基于TwinCAT3的一种开源机器人控制系统设计

目前主流工业机器人为封闭式控制结构,存在不开源、二次开发难的问题,因此设计一种基于倍福自动化控制软件（the windows control and automation technology, TwinCAT3）的跨平台、可移植性好的机器人控制系统架构。该架构包含视觉、运动控制和算法集成与仿真控制模块,采用倍福自动化设备规范（automation device specification, ADS）通信技术和实时工业以太网总线技术（ethernet for control automation technology, EtherCAT）,建立以PC 计算机（personal computer, PC）和倍福控制器为EtherCAT主站,控制多组从站执行器的一主多从工作模式。该模式结合离线与在线控制、集成数字孪生技术,完成虚拟样机与物理样机的联动;采用开源可扩展架构,便于视觉算法、智能算法等算法集成。经实验验证,此架构具有拓展性好、实时性强的特点。     

基于EtherCAT的直角坐标机器人控制系统设计

为实现EtherCAT技术在直角坐标机器人中的应用,文章提出了一种使用德国BECKHOFF公司的EtherCAT从站开发板FB1111-0141和TMS320F2812单片机的设计方案。研究结果表明:EtherCAT技术可以实现直角坐标机器人更快、更稳定、更精确的位置控制。     

基于EtherCAT和TwinCAT的微创手术机器人

在分析几种微创手术机器人控制系统架构的基础上,提出了基于Ethercat总线和TwinCAT运动控制器的控制系统架构,该系统架构采用集中式控制和分布式I/O(输入和输出).基于该控制系统提出了主从控制映射算法,编写了相应的程序,并设计了相关实验对该控制系统和控制算法的有效性进行了验证.实验结果表明:该控制系统稳定可靠,实时性强,灵活易扩展,应用于微创手术机器人系统中极具优势.     

基于免疫机理的足球机器人协作控制研究

针对Robocup中型组全自主足球机器人自主协作任务,基于人工免疫机理对机器人个体及群体体系结构进行优化,采用个体混合式体系结构与群体分布式体系提高系统性能。构建适用于比赛环境的足球机器人免疫系统模型,充分考虑模型中抗体与抗原及其他抗体间的激励和抑制作用,给出在动态环境下面临复杂协作任务时的足球机器人协调控制算法及流程,改善多足球机器人冲突的混乱局面,增强足球机器人策略行为的有效性,提高足球机器人系统的智能协作性。实验结果验证:该算法可以有效的增强足球机器人的协作能力,提高规定时间内的平均成功进功率与平均成功进球率。     

履带式机器人控制系统设计

根据研制的履带式机器人的结构特点和性能要求,设计了基于ARM DSP双核架构的控制系统。选用STM32F103VET6来完成电机的控制,采用TMS320DM642来完成图像的采集与处理,两芯片间采用I2C总线通信,通过无线网桥实现与上位机的通信。设计了对应的硬件系统和软件系统,并进行了实物样机调试实验, 实验结果表明,设计的控制系统工作性能稳定,通信可靠,动态响应性能良好,能够很好地满足履带式机器人的运动控制要求。     

基于EtherCAT的高性能交流伺服控制系统设计

 高性能伺服控制系统已从模拟控制发展到全数字控制,性能不断提高,在军用和民用方面具有广阔的应用前景。基于现场总线网络的伺服控制系统因其高可靠性、快速性和稳定性,成为伺服运动控制系统的发展趋势。本文针对高性能伺服控制系统在控制现场需要多个伺服电机并联,组网困难,实时性要求高等使用特点,引入实时以太网EtherCAT技术。阐述了EtherCAT的组成、工作原理及报文协议,设计了基于EtherCAT的高性能伺服控制系统,利用EtherCAT从站接口控制器ET1100和DSP芯片TMS320F2812开发了EtherCAT从站设备,构建了一主多从的EtherCAT网络结构,并给出了系统硬件和软件的设计方案,实现伺服系统的位置控制和实时数据传输。     

基于PC-Based的TwinCAT数据接口研究

介绍了PC-Based技术的TwinCAT.工控软件,通过利用动态连接库,专用数据接口函数实现与VC++的数据传递,能有效缩短开发周期,降低开发成本,提高系统性能,对于工程项目的开发设计者具有很大的帮助.     

RoboCup擂台赛机器人控制系统设计

根据参赛情况,介绍了RoboCup机器人擂台赛比赛规则,提出了设计参赛机器人系统的比赛策略,设计了硬件、软件以及机器人的感知系统与控制决策系统等,探讨了机器人的自适应能力.自主设计实现了竞赛机器人的灵活配置和组装,为机器人的自行开发提供了方便.     

基于TwinCAT Vision的自动插磁视觉定位系统设计

为解决传统的视觉系统与组装流水线的流程控制分属于两套不同系统的问题,在通过串口或TCP/IP进行通信时易导致停机、停线、减慢生产节拍等问题,利用TwinCAT Vision机器视觉模块设计了一套流水线上的转子视觉定位系统,系统的图像处理部分被添加到整合PLC(programmable logic controller)运动控制的通用控制平台TwinCAT上,实现与整个转子装配流水线中PLC运动控制模块的无缝连接。视觉定位系统通过TwinCAT Vision采集流水线操作台上的转子图像,传递到实时内核模式下的PLC机器视觉与工艺流程控制系统中。研究表明,与传统机器视觉方案相比,该视觉定位系统减少了通信环节,提高了系统稳定性,节省时间约26.2 ms,效率提高96.3%左右,有效缩短了检测环节的用时。     

基于EtherCAT的风力发电机组主控系统设计

机组主控制系统是变速恒频风力发电系统的核心,是机组最佳状态运行和精确控制的保证.计算机控制和网络控制技术的发展使得机组主控系统运行的可靠性和智能化大大提高,通过引入EtherCAT实时以太网控制技术,设计了基于EtherCAT技术的风电机组主控制系统,提高了机组系统的实时控制和数据传输能力,并给出了硬件和软件设计方案.     

基于UMAC的工业机器人运动控制系统设计

文章建立了RB 08型工业机器人D-H模型,对机器人的运动学求解进行了分析;设计了一种基于工业控制计算机(IPC)和运动控制器(UMAC)的模块化分布式机器人控制系统,搭建了机器人运动控制系统硬件平台,完成了控制系统的人机界面、路径规划、示教在线和运动学求解等功能模块的软件设计;最后,针对RB 08机器人工作空间内的2个相邻位置点,进行了笛卡尔空间内的三次样条轨迹规划实验,验证了系统软件的各模块功能软件,同时得到了关节空间内各关节分别采用直线插补和样条插补时的位置跟随误差。     

机器人手臂控制系统的设计与研究

机器人在工业上已经取得了非常大的进步,尤其是视觉传感器的应用对于机器人的智能化有很大的帮助。基于DMC5480运动控制卡,通过视觉处理系统实现了RS232串行通信,设计了一套可识别机器人手臂的精准定位系统,详细研究了控制系统硬件,规划了控制系统控制策略,编写了上位机操作软件。最后设计了一套带视觉识别的象棋机器人手臂。实验结果表明,机器人手臂可以代替人手功能在工作区域内沿任意轨迹运动。     

基于无线通讯的移动机器人远程控制系统的设计和实现

介绍了一种机器人远程控制系统的设计和实现方法,通过远程主机和机器人之间通讯的反馈控制和指令校验的方式,保证对机器人的可靠控制。该系统可以实现对机器人行走路径任务的管理和下发,使移动机器人可以全自动运行。     

基于构件的开放式机器人控制软件设计

提出了一种基于构件的模块化设计方法,将控制软件分成主视图、参数配置与数据存储、运动控制、数据通信、传感器数据采集与处理、外围接口和任务调度七个独立的基本功能模块.各模块都是根据机器人系统的共性总结抽象而成,采用标准的通信协议并提供开放式接口.任务调度模块可以通过读取配置文件将它们组合起来,让机器人系统完成特定的任务要求.这种设计模式可以提高机器人控制软件的可重构性以及系统开发效率.     

基于Windows CE的弧焊机器人控制系统

在分析Windows CE应用于弧焊机器人控制系统优势的基础上,提出了研制基于Windows CE平台的弧焊机器人控制系统的构想.采用“嵌入式工控机十运动控制卡”的上下位机模式构建机器人控制系统,上位机采用Windows CE嵌入式系统进行系统管理等弱实时任务的调度,下位机采用运动控制卡调度以运动控制为主的强实时控制任...     

基于机器人系统的3M技术研究

介绍了机器人系统在3M技术中的应用,并详细介绍了机器人系统的关键技术:机器人标定技术、机器视觉技术和离线编程技术。经过标定后机器人系统绝对精度大幅度提高,可满足机器人"手持"测量工具进行测量的需要,同时通过机器人模型和运动学方程,将测量数据建模,生成统一世界坐标系下的加工路径,将生成的加工路径通过离线编程技术转化成机器人系统的运动指令,控制机器人进行加工,因此机器人系统在测量、建模和加工过程中发挥了非常重要的作用。同时介绍了一种机器人系统在3M技术中的典型应用,并开发了智能测量、建模及加工机器人一体化系统,该系统集成了透明件测量、自由曲面建模、机器人离线加工等先进技术,满足了用户需求,已经成功应用于透明件研磨抛光领域。     

机器人等离子喷涂控制系统设计与研究

采用组态软件编程实现了对喷涂工艺参数(如电流、电压、皮膜温度、机器人状态等)的实时监测和控制．对实际系统进行了喷涂工艺试验，给出了不同工艺参数条件下，采用红外测温仪进行皮膜温度检测的试验结果和理论分析．结果表明：在等速运行的周期性“Z”字形平移路径的喷涂中，工件边缘温度高于工件中心处的温度，两者相差60℃左右．因此在机器人等离子喷涂中，必须对路径进行规划和采用变速控制，才能获得一致的皮膜温度，从而防止皮膜起皮、脱落等工艺缺陷的产生．讨论了在基体预热温度相同而喷涂参数(如电流)变化的情况下其基体温度变化的趋势．即：当电流变化50A时，温度的变化只反映在上升段，而在温度达到稳态时，工件的温度分布基本相同．研究成果能够满足机器人等离子喷涂工艺控制的要求，具有开发周期短、用户界面友好、易于维护和使用的特点．     

基于Beckhoff的瓷砖铺贴机器人控制系统设计

为促进建筑行业自动化发展,针对瓷砖铺贴工艺对机器人技术、定位技术及高速、高数据处理性能及实时坐标记录的需求,提出了基于Beckhoff嵌入式PC控制系统的瓷砖铺贴机器人控制系统。设计了针对机器人、移动平台、激光测距传感器、真空吸盘的综合控制系统,该控制系统利用激光传感器实现瓷砖空间定位,真空吸盘实现瓷砖抓取放置动作,移动平台扩大瓷砖铺贴范围。Beckhoff嵌入式PC作为上位机与硬件通过对应数字量模块、RS232模块实现通讯。瓷砖铺贴实验结果表明:系统可实时记录瓷砖位置坐标,并能满足机器人实时控制的需求,验证了该系统在精度上可完全代替人工实现瓷砖铺贴工作,同时铺贴效率得到了大幅提高。     

移动机器人分布式控制系统的设计

针对自行研制的移动机器人(IMR01)设计并实现了一个分布式控制系统. IMR01采用激光雷达平台、多视觉系统作为环境感知器. 利用2-D平面扫描的激光测距传感器, 通过传感器平台俯仰与水平的转动实现在3-D环境感知, 建立地形的高度图以分析可行区域与障碍区域. 利用光纤陀螺仪、倾角仪及里程计等传感器构建移动机器人航向制导系统. 控制系统基于多系统集成的低功耗工控机(IPC), 在硬件上具有良好的扩展性能;通过无线网桥实现车载局域网与实验室监控系统的通讯. 分布式控制系统通过异构Agent间的协作实现复杂环境下的感知与导航控制.