固高科技:3C产业智能制造与机器人

固高科技公司1999年在香港科技大学成立，同年成立深港产学研基地，专注于发展运动控制核心技术，以及为装备制造业提供核心控制平台，培养技术应用人才。固高控制类产品线主要有运动控制器、工业自动化、伺服驱动和机器视觉等系列产品。

“固高模式”促进新工科教育的探索与实践

文章通过固高科技(深圳)有限公司携手河南科技大学机电工程学院,从2014年开始首创固高运动控制创工场的发展历程及对学生教育的引领,揭示一种新工科教学改革模式的意义:以企业的核心技术为载体,以创新技术发展为依托,以学生实训实战培训模式为基础,以学生能力提升为目标,探索并总结出一套可推广可复制可辐射的高校产学相结合的教学模式,积极促进高等教学教学手段的改进。

直线柔性连接两级倒立摆控制器设计

倒立摆系统是一个复杂的、非线性的、不稳定的高阶系统。倒立摆的控制一直是控制理论及应用的典型课题。分析了如何利用拉格朗日方程对直线柔性连接两级倒立摆系统建模,采用LQR法设计最优控制器,进行了具体架构以及阐述了此系统设计的控制器在实际物理系统中的实现问题。所设计的控制器对此倒立摆系统成功实施了控制,既证明了系统建模的正确性,也是倒立摆控制中的一项重大突破。相关研究成果将在航天科技及机器人学等领域发挥重要作用。

直线柔性连接两级倒立摆系统建模

倒立摆系统是一个复杂的、非线性的、不稳定的高阶系统。倒立摆的控制一直是控制理论及应用的典型课题,而实施有效控制的关键是对该系统进行建模。在对倒立摆系统进行了概要的介绍后,详述了如何利用拉格朗日方程对直线柔性连接两级倒立摆建模。科研人员可基于此模型研发各种控制策略。

NURBS曲线S型加减速反向修正插补算法研究

为了克服传统算法中减速点难以确定,轮廓误差较大的缺点,提出了反向修正插补算法。将分段后的曲线逐段取出,利用S型加减速算法进行速度规划,并对速度敏感点进行校正,在速度校验点处反向提取存储值进行正向插补,并根据速度波动率构造插补函数,基于Newton-Leibniz公式计算插补参数。仿真实验表明该方法在速度敏感点处速度、加速度、加加速度不超限,使插补误差保持在规定的范围之内,保证了加工质量。

二级倒立摆在Simulink环境下的实时控制

利用Matlab环境下Simulink工具箱中现有的模块及其函数,开发出能够与被控硬件系统直接通讯的软件模块以及对被控系统进行实时操作和控制的命令模块,实现了直接在Simulink环境下对二级倒立摆系统的实时控制,扩充了已有的Simulink工具箱的功能。研究中所采用的技术与方法可以扩展到对其他硬件系统的实时控制中。

面向柔性制造系统教学平台建设及实践教学设计

柔性制造技术是实现未来工厂的一种新颖概念模型,同时也是一种新的发展趋势,是决定制造企业未来发展前途的关键因素,具有重要的战略意义。重点介绍了西安交通大学建设的柔性制造系统(FMS)实践教学平台组成及特点,在该平台上设计开发了不同层次的实践教学内容。建设的FMS实践教学平台和规划设计的实践教学项目对拓展学生的知识宽度、培养提升学生的创新能力起到了积极的作用。

柔性化多功能快速成型机的研制

介绍了一种用运动控制卡控制的七轴多功能快速成型机的研制,包括机械部分、控制部分和软件部分。这种快速成型机可以实现四轴联动并能用于各种不同材料的成形研究,在高校实验室、各种研究所的研究工作中能得到广泛应用。

结合精度补偿的机器人优化手眼标定方法

为了解决制造现场机器人高精度视觉测量定位的问题提出了一种结合模型精度补偿的机器人方位与手眼关系同步标定方法。该方法首先将视觉系统与机器人之间的位姿关系即手眼关系以及标定板与机器人坐标系的空间转换关系作为待优化求解对象,用齐次坐标矩阵分别表示机器人运动学正解以及视觉系统与标定板之间的位姿关系,进而构建闭环的机器人手眼关系优化方程;然后,使用三维旋转群表示旋转矩阵,建立了标定模型方程,用非线性全局优化的方式同步得到标定方程中矩阵的旋转和平移初始解,采用最小化相机的重投影误差提高了标定精度;最后,使用机器人运动学标定设备提升了本体的模型精度,再进行视觉标定得到了更准确的标定结果。实验结果表明:该标定方法只需提前示教若干点即可自动完成,操作简易高效;在补偿了机器人本体的臂长和关节零位误差后,算法精度从0.15 mm提升至0.10 mm。与经典的手眼标定方法相比,所提方法在不同测试数据集下的标定精度和稳定性均最优。

基于驱控一体的伺服压力机控制系统研究

针对曲柄伺服压力机工作行程中,冲头滑块对电机轴等效转动惯量变化的问题,对伺服压力机电流环、速度环比例—积分(PI)控制器控制参数整定方法进行了研究。对曲柄滑块机构进行了运动学分析,确定了曲柄转角与滑块等效转动惯量之间的函数关系;提出了一种基于固高科技GTSD14系列智能驱动器的PI参数分段控制方法;在单个行程内根据曲柄处于不同位置区间时相对应的转动惯量,确定了控制器PI参数,以提升系统速度环、位置环的跟随性能;搭建了实验平台,以带有不同配重的伺服电机为对象进行了模拟实验。实验及研究结果表明:当系统实际惯量与控制器PI参数不匹配时,系统可以在线调整PI参数,使得电机速度环、位置环的跟随能力得到改善,从而验证了随着各段转动惯量变化而实时整定PI参数的可行性。

一种高精度跟踪设备的机电一体化设计

综合论述了一台具有较高指向精度以及非传统结构的地面跟踪架的机电一体化设计方案。详细探讨了实现高指向精度所要考虑的一些具体问题，包括机械结构的设计、结构动态特性的设计、控制系统的设计等方面。尤其在控制系统，采用了高精度的运动控制器以及光纤陀螺，使系统能够在一个稳定的惯性空间进行测量、跟踪。实验证明，整个系统具有较高的指向精度。

激光切割过程中位置检测系统抗干扰研究

针对激光切割过程中位置检测系统的电容传感器检测信号易受切割熔渣影响的问题,提出了一种通过有限元法计算熔渣溅射对电容传感器影响的方法。首先,通过COMSOL软件对传感器建模,并采用有限元法对电容传感器的电容变化及熔渣飞溅过程中各因素改变对电容的影响进行仿真计算;然后,采用金属球模拟熔渣,对仿真结果进行实验验证;最后,通过插补法处理仿真计算结果及实测电容,绘制电容的等值线图并得到熔渣溅射过程中电容的变化规律:在熔渣飞向切割头的过程中,电容变化存在逐渐增大并两次突变的特征,变化大小与熔渣体积呈正比关系,与极板间距呈反比关系,且熔渣处于平面影响区及其下方区域时对传感器影响更大。实测值与仿真结果误差在0.001pF以内,因此仿真结果可准确地反映熔渣溅射对电容传感器的干扰情况,为干扰滤除及切割头设计提供理论依据。

基于正弦摆焊的弧焊机器人焊缝跟踪系统的研究

针对弧焊机器人在焊接过程中示教轨迹和实际焊缝位置存在偏差的问题,提出一种基于正弦摆焊的电弧传感方案。首先规划了弧焊机器人正弦摆焊轨迹,对采集到的焊接电流进行谐波提取来获得焊缝位置的横向偏差,然后根据偏差信息纠正机器人的示教轨迹。把这种方案应用在具有对称坡口的焊缝上进行跟踪,取得了良好的效果。

运动控制器的现状与发展

运动控制技术是推动新的技术革命和新的产业革命的关键技术。运动控制技术能够快速发展有两大主因 :其一是得益于计算机、高速数字处理器 (DSP)、自动控制、网络技术的发展 ;其二是有庞大的市场需求。基于网络的开放式结构和嵌入式结构的通用运动控制器逐步成为自动化控制领域里的主导产品之一。作为现代化设备的核心控制部件 ,开放性、可靠性是衡量其是否能够在工业界立足的关键。高速、高精度始终是运动控制技术追求的目标。充分利用DSP的计算能力 ,进行复杂的运动规划、高速实时多轴插补、误差补偿和更复杂的运动学、动力学计算 ,使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳 ;充分利用网络技术、FPGA技术等 ,使系统的结构更加合理和开放 ,通过网络连接方式减少系统的联线 ,提高系统的实用性和可靠性。运动控制器产品今后的发展基本上沿着上述两个方向走 ,但是专业化。

今天的通用运动控制技术

运动控制器已经从以单片机或微处理器作为核心的运动控制器和以专用芯片(ASIC)作为核心处理器的运动控制器,发展到了基于PC总线的以DSP和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器。运动控制技术也由面向传统的数控加工行业专用运动控制技术而发展为具有开放结构、能结合具体应用要求而快速重组的先进运动控制技术。

通用运动控制技术现状、发展及其应用

运动控制技术的发展是制造自动化前进的旋律,是推动新的产业革命的关键技术。运动控制器已经从以单片机或微处理器作为核心的运动控制器和以专用芯片(ASIC)作为核心处理器的运动控制器,发展到了基于PC总线的以DSP和FPGA作为核心处理器的开放式运动控制器。运动控制技术也由面向传统的数控加工行业专用运动控制技术而发展为具有开放结构、能结合具体应用要求而快速重组的先进运动控制技术。基于网络的开放式结构和嵌入式结构的通用运动控制器逐步成为自动化控制领域里的主导产品之一。高速、高精度始终是运动控制技术追求的目标。充分利用DSP的计算能力,进行复杂的运动规划、高速实时多轴插补、误差补偿和更复杂的运动学、动力学计算,使得运动控制精度更高、速度更快、运动更加平稳;充分利用DSP和FPGA技术,使系统的结构更加开放,根据用户的应用要求进行客制化的重组,设计出个性化的运动控制器将成为市场应用的两大方向。

李泽湘:打通创业最后一公里

中国发展到这个拐点的时候,一定需要自己的设计来支撑中国的制造业。有没有可能在教育科研的体制下,补上迷失的力量。谈科研创新,我们可以比较一下中国创业者跟美国的创业者的组成有哪些不同。我把美国这些年创办的公司分了一下类,一类如苹果和亚马逊等,还有另外一类公司像HP、Microsoft这些,这两类公司有共同点,但也有不一样的地方。

嵌入式运动控制器的开发及应用

本文基于固高公司GU系列高性能运动控制器,详细介绍了嵌入式运动控制器的硬件架构和在工业控制中的典型应用实例。

高速滚珠丝杠副试验台控制系统的研制

介绍了使用固高运动控制器开发高速滚珠丝杠副试验台控制系统的结构和工作原理。该试验台可以测试高速滚珠丝杠副的定位精度、动态运动性能、温升和热变形效应。本文还给出了该试验台用于测试高速滚珠丝杠副的实验结果。