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[期刊] 实验技术与管理
[作者]
孟庆森 张宏伟 王新环
为有效提高机器人自动化产线设计、调试的效率，解决实际设备调试风险高、试错成本高等问题，以三自由度机械手包装生产线为例，设计一种基于SIMIT、PLCSIM Advanced和MCD(mechatronics concept designer)的并联机器人数字孪生虚拟调试系统，采用MCD设计并建立机器人包装数字化工作站，利用TIAPortal进行硬件配置、工艺对象组态和PLC控制程序设计，通过SIMIT仿真电气部件行为模型和数据通信，实现了包装工作站的工序流程仿真、优化。结果表明：该系统能够有效验证并联机器人运动控制，完成生产线的协同调试。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
董靖川 谭志兰 武晓鑫 刘晋东
该文建立了Diamond并联机器人多学科数字孪生模型，并在此基础上设计了一种数字孪生实验系统。该系统由并联机器人本体、实时数字孪生控制器、实验系统上位机构成。数字孪生控制器基于NI myRIO构建，运行并联机器人机械本体数字孪生模型和控制器数字孪生模型，并通过运动控制接口板与机器人伺服电机驱动器连接。上位机通过LabVIEW开发，并通过与数字孪生控制器的通信实现数据采集并显示实时状态。数字孪生实验系统可工作于仿真运行或实物运行模式，通过虚实结合方式使实验不受设备、场地、时间的限制，增强了安全性，有助于提高学生的探索兴趣和工程实践能力。
关键词：
数字孪生 运动控制 并联机器人
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
孟齐志 谢福贵 刘辛军 袁馨 薛龙
食品和日化等领域存在大载荷桶装或袋装产品的两移动自由度搬运和装箱作业,降低了机器人自由度要求,但在机器人负载能力上提出了新的挑战。如何在构型综合层面实现机器人从无到有?如何在性能评价层面保障机器人从有到优?上述问题是研发高性能高速并联机器人的两大核心难题。该文围绕高速并联机器人的闭环支链优势特征,提出支链间耦合策略,建立了基于耦合策略的线几何图谱化高速并联机器人构型综合方法,实现了闭环支链型高速并联机器人构型设计;针对所设计的功能相同、结构近似的不同机器人构型,基于功率系数概念提出构型优选指标TSI (type selection index),实现了高速并联机器人的构型优选;根据上述研究指导了样机研发,并开展了实验研究与应用验证,测试表明:所研发的TH-UR2并联机器人具备高速高负载品质,在50 kg负载下其标准行程周期可达1.76 s,满足应用需求。
[期刊] 华中农业大学学报
[作者]
张磊 王树才
针对当前禽蛋加工生产线中分段处置过程工序多、生产线长、累计破损率大、设备成本高等问题,采用一种基于机器视觉的Delta并联机器人,实现在生产线上将合格禽蛋捡拾到标准蛋盘并按照一定的顺序逐层整齐摆放的高速智能捡拾。通过基于视觉的动态禽蛋个体进行定位,确定不同搬运路径的智能轨迹规划,对实现智能捡拾的机器人控制程序进行设计并对禽蛋智能捡拾进行测试。结果表明,采用基于视觉的Delta并联机器人可以实现禽蛋智能捡拾和装盘工作目标,机器人运行速度达1 250 mm/s,捡拾效率为0.414 2~0.447 8枚/s,漏捡率小于3.33%。
[期刊] 开放教育研究
[作者]
黄荣怀 刘德建 阿罕默德·提利利 张国良 陈莺 王欢欢
生成式人工智能推动智能社会加速演进，智能技术赋能教育正引发教育组织和服务模式的深刻变革。教学实践转向教师智能和机器智能的互补与融合，人机协同教学将成为未来主流教学方式，以适应智能时代个性化、高效率、包容性和多元化教学需求。为释放人机协同教学潜能，推动其安全有序发展，本研究基于“计算机作为社会行动者”理论和人机协同教学的探索实践，分析物理空间、虚拟空间和混合空间中人机协同教学的典型形态，界定人机协同教学的内涵和关键场景，构建人类教师与教育机器人、虚拟化身/代理和数字孪生有机联动的人机协同教学框架——iSTAR。该框架将人机协同教学的实践层次分为人使用机器、基本人机协作、双重人机协作和复杂人机协作四个级别，强调以人为本妥善规划人机协同教学路径，包括从数据采集到人机交互的全流程合理设计，机器使能规范、伦理与数字素养保障，以及社会实验驱动的技术准入、场景规范和影响评估等，以期为智能时代人机协同教学发展提供理论借鉴和行动指南。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
李福 吴益飞 孔维一 王海梅 郭毓
针对自动化类机器人实验教学中理论计算抽象、实体实验复杂、环境构建困难、系统设备昂贵等问题,建设了复杂环境下智能机器人高危作业虚拟仿真实验教学平台。平台借助虚拟仿真技术,把高危复杂场景和机器人高端装备搬进虚拟实验室,在三维虚拟空间中再现智能机器人控制的核心要素,构建电力运维的复杂环境,动态呈现机器人的作业过程。实验还原度高,底层数据和模型源于科研实际,通过两个教学周期中的应用,有效锻炼了学生的创新思维与解决复杂工程问题的能力。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
李寿杰 宋华军 兴雷 李郑 刘东凯
设计了一种基于机器视觉和步进电机快速控制系统的气冰球机器人实验教学系统。该系统利用高速摄像头对气冰球的运动图像进行采集和透视变换,对变换后的图像使用HSV颜色阈值分割,利用去噪点、Hough变换轮廓检测等算法得到气冰球的中心坐标。为了控制机械臂对气冰球的撞击,并减少系统响应时间、提高反应速度,使用轨迹预测和碰撞分析算法对气冰球的运动轨迹进行了建模。还针对步进电机丢步问题,提出了位置矫正算法。最后,对气冰球机器人的反应速度和轨迹预测精度进行了分析。
[期刊] 工业工程
[作者]
彭辉 赵宁 孙阳君
采用数字孪生技术对货到人拣货机器人系统RMFS(the robotic mobile fulfillment systems)进行研究,提出了针对RMFS系统的数字孪生模型构建方法并给出了数字孪生实例。实验数据表明,所构建的数字孪生系统可更好地描述RMFS系统AV(automatic vehicle)死锁和冲突的规律,可方便地随物理RMFS系统重构而重构,实现系统共生。数字孪生系统可为更好地理解RMFS系统内在规律,指导电商企业更好地使用RMFS系统提供帮助。
关键词：
数字孪生 RMFS 仿真 优化
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
罗晶 陈金海 彭志轩 李杰 伍万能 周广兵
针对工业机器人成本高、开源性差和维护困难等问题，设计了一种基于机器视觉的机器人抓取实验系统。该系统利用机器视觉、深度学习和路径规划等技术对目标工件进行识别、定位，并完成抓取任务。机器人系统在结构设计上采用串联结构，利用无刷直流电机作为机器人关节的驱动机构。为了解决工件识别与定位问题，利用Pytorch框架下的深度学习模型，对工件图像进行处理，并利用YOLOV3算法对工件进行识别；基于机器人操作系统（ROS）实现机器人6自由度的运动学求解与运动规划；完成了系统总体与软硬件设计，并验证了机器人抓取试验系统的有效性。该系统具有成本低、灵活性好和高可靠性等优点，软硬件完全开源，便于日常实验和教学，提升了学生的动手能力和创新能力。
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
宋亚男 陈海辉 徐荣华 宋子寅
基于嵌入式系统完成了机器人声源定位系统的设计,设计了麦克风阵列和采集电路,并基于互相关函数估计时延法的机器人声源定位算法,实现了机器人声源定位;设计并实现了机器人声源定位演示实验和机器人声源定位半开放实验,实验效果达到预期实验设计的目标。
关键词：
声源定位系统 机器人 实验设计
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
崔志伟 唐晓强 侯森浩 项程远
在机器人与人交互过程中,机器人可能因刚度过大而对人或产品产生安全威胁。该文提出索驱动并联机器人静态刚度分析及索力分配方法,研究其可控刚度特性问题。首先,通过建立运动学和静力学方程对机器人进行受力分析,并通过引入线矢量和微分变换的方式,推导出结构矩阵对位姿微分的三维Hessian矩阵,建立静态刚度模型,分析索力与机器人刚度间的关系;其次,给出索力多边形计算算法,并研究索力分配方法,完成机器人刚度的有效控制;最后,通过计算实例验证该方法正确性与有效性。结果表明:该方法可以有效控制机器人的系统刚度。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
韦慧玲 仇原鹰 盛英 陈海初 卢清华
针对大跨度绳牵引并联机器人难以建立精确动力学模型的问题,该文提出一种绳索非线性悬链线模型降维优化解算方法。该方法首先通过柔索微分单元和积分法推导绳索悬链线模型的差分方程并确定其边界条件;根据系数矩阵行列式为零的方法对悬链线模型的超越方程进行降维;进一步通过换元法和Taylor展开方法求出悬链线模型的解析解;接着基于Newton迭代方法得出悬链线模型的精确数值解,分析数值解的取值范围确定其正确符号;最后,对降维优化解算方法的合理性和有效性通过实例计算进行了验证。研究成果可为绳牵引并联机构的动力学精确建模和稳定运动实时控制提供理论依据。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)
[作者]
赵雅聪 王启明
500 m口径球面射电望远镜(five-hundred-meter aperture spherical radio telescope,FAST)中馈源支撑系统是一个巨型的索牵引并联机器人,钢索牵引动平台在数百米空间内运动,包含变长度柔性索的运动和动平台的刚体运动。该文以索牵引并联机器人为研究对象,首先,采用绝对节点坐标法建立变长度钢索单元模型,并以此为基础利用虚功原理建立变长度索单元的动力学方程组;其次,对刚性动平台进行动力学分析,利用钢索与动平台间的约束得到六索牵引并联机器人整体的动力学方程组,其中包含柔性索和动平台的自由度;最后,使用MATLAB对建立的动力学模型进行了数值计算及仿真,将所得的仿真数据与对应的FAST实际运行数据进行对比,验证了该模型的可行性。
[期刊] 福建农林大学学报(自然科学版)
[作者]
董楸煌 陈志伟
为了实现平面工作空间的目标物自动化快速分拣操作，基于平面五连杆机构，设计平面2RR并联机器人系统进行分拣操作.首先，根据系统的自由度和主动关节的设置，确定系统的广义坐标，利用第二类拉格朗日方程和闭链几何约束关系，建立系统的动力学方程.针对分拣操作的高速运动控制要求，并考虑系统动力学方程的非线性、强耦合和不确定干扰等因素，设计了基于干扰观测器的滑模控制方法.最后，通过李雅普诺夫稳定性证明了所设计的控制方法的稳定性，并通过数值仿真验证了该控制方法有较好的控制效果.
关键词：
并联机器人 动力学 滑模控制 干扰观测器
[期刊] 实验技术与管理
[作者]
黄弢 施妙辉 汪迪 王峻峰
为了实现工业机器人实验教学的多元化发展与创新,文章设计了一种基于TwinCAT控制系统与Qt图形界面的仿真-实物实验平台。采用开源的Bullet物理引擎实现了机器人的三维显示,利用自动化设备规范(automation device specification,ADS)技术实现了TwinCAT平台与Qt之间的数据通信。
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