基于数字孪生的机器人综合实验系统研究

以工业机器人为核心,搭建机器人综合实验系统,通过可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)等硬件检测装置,采集设备各项数据。利用OPC UA通信协议,将采集到的信号与数字孪生(Digital Twin)虚拟平台关联起来,实现虚实同步,以实控虚、以虚控实的操作。通过案例研究,实现机器人综合实验系统数字孪生,为机器人工作站设计、仿真、验证、教学等需求提供解决方案。此外,案例的研究为将数字孪生技术切实应用到实际生产开发工作中提供了一个良好的途径。

基于产教深度融合的机器人工程专业人才培养途径

培养适应产业转型升级的高素质应用型人才是新工科教育服务经济发展的必然要求。在分析机器人工程专业人才核心能力构成要素的基础上,指出了当前高校教育与产业对人才能力需求间的偏差,并从人才培养方案制定、理论课程体系构建以及实践教学项目开发等环节入手,探讨了利用产业优势突破传统模式的产教融合实现途径,以期改善机器人工程专业人才培养的产业适应性问题。

基于虚拟安全操作平面的机器人粒子植入规划方法与实验研究

采用机器人辅助医生完成粒子植入手术,其机器人末端定位精度、安全操作性能以及自动化程度,对临床应用有非常重要的意义。本文在搭建了粒子植入机器人实验系统的基础上,研究了机器人位置闭环控制算法,并提出了一种基于虚拟安全操作平面的粒子植入规划方法,该方法避免机器人操作事故和减小手术时间、能耗。结合虚拟安全操作平面策略、Hopfield神经网络最短路径搜索以及6步循环粒子植入运行程序这3个过程,设计了安全可靠、人机协助的智能化前列腺粒子植入机器人控制系统上位机控制软件。完成了粒子植入精度评估实验,粒子在x向放置精度相对较高,在y向和z向位置误差分别为0. 25mm和0. 34mm,粒子整体的放置精度误差为0. 84mm,粒子植入操作时间(和医生对比)减小了60%左右。

可穿戴型下肢外骨骼助力机器人设计与研究

为拓展人体下肢关节机能,完成特定环境下的人机协同作业任务,介绍了一种可穿戴型下肢外骨骼助力机器人。在研究人体行走特点和下肢助力需求基础上,实现了外骨骼的机械结构设计与建模计算,针对外骨骼作业特点设计了电液伺服助力系统;通过虚拟样机运动仿真与外骨骼行走实验,匹配了驱动器与外骨骼的运动范围并优化,通过外骨骼辅助人体辅助站立实验验证了外骨骼与人体下肢运动范围匹配性及助力效果等,实验结果表明外骨骼助力机器人设计可行。

面向工艺过程的知识可视化研究

工业制造领域的工艺过程伴随产生大量工艺信息。在知识经济时代,工艺信息得到有效利用和及时传输尤为重要。但工艺过程存在实时性差和可视化程度低,导致工艺知识“黑箱”的问题。针对该问题,提出一种基于虚拟现实和三维可视化的工艺知识可视化方法。根据工艺信息规则匹配提取工艺过程信息,实现工艺信息数字化表达。采用OPC UA通讯协议,实现作业设备间数据实时传输。利用虚拟现实技术,建立工艺过程知识可视化模型,实现工艺过程虚拟仿真。利用三维可视化技术,在可视化操作界面上动态呈现工艺知识,便于操作人员实时监控和管理。实验根据轴承装配实例建立了可视化四维模型,通过可视化轴承装配的工艺过程状态变化逻辑及实时映射的16项关键工艺参数,实现装配过程的工艺知识可视化,解决了工艺过程中信息传输不及时和可视化程度低的问题,验证了提出的工艺知识可视化方法的有效性。

柔性触觉传感器在机器人上的应用综述

柔性多维触觉传感器的研究对于智能机器人的发展至关重要,研制符合实际应用要求的触觉传感器已经成为智能机器人发展中的关键技术之一。在分析国内外研究现状的基础上,阐述了触觉传感器应用在机器人上的主要技术,包括敏感材料选择、结构设计、解耦算法、信号获取电路、传感器标定以及虚拟触觉的研究等,为触觉传感器的研究提供方向。

基于模糊PID技术的交流伺服电机位置控制系统研究

基于交流伺服电机的力矩特性传递函数,将交流控制系统等效为直流控制系统,并建立了其位置控制传递函数和模糊PID控制模型,然后在Simulink软件中对该交流伺服电机位置控制系统进行了仿真分析。结果表明,模糊PID控制方法具有更好的动、静态性能和抗干扰能力。

基于ADAMS的双臂作业机器人的运动学分析及仿真

对双臂作业机器人的协调控制问题进行分析,采用D-H法在直角坐标系下建立了机器人双臂联合运动学模型。通过在机械臂的每个连杆机构上建立坐标系,得到主机械臂的D-H参数,解出主机械臂运动学正解。在已知约束条件下,通过在末端执行器上添加点驱动,规划单臂运动路径。借助ADAMS软件运动仿真,在后处理模块中得到主机械臂各个关节角度随时间变化的曲线图,曲线过渡平滑,角度变化在预先设定的转角范围内,满足操作任务要求。

基于蚁群优化神经网络在机器人重复定位测试中的应用

为了弥补传统工业机器人重复定位精度为开环测试、测试成本高及测试过程复杂等缺点,提出了一种激光传感器测试系统与蚁群优化神经网络算法相结合的测试方法,通过蚁群优化神经网络算法的快速收敛性,能快速准确地对机器人在重复定位测试中进行预测,并根据预测结果对机器人进行定位精度补偿。经试验验证,重复定位精度预测值满足目标误差要求,能补偿机器人在重复定位测试中的定位精度。

机器人工程专业卓越工程师培养实践教学体系构建和模式探索

面对机器人产业的快速兴起和人才短缺,教育部于2016年首次批准普通本科院校设置机器人工程本科专业。该专业产业属性和学科交叉融合性明显,要求从业人员具有复合能力。机器人工程专业人才培养,尤其是实践性教学体系构建与教学组织实施,对所有高校来说都是一项全新课题。文章详细分析了安徽工程大学机器人工程专业毕业生的就业领域,以及机器人产业对从业人员的要求,围绕学科交叉和能力复合两个关键点,基于“先模块后合成”的思路,阐述了机器人工程专业实践教学体系的规划过程,介绍了在实践教学模式创新方面推出的举措。

工业机器人工作过程中能耗最小控制策略

针对工业机器人作业过程中能耗高的问题,提出了一种工业机器人的能耗最小控制策略,有效降低六自由度串联工业机器人在指定轨迹下匀速工作过程中的能耗。在工业机器人腰部、大臂、小臂进行动力学建模基础上,针对机器人的腰关节、肩关节、肘关节等能耗较大关节的驱动电机建立其能耗模型。通过动力学模型和能耗模型推导出机器人目标能量函数,根据约束条件提出了机器人能耗最小控制策略。通过测量机器人各个关节不同转动速度时的电机的输入功率,理论能耗与实验的对比,验证了控制策略的有效性。该控制策略可以有效降低工业机器人的作业能耗,节能增效,并对工业机器人具有普适性。

科教融合背景下高校名师工作室创设研究

创新性人才培养是科技自强自立的基础性工程,科教融合是培养学生科学精神和创造性思维的有效途径,也是创新人才培养模式改革的着力点。因受办学体制、治理结构、激励制度、资源条件等多重因素的制约,许多高校在科教融合教学实践中遇到了一些难以解决的问题。文章提出打造科教一体名师工作室,从创设科教融合新型教学组织的角度,探索有组织地开展科教融合人才培养的新模式。

基于改进遗传算法的工业机器人能耗最优轨迹规划

为了降低工业机器人在工作过程中的能耗,提出了一种能耗最优的轨迹规划方法。将机器人的轨迹视为由空间中一系列的型值点构成,每相邻的型值点间由一段五次B样条曲线连接,得出机器人的轨迹函数。以动能作为目标能耗函数,同时考虑各个关节的运动学和动力学约束。对遗传算法进行改进,用于优化目标能耗函数,此改进遗传算法提高了算法的运算效率、局部搜索能力和实时性。对优化结果进行仿真,得出各个关节的运动学参数变化曲线,分析各个关节的曲线图知其均满足运动学和动力学约束条件,验证了此优化轨迹的合理性。

重载焊接机器人刚度与变形分析

本文对重载焊接机器人的传动系统进行分析,从其减速器、齿轮副、传动轴和伺服电机进行理论计算,求出各个传动机构的刚度。对机器人的大臂和小臂进行受力分析,求出所受力的大小。通过Simulation软件对应力变形进行了分析验证,为重载焊接机器人在性能分析和结构优化中提供理论基础。

基于1+X证书制度下高职院校机器人专业实验室建设与培养

针对目前1+X证书制度下高职院校机器人实验室建设规划,结合机器人应用编程证书考核要求,从实验室规划、培养目标、课程考核等方面进行探讨,建立机器人操作站、实训平台、智能产线一体化的智能制造实验室。该规划不仅符合1+X证书考核要求,而且能够为所学课程提供实训,着重培养机器人行业安装、调试、管理、操作、维修等各类人才。

下肢外骨骼助力机器人本体结构设计与运动学分析

下肢外骨骼助力机器人是一种可以拓展人体关节机能,并可在特殊环境下作业的人机共融型机器人。基于人体下肢生物力学特点,阐述了下肢外骨骼助力机器人的机构设计原理及过程,分析了外骨骼机构的运动学关系,通过ADAMS匹配外骨骼与关节驱动范围并进行了机构优化,可以完成人体的代表性深蹲动作,为外骨骼助力行走留有较大的关节运动裕量,虚拟样机联合仿真也验证了外骨骼助力机器人的设计可行性。

工业机器人模块化实训平台的设计与实现

随着机器人在各行业的广泛应用,机器人应用培训的需求也不断的增长,工业机器人教学实训平台也应运而生。目前市面上的机器人实训平台受限于工业机器人本体的工作范围,使得实训平台的功能比较少。本文内容为设计一种结构简单、功能齐全、更换实训单元方便的工业机器人模块化综合实训平台。

移动机器人导航系统中的车道线检测方法及实现

针对室外移动机器人GPS与惯性导航不足之处,在GPS与惯性导航基础上,提出了采用视觉检测方法实时识别路面的车道线信息,对移动机器人进行辅助定位;在传统的Canny边缘检测算子基础上,提出了使用改进型小波阀值算法与Canny边缘检测算子进行融合处理,其基本原理是先使用改进型小波阀值算法,代替传统的高斯滤波器进行平滑和降噪处理,然后再使用Canny边缘检测算子提取边缘特征;最后使用matlab软件对采集到的路面视频信息进行处理,计算出移动机器人相对于路面车道线的偏转角度和偏离距离;实验发现12000帧图像中有仅有892帧图像检测失败,成功率达到92.6%,取得较好效果;为移动机器人的室外自主移动提供有力支撑。

下肢外骨骼机器人动力学分析及控制系统设计

设计了一种可穿戴型下肢外骨骼机器人并简化为5连杆模型,根据人体下肢步态特点,对下肢外骨骼在单足和双足支撑期分别建立动力学方程,并应用ADAMS软件进行动力学仿真,通过几何关系,求出外骨骼的各关节的力矩和关节转角函数关系式,得到相关关节处的液压缸负载力计算模型。通过分析比例电磁阀的流量方程、液压缸的连续流量方程及其力平衡方程,建立外骨骼机器人的液压驱动系统数学模型。设计了基于位置控制的液压伺服PID控制器,通过MATLAB软件对外骨骼行走步态进行轨迹跟随仿真验证,结果表明:液压伺服系统控制器控制输出的信号能够满足下肢外骨骼机器人步态轨迹的要求。

基于RobotStudio的机器人分类码垛工作站设计

以工业机器人码垛为研究对象,利用RobotStudio设计一个ABB机器人自动分类码垛工作站。其中,码垛托盘、机器人底座、夹爪,由SolidWorks绘制,再导入RobotStudio中;选择合适的码垛机器人构建工作站;通过Smart组件,达到自动产生不同产品的仿真效果;最后,创建机器人I/O信号,编写码垛程序。通过对码垛工艺的模拟仿真,为实际生产中机器人调试工作提供设计、编程思路及理论支持。