态是否稳定与可靠的关键。本文首先对国内外自主式水下机器人的发展进程和研究现状进行归纳与分析,介绍了水下机器人控制技术,总结造成水下机器人不易控制的成因,并针对应用于水下机器人的主要控制技术展开系统论述。然后简述几种主要控制方法的基本原理,同时进一步对水下机器人的运动控制进行具体剖析,为合理选用水下机器人运动控制方法、设计相应控制器与构建控制系统提供了一定的参照依据。最后展望持续进步的自主式水下机器人研制技术在未来海洋开发领域的应用前景。

关键词： 机器人控制技术   教学改革   课程建设  

摘要： 机器人控制技术是自动化专业的一门专业方向课,该课程具有理论性、设计性、实践性、创新性等特点。针对机器人控制技术课程的教学现状,结合西京学院应用型人才的培养目标,以及自动化专业智能机器人方向的专业定位,从教学内容、教学方法、实践教学、课程考核、资源建设、参加竞赛等方面进行课程改革研究,以期提高教学质量和教学效果。

关键词： 机器人控制技术课程   教学改革   探索   实践  

摘要： 为了满足国家与社会发展需求,自迈入21世纪后,各高校均不同程度地进行教学改革,也由此在教育领域掀起了一股改革热潮,正是因为这股热潮的兴起,才引申出机器人控制技术课程教学改革,使得机器人控制技术课程教学改革成功更具可能性。就目前来看,机器人控制技术课程教学改革仍旧处于探索与实践的初级阶段,有必要对其进行研究和分析。基于此,文章围绕机器人控制技术课程教学改革进行深入的探索与实践,提出改革各项建议,以供参考与借鉴。

关键词： 分拣机器人   运动学闭环控制   力矩前馈控制   PID控制   遗传算法   动态跟踪精度   高速  

摘要： 目的:满足当前对食品分拣机器人速度和精度的需求。方法:基于高速并联食品分拣机器人的系统体系结构,提出一种将传统的运动学闭环控制和力矩前馈控制相结合的高速并联食品分拣机器人控制方法;在原有遗传算法整定PID控制参数的基础上,引入力矩前馈控制方法进行动态控制;对比分析系统的动态跟踪精度和关节力矩,并验证该控制方法的优越性。结果:与传统PID控制相比,最大和平均关节位置跟踪误差降低了65%以上,最大轨迹误差降低了50%以上。结论:该控制方法可以有效提高高速运行时抑制动态干扰的能力。

关键词： 下肢外骨骼   康复机器人   模糊PID控制   阻抗控制   仿真分析  

摘要： 下肢外骨骼康复机器人是一种通常用于中风和偏瘫患者,可以辅助人体下肢运动的新型可穿戴智能设备,其融合了出色的控制、传感、康复医疗、人机交互、嵌入式等技术。如何实现有效的康复训练已经成为整个社会所关注的重要问题和科研人员研究的热点。本课题主要对现有的下肢外骨骼结构进行控制技术的研究,设计相应的控制系统方案,完成硬件系统设计及相应设备选型,进行软件结构设计和模块划分,并完成了各个模块的程序流程设计及相应代码的编写,最后分别对主被动康复训练进行对应控制策略的研究,并进行仿真分析,从理论分析和仿真验证两方面进行研究。在硬件方面,规划了能够实现控制需求的总体硬件结构的组成,完成了控制器、伺服电机及传感器等的选型。在软件方面,采用模块化的思想分别对通信任务、电机控制任务、人机交互任务和系统任务进行相应的软件设计。针对下肢外骨骼康复机器人在进行被动控制康复训练时采用传统PID控制存在动态性能差,鲁棒性差等缺点,提出了一种优化的复合控制策略。首先建立直流无刷伺服电机的数学模型,结合PID控制与模糊控制,提出模糊PID控制算法,在MATLAB建立仿真模型,并进行仿真验证,结果表明模糊PID控制可以提高系统的动态性能。针对下肢康复机器人的主动控制训练时,整体人机交互系统柔顺性问题,进行基于位置的阻抗控制算法设计,并对髋关节和膝关节进行轨迹跟踪的仿真分析,结果表明所提出控制算法是有效的。图66幅;表17个;参60篇。

关键词： 科教融合   拔尖创新人才   虚拟仿真平台   研究生培养  

摘要： 推动“双一流”建设,需深入贯彻科教融合,培养拔尖创新人才。本文以机器人控制技术课程为例,对目前高校“科教分离”的主要原因进行了分析,提出一种基于虚拟仿真平台的研究生课程教学改革方法,分别从精细化、真实化、可扩展化以及模块化四个方面对教学方式与教学过程进行改革,提高教学质量,解决理论与实践教学相分离的问题,通过理论与实践相结合的方式实现科教融合。同时,完善学生的知识体系,提升其创新思维能力,为我国“双一流”建设提供方法与借鉴。

ISBN: (纸本)9787111655299

关键词： 工业机器人   机器人控制系统   力觉   视觉控制   高级功能   发展趋势研究   东北大学   轴控制  

摘要： 工业机器人控制包括"力觉控制""视觉控制"和"附加轴控制"等高级功能,为了推进对工业机器人控制领域的研究,近几年国家不断推进工业机器人相关领域的教育。《工业机器人控制技术》一书由东北大学郝丽娜教授主编,由程红太和杨勇担任副主编,于2018年1月在华中科技大学出版社出版。