基于PLC的自动测流机器人系统设计

针对当前河道测流存在的效率和自动化程度较低、测量模式单一等问题,提出了一套基于可编程逻辑控制器(PLC)的河道自动测流机器人系统设计与实现方案。该机器人系统由运动系统、采集系统、人机交互以及远程通信四大模块组成。首先,设计了自动测流机器人系统的硬件结构,实现了自动测流机器人在河流轨道上运动、铅鱼收放等功能。然后,开发了基于PLC的测控系统,设计了PLC梯形图和硬件连接方案,实现了自动测流机器人运动控制。最后,自动测流机器人系统通过RS-485通信协议将多传感器采集的数据传输到操控屏,结合4G远程技术,实现了采集数据和操作指令的远程传输。通过现场模拟的采集测试,该机器人系统可实现自动测流、远程操控、故障自检等功能,并提供多种测量模式,满足河道测流的使用需求。该系统的设计为开展智能化河流数据采集的研究奠定了基础。

面向笔筒自动化生产的智能制造实验教学平台建设

针对智能制造工程专业的实验教学需求,面向笔筒自动化生产开发了智能制造实验教学平台。将数控机床、机器人、智能检测等技术应用到笔筒加工、装配和检测中,融合了加工制造、机构设计、机器人、智能检测、数据通信、软件编程等方面的实验教学内容,构建了多学科交叉的智能制造实验教学平台,为新工科背景下智能制造的多层次、多交叉实验教学奠定了基础。

面向网络化制造的ERP综合实验教学模式研究与探索

随着信息技术的迅速发展,ERP在制造业中也得到广泛应用。基于ERP的智能制造技术包含传统加工、设备自动化、企业信息化等内容,对学生综合能力提出更高的要求,使高校实践教学面临新的挑战。为了改革原有ERP实践教学以沙盘模拟为主、授课和考核形式单一、缺乏对学生创造力和综合实践能力的培养等问题,提出了“基础—进阶—综合”的一体化实践课程体系,更加注重ERP理论知识和应用实践的融会贯通,突出体现学科交叉知识应用以及不同层次人才培养,对培养满足社会需求的制造业ERP专业人才具有重要的现实意义。

基于麻雀搜索优化的背景分割算法的板簧尺寸检测方法

针对复杂背景下汽车板簧轮廓特征点难以提取的问题,提出改进麻雀搜索优化的K-means背景分割算法并辅以投射线激光提取待测特征点。首先,通过遍历全局像素,根据梯度阈值确定最优方向,减小向最优方向移动的步长数值,以此改进麻雀搜索优化算法,克服算法全局搜索能力弱、容易陷入局部最优的问题;其次,将麻雀搜索的感兴趣像素点作为K-means算法的初始中心点,把具有相似特征的像素点聚为一类,使板簧从复杂的背景环境中分割出来,获取板簧的外形轮廓;最后,向板簧表面投射线激光辅助标记,相交于板簧轮廓,提取待测特征点。结果表明,提出的基于背景分割的汽车板簧尺寸检测方法可以提取待测特征点,且精度可达0.25 mm,形成在线测量数据,有利于改进生产工艺。

风电塔筒爬壁机器人吸附结构设计分析

针对风电塔筒外壁面检修困难的问题,对当前风电塔筒检修的方式、缺陷、需求进行了分析,对现有爬壁机器人的机械结构、吸附方式、主要功能进行了归纳,提出了一种可适应曲面吸附爬行的新型机器人机构。该机构可辅助或替代人工进行风电塔筒的检修,具备两个旋转自由度,采用了一种新型永磁爬壁吸附结构,可稳定吸附于风电塔筒外壁面并在壁面移动;利用Solidworks、Maxwell等软件进行了爬壁机器人的结构建模及吸附机构的吸附力仿真;对爬壁机器人在不同的失稳条件下进行了受力分析,得到了所需吸附力数值;将吸附单元仿真结果与计算所需吸附力进行了比较。研究结果表明:该爬壁机器人吸附能力符合稳定吸附要求,可以稳定吸附于风电塔筒外壁面。

面向未知环境的机器人动态路径规划算法研究

针对未知地图环境下侦察巡检机器人路径规划算法存在的运算耗时较高、响应慢等问题,提出一种适用于未知地图信息情况下的动态路径规划方法及避障策略。首先,改进跳点搜索算法的关键点生成方法,针对大地图动态环境下的搜索需求提出“指定动态跳点”策略;其次,针对“指定动态跳点”策略在凹型障碍物内不易脱离等问题,提出“重搜索”策略;最后,在凹障碍物环境下开展仿真与实验。实验结果表明:在实验环境下,所提路径规划算法能够在保证运行路径较短的同时,规划算法平均耗时降低73.86%,搜索节点数平均减少71.28%,证明所提算法占用设备资源更少,效率更高。

基于Simulink的机器人实时运动控制平台开发

为满足实验教学中对机器人运动控制平台的需求,开发了基于Simulink的机器人实时运动控制平台。以多自由度机器人为控制对象,搭建了基于双机方案的控制系统,完成了硬件系统的开发。采用模糊PID控制方法,在Simulink编程环境中编写软件程序,并开展了机器人对阶跃信号的轨迹跟踪实验,对比了PID和模糊PID两种方法的控制效果。实验结果表明,所开发的平台可为学生开展机器人实时运动控制提供验证平台。

基于双向动态跳点搜索算法的AGV路径规划研究

针对复杂大地图环境下自动导引车路径规划的实时性问题,提出了一种双向动态跳点搜索算法。首先,改进跳点扩展策略,从规划空间的起始点和目标点同时搜索路径;其次,优化跳点筛选规则,动态定义启发式搜索的目标点,引入当前跳点的父节点作为相对方向上跳点扩展的目标点;最后,为验证算法的有效性,开展了仿真和实验研究,使用不同尺寸的栅格地图进行仿真。结果表明,与跳点搜索算法相比,所提算法平均路径搜索时间缩短了33.18%,平均搜索节点数减少了66.77%。

基于粒子滤波的UWB+惯导融合定位算法研究

为了提高自主导航机器人的室内定位精度,提出一种基于粒子滤波的超带宽(UWB)/惯导融合定位算法。首先,UWB定位采用双边双向测距算法确定距离信息,通过三边定位算法确定位置信息。其次,惯导定位通过编码器采集运动信息,建立非完整约束下的动力学模型,确定运动轨迹。两种定位信息在上位机中通过粒子滤波进行融合,实现高精度融合定位。仿真结果表明,与单一UWB定位相比,基于粒子滤波的融合定位算法定位误差降低了66.41%。

应用于视觉SLAM的自适应去雾算法

为解决有雾环境下由于图像退化造成的视觉SLAM系统的稳定性问题,对含雾连续图像的雾浓度变化特性进行研究,提出一种针对未知雾浓度环境的自适应图像去雾算法。使用自适应PI调节方式调节去雾参数,使用去雾图像中的阻塞点占比表示图像去雾程度,实现对去雾参数的实时校正,保证算法对不同雾浓度环境下图像的去雾效果。实验结果表明,该算法相较于现有去雾算法具有更好的去雾效果,使用该算法作为前端的视觉SLAM系统在雾天环境下具有更好的鲁棒性。

3D打印镂空型芯压缩性能及其铸造实验研究

为研究3D打印镂空结构对型芯压缩强度和铸造冷却温度造成的影响,以圆筒状零件的铸造为例,设计并3D打印了砂型上下模和三种型芯结构,包括实心型芯、无支撑和桁架支撑镂空型芯。进行了镂空型芯、实心型芯的压缩实验和A356铝合金的铸造实验,测量铸造过程中铸件的冷却温度变化。结果表明,所设计的无支撑和桁架支撑镂空型芯抗压强度约为实心型芯的18%和25%,镂空型芯抗压强度可满足铸件铸造要求;无支撑镂空型芯和桁架支撑型芯重量约为实心型芯重量的83%和87%,可减少砂型重量。采用镂空型芯可改变铸件的冷却速度,为调控铸件冷却场的研究奠定了基础。