余纯志[1]2012年在《教学机器人软件系统的设计与实现》文中研究指明针对教学机器人应用领域的特殊性，它需要具有所有一般工业机器人的普遍性能，同时还应有应用广泛和廉价成本的特点。本文研究工作的目的即是以五自由度教学机器人为研究对象，设计实现教学机器人软件系统，该软件系统既可以作为教学机器人的控制软件，也可自行构成工业机器人的模拟操作环境，独立运行。本文以教学机器人软件系统的研制过程为背景，对软件系统的设计及实现方法作了详细说明，主要涉及到软件系统的结构及通讯接口的设计、教学机器人运动控制方法的分析、机器人指令系统的开发、综合操作平台软件及底层控制器软件的设计说明。在软件系统的研制过程中，主要解决了以下几个技术问题：上下位机多任务间的并行通讯、机器人的运动学分析、机器人关节空间及直角空间的轨迹规划、机器人任务编程指令的定义、示教再现功能的实现、机器人任务开发程序的研制及机器人控制系统的实时性。本文对教学机器人系统做了简单介绍，并具体说明了软件系统的结构、运行模式及系统各组成部分的功能。由于上下位机多个任务间的通讯需求是随机、并行发生的，不具有单一性，针对系统这种多任务并行通讯的特点，本文首先采用了结构化的方法将上下位机的通讯传输问题，转换成叁个较小问题分解实现，然后在多任务环境下采用基于优先级定时调度的方法实现了通讯传输模块。对于教学机器人在关节空间和直角空间的轨迹规划及生成过程，本文也作了重点分析，同时还给出轨迹规划的实例说明，主要说明教学机器人指令系统的语法定义及其使用方法，通过对机器人任务文件及工作文件的格式设定，基本达到了机器人动作规划的编程实现。在整个软件系统设计过程中，设计者始终遵循方便用户、安全可靠、简单明了、注重可扩展性和可维护性的设计思想。所有程序已经顺利通过编译，而且软件系统在模拟运行模式下也已调试完成，运行结果良好，基本完成了总体设计上的功能要求。本课题所设计的教学机器人软件系统，成功地把软件工程的思想应用在软件的开发中。
王华[2]2008年在《JJR-1型教学机器人控制系统的研究》文中指出JJR-1型教学机器人是我校八十年代购进的教学工业机器人,现该机器人的软、硬件设备已经无法满足教学的需要,在兰州理工大学省重点学科项目资助下开展了JJR-1型教学机器人控制系统的研究。经过实验验证了设计的控制系统电路的可行性和实用性。基于工业机器人的理论知识和现有的JJR-1型教学机器人,分析工业机器人控制器的发展现状和应用,设计出JJR-1型教学机器人整体控制系统电路,使用机器人控制系统中的常用芯片,把控制系统分为无线通讯单元、单片机控制单元、运动控制器单元、电机驱动单元和位置检测单元五部分来分别设计;并进行了JJR-1型教学机器人软件设计。JJR-1型教学机器人整体控制系统方案采用PC为上位机,AT89C51为下位机的主从式控制结构,选用nRF2401、AT89C51和LM629N控制芯片,实现机器人的运动控制。根据设计的JJR-1型教学机器人整体控制系统方案,结合nRF2401芯片,利用SoC方法设计,采用少量外围元件组成无线通讯收发电路和设计无线通讯硬件电路,进一步设计了PC机与单片机的接口电路。该电路的设计解决了JJR-1型教学机器人操作不方便的问题。下位机AT89C51的电路控制系统设计主要以腕关节的控制系统为研究对象,选用LM629N芯片进行关节运动控制设计,组成关节伺服控制系统,分别对电机控制单元、电机驱动单元和速度检测单元电路进行设计,实现了高精度位置控制的机器人关节半闭环控制,并给出关节运动控制的软件流程。最后结合JJR-1教学机器人控制系统电路设计,设计了该机器人的外围电路:电源电路、单片机复位电路和8255A接口扩展电路进行;并在外围电路设计的基础上,针对控制系统的抗干扰特性提出了系统的抗干扰设计电路。经过实验验证:设计的JJR-1型教学机器人控制系统电路是可行的,并为同类教学机器人控制系统的设计提供了可借鉴的方法。
邓巍[3]2001年在《教学工业机器人计算机控制系统的设计》文中研究表明本文从机器人的自由度、几何结构、控制方式等方面分析了教学机器人的总体结构。给出了教学机器人的机械传动系统简图与伺服系统的总体原理图。分析了其关节伺服控制的原理与工作过程，以此为基础提出了两级计算机控制的总体构想。以8031单片机、8255A、8279及MAX232为核心完成串行接口板及手动操作板的硬件设计；使用PL/M-51完成单片机的软件设计，使用DELPHI完成上位机的算法设计；使用MSComm控件完成两级计算机之间的串行数据交换。
郭骏[4]2006年在《DGR-5A型机器人控制系统的设计研究》文中进行了进一步梳理工业机器人是当今工业的重要组成部分,能够精确的执行各种各样的任务和操作,在这种情况下,模拟工业机器人系统来开发教学机器人系统是一个很需要重视的领域。本文以“DGR-5A五自由度教学机器人”为对象,展开了以下几点研究:首先,对DGR-5A五自由度机器人寻求有效的分析方法,建立操作臂的运动学方程及其逆方程,通过计算机仿真验证了方法的正确性,同时为确定机器人的空间运动轨迹,对轨迹规划基本理论做了一般性探讨。其次,考虑到机器人系统的耦合、非线性等问题,建立准确的五自由度机器人动力学模型;然后在此模型基础上对控制算法进行研究。针对不确定刚体连杆机器人的跟踪控制问题,提出一种轨迹跟踪鲁棒控制方案,其控制器由基于标称模型设计的计算力矩控制器和基于不确定性因素设计的鲁棒跟踪补偿控制器组成,使系统达到理想的控制性能。最后,叙述了机器人伺服控制系统的硬件设计和实现。以工控机为核心,在位置反馈信号采集调理过程中对单片CPLD进行多通道扩展以简化系统结构,并通过对速度回路和位置回路的信号的全数字采样,有效的提高了伺服控制精度及工作稳定性,使系统具有结构简单、成本低廉、性能可靠等特点。
赵炜[5]2017年在《基于建构主义的辅助教学机器人设计与应用研究》文中提出随着人工智能技术和机器人技术的发展,机器人将拥有广泛的知识覆盖面与高度智能化水平,它为实现个性化教学和因材施教提供了一种可能,必定会为教育领域带来颠覆性的改变。在教育机器人的重多研究方向中,机器人辅助教学的研究还处于起步阶段,国内外的部分研究机构已开展了相关研究。机器人技术是辅助教学的手段,而“辅助教学机器人”作为实施机器人辅助教学的主要工具之一,目前仅仅是概念性的产品。机器人应用于教学过程,必将改变传统的课堂教与学的方式,也会促进教师工作的转型。本论文以机器人辅助教学作为研究对象,分别从理论和实践的角度展开研究,探究机器人应用于课堂教学实践的思路和方案,以期为机器人辅助教学领域带来突破和发展。本论文的主要研究工作如下:1.针对目前机器人辅助教学缺乏教学理念指导的问题,在建构主义教学设计的基础上,结合机器人的功能特点,提出一种基于建构主义的机器人辅助教学设计模式。借助系统动力学模型思想构建了教学设计系统变量集,并采用结构方程模型建模方法建立了教学设计模式的量化模型。2.分析了机器人辅助教学系统构成的核心要素及其相互关系,对C-RAI教学设计中的“建立学习定向点”和“探究学习”两部分进行细化,结合机器人技术和多媒体技术,分别提出机器人课堂讲授模式和机器人在线答疑模式。3.在综合分析RAI教学中机器人的功能需求的基础上,设计一款适用于RAI的辅助教学机器人,采用“机器人躯干+固定式底座”的人形结构设计,采用分层控制思想来架构机器人控制系统,实现机器人机械运动和语音合成等基本教学功能。并利用ROS MoveIt来搭建机器人的运动规划平台,对机器人运动进行模拟和仿真。4.根据C-RAI教学设计模式的基本框架完成详细的教学案例设计,将辅助教学机器人作为辅助教学的工具,应用于C-RAI教学案例,实施RAI教学实践。通过对比分析和调查分析的手段对教学结果进行分析,实践证明RAI这种新型的教学形式具有可行性,实现以学习者为中心,教师为主导,机器人为辅导的新型教与学的方式。
赵小英[6]2006年在《基于模型的双臂教学机器人伺服系统的设计》文中指出基于单处理器的开放式系统已经成为机器人控制系统的发展趋势,系统由专用机器人语言和专用微处理器的封闭式结构走向通用、实时、多任务、模块化、具有人机接口和网络功能的开放式结构。 随着微处理器技术的发展,PC机以其标准的接口、合理的硬件结构及优异的性能价格比,成为机器人控制系统开发的首选硬件平台。对于基于PC的机器人控制系统,系统的软件构架尤其重要,不仅要有友好的人机界面,而且必须是实时多任务的和体系开放的。本文提出基于Windows NT+RTX平台的机器人伺服系统的开发方法。 本文首先进行了机器人运动分析及仿真,以确定机器人手臂的有效工作区域和验证各种运动的可行性,并采用Visual C++6.0进行开发,可以实现仿真和机器人控制的有效结合。 接着论述了双臂教学SCARA机器人伺服系统的设计方法,并进行了机器人的伺服控制研究。系统硬件主要由PC机、硬件控制箱和机器人本体组成,采用“PC+控制卡”的控制平台,控制卡有I/O卡、D/A卡和数据采集卡。系统软件采用Windows NT+RTX实时平台,系统的所有功能都在这个平台下实现。其中,软件系统由人机界面、Win32通信层、RTSS通信层、运动控制层组成。人机界面和Win32通信层在Win32非实时子系统内实现,RTSS通信层和运动控制层在RTSS实时子系统内实现,依靠共享内存等进程间通信机制来保证非实时系统和实时系统的通信。伺服控制部分在运动控制层完成,主要论述了伺服系统的建模及控制算法,给出了相应的运行结果,并分析了系统的实时性能。系统开发结果表明:Windows NT+RTX平台完全能够满足控制系统对实时性的要求,开发基于此平台的机器人伺服系统是完全可行的。
刘敏[7]2005年在《开放式SCARA教学机器人控制系统的研究》文中指出目前机器人在生产实际中应用越来越广泛,但绝大多数机器人的结构都是封闭式的,如采用专用的计算机、专用的机器人语言等。传统的结构大大地限制了机器人的进一步研究和应用。因此,我们研制的SCARA教学机器人采用开放式的结构,表现在:硬件控制器采用“工控PC机+自制运动控制卡的结构”。软件环境是基于Windows2000的操作系统,采用Visual C++6.0作为软件开发平台。在开放式结构设计思想的指导下,本文进行了相关关键技术研究。 本文在对SCARA教学机器人结构分析的基础上,运用D-H方法对SCARA教学机器人进行了的运动学分析,并采用关节空间法和笛卡儿空间法详细规划了机器人的运动轨迹,在充分研究了开放式机器人的体系结构的基础上,给出了SCARA教学机器人控制系统的软硬件模式,开发了基于PC机ISA总线的运动控制器,该控制器可以同时控制四个伺服或步进电机。开发了一套基于WINDOWS具有交互式界面及开放式结构的控制软件,该控制软件利用Visual C++便于底层访问控制的优势,通过动态链接库(DLL)编写运动控制函数直接对硬件接口进行访问,同时将面向对象编程的VC环境和具有强大的矩阵运算、符号推导和绘图等功能的Matlab数学系统环境进行了有机地结合,既减轻了纯VC编程的工作量和高度的难度,又提高了计算的精度和可靠性。采用了VC和Matlab之间的引擎调用技术,实现了VC和Matlab之间的数据交换,使仿真过程可以脱离Matlab仿真平台而独立运行。由于软硬件的开放式结构,用户或第叁方可方便地进行二次开发,扩充其应用功能。本课题研究的内容已经运用到教学中,对于机器人的教学和研究都起到了很好的作用。
王才东[8]2008年在《六自由度教学机器人控制系统设计及实验研究》文中提出近些年来,机器人技术发展十分迅速,机器人在工业、农业、服务、医疗、军事等领域获得了广泛应用。随着国民经济的快速发展,我国需要大量的机器人技术方面的人才,培养机器人的设计、开发、生产、维护等方面的人才显得十分重要。本文旨在设计六自由度教学机器人控制系统,并对教学机器人性能进行实验研究。论文首先介绍了机器人的国内外发展概况,并着重阐述了国内外教学机器人的研究和发展情况。针对教学机器人的特点,对教学机器人控制系统总体方案进行设计,采用分布式控制系统,上位机采用通用PC机,下位机采用单片机AT89C52,上位机和下位机的通讯采用CAN总线。设计了由以专用运动控制芯片LM629为核心的运动控制模块、以功率驱动芯片LMD18200为核心的驱动模块、以CAN总线控制器SJA1000和CAN总线驱动器82C250为核心的通讯模块构成的硬件电路,设计的硬件电路能实现机器人高精度位置控制。设计了基于Visual C++6.0的上位机软件和基于C语言的下位机软件。针对CAN总线通讯系统的特点,制定了通讯系统协议,完成了通讯系统软件的设计。控制系统软件实现了对教学机器人单关节控制、多关节联动控制和示教再现控制。建立了教学机器人实验系统,进行数据通信实验,关节运动特性实验和示教再现实验,并对实验结果进行分析研究。结果显示,本教学机器人运动平稳,设计的机器人控制系统控制精度高,并具有良好的示教功能,可满足教学机器人教学实验要求。
李慧东[9]2013年在《六自由度教学机器人的设计与研究》文中研究指明改革开放以来,中国经济实现了高速增长,随着劳动力成本的不断上升,工业产业结构调整转型和产业升级的发展,机器人技术作为在工业领域中代表高科技产业的典范得到了迅速的发展。伴随着机器人产业的高速发展和机器人自身系统的不断升级、更新,行业发展的客观需要,使得人们越来越注意到培养与机器人学科有关的各级人才和技术人员成为了机器人产业发展的短板。于是为了适应这个迫切要求,一种专门面对教学和研究的实物载体——教学机器人,在教学中的应用也越来越重要。教学机器人是专门为大中专院校和职业高等技校机械设计、机电一体化系统设计和控制理论等相关专业和课程提供一个完全开放、创新的综合教学平台,其设计和开发具有重要意义。本论文利用虚拟设计技术并且结合教学机器人的相关应用背景,对教学机器人进行了各个关节和连接的结构设计和驱动的选型,并在最终SolidWorks中进行虚拟设计和装配,建立了叁维实体模型。本次的设计为六自由度教学机器人,包含6个旋转关节,利用步进电机以及伺服电机进行驱动,选用铝合金材料为主体材料,整体结构简单,可靠,便于控制。然后,将叁维实体模型导入ADAMS中构建了虚拟样机。并根据作图法,绘制出了教学机器人的理论工作空间,并在ADAMS中实现了工作空间的仿真和边界轨迹的绘制。利用ADAMS求解器进一步对机器人进行了运动学和动力学的正、逆仿真和分析,得到运动过程中各个关节的运动曲线和力矩曲线。接着利用有限元法和运动学和动力学分析得到的数据,对机器人的底座和底座与关节1连接轴在ANSYS中进行了静力学分析。通过分析,得到了在不同情况下底座在力矩峰值下底座的变形云图和应力云图以及轴的变形云图和应力云图。分析结果表明,所选的材料满足使用要求。在论文的最后对机器人智能控制的发展、特点和各种不同控制策略的区别进行了分析,并对教学机器人的自适应PID智能控制进行了分析和探讨,对机器人的智能控制技术有了更加深刻的了解,为进一步的教学机器人的控制研究打下了坚实基础。
闫志超[10]2007年在《开放式教学机器人控制系统研究》文中研究说明串联型关节式机器人已广泛应用于工业自动化领域，但绝大部分机器人系统并不具备开放性。本文旨在设计一套基于PC平台、有较强开放性和通用性、六自由度微型串联型关节式机器人，以满足该学科教学需要，并且为实验室对机器人技术的继续深入研究提供平台。论文首先介绍了工业机器人的国内外的发展概况，阐述了国内教学用机器人的研究和发展情况。结合本课题的实际要求，确定机器人的方案及研究内容。设计了一种减速机构内置式的机器人关节结构，以实现机器人的外形美观、关节体积小、机械精度高等要求；应用有限元软件对机械系统中关键部件进行结构静力分析及模态分析，验证了其设计的可靠、合理。在此基础上，应用齐次坐标变换的方法对机器人的正、逆运动学进行了分析，为机器人控制和轨迹规划奠定了基础。通过对机器人控制系统结构的深入研究，并基于开放式的设计理念，确定其整体控制方案，系统采用二级分布式控制结构。以专用运动控制芯片LM629为核心，设计了一套硬件简洁、且能实现高精度位置控制的机器人单关节控制系统，实验表明其对关节控制效果理想。最后，为满足系统上位机与各关节之间通讯的高可靠性和实时性的要求，本文对基于CAN总线标准的通讯系统做了深入研究，结合机器人系统的特点，完成CAN节点接口的硬件和软件设计。
参考文献：
[1]. 教学机器人软件系统的设计与实现[D]. 余纯志. 上海交通大学. 2012
[2]. JJR-1型教学机器人控制系统的研究[D]. 王华. 兰州理工大学. 2008
[3]. 教学工业机器人计算机控制系统的设计[D]. 邓巍. 华北电力大学. 2001
[4]. DGR-5A型机器人控制系统的设计研究[D]. 郭骏. 南京航空航天大学. 2006
[5]. 基于建构主义的辅助教学机器人设计与应用研究[D]. 赵炜. 重庆师范大学. 2017
[6]. 基于模型的双臂教学机器人伺服系统的设计[D]. 赵小英. 河海大学. 2006
[7]. 开放式SCARA教学机器人控制系统的研究[D]. 刘敏. 哈尔滨理工大学. 2005
[8]. 六自由度教学机器人控制系统设计及实验研究[D]. 王才东. 哈尔滨工程大学. 2008
[9]. 六自由度教学机器人的设计与研究[D]. 李慧东. 武汉理工大学. 2013
[10]. 开放式教学机器人控制系统研究[D]. 闫志超. 哈尔滨工程大学. 2007
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