基于Fluent的非光滑表面减阻仿真实验

该文基于有限元法构建了一套可用于非光滑表面减阻仿真的实验方案。将在ICEM中划分的非光滑表面模型网格导入ANSYS中的Fluent模块进行仿真计算,通过对比分析不同速度、不同展向间距圆锥微结构的减阻率评估减阻效果,并利用可视化功能观测速度、压力和湍动能云图,探究了由圆锥微结构构成的非光滑表面减阻规律,为减阻性能方面研究提供了一种新的思路。

基于BP神经网络的机器人力矩补偿研究

通过对关节驱动助力减小机器人拖动示教的拖拽力,是提高拖动示教灵活性的有效方法。而在拖动示教过程中准确、实时地计算出机器人各关节补偿力矩,是实现拖拽助力的关键问题。针对拖动示教喷涂机器人进行动力学建模,分析关节力矩补偿值与惯性力、重力等因素之间的关系,提出一种基于无监督学习的BP神经网络力矩控制算法对机器人直接示教进行在线力矩补偿。在六自由度喷涂机器人上进行实验验证。结果表明:该力矩补偿算法的计算效率提升70%,平均计算误差为9%,助力效果明显。

面向大型工件的拖动示教自动喷涂系统开发

针对国内中小型企业普遍采用人工方式对大型工件进行喷涂作业,产品质量难以保证,且生产环境恶劣,危害工人身体健康这一现状,开发一套可拖动示教的自动喷涂系统。阐述由两台拖动示教机器人和一辆移动架车共同作业的自动喷涂系统的硬件布局和运行方式。基于EtherCAT技术,完成机器人控制系统的硬件平台搭建和软件架构设计,实现机器人的拖动示教和轨迹再现功能。结合机器人的运行特点,实现双机器人与移动架车整体的示教和再现功能,设计系统喷涂示教和自动喷涂的运行流程。根据企业的生产需求,搭建一个针对大型浴缸的自动喷涂系统,并投入车间进行喷涂生产。结果表明:该系统性能可靠,喷涂产品质量良好且品质稳定。

数字孪生驱动的协作机器人状态监测方法研究

针对协作机器人的实时状态直接影响其在“人机共融”场景下的工作效率和安全性等问题,研究了基于数字孪生驱动的协作机器人状态监测方法。通过搭建数字孪生数据采集及存储系统实时采集状态数据,采用数据与模型的融合方法,将采集到的实时数据通过协作机器人数字模型进行可视化呈现,并采用“拖动示教”方式验证实体机器人的各轴转动。结果表明,该系统可以实时检测到机器人实体的状态,并保持一致运动。数据孪生驱动方法可以实现实时监测协作机器人的状态,保障人机协作过程中操作人员的安全性。

面向应用型人才的“电机及拖动”教学改革

“电机及拖动”是自动化的专业基础课,以培养应用性人才为目标,分析该课程的教学现状和存在的主要问题,进行了一系列的课程教学改革,主要从教学内容的调整、教学方法的灵活运用、教学课件的制作、考核方式的改变和实验改革等方面进行了探讨,通过实践取得了良好的成绩,并提出了今后发展的方向。

课程思政教学探讨——以湍流减阻与流动控制课程为例

多数工科类课程在教学过程中没有将教学任务和课程思政深度融合。在分析湍流减阻与流动控制这一课程当前的教学模式和教学任务基础上,构建湍流减阻与流动控制课程思政教改方案,挖掘课程中潜在的六个思政元素,以教学-科研-教学为主线,完善实践基地,设计课程实践来实现科研反哺教学,并通过师生互讲调动学生的主动性,将思政元素有机融入课程教学,实现专业教育和思政教育的有机统一。

基于双目视觉的双臂协作教学机器人研究与设计

为弥补智能制造、机器人工程等新专业实验装置短缺、学生创新实践能力亟待提升等问题,本文设计了一种基于双目视觉的双臂协作教学机器人.双臂机械部分设计呈对称结构,底座大而稳定,可以降低制造成本及协作抓取难度;研究设计的示教动作还原算法和重投影误差最小化算法,可以提升机器人末端位姿数据采集精度,使双臂协作抓取更准确稳定.该系统不仅能够通过上位机拖动控制双臂运动完成示教编程及动作组实验,而且还能够进行基于视觉引导的图像处理及单臂抓取实验、运动分析实验、在线编程与协调抓取开放实验.该系统成本低、功能丰富、综合性强,且兼具拖动示教与开放性特点,有助于提升学生创新实践能力,非常适合在智能制造、机器人工程等专业实验教学过程中推广应用.

基于弹性摩擦模型的机器人免力矩传感器拖动示教方法

基于广义动量的外力观测器和导纳控制方案,采用弹性摩擦模型估计关节摩擦力,并对关节起动阶段的摩擦估计值进行规划,实现了免力矩传感器的机器人拖动示教。基于机器人的动力学模型和运动状态,建立了基于广义动量的机器人外力观测器,观测操作者对机器人施加外力。采用导纳控制方案,根据观测的外力生成关节运动轨迹,实现机器人的拖动示教。采用弹性摩擦模型对关节摩擦进行建模,并在模型中引入Stribeck摩擦项,实现关节在低速和静止状态下的摩擦力估计。为解决关节在静止状态下拖动困难的问题,对关节起动阶段的摩擦力估计进行规划,通过短暂增加关节摩擦的估计值以增加关节驱动力矩,从而实现关节的轻松拖动,且起动规划算法不会对机器人关节的其他运动阶段造成影响。实验表明,采用本文控制方案可有效实现免力矩传感器的工业机器人拖动示教。采用起动规划方案可有效增加关节起动外力和缩短关节起动时间,在起动阶段关节可以短暂产生26 N·m以上的估计力矩,相比未使用规划时关节的起动时间至少可减少70%。同时,关节在起动阶段具有一定的抗干扰能力。

关节一体化机器人动力学与阻抗控制算法研究

文章针对关节一体化机器人在高速复杂运动下能保持手臂平滑运动同时具有拖曳式示教的功能问题。首先文章利用DH法建立了转换坐标系,得到了各关节连杆的相对关系,运用弦位迭代的算法解决了手臂运动解耦问题。其次,针对关节一体化机器人空机械手的结构特点,建立了用牛顿—欧拉法的动力学方程。再次,在分析阻抗控制原理的基础上,设计了笛卡尔空间基于力的阻抗控制结构,并在关节空间实现笛卡尔空间经典阻抗控制问题。最后在机器人实验平台,基于关节转矩反馈设计阻抗控制器,并进行阻抗控制实验,实现机器人拖曳式示教功能,验证了所设计算法的有效性。

基于电流的力控制技术与安全保护研究

文章解决了电机电流进行机器人主动柔顺控制的问题,同时对七自由度关节一体机器人进行拖曳式示教实验。首先针对关节一体化机器人进行运动学分析,采用多层前向神经网络解决机器人运动学冗余轴反解问题,将复杂的非线性优化问题转化为简单的代数方程组求解问题。然后由于机器人特殊的构型及关节耦合复杂,采用牛顿—欧拉动力学建模。将永磁同步电机的转矩模型与机器人动力学模型结合,得到基于电流模型的力检测。最后实现基于电机电流的机器人主动柔顺控制,并在七自由度关节一体机器人上进行拖曳式示教实验,实际运行结果验证了算法的有效性。

MATLAB软件在电机与拖动课程教学中的应用

针对电机与拖动课程中的概念抽象、数学推导复杂,其工作特性变化多的特点,本文将MATLAB仿真软件应用在本课程的教学中.通过两个仿真实例表明,应用MATLAB仿真软件可以使课堂中许多抽象的问题形象化、具体化,帮助学生更好地理解教学内容中的重点和难点,充分调动学生学习的积极性,保证教学效果和教学质量.

关节一体化机器人动力学与阻抗控制算法研究

针对关节一体化机器人在高速复杂运动下能保持手臂平滑运动同时具有拖曳式示教的功能问题。首先利用DH法建立了转换坐标系,得到了各关节连杆的相对关系,运用弦位迭代的算法解决了手臂运动解耦问题。其次,针对关节一体化机器人空机械手的结构特点,建立了用牛顿—欧拉法的动力学方程。再次,在分析阻抗控制原理的基础上,设计了笛卡尔空间基于力的阻抗控制结构,并在关节空间实现笛卡尔空间经典阻抗控制问题。最后在机器人实验平台,基于关节转矩反馈设计阻抗控制器,并进行阻抗控制实验,实现机器人拖曳式示教功能,验证了所设计算法的有效性。

“电机与拖动基础”课程教学改革探索

在"电机与拖动基础"课程教学过程中,开展了一系列改革探索:通过建立电机结构3D模型、电机电磁场3D模型以及透明电机模型的演示等教学辅助手段,增强学生的感性认识;通过引入对比法与启发式教学方法,培养学生总结归纳知识的能力;探索建立教学效果的反馈方式,并根据反馈结果调整教学手段与教学方法;建立开放性实验,提高学生的综合素质以及实践能力;探索多种方式综合评价学生的学习效果,摆脱课程评价仅依赖于期末考试的评价方式。

机器人示教臂系统的示教实现

提出了基于轻质无驱动机械臂人工拖动的直接示教方式。根据DH变换法建立了示教臂与被示教机器人运动学关系。针对逆运动学多解问题,以位形选择方式,实现示教臂和机器人的位置映射,从而实现了示教臂与机器人的示教-再现过程,并说明了有奇异路径的示教方法。对具体任务进行仿真验证了方法的有效性。

基于扰动卡尔曼滤波的机器人免力矩传感器拖动示教方法

拖动示教技术操作简便且效率高,更符合现代化的柔性生产,而实现工业机器人的拖动示教需要准确地测量外力与控制由外力所引起的关节运动。为了实现免力矩传感器测量操作者施加的外力,设计一种基于扰动卡尔曼滤波的外力观测器。该观测器通过将关节外力矩作为扰动项,并引入广义动量,建立机器人系统的状态空间方程,进而采用卡尔曼滤波算法得到关节外力矩的最优观测值。其中,为了提高外力的估计精度,提出以刚体动力学模型和深度神经网络相结合的方式建立机器人的动力学模型,该方法不仅避免了关节摩擦力矩的复杂建模过程,而且将模型中未建模的因素通过深度神经网络进行补偿。为了实现机器人在拖动示教过程中的牵引控制,将机器人的关节运动与外力矩之间的动态响应关系等效为一个质量阻尼系统,并提出一种自适应阻尼的导纳控制方法,将观测到的外力矩转换成示教运动的期望关节转角,并根据外力矩的变化趋势自适应地调整系统阻尼参数,以改善机器人的示教效果。实验表明,所建立的动力学模型在预测力矩上具有更低的均方根误差,可减小不少于20%的误差;采用所提出的控制方案在六自由度的工业机器人上实现了免力矩传感器的拖动示教,自适应阻尼调整方法能减少约19%的关节启动力矩,更有利于机器人示教运动的启停。

基于“三结合”模式的《电机与拖动》教学实践探索

《电机与拖动》属于自动化、电气工程等专业的重要基础课程,具有知识点多、理论性强、内容较抽象的特点,普遍存在教师难教、学生难学的情况。本文从理论和实验教学分析出发,结合多媒体教学和交互式教学理念,提出了"三结合"的教学改革模式,并取得了良好的教学效果。

电机与拖动课程教学改革探索

电机与拖动课程是高职院校机电一体化及相关专业的一门重要专业基础课,课程具有很强的理论性和实际应用性。在教学过程中,普遍存在课程内容抽象,难度大,学生学习积极性不高,实践应用能力不强,教学效果不佳的问题。针对此情况,从优化教学内容、创新教学方法和手段、完善实践环节以及改革考核评价方式等方面进行课程教学改革的探索。

《电机及拖动》课程教学改革方法的思考与探索

为了适应我校向应用型本科教育转型的需要,为了提升应用型本科学生的综合素质及就业能力,对电气工程及其自动化专业的《电机及拖动》课程提出了理论教学和实践教学的教改方法,经过几年来的具体实施,学生的就业率、考研率及考入国家电网的人数有了显著的提高,并取得了较好的教学效果。

基于位置跟踪器的机器人快速示教方法

针对中大型机械臂拖动示教中迟滞和难以精细化操作、控制困难等问题,提出一种基于位置跟踪器的机器人快速示教系统。首先,位置跟踪器接收端被固定在机械臂末端,对其进行坐标系数学建模;其次,分别推导了机器人基坐标系-末端坐标系和位置跟踪器发射端坐标系-接收端坐标系的变换关系,给出了采用基于四元数的求解位置跟踪器发射端坐标系与机器人基坐标系的变换关系的方法;最后,在标定完成后可将位置跟踪器接收端当成示教笔用于机器人示教工作。根据位置跟踪器接收端坐标系与机器人基座标系的变换关系即可将位置跟踪器接收端的位姿转换成机器人基坐标系下的位姿,无需拖动机器人即可快速完成机器人示教,获取路点信息;此外,位置跟踪器接收端相比机器人末端更轻便小巧。在一些需要在小范围示教场景下,使用位置跟踪器接收端进行示教工作比人工拖动机器人更加方便、高效。在验证测试中,采用大象公司的E系列工业机器人和美国Ascension公司的trakStar位置跟踪器搭建了快速示教系统,分别进行了误差实验和喷涂应用场景下的轨迹示教实验。实验结果表明,基于位置跟踪器接收端位姿计算得到的机器人末端位姿中,旋转角误差绝对值不超过0.8°,平移误差绝对值小于2.5mm,能够满足实际的机器人快速示教需求。

应用情景教学法在电机拖动课程中的研究

为了给改革《电机与拖动基础》课程教学提供新的思路,本文尝试研究情景教学法在《电机与拖动基础》课程教学中的应用,希望能起到抛砖引玉的作用。