运动控制技术的应用

在机械工业、农业装备自动化中出现了一些运动控制新技术：如全闭环交流伺服驱动技术、直线电机驱动技术、可编程计算机控制器、运动控制卡等。分析和综述了这些新技术的基本原理、特点以及应用现状等,对于农业装备设计具有一定的借鉴作用。     

基于PC+运动控制卡的开放式控制系统设计

设计了一种基于固高GTS运动控制卡的二维平台控制系统,阐述了系统硬件部分构成和软件开发。该系统以运动控制卡为核心,采用“PC＋运动控制卡”结构,在VB6.0环境下开发人机交互软件,通过调用运动函数库中的函数,动态改变脉冲频率,控制电机的转速和转向,并采用光栅尺作为直线位移传感器,实现工作平台的精确控制。这种设计既提高了实时性和快速性,又方便使用。      

柔性底盘驱动控制系统设计

为了实现农业运作平台的数字化,设计了一套基于偏置轴驱动轮的柔性底盘控制系统。主要进行了单轮驱动控制系统的设计:驱动控制器接收中央控制器输出的信号,决定电磁摩擦锁绕组的锁紧力和平衡位置电机的转动位置;控制器中单片机将相对转角与油门信号叠加作为输出控制信号,通过集成驱动电路,采用PWM方式控制轮毂电机速度。     

基于伺服加载技术的电机综合性能测试台研制

采用西门子S7-1200型PLC作为控制器,Sinamics S120作为加载变频器,构建了基于PROFINET现场总线的两级控制系统,设计并实现了电机综合性能试验台的搭建。测试台能够完成三相异步电机、永磁同步无齿曳引机、永磁同步电机、变频电机等各类电机的精确加载试验。测试装置加载不仅动态控制精度高而且可靠稳定,采用伺服控制方式加载不需要进行转向识别,操作便捷。实际应用表明,该测试台控制精度能够达到预期目标。     

混合动力汽车集成式多能源管理监控平台

将混合动力汽车CAN网络中的整车控制器与发动机控制器集成为多能源管理控制器.使CAN网络节点由3个变为2个.它与ISG电机控制器通过CAN总线相连.PC机通过CAN接口卡接到CAN总线上.实时读取各个控制器的参数及修改控制器中的数据.采用开发工具LabVIEW 7.0设计了实时监控平台软件.试验表明此平台具有参数实时显示、指令发送、电机测试、数据保存等功能和良好的人机交互式界面.实现了对混合动力各个工况的测试,完成了混合动力各个工况的控制策略制定、试验参数的优化、试验数据的分析.     

基于嵌入式PLC的运动控制系统的设计与应用分析

为了深入探究运动控制系统设计方法,以棉花采摘运动控制为例,选取嵌入式PLC作为核心控制器,提出运动控制系统设计研究。该系统运用超声波测距,利用编码器设计棉花采摘行程控制方案,通过驱动步进电机,实现机械手运动控制。系统应用测试结果表明,本棉花采摘控制系统的运动坐标误差控制在±0.7 mm以内,符合运动控制精度标准。     

死鸡捡拾机械臂设计及运动学分析

根据当前我国死亡肉鸡捡拾劳动强度大,人禽共患病的风险高等问题,设计一款五自由度的机械臂以实现死亡肉鸡的无人化捡拾工作。该机械臂各关节主要由电机驱动,选择单片机对各个关节电机进行控制,绘制其三维模型,同时建立该机械臂的D-H方程,并利用Matlab中的机器人工具箱建立其仿真模型,利用七次多项式插值对其运动轨迹进行仿真,并利用蒙特卡洛法对工作空间进行仿真分析。结果表明：该机械臂的工作空间在水平方向为半径980 mm的圆,可覆盖死鸡捡拾位置,可满足预设工作需求,同时根据仿真轨迹以及各关节速度加速度图可知机械臂各关节运动平稳,为之后控制系统的设计奠定一定基础。     

温室3P3R机械臂系统动力学建模与分析

针对温室等设施农业环境,设计了一种具有3P3R机械臂结构的机器人,为了分析机械臂的操作性能并实现精确运动控制,对机械臂进行了运动学和动力学分析;采用Kane方法和旋量理论分析方法建立了机器人的操作臂运动学和动力学模型,利用该模型,针对原理样机的具体结构,在Mathematica环境下研究了机械臂的操作性能,得到在一定作业任务规划下,末端执行器的位姿变化规律,以及按照该规划轨迹运动时各关节的驱动力;结果表明,结合了Kane方法和旋量理论的动力学模型具有准确、简单、有效等特点,能够满足机械臂的运动学、动力学分析的要求。     

基于FPGA的步进电机驱动控制系统的研究与设计

【目的】步进电机具有定位精度高、无累计误差、易于开环控制等优点,但其实际运动与定位过程中易存在速度扰动的现象,需要加强对步进电机驱动控制的研究。【方法】研究团队设计了一款基于FPGA的步进电机驱动控制系统,详细分析了系统硬件设计和系统软件设计。整个控制系统由相应的主控制器、Netzer编码器、TMC5130驱动芯片电路等组成,通过各模块共同调节实现TMC5130驱动芯片驱动步进电机,实现了步进电机的开环控制和定位控制的应用,并且验证了该驱动芯片具有良好的运动特性。【结果】相较于其他芯片,该驱动芯片适用于具有高精度定位、静音运动控制系统的场合;基于FPGA的步进电机驱动控制系统抗干扰能力和稳定性较高,性能良好,适用于多个领域。     

组培苗移植机器人机械臂的设计

根据组培苗的生长特点和移植作业要求,采用参数化设计方法,研制设计了一个3自由度水平关节式组培苗移植机器人机械臂。该机械臂主要由大臂、小臂和伸缩臂组成,具有两个水平转动关节和一个垂直移动关节,能够实现绕垂直轴线的两个回转运动和1个沿垂直轴线的上下平移运动。该机械臂结构轻便小巧、运动平稳、定位精度高,能够满足移苗作业要求。     

差速转向农业专用AGV小车的设计与模糊控制研究

农业专用自动导引小车(AGV)作为农业作业的通用运载平台,是针对具体应用环境而设计的特定用途机器人,已成为农业自动化的一个重要发展方向。为此,介绍了一种基于多轴运动控制器的现代农业自动化AGV小车。同时,针对差速转向驱动型AGV小车路径跟随问题,首先对该AGV系统进行了理论分析和运动学建模;然后应用模糊控制理论,设计了以距离偏差和角度偏差为输入、左右驱动轮速度差为输出的模糊控制器;最后,在Mat Lab/Simulink环境中进行仿真验证。仿真结果表明:设计的模糊控制器在直线和圆周路径上跟踪性能明显优于常规PID控制器,其有效性和可行性得到了验证。     

六自由度采摘机械臂系统设计

以Atmel公司的Atmega1280芯片为核心控制器,以六自由度关节型果蔬采摘机械臂为研究对象,设计了采摘机械臂的软硬件系统。运用D-H法对六自由度机械臂进行数学建模,并通过Mat Lab构建运动仿真模型,验证了其设计的可行性;通过软件编程实现了采摘机械臂单自由度运动、多自由度协调运动和运动规划等功能模式;同时完成了Labview上位机监控界面的设计;最后通过系统调试,实现了采摘机械臂的单自由度、多自由度及基本的运动规划功能。系统整体运动灵活,协调性较好,在精度和性能上都得到了很大的提高。     

基于VS-IRRT算法的采摘机械臂路径规划

针对多自由度机械臂在采摘过程中出现的路径规划速度慢、路径成本高以及因视觉定位误差和机械臂关节位置误差引起的采摘失败问题，提出了结合视觉伺服的改进随机快速搜索树算法(Improved rapidly-exploring random trees with visual servoing, VS-IRRT),具体包括改进RRT算法和基于平移控制器的视觉伺服方法。改进的RRT算法通过使用基于超椭球引力偏置的采样方法和密度减小策略，增加树拓展的目的性，减小了树的采样密度，提高路径规划效率；引入贪心思想和B样条曲线，剔除多余节点，对剩下折线进行平滑处理，优化路径在机械臂上的实施效果；结合基于平移控制器的视觉伺服控制，减小了定位误差对采摘过程的影响。使用Matlab分别对改进RRT算法和基于平移控制器的视觉伺服在二维和三维空间中进行仿真模拟试验，结果表明，改进的RRT算法的采样点数较RRT^*-connect算法减少92.9%,规划时间较RRT^*-connect算法减少86.1%,路径成本较RRT算法也减少35.2%。使用六自由度机械臂进行采摘试验，VS-...     

数字农业试验平台硬件设计

设计了数字农业试验平台车的硬件体系结构及其各个部分的组成结构.平台硬件体系由车载工控机子系统、运动控制子系统、视觉处理子系统和无线通信子系统等4个子系统(模块)组成.车载工控机系统采用研华一体化工作站-AWS-8248VTP,运动控制子系统由TI公司的TMS320LF2407A快速DSP运动控制芯片、步进电机和电机驱动器组成,视觉处理子系统由摄像头组成,无线通信子系统采用海信数码Hi-Link UW210g无线网络适配器,为数字农业技术的研究提供了较为理想的试验平台.     

面向水质采样的绳驱动空中机械臂抗干扰控制

绳驱动空中机械臂是一种由旋翼飞行器和多自由度机械臂构成的新型机器人系统。为了增强机械臂在排污管口水质采样时的关节空间控制性能,提出了一种结合快速连续非奇异终端滑模控制与线性扩张状态观测器的抗干扰控制策略。阐述了绳驱动空中机械臂的结构设计,建立计及关节柔性的动力学模型。利用线性扩张状态观测器来估计与补偿系统集总干扰,采用快速连续非奇异终端滑模面来保证系统状态量的有限时间收敛和抑制控制力矩的抖振。通过李雅普诺夫稳定性定理分析了所设计控制器的稳定性。最后,通过可视化仿真和地面汲水试验验证了所提控制器的有效性,结果表明,所提控制器的收敛速度、鲁棒性、准确性和抗干扰能力优于其他两种控制器,能有效抑制系统抖振,满足水质采样的作业需求。     

基于动捕对仿人采摘机械臂运动学分析与仿真

通过三维光学动作捕捉实验采集了人体上肢完成采摘动作时上肢各关节角度的变化及各关节的点位数据,对上肢进行受力分析并利用MatLab编程获得力矩的变化情况。将上肢划分为3个关节7自由度的刚体模型,利用Robotics工具箱建立7自由度的仿人采摘机械臂,并通过D-H方法建立各连杆坐标系写出各连杆参数进行逆运动学分析,求解出机械臂7个关节角度值。由于存在冗余自由度使得逆解结果不唯一,因此提出了“最小能量法”选取最优采摘路径。对最优采摘路径进行五次多项式插值仿真各关节的角度、角速度及角加速度的变化,最后根据各关节的活动度进行末端执行器工作空间的分析。结果表明：“最小能量法”选取的最优解使仿人采摘机械臂在采摘点已知情况下能选择最优的路径进行采摘,整个采摘过程稳定。研究结果为仿人机器人采摘机械臂的运动控制和轨迹优化奠定了基础。     

多轴运动控制系统的设计

在分析三坐标测量机现有运动控制系统的基础上,根据被控对象的特点和实际要求,进行多轴运动控制系统的软硬件设计,以实现多轴运动的精确控制.试验证明,系统可对各运行轴的运动进行控制,且精度和安全均能满足实际要求,具有良好的可行性.     

基于STM32的步进电机定位控制系统研究

基于步进电机网络化运动控制系统可以实现加速器两种工作模式的切换。带高进度编码器可以实现步进电机驱动转换,从而完成不同工作设备的切换操作。文章主要对基于步进电机网络化运动控制系统的设计原理进行分析,并在此基础上,提出了基于步进电机网络化运动控制系统的设计方案。     

水稻育秧棚卷帘门步进电机串行控制器的设计

针对如何实现水稻育秧棚卷帘门的精确控制问题,设计了基于C8051F350的步进电机控制器。该控制器以可编程并行接口芯片8279与C8051F350单片机为核心,通过对步进电机的操作,实现了育秧棚卷帘门的灵活控制。控制器能够实现卷帘门的上卷、下卷等7个工作状态以及卷帘门运行速度和运行状态的显示。控制器的硬件系统主要包括GPRS模块、脉冲分配、驱动、光耦、键盘和显示电路等。实验测试表明:利用该控制器完成的育秧棚卷帘门控制,具有结构简单、方便可靠以及易于掌握等优点。     

无人驾驶高速AWID-AWIS车辆运动控制研究

无人驾驶AWID-AWIS车辆是一种全部车轮均可独立驱动/制动、独立转向的先进车辆,对其运动控制这一基础问题进行了研究.首先建立一种适于无人驾驶AWID-AWIS车辆的分层式运动控制体系结构,其上层为运动控制器,中层为控制分配器,底层为独立车轮伺服控制器;然后使用扩张状态观测器(ESO)和自抗扰控制(ADRC)方法设计车辆运动学/动力学集成式运动控制器;最后开展多种工况下的运动控制仿真,证明了控制方法的有效性,指出运动控制目标不能被简单地确定.