列车用送餐机器人路径规划研究及软件设计

研究列车环境下送餐机器人路径规划与软件控制方案,为更好地满足实际需求,提出一种改进的蚁群算法,以加快收敛速度、缩短路径长度及减少转弯次数。实验中根据当前环境构建栅格图,通过编写的路径规划程序计算起始位置到目标位置的路径,完成当前环境下的路径规划。上位机软件平台采用C#语言编写,主要包括运动控制、订单管理、通讯传输等功能。实验结果表明,与基本蚁群算法相比,改进蚁群算法具有更好的规划效果,上位机软件平台与下位机可以实现有效的数据交换,并实现对送餐机器人的运动控制及系统管理等功能。     

弹跳机器人三维仿真示教平台设计

设计了一种机器人三维仿真示教平台,以单足弹跳机器人作为研究对象和可视化模型。该仿真平台成本低廉、用户操作简单且界面交互性较好,提供了3D模型加载显示模块、机器人运动学模块、三维场景漫游模块、通信模块、基于关键帧和插值算法的运动轨迹规划模块。该运动学仿真可以生成数值仿真曲线和三维仿真动画,并且能够进行用户交互式的运动轨迹规划。该仿真平台可以作为学生学习三维仿真技术的一个实验平台,使学生系统了解三维仿真过程,并且能够使学生对于机器人运动控制具有更加感性的认识,能够使学生更快的掌握相关知识,具有良好的示教演示意义和创新性。     

基于模型的设计方法在运动控制实验中的研究

基于模型设计方法是一种高效的嵌入式控制系统设计新方法,该方法应用了建模、仿真、自动代码生成、测试验证等作为支持技术。采用Matlab/Simulink软件作为基于模型的设计平台,以MCU为核心的运动控制板及直角坐标运动机构作为验证平台,构建了实验环境。开发了支持自动代码生成的Simulink模块库,含有AD、DA、编码器、通用输入、通用输出等接口。利用Simulink实现图形化的建模与仿真,使用Simulink coder自动生成控制代码,下载到运动控制板上进行实验验证。开发了数据采集和传输库函数,用于上传实验数据供进一步分析。实验表明,基于模型的设计方法使运动控制理论与实验无缝连接,能够快速构建起实验控制系统,有利于培养学生的工程实践和创新能力。     

移动机器人虚拟仿真平台及其在实验教学中的实践应用

针对智能机器人课程教学中理论与实践脱节的问题,从实验平台构建、教学方法等方面提出了将虚拟仿真与实体机器人实验相结合的实验技术与教学方法。首先研制适用于课程教学的移动机器人虚拟仿真实验平台,该平台具有接口通用、易于上手、配置灵活、界面直观等特点,能够进行机器人建模、运动避障、轨迹跟踪、决策控制及导航规划等方面的仿真实验,故而特别适用于课堂教学的实验实践。通过通信接口的适配,该虚拟仿真平台具有操控实体机器人的能力,从而实现了虚实结合的实验教学技术并应用到课程教学中。依托该平台,采用任务驱动的教学方式,进行课上课下相结合的智能机器人课程的理论教学与实验教学,有效地培养了学生的理论知识、项目经验以及工程应用能力。     

面向机器人智能抓取任务的视觉定位实验

开发了面向机器人抓取任务的视觉定位实验平台。该实验平台基于5自由度关节式机器人实现物料抓取,采用运动控制器及伺服电机进行控制。基于机器视觉的抓取目标定位系统采用Matlab软件开发,包含图像预处理、图像分割、目标识别、坐标计算、运动路径规划等。视觉定位系统能够识别多个被抓取对象的位置、姿态,并生成抓取运动指令,通过网络与机器人运动控制器通信实现自动抓取。该实验融合了机器视觉、机器人控制、机电一体化等多方面课程知识,具有良好的开放性和广泛应用性,有利于培养学生的工程实践能力和创新能力。     

基于机器视觉的写字机器人实验系统设计

设计了一种基于机器视觉的写字机器人实验系统。该系统机械结构包括2自由度运动单元和书写机构;硬件部分由主控、识别、运动控制以及人机交互等模块组成,主控模块使用STM32作为主控制器;软件部分通过使用Bresenham算法结合坐标变换实现书写机构按照特定轨迹进行运动。测试结果表明,写字机器人系统可以完成运动手势识别,控制书写机构运动;也可以通过识别手写笔的运动来控制书写机构进行同步书写。该系统易于实现,且具有运动手势识别准确率高、同步书写精度较高等优点。     

基于3D打印技术的双轮自平衡机器人创新实验平台

设计了一种基于3D打印技术的双轮自平衡机器人创新实验平台,采用OpenSCAD开源建模软件设计机器人的机械结构,并通过3D打印技术打印机器人各零部件;该机器人由2个步进电机驱动,采用双闭环控制结构控制左右轮速度实现机器人的平衡控制与速度控制,具有鲁棒性好、可扩展性强的优点;机器人上配置有WiFi网络接入模块,可通过TCP协议与上位机控制系统通信,能够自如实现前进、后退、转向等功能。实践表明该创新实验平台具有结构简单、组装方便、趣味性强的优点,能有效改善实验教学效果。     

机器人运动控制实验设计与实现

基于AVR单片机完成机器人运动控制系统设计,构建机器人运动学模型,采用“比例一微分一积分控制器”实现机器人前进、后退、原地旋转和圆弧运动控制.设计并实现了机器人运动控制系统演示实验和机器人运动控制半开放实验,实现效果达到预期实验设计目标.     

三自由度气动并联平移机器人平台的设计

基于工业生产中广泛使用的高速并联机器人应用背景,设计了一种三自由度气动并联平移机器人平台。针对气动并联机器人平移运动的需求,设计驱动臂机构驱动机器人运动,设计辅助臂机构约束机器人的转动自由度。采用MATLAB和ADAMS对气动并联机器人进行运动学仿真。针对气动并联机器人平台系统的非线性和不确定外扰,采用线性自抗扰控制算法进行机器人运动控制。利用该平台进行实验教学,可以培养学生的分析、综合、设计、探索和创新能力,提高学生的工程素养。     

船舶动力定位系统虚拟仿真实验平台

给出了动力定位系统虚拟仿真实验平台的体系结构、硬件组成、交互仿真信息流、船舶虚拟三维运动显示、船舶模型、海洋环境模型,基于该虚拟仿真实验平台在船舶动力定位系统作业时进行了仿真试验,试验结果表明所设计的试验平台可以实现动力定位系统的动态模拟。该平台为研究船舶运动控制技术、计算机控制技术综合实验提供了试验平台,还对降低实船调试成本和风险、提高实船海试效率,具有积极的作用。