基于Ethernet的开放式机器人等离子熔射成形系统研究

提出了基于工业以太网（Ethernet）的机器人等离子熔射成形系统．基于Ethernet建立PC与Motoman UP 20机器人之间的通讯连接,开发了机器人控制软件,实现了PC对机器人的主机控制以及作业文件交互等功能．基于MPI（Multi Point Interface）网络连接PC与等离子熔射设备的控制核心Siemens S7 300型PLC．最终实现了以PC机为核心,集成成形过程监控、机器人熔射路径自适应调整和机器人实时监控等子功能的开放式机器人等离子熔射成形系统,并自主开发了SprayMonitor成形过程监控软件．实验结果表明,该系统能够根据熔射皮膜温度、厚度等在线检测信息进行熔射路径智能自适应调整和加工策略自行调度,实现了等离子熔射成形与机器人运动执行的一体化控制,提高了成形系统的柔性．     

基于PLC和力控的地铁屏蔽门系统设计

在轨道交通系统中，屏蔽门是乘客候车安全的重要保障之一。本文通过PLC和力控设计了一种地铁屏蔽门系统，使用PLC编程进行逻辑控制，实现了屏蔽门系统的基本功能（开门、关门），使用力控组态软件，实现了对系统的监控功能。最后，通过数据连接，将PLC程序和力控结合，实现通信。     

污水处理厂自动监控系统的设计

污水处理监控系统基于工控机与PLC的两极控制方式,文章介绍了非单台PLC情况下各PLC采集数据通过Control—Link总线实现数据共享,以及使用三维力控作为开发平台的监控软件。     

基于嵌入式软PLC的掘进机控制系统设计

针对现有以普通PLC和专用控制器为核心的煤矿掘进机控制系统存在开发成本高、维护量大、跨平台移植难等问题,设计了一种基于嵌入式软PLC技术的掘进机控制系统,分析了系统的功能需求和实现原理,提出了以嵌入式软PLC为核心的控制系统架构。该系统通过实时操作系统的定制、软PLC运行时系统的移植及驱动组件的开发,实现了掘进机基本逻辑控制、全功能遥控和自动截割功能,可对掘进机状态进行实时监测,通过遥控器实现全功能远程遥控,通过设定断面形状、路径类型、巷道高度、巷道宽度和截割间距等参数实现巷道断面的自动截割成形等。相比于以PLC和专用控制器为核心的控制系统,采用嵌入式软PLC的掘进机控制系统可更好实现掘进机装备的标准统一和系统的组态开发,跨平台移植性好。测试结果证明该系统基本控制功能和遥控操作性能良好,自动截割断面边界最大误差小于10 cm。     

基于PLC的选煤厂压滤系统的设计及实现

为了提升选煤厂压滤机系统的控制效能,提升选煤厂压滤机的生产效率,该文探讨PLC控制器在选煤厂压滤机系统中的应用场景,重点讨论了自动化控制系统中引入机器学习智能化控制的控制系统实现模式。因为该研究中使用了超限学习机和卷积神经网络等机器学习数据挖掘模块,PLC的有限算力无法支持该计算需求,所以引入物联网概念,将PLC数据报送到IDC中进行数据挖掘并将挖掘结果返回。现场实测表明,该选煤厂压滤机PLC控制系统对压滤机的生产能力和节能环保性能均有促进作用。     

板料拉深成形液压系统模糊控制建模

针对板料拉深成形系统中的变压边力液压控制动态性能和稳态精度较差的难题,建立了一个基于模糊PID自适应调整的液压模糊控制模型,并借助MATLAB仿真得到了控制参数的优化模糊查询表．最后结合实际板料拉深成形系统,选取两种变压边力加载模式进行实时变压边力模糊控制应用效果验证．应用结果表明:采用模糊PID自适应控制方式可大大改善拉深成形液压控制系统的动态响应性能和稳态精度．当压边力输入曲线为4吨的阶跃信号,模糊控制下系统的最大超调量仅为理想设定值的4．25％,大大小于原来无PID控制时的21．24％及常规PID控制下的31．07％,且达到稳定状态的调节高度也大大缩小,仅略为5 mm左右,调节时间略为0．24 s;而当输入为U型变压边力加载曲线时,系统的最大超调量比原来无PID控制时下降了约5％,且达到稳态时的调节高度也缩短了约1 mm左右,使整个拉深变压边力系统的动态性能和稳态精度得到了有效的提高．     

MPS加工站组态设计与实现

本文首先分析了MPS加工站控制系统,然后进行了PLC的I/O地址的分配,编写了PLC控制程序和运动流程。同时,实现了PLC与上位计算机力控组态软件的通讯,定义I/O设备,构造数据库,创建组态画面与动画连接,最后进行系统的运行调试。对模块化生产加工系统的加工站应用组态软件监控进行了介绍。系统以北京三维力控科技有限公司的监控组态软件ForceControl 为平台,画面清晰友好,便于操作。     

西门子S7—400H系统在污水处理系统中的应用

文中介绍了北京三维力控PCAuto的使用，西门子S7—400H系列PLC的系统组态、硬件配置及软件实现。     

三维力控实时数据库pSpace在胜利油田油气集输生产中的应用

文中主要介绍了三维力控实时数据库在胜利油田油气集输公司中的应用,该公司有多套独立的自控系统,三维力控的整体解决方案:各子公司设有(pLerinedatabase),公司设一台中心服务器(pSpaceServer),针对不同的自控系统采用不用方式通过以太网实时传输到中心数据库,重点举例介绍了三维力控实时数据库在东营原油库西门子PLC400自动化改造中的应用。     

基于5G多接入边缘计算的云化PLC系统架构设计与应用

随着工业控制系统对柔性化、扁平化的要求不断提升,以PLC为构建基础的传统工业控制网络在大规模接入、算力提升和部署灵活性方面均受到限制.针对这些问题,融合5G网络和边缘计算技术,设计了基于5G多接入边缘计算的云化PLC系统架构,阐述了该架构的运行机制和所涉及的关键技术;在此基础上,进行PLC系统的云化部署和调试,实现了工业现场、企业数据中心、5G网络和边缘网络的集成;最后,通过在某汽车制造公司产线改造过程中的应用,验证了所提架构的有效性.     

Development of the Cartesian arm exoskeleton system (CAES) using a 3-axis force/torque sensor

This paper presents the development of the exoskeleton system for amplifying human strength, which we call the Cartesian arm exoskeleton system (CAES). The CAES is a highly geared manipulator equipped with electric motors and encoders. In addition, we developed a 3-axis force/torque (FT) sensor to measure the operator’s force. The Cartesian computed torque method is applied to the CAES for compliance control. The explicit force control for amplifying the operator’s force was explored. This method provides back-drivable compliant control with force amplification. Rather than theoretical improvements, we focused on the experimental realization and evaluation of the Cartesian computed torque method with explicit force control for improving joint compliance and amplifying the operator’s force. The experimental results demonstrated the effectiveness of the proposed control method.     

基于时延估计的扰动卡尔曼滤波器外力估计

针对机械臂末端力估计存在模型误差及系统扰动等问题,提出了一种基于时延估计的扰动卡尔曼滤波器外力估计法。在不使用额外力传感器的情况下,通过电机驱动电流的测量,采用时间延时估计法设计出不需要精确动力学模型的估计器。将外力作为状态变量,对系统的不确定性和扰动进行观测,考虑机械臂动力学和扰动动力学,设计出扰动卡尔曼滤波器来估计末端所受外力。使用Matlab仿真软件验证了该方法的有效性,结果表明所提估计方法对具有测量噪声、模型误差及不确定性扰动的系统具有很好的鲁棒性。     

投影平面变换求解空间任意力系的研究

在画法几何中,投影平面变换可以改变空间几何元素相对于投影面的位置,使新投 影更有利于解题。在静力学中,力矢量可以用直线段表示,空间任意力系的平衡问题可转化成直 线之间的图示和图解,文章试图将投影平面变换的优点结合到空间任意力系的平衡求解中,使问 题得到直观地解决。以CAD 为作图工具并以编程为辅,以保证作图的精度和速度,为求解空间 任意力系提供了一种实用有效的方法。     

工业机器人自适应力控制的新方法

机器人力控制系统的稳定性对接触环境刚性的变化很敏感，为了解决这一问题，本文首先建立了一种机器人与刚性环境相接触的动力学模型，然后，基于Ｐｏｐｏｖ超稳定理论设计出了一种机器人自适应力控制算法，该算法通过辨识环境刚性以获取与接触环境相适应的力控制反馈增益系数，理论分析和实现结果都证明这种方法在环境刚性大范围变化时，均能获得的控制效果。     

遥操作系统中力反馈研究与实现

力反馈的研究与实现是遥操作系统研究的重要内容之一。该文设计了一种带力反馈的主从式遥操作系统。在系统中提出以虚拟手指空间位姿代替实际力作用线方向上位移的计算和基于实际材料的虚拟力外推的方法。该方法以虚拟手指的位姿来计算虚拟力,以实验所得实际材料的数据作为索引进行虚拟力的外推。实验结果表明,和以往的考虑力和变形关系的力反馈研究相比,此力反馈系统不仅简单易行,同时保证了较高的精度和刷新率。     

Large force generation and control method of manipulator exploiting its oscillatory motion using Van Der Pol oscillator

In this study, the effect of exploiting an oscillatory motion of a manipulator on large force generation is demonstrated using simulations. Firstly, a natural frequency approximation method is devised, and a preferable posture of the manipulator is selected based on the approximation. The preferable posture is a posture in which the natural frequency of the manipulator is low. Since, in general, high frequency vibration is considered to be an undesirable phenomenon for mechanical systems, the manipulator should be operated in the preferable posture. Secondly, a method to oscillate the manipulator is proposed, and its performance is investigated using simulations. The method capitalizes on the oscillatory motion of the manipulator for efficient large force generation. Specifically, the method uses Van der Pol (VDP) oscillator to exploit an oscillatory motion of the manipulator. A force reference signal, which is a command to make the manipulator oscillate, is produced by the VDP oscillator. Due to the entrainment property of the VDP oscillator, the force reference signal can synchronize with the motion of the manipulator. The efficient large force generation is attained by the synchronization. Thirdly, a force control system that enables you to obtain the desired amount of force is designed based on the force generation method. By adjusting the natural frequency of the VDP oscillator, the purpose of the force control system is realized. Finally, a theoretical proof of the entrainment property of the VDP oscillator coupled with a linear mechanical system is established with an averaging method, and simulations exemplify the validity of the proof.     

飞行机械臂系统的接触力控制

针对飞行机械臂系统的接触力控制问题,本文首先从理论上证明了闭环无人机系统具有与弹簧-质量-阻尼系统一致的动态特性.基于飞行机械臂接触状态下力的分析,得到了无人机水平前向接触力与系统重力和俯仰角之间的动态关系,进而分析出接触力控制可以不使用力传感器来实现.根据阻抗控制思想,提出了飞行机械臂系统接触力控制方法,即通过同时控制位置偏差和对应姿态角度来实现接触力的控制.给出了单自由度飞行机械臂系统动力学模型,对应分析出系统的稳定性.开发了基于四旋翼飞行器的单自由度飞行机械臂系统,并进行了实际的飞行实验,验证了所提出接触力控制方法的有效性,同时也证实了所开发系统的可靠性.     

羽流力/力矩测量系统在线标定研究

基于压电效应开发的用于发动机羽流力/力矩测量系统,对其进行在线标定是需点解决的技术难题之一.针对立式结构的羽流力/力矩测量系统,选择液压力源配合标准力传感器的加载方式,设计了具备远程操作、在线标定、实时校准功能的标定平台.分析了六维力标定的加载方法以及加载力与传感器受力之间的关系,建立了六维力加载力学模型.对测试系统进行静态标定试验,得到了压电式六维力传感器各分量的线性拟合直线方程.试验表明:该六维力标定系统稳定、可靠,具有精度高、操作简便、对环境影响小等优点.     

遥操作机器人的新型力反馈算法*

在采用液压挖掘机改造的遥操作机器人双向伺服控制系统中,针对大臂和前臂两个自由度构建力反馈控制算法。以准确地获取从端机器人与环境的作用力,使反馈力能够更好地反映从端工作状况为目的,采用构建干扰力补偿项的方法消除干扰力对反馈力的影响;以机器人转角为输入,以空载时检测到的液压缸作用力为输出,通过径向基函数构建干扰力补偿项,此补偿项可对多种因机器人的机械本体动力学特性产生的干扰力之合力进行补偿。实验证明,在以液压机构为从手的双向力反馈系统中,通过构建干扰力补偿项的方法提高力反馈效果的方法是可行的,采用的带有干扰力     

飞行试验脚蹬力测试系统在线校准技术研究

飞行试验中脚蹬力测试系统的校准,常规采用将测试系统拆卸后进行校准的方式,易造成传感器损坏,且所经环节多工作效率低。本文对脚蹬力传感器测力原理及供电电压对传感器输出的影响进行研究,提出一种新的脚蹬力测试系统在线校准方法以解决上述问题。并对该方法进行验证,对多架试验机共6组脚蹬力测试系统分别采用传统方法及新方法进行校准,结果表明两种校准方法下的校准曲线基本一致,最大偏差不超过总测量范围的0.15%,满足飞行试验机载测试精度的需求。最终表明该校准方法准确可靠,可应用于机载脚蹬力测试系统校准。