基于领导者和跟随者编队的轮式机器人系统设计

为提高机器人应对复杂环境的能力,群机器人系统应运而生,即设计多个简单的机器人,通过机器人之间的相互协作完成复杂的任务。设计了一种基于领导者和跟随者编队的轮式监控机器人系统。该系统由领导者监控机器人、跟随者机器人和上位机组成。机器人携带有各种传感器获取环境温度、空气质量以及周围环境等信息,在发生危险时及时通知使用者。使用者通过上位机控制领导者机器人运动,跟随者机器人利用携带的摄像头获取领导者机器人的位置,再通过PID算法实现跟随。整个系统通过机器人的编队协作提高了其运动的高效性、灵活性和鲁棒性。     

打滑状态下的多机器人编队控制

讨论打滑状态下的多机器人编队控制器设计问题。打滑现象会使机器人偏离正常的运动轨迹,导致基于理想环境设计的控制器控制效果变差,甚至发生机器人失控的现象。考虑打滑因素的控制算法能使机器人适应更一般的环境,增强机器人的实际可用性。采用领导者-跟随者策略来协调各机器人的运动。领导者机器人的运动规律根据任务需要事先设定,随后控制跟随者机器人以一定距离和角度跟随领导者机器人运动。根据机器人的运动特性导出单机器人在打滑情况下的运动规律,并据此导出两机器人以距离-角度模型形成编队的方程。采用二阶滑模控制法来为跟随者机器人设计控制器,使得两机器人在运动过程中能够形成期望的队形。以Matlab仿真来验证算法的有效性。理论推导及仿真结果说明,导出的编队模型能够准确描述机器人在有打滑情况时的运动规律,二阶滑模编队算法具有较好的抗干扰能力,适用性强。     

非完整约束大负重比六足机器人多机动态协同编队避障控制策略

在多机器人编队任务的现实环境中,不可避免会遇到队形变换的动态编队问题。为提高非结构环境多机器人编队的动态协同避障能力,以大负重比六足机器人的多机器人系统为例,利用非完整约束移动机器人轨迹跟踪的领航者-跟随者编队思想,提出多领航机器人分群一致性编队控制的动态队形变换避障策略。基于代数图论数学基础,设计大负重比六足机器人多机通信拓扑图与拓扑图分析矩阵,建立多领航者分群一致性编队系统的全局动态关系与一致性数学模型,提出多领航机器人分群一致性编队控制的动态队形变换避障策略,基于MATLAB软件实施仿真实验,仿真结果显示虚拟领航机器人发布控制指令使多机系统完成队形变换并顺利通过障碍物环境,验证多机动态协同编队避障控制策略的有效性和泛化能力。所提出的大负重比六足机器人多机动态协同编队避障控制策略,有助于提高非结构环境多机器人系统的地形通过能力。     

基于领航-跟随法的多机器人编队控制

编队控制是多机器人系统研究的核心问题之一,具有广泛的研究价值。针对编队问题,通过对轮式差分驱动机器人运动模型进行分析,并设计相应的控制器。在传统的领航-跟随模型上,引入“虚拟机器人”,将跟随者机器人对领航者机器人的轨迹跟踪转换为跟随者对“虚拟领航者”的轨迹跟踪。首先,预设定实际领航者机器人的行进路径,由实际领航者引导运动方向的运动轨迹被视为主轨迹,虚拟机器人通过数据产生参考点从而生成参考轨迹,跟随者机器人通过对参考轨迹的跟踪与“虚拟领航者”构成轨迹误差跟踪系统。然后通过Lyapunov的控制理论验证控制器的理论可行性,最后在MATLAB/Simulink仿真平台进行实验,通过改变控制参数来使机器人形成相应的期望队形,在较短的时间内,跟随机器人对参考轨迹的跟踪误差趋向于0且速度收敛,验证了编队系统的可行性。     

面向为盲人导航的人机队形控制方法研究

在为盲人导航的移动机器人系统中,设计可靠的人机队形控制方法对提高导航的有效性和成功率具有重要意义。针对目前传统为盲人导航系统中,机器人与使用者之间没有固定队形以及使用者只能被动跟随等缺陷,提出了一种基于多机器人领域领导者-跟随者控制模型的人机队形控制方法。与传统的领导者-跟随者控制模型不同,该方法以使用者为主导,使用者可以自由选择行走速度。根据使用者的线速度调节机器人的线速度和角速度,根据使用者与机器人之间的相对位置提示使用者调整前进方向,从而使得使用者与机器人之间的相对距离和相对方位角收敛到给定值。实验结果表明,测试者平均队形偏差的均值小于0.2 m,能够满足实际使用需求。     

多机器人系统的编队路径跟踪控制

介绍了一种多机器人系统的编队路径跟踪控制方法。首先将非完整约束机器人的动态方程转化为跟随者和领航员间相对运动模型,克服了非完整约束机器人结构奇异的缺点。随后将滑模控制方法应用于多机器人系统中,分别设计了领航员跟踪希望路径的滑模控制律和跟随者跟踪领航员的滑模控制律。算例仿真表明了应用本文介绍的编队路径跟踪控制律,各机器人能够较快地形成希望的编队,并按希望队形跟踪希望路径。仿真结果验证了此控制方法的有效性。     

LPG球罐检测爬壁机器人远程控制技术研究

针对LPG球罐检测爬壁机器人远程控制的技术需求,研制了一种基于WiFi的无线远程控制系统,包括爬壁机器人机载系统和上位机监控系统。其中,基于ARM Cortex-M3内核的STM32F103型单片机开发爬壁机器人机载控制系统,通过WiFi方式与上位机监控系统通信,利用PWM控制方式驱动爬壁机器人电机转动;基于Visual Studio平台中的MFC框架设计上位机监控系统,采用C/S架构,利用TCP/IP协议传输数据。经实验验证,该系统能够较好地实现对爬壁机器人转向、定速和定距的远程控制。     

多功能变电站搜救机器人系统设计

为了解决目前变电站事故现场环境复杂、灾后搜救困难的问题,设计了一种多功能变电站搜救机器人。该系统以ＳＴＣ１２Ｃ５Ａ６０Ｓ２单片机为控制核心,选择无线 Ｗｉ- Ｆｉ技术作为通信方案,并利用 ＬａｂＶＩＥＷ 设计监控上位机平台。介绍了硬件电路,包括控制系统、电源模块和电机驱动模块。此外,对软件部分进行设计,包括无线路由和上位机监控软件。测试结果表明,系统具有结构简单、功能齐全、性能稳定可靠的特点,满足变电站搜救机器人设计的要求。     

四自由度上下料工业机器人控制系统研究

在数控加工行业中,要求提高加工精度和加工效率,降低生产成本,从而导致生产线自动化程度的提高,为了最大化地提高数控机床的加工效率,解放劳动力,上下料工业机器人在数控机床加工过程中的应用也越来越广泛。本次开发的控制系统是基于PMAC的四坐标上下料工业机器人的控制系统。系统以PMAC运动控制器+上位机为控制平台。PMAC运动控制器控制各个伺服电机的运动;基于PMAC编写的上位机人机界面用来实时监控状态和完成用户对整个系统的基本控制。功能丰富完整,具有实施价值。     

经济型多功能管道机器人控制系统的研制

针对经济型多功能管道机器人的工作特点,研制了机器人的控制系统。该系统采用分级控制方式,以C8051F单片机作为其核心控制器,完成了数据采集模块、电源模块、远程监控模块等硬件电路的设计及上位机监控系统的开发,实现了机器人的自主控制及管外监控。经试验证明,该系统运行稳定,为管道机器人的后续开发提供了开放式控制平台。     

基于OPC UA技术的物料搬运监控系统设计

为了控制机械手完成箱体内物料的搬运,同时实时监视物料搬运情况与各轴电机运行情况,设计了物料搬运监控系统。系统由上位机与下位机两部分组成,二者通过OPC UA协议进行数据交换。上位机作为OPC UA客户端向下位机NX运动控制器发送源位置、目标位置、启动信号,NX运动控制器控制机械手将出料箱的物料吸起后搬运至接料箱释放,释放完成后修改SQL sever数据库。运用C#语言编写了上位机监控软件,设计了OPC UA客户端程序、用于数据库操作的sqlHelper类、物料搬运监视界面、各轴电机运行情况监视界面等。     

基于Modbus/TCP协议台达PLC与上位机VB软件之间的通信

在VB(Visual Basic)编程环境下,通过调用Windows API函数,设计了整合串口通信和工业以太网通信的监控系统通信方案。并介绍了Modbus协议和Modbus/TCP协议及其通信原理,提出了应用于工业现场设备监控的设计方案,实现了上位机对现场设备的实时监控。提高了上位机监控程序的开发效率。实践证明,本监控系统性能稳定,能够满足本项目监控系统的设计要求。     

焊接机器人的摆动焊接轨迹规划策略研究

基于机器人空间直线插补和圆弧插补算法,设计了时间最优的空间直线摆焊轨迹和圆弧摆焊轨迹规划的策略,并于MATLAB软件中完成验证路径算法。最后通过由VS2019搭建的上位机示教软件、基于STM32H7平台设计的运动控制卡和SCARA机器人平台组成的控制系统,验证了算法的可靠性和准确性。实验结果表明,用户可以通过示教焊接机器人的方式获取空间摆焊的参数,并且机器人能够根据获取的参数在限定的轨迹上进行较为高效的空间直线摆焊运动和空间圆弧摆焊运动,具有一定的实际意义和参考价值。     

超高压带电清扫机器人控制系统设计

针对国家863资助项目超高压带电清扫机器人的技术要求,设计了一套基于飞斯卡尔S12单片机和西门子S7—200可编程控制器的上下位机控制系统。上位机系统以S12单片机为主要控制部件,矩阵式键盘为输入器件,一块64×16点阵式发光二极管显示屏为显示器件,用于对下位机进行控制和监测。下位机主要由S7—200PLC及其扩展模块组成,用于接收上位机的控制信息和控制机器人各机构的动作。上下位机间通过无线数据传输模块F29DM进行无线通信。通过对系统的设计和上下位机程序的调试,该系统能安全稳定地对机器人进行遥控操作和监控。     

基于PLC和MCGS的换热站监控系统

本文以某学校换热站为例,运用PLC和MCGS设计了一套换热站监控系统.本控制系统实行两级监控,底层系统采用PLC监控,实时采集现场数据,上位机监控界面运用组态软件MCGS进行搭建,通过PLC和上位机之间的通讯连接,可以在上位机上实时监控供热工况,并根据现场情况及时调节,系统还实现了报警功能,提高了换热站控制的自动化程度,降低了运行成本,提高了可靠性.     

基于组态王和PLC的小型立体仓库的设计

介绍了小型立体仓库的控制系统,系统上位机以组态王6.5工控软件作为设计平台,下位机选用PLC作为现场设备.利用上位机的监控界面,通过从现场设备硬件获取实时数据,处理后以图形方式显示在上位机屏幕上,再按照组态要求和操作人员的指令将控制数据送至现场硬件设备,以控制执行机构.     

用WinCC扩展大型复杂机床辅助管理功能

介绍一种利用WinCC来完善基于840D大型复杂数控机床的辅助管理系统,该系统以上位机的西门子WinCC Flexble和下位机的西门子S7—300系列PLC为核心进行动态监视和控制。详细论述了监控系统中上位机软件的设计与实现、人机界面动画的制作,介绍了上位机WinCC与下位机PLC的通信方式,概述了画面监控在机床维护及设备检查中的应用。     

基于XTION的机器人室内三维地图实时创建

针对室内复杂环境中移动机器人三维地图创建问题,基于RGB-D相机XTION搭建机器人地图创建系统,提出一种利用视觉里程计和贝叶斯闭环检测实时创建三维地图的方法。在机器人操作系统(ROS)框架内,首先由移动机器人携带XTION获取环境三维图像经WIFI上传上位机,然后由上位机软件使用SURF算法对RGB-D相机图像进行特征点提取与匹配,接着采用视觉里程计进行机器人位姿估计,同时利用贝叶斯闭环检测消除累积误差,最后使用g2o方法对三维点云图进行优化并创建完整的三维地图。经室内环境实验验证,机器人地图创建系统创建了完整的室内环境三维地图,所描述室内物体轮廓比较清晰并与真实场景相一致,机器人位姿估计比较精确,验证了利用视觉里程计和贝叶斯闭环检测实时创建三维地图的可行性。     

基于S7-200控制的动车挡风玻璃装配机器人设计

以CRH3动车组的生产装配为背景,以多工位作业为研究目标,设计一种装配机器人。该装配机器人以Smart700触摸屏为上位机,S7-200为下位机,利用RS485和RS232串口建立了上位机和下位机的通信和反馈,通过控制伺服驱动单元来实现装配机器人的安装、涂胶、封胶、清洁四道工序,通过气缸和弹簧的组合来实现手爪沿车头边缘曲线的运动。此装配机器人的运用能够提高生产效率,降低人力成本,与国家工业4.0项目接轨。     

基于RS-485和组态王的机房温度远程监控

为了实现机房温度的远程监控和提高机房工作的可靠性,设计了基于RS-485总线和组态王的机房温度远程监控系统。上位机通过RS-485总线与下位机通信,下位机将DS18B20采集的温度信息实时显示出来并传送给上位机。给出了系统总体结构、系统硬件电路和软件实现流程图。实验结果表明,系统测量准确、测温范围宽、控制方便,具有一定的实用价值。