高速高精度加工中NURBS曲线混合插补算法

研究零件复杂表面高速高精度加工的NURBS曲线参数直接插补方法,结合FIR数字滤波器原理,提出了一种NURBS曲线混合插补算法。在保证零件加工精度的前提下,实现基于S型速度曲线的加减速控制,使运动速度准确平滑;同时,算法中不需要插补前瞻计算,显著缩短了NURBS曲线插补算法运算时间。

人机协同车间数字化制造模式的研究

在现代无线网络和通信技术的基础上,将移动计算技术引入到数字化车间制造中,提出了"数字化人"的概念与实现方法,在此基础上构建了人机协同车间数字化制造模式。文章分析了该模式的网络结构和功能,并针对人机协同车间数字化制造模式提出了面向角色多Agent、数字化人的工作流系统建模方法。

基于数字化人的车间数字化制造系统

基于移动通信及移动计算技术,提出了车间数字化制造系统中"数字化人"的概念。数字化人可实时接入车间数字化制造系统,通过感官获取信息,根据形象思维、直觉和经验作出判断,并与基于长期存储、精确推理和快速数据处理的机器智能无缝地结合起来,实现灵活快捷的最佳生产决策。在此基础上,构建了支持数字化人的车间数字化制造系统原型,分析了该原型系统的网络结构和功能。结合多Agent技术,构建了该类型数字化车间的运行模式。

基于量子框架的六自由度机器人控制系统研究

针对机器人控制系统内部行为状态的转换,提出一种可重用的适合嵌入式实时控制系统的软件框架设计方法。该方法阐述了利用HSM(层次状态机)思想、量子框架技术实现六自由度机器人控制系统的软件开发,其中采用有限状态机对机器人系统内部状态进行规划建模,并利用量子框架技术构建整个系统的软件框架,从而实现对机器人模型的逻辑控制功能。试验表明,该方法有效地降低了机器人控制系统软件的设计难度,提高了系统可靠性和可重构性。

基于FPGA的数控系统现场总线时钟同步技术

在采用现场总线技术的高速高精度多轴数控加工中,分布时钟的同步精度严重影响着加工轨迹以及加工精度。根据IEEE1588协议,提出一种基于FPGA的数控系统现场总线时钟同步方法,实现了主站与从站控制芯片。并通过将基于FPGA的实现方法与软件实现方法进行对比分析,论证了基于FPGA的实现方法可以获取更为准确的时间戳,能在较低的成本下实现时钟频率补偿,完成精确的时钟同步。利用搭建的主从站实验平台,完成了时间同步精度的测试。实验结果表明,基于FPGA的数控系统现场总线的时钟同步技术的同步精度小于300ns,进一步提高了数控系统的加工精度。

基于双NURBS参数混合插补算法的五轴联动交叉耦合控制器研究

针对零件复杂曲面高速高精度数控加工的需求,分析五轴联动数控加工系统刀具运动轨迹中的轮廓误差和方向误差,建立了该轮廓误差和方向误差的实时计算模型,从而得出系统跟踪误差计算模型;在此基础上设计出一种基于双NURBS参数混合插补算法的五轴联动数控系统交叉耦合控制器,并对其进行仿真,仿真结果表明,使用该交叉耦合控制器能有效提高五轴联动数控系统的零件加工精度。

基于IMU/视觉融合的导航定位算法研究

针对基于视觉传感器的移动机器人在快速运动或发生旋转时出现图像模糊和特征丢失,以至无法进行特征匹配,从而导致系统定位和建图的准确度及精确度下降问题,该文提出了一种以深度相机(RGB_D)融合惯性测量单元(IMU)的方案。采用ORB SLAM2算法进行位姿估计,同时将IMU信息作为约束弥补相机数据的缺失。两种传感器的测量数据采用基于扩展卡尔曼滤波的松耦合方式进行非线性优化,通过数据采集实验表明,该方法能有效提高机器人的定位精度和系统建图效果。

NURBS插补中相邻敏感点区域速度轨迹规划研究

为达到高速高精度加工目的,参数曲线插补成为研究重点,而NURBS曲线以其一般性和普遍性而被广泛研究和应用.在分析了速度轨迹规划方法后,提出了一种考虑NURBS曲线所有敏感点的速度轨迹规划插补算法,通过寻找G0连续,G1不连续和G1连续,G2不连续的断点以及大曲率的关键点,将曲线分段,继而根据每一曲线段始末点自适应速度进行速度轨迹规划,但是当前插补相邻敏感点区域和下一插补相邻敏感点区域都可能有速度轨迹规划交叉的情况发生,因此提出了整条NURBS曲线的速度轨迹规划方法.仿真结果表明该算法实现了速度和加速度的平滑且满足机床运动学和动力学限定要求.

以太网下的基于FPGA的时钟同步策略

以太网现场总线技术在高速、高精度、多轴数控加工中具有巨大应用价值,其中分布式时钟的同步精度对加工轨迹和加工精度有着严重的影响。提出一种基于FPGA的以太网现场总线的时钟同步策略。依据IEEE1588原理,阐述了基于FPGA可以更加精确的实现时间戳的捕获;利用PI控制器原理建立时钟同步算法并构建时钟频率补偿模块,可以在较低成本的条件下实现实现高精度时钟同步。在实时以太网通讯协议EtherCAT的组网中,验证时钟同步策略,实验证明,基于FPGA的以太网时钟同步策略使得主从站的同步精度小于100ns,满足高速、高精度、多轴数控加工的精度要求。

NURBS曲线敏感点速度平滑插补算法研究

NURBS插补相对于传统直线和圆弧插补具有极大优势,但其存在敏感点区域插补速度波动剧烈而引起超出机床加工运动能力范围的问题。为了提高NURBS曲线插补运动学性能,改善其加速度和加加速度轨迹突变问题,提出一种NURBS曲线几何特性的敏感点区域速度平滑的插补算法。其通过搜索G1或G2不连续的断点和具有大曲率的关键点,在这些敏感点处分别利用FIR级联滤波器进行S型加速度的平滑速度规划,而后采用断点处速度近似调整的方法,来对其运动学特性进一步改善。仿真和实验结果表明,该算法在敏感点处平滑速度规划和运动学性能良好。

基于FIR滤波的NURBS插补算法研究

在考虑数控加工精度和加工效率的基础上,针对传统加减速控制中减速点预测不准的缺陷,提出了一种基于级联滤波器的NURBS插补算法。该插补算法根据速度敏感点将要加工的曲线进行分段处理,避免了插补过程中的爬行与过冲,提高了加工质量。基于弓高误差的速度自适应调整使得加工精度一直在允许的范围之内,基于滤波器的进给速度控制方案使速度过渡平稳,提高了插补的效率。最后对提出的NURBS插补算法进行了实验仿真,结果证明该算法的可行性。

UML Statechart在嵌入式数控系统软件中的应用研究

针对数控系统复杂行为的描述和控制,分析了采用有限状态机方法的利弊,提出了采用UMLStatechart的系统行为描述方法。应用该方法对一嵌入式数控系统的软件开发进行了尝试,给出了系统任务管理器对象的UML Statechart及其实现方式。结果表明,该方法有效地简化了行为描述,提高了行为描述的可读性,降低了数控系统软件的实现难度。

平面机构误差分析的同伦法

提出考虑机构原始误差及由弹性变形等造成的平面机构位置误差分析的一种新的方法 ,其基本思路是 :建立平面理想机构与实际机构的位置方程组的同伦方程组 ,用同伦法求出实际机构的位置 ,从而得出平面机构的位置误差。

串联弹性驱动器的设计及力矩控制研究

为了改善机器人在人机交互过程中力矩柔顺性问题,对机器人关节中的串联弹性驱动器(Series Elastic Actuator,SEA)进行了改进,从而提高了SEA驱动器中弹性体受力与变形的线性特性。在力矩控制器的设计中,采用了基于数据驱动控制的无模型自适应控制算法(MFAC),并利用BP神经网络算法实现控制器参数的在线自整定。该数据驱动控制算法在不需要建立受控系统精确数学模型的情况下,即可实现串联弹性驱动器(SEA)的力矩控制。既简化了控制器设计的难度,避免了机器人关节建模的复杂性和未建模的动态误差,又提高了控制系统对负载扰动的鲁棒性。为了验证控制方法的有效性,对SEA驱动器进行仿真分析。仿真结果验证了所设计的控制方法对SEA力控具有良好的跟随性,能够实现机器人与人、环境之间的安全物理交互。

基于数据驱动的多电机速度同步控制研究

针对多电机系统中各电机同步性能较差的问题,提出利用无模型自适应控制算法来设计控制器。该控制策略在不知道被控系统数学模型的前提下,只利用其输入输出信息即可完成控制器的设计,控制器结构比较简单。先利用永磁同步电机的数学方程进行简单建模,再通过无模型自适应控制算法完成控制器的设计,并采用BP神经网络算法对其关键参数进行在线自整定,最后在Matlab/Simulink平台上搭建双电机同步控制模型,与交叉耦合PID控制方案进行仿真对比实验,仿真结果证明了该控制策略的可行性和优越性。

新型数控系统研究

文章提出了人机协同的车间制造模式的概念,指出基于无线通信的开放式数控系统在该模式中的重要地位,阐述了这种新型数控系统的体系结构。它主要由数控PDA和机床控制器两部分构成,它们通过蓝牙无线通信技术进行信息交换,并采用Windows CE.NET和Visual Studio.NET作为开发平台。最后讨论了在基于Windows CE.NET的数控系统中,中断控制驱动程序的开发问题。

基于Windows CE的数控系统中断控制

比较了几种数控系统的开发平台,指出Windows CE是开发开放式数控系统的一个较理想的选择;讨论了怎样设计驱动程序去完成基于Windows CE的数控系统的中断控制;以数控系统实时插补为例,介绍了IPC5387定时器卡中断驱动程序的开发技术。

基于Web服务的移动控制数控系统关键技术研究

提出了基于Web服务的移动控制数控系统的概念,该系统由作为Web浏览器的移动控制器和作为Web服务器的设备控制器两部分构成,通过蓝牙无线通信技术进行信息交换,实现人机协同。研究了其硬件组成、体系结构和移动控制器的B/S和C/S两种工作模式。对运动控制器和CNC的集成统一接口标准进行了讨论,提出了版本空间的概念和缩小版本空间的方法。配置了蓝牙通信协议,进行了蓝牙通信的实验。研究结果为车间数字化制造设备的跨平台无缝集成和可重构提供了支持。

无线通信在机器人及数控机床中的应用

为解决传统数字车间采用有线网络与通信技术所带来的困扰,获得良好的人机界面和人机协同工作,本文提出了一种新型数控系统模式。它由两部分组成,即基于WindowsCE.NET的嵌入式机床或机器人控制器和基于智能手机的移动控制器,两者通过无线技术进行通信。首先通过对蓝牙技术与IEEE802.11x的介绍与比较,阐述了为什么选用蓝牙技术。然后详细研究了WindowsCE.NET平台下对蓝牙硬件、协议、剖面的支持以及对其配置的问题。最后讨论了新型数控系统中蓝牙通信机制与实现。

基于无线通信的人机协同车间数字化制造模式

网络环境下的数字化制造的成功与否不仅取决于企业上层管理的数字化和信息化,也取决于车间底层的数字化和信息化。后者在一定意义上更加困难:普通机床造成信息盲区,车间布线困难,调度的不确定性等,传统的FMS排斥人的参与,文章提出一种基于无线通信技术的人机协同车间数字化制造模式:它是一个三层结构,即基于有线和无线局域网的管理层、掌握车间数字助理的现场调度员层和采用掌上数控系统的数控机床和普通机床的设备层;车间数字助理通过802.11x和管理层与设备层通信;数控系统由掌上部分和嵌入机床的固定部分组成,彼此通过蓝牙通信。采用WindowsCE.NET作为车间数字助理和数控系统的操作系统平台。采用人机协同的多Agent调度策略。新的数控系统把以机器为中心的操作模式改为以人为中心,一人能同时操作多台不同类型的数控机床,构成一个人机协同工作的加工单元,比传统的FMS更灵活、更可靠。