【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 器人設(shè)計(jì)了三維真彩色噴繪機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了全真地形模塊加工和噴墨全過程的整套核心技術(shù)，為大幅面三維真彩色噴繪系統(tǒng)產(chǎn)品化提供了有力支撐。通過計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，利用機(jī)器人的柔性加工將虛擬三維場(chǎng)景如實(shí)地在復(fù)雜三維模型上進(jìn)行噴繪，從根本上改變目前噴繪行業(yè)僅限于二維彩色噴繪的局限性。由于三維真彩色噴繪機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求復(fù)雜，同時(shí)三維模型的復(fù)雜性也對(duì)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)高速運(yùn)動(dòng)條件下的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性要求很高，國際上只有少數(shù)公司和研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行原理性的研究和小規(guī)模試驗(yàn)，尚未形成生產(chǎn)力和產(chǎn)業(yè)鏈。本三維真彩色噴繪機(jī)器人可廣泛運(yùn)用于生產(chǎn)加工中，極大地提高三維真彩色噴繪的加工速度，真正實(shí)現(xiàn)三維真彩色模型的批量化生產(chǎn)，從而奠定我國在國際三維噴繪領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。系統(tǒng)參數(shù) 參數(shù)值?系統(tǒng)外形尺寸 3000mm2022mm1800mm ?系統(tǒng)最大加工面積（XY平面） 2500mm1200mm ?系統(tǒng)最大加工落差（Z軸方向） 250mm ?模型匹配精度 ?色彩分辨率 180dpi . . . . .學(xué)習(xí)參考?系統(tǒng)重量 2022kg ?最大面積加工耗時(shí) 4h ?最大模型噴繪耗時(shí) 4h ?系統(tǒng)控制周期 200μs ?供墨系統(tǒng)負(fù)壓路數(shù) 4路 ?供墨系統(tǒng)體積 300mm*200mm*200mm 圖 1：三維真彩色噴繪機(jī)器人. . . . .學(xué)習(xí)參考圖 2：三維地理模型（上：釣魚島，下：深圳局部海灣）6. 非接觸式激光測(cè)距系統(tǒng)項(xiàng)目的背景及目的距離的高精度實(shí)時(shí)測(cè)量在現(xiàn)代工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣，工件的表面輪廓，目標(biāo)物體的相對(duì)位置，形狀描述等都離不開距離的高精度測(cè)量，非接觸，小型化，數(shù)字化，智能化成為距離測(cè)量系統(tǒng)發(fā)展的趨勢(shì)。隨著數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）功能越來越強(qiáng)，光電耦合器 CCD 的日益普及，使符合實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)要求的非接觸高精度在線距離測(cè)量系統(tǒng)的研制成為可能。技術(shù)原理與工藝流程光學(xué)三角法檢測(cè)技術(shù)。光學(xué)三角法的測(cè)量原理就是使發(fā)光元件所發(fā)出的光束照射在被測(cè)物體表面上并被反射，部分反射光成像在位置敏感元件表面上（如 CCD，PSD 等） ，通過檢測(cè)光斑在敏感表面上的位置，由幾何關(guān)系即可計(jì)算出被測(cè)物體的距離。這類位移測(cè)量?jī)x的基本組成是激光器，物鏡，光電接收器，信號(hào)處理及測(cè)量顯示系統(tǒng)。圖像中心位置的識(shí)別算法。這是非接觸測(cè)量技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，當(dāng)激光照射在被測(cè)物體表面散射，經(jīng)透鏡會(huì)聚在 CCD 表面成像，所成像的模擬信號(hào)經(jīng)過. . . . .學(xué)習(xí)參考模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（AD）被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)處理器可以處理的數(shù)字信號(hào)后，要經(jīng)過圖像中心位置識(shí)別算法的處理，確定所成像的中心點(diǎn)位置，根據(jù)激光三角法原理，由所成像的中心點(diǎn)位置就可以求出相應(yīng)的被測(cè)量物體的距離信息。為了保證系統(tǒng)可靠性和提高測(cè)量精度，用查表與細(xì)分相結(jié)合的方法根據(jù)線性 CCD 上像點(diǎn)的位置確定目標(biāo)物體的距離。主要技術(shù)性能指標(biāo)測(cè)量范圍：50mm；測(cè)量?jī)x與被測(cè)物體距離：80mm；測(cè)量精度：在全部測(cè)量范圍內(nèi)，不小于 ；分辨率：25 微米；測(cè)量頻率：1KHz。技術(shù)水平及用途在工業(yè)生產(chǎn)中有很多生產(chǎn)指標(biāo)和工藝參數(shù)要實(shí)現(xiàn)測(cè)量和控制，非接觸距離測(cè)量可以為生產(chǎn)的調(diào)度指揮和工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)提供準(zhǔn)確、可靠、快捷的信息，是一種應(yīng)用范圍很廣和非常有潛力的測(cè)量技術(shù)。應(yīng)用行業(yè) 。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測(cè)采用非接觸激光距離測(cè)量，可以為生產(chǎn)的調(diào)度指揮和工藝參數(shù)的監(jiān)測(cè)提供準(zhǔn)確、可靠、快捷的信息。將 CCD 技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與傳統(tǒng)測(cè)量方法相結(jié)合，能獲取被測(cè)對(duì)象的更多信息，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的非接觸測(cè)量，顯著提高測(cè)量技術(shù)水平和智能化水平。7. 可配置的多機(jī)器人三維仿真系統(tǒng)項(xiàng)目的背景及目的作為機(jī)器人研究中的重要方面，機(jī)器人仿真技術(shù)始終是機(jī)器人領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)引入到機(jī)器人的研究中，使實(shí)驗(yàn)者更加逼真地感受到機(jī)器人的空間三維環(huán)境。機(jī)器人仿真系統(tǒng)為機(jī)器人系統(tǒng)的前期設(shè)計(jì)、后. . . . .學(xué)習(xí)參考期驗(yàn)證提供了平臺(tái)，利用機(jī)器人仿真實(shí)驗(yàn)替代實(shí)體機(jī)器人實(shí)驗(yàn)，能夠有效避免機(jī)器人可能出現(xiàn)的硬件損傷，并提高工作效率。同時(shí)，可用于機(jī)器人學(xué)的教學(xué)中，豐富教學(xué)的內(nèi)容。技術(shù)原理與工藝流程1． 對(duì)機(jī)器人的三維仿真實(shí)現(xiàn)。根據(jù)真實(shí)機(jī)器人的幾何尺寸，利用AutoCAD 和 3dsMax 進(jìn)行機(jī)器人建模，最終通過 Managed Direct3D實(shí)現(xiàn)高仿真度的仿真機(jī)器人場(chǎng)景，并允許用戶以各種方式控制仿真場(chǎng)景的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放操作。2． 根據(jù)“可配置”的設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)多機(jī)器人系統(tǒng)相同的架構(gòu)，保證仿真系統(tǒng)與真實(shí)系統(tǒng)各個(gè)模塊之間的相互替代，允許用戶在仿真模塊與真實(shí)模塊間的自由切換。3． 通過對(duì)機(jī)器人學(xué)中正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)、雅克比矩陣、軌跡規(guī)劃等基礎(chǔ)知識(shí)的研究， 開發(fā)平臺(tái)，采用 C語言實(shí)現(xiàn)了三維仿真系統(tǒng)的整體架構(gòu)，利用 Managed Direct3D 實(shí)現(xiàn)了仿真場(chǎng)景，并利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形顯示優(yōu)勢(shì)實(shí)現(xiàn)了可擴(kuò)展功能，例如：機(jī)器人末端點(diǎn)標(biāo)記，機(jī)器人數(shù)據(jù)文件的記錄回放功能等。主要技術(shù)性能指標(biāo)1. 萬次無故障運(yùn)行，運(yùn)行過程中內(nèi)存占用為 55M。2. 可運(yùn)行于不同的操作系統(tǒng)中，包括：Windows 2022，Windows xp 及Windows Vista。3. 仿真場(chǎng)景可以實(shí)現(xiàn) 60fps 的刷新率。4. 可通過 Inter 實(shí)現(xiàn)與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)多機(jī)器人系統(tǒng)的連接。技術(shù)水平及用途本項(xiàng)目得到國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目支持。應(yīng)用行業(yè)： 3.制造業(yè)。 開發(fā)平臺(tái)，采用 C語言，并利用 Managed Direct3D 實(shí)現(xiàn)了一種可配置的多機(jī)器人三維仿真系統(tǒng)。根據(jù)“可配置”的設(shè)計(jì)目標(biāo)，采取模塊化的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)了仿真系統(tǒng)與真實(shí)系統(tǒng)間的連接。經(jīng)過對(duì)可配置的多機(jī)器人三維仿真系統(tǒng)的測(cè)試與實(shí)際的應(yīng)用，取得了較好的效果。將仿真系統(tǒng)用于真實(shí)網(wǎng)絡(luò)多機(jī)器人系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)算法的預(yù)設(shè)計(jì)，并輔助了真實(shí)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)實(shí). . . . .學(xué)習(xí)參考現(xiàn)和研究；將仿真系統(tǒng)用于機(jī)器人學(xué)教學(xué)中，生動(dòng)地演示了機(jī)器人學(xué)中的基礎(chǔ)理論知識(shí)，豐富了教學(xué)手段，提高了教學(xué)的效率。應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測(cè)1. 將可配置的多機(jī)器人三維仿真系統(tǒng)應(yīng)用于各種進(jìn)行機(jī)器人相關(guān)技術(shù)研究的科研院所，可以輔助對(duì)機(jī)器人控制算法的預(yù)設(shè)計(jì)，并且可將仿真系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)模塊組合嵌入到實(shí)際機(jī)器人系統(tǒng)中，輔助相關(guān)實(shí)驗(yàn)的開展，進(jìn)行后期算法的分析和驗(yàn)證。2. 將可配置的多機(jī)器人三維仿真系統(tǒng)應(yīng)用到機(jī)器人學(xué)教學(xué)中，可以提高機(jī)器人學(xué)在中小學(xué)中的普及教育，并且針對(duì)各高等院校的機(jī)器人教學(xué)內(nèi)容，以其三維仿真演示功能為教師提供更豐富的教學(xué)手段。. . . . .學(xué)習(xí)參考8. 多軸運(yùn)動(dòng)控制器項(xiàng)目目的針對(duì)直角坐標(biāo) 5 軸運(yùn)動(dòng)機(jī)械手的工作要求，研制能夠同時(shí)控制 5 軸伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)控制器。技術(shù)原理與工藝流程采用高性能的 DSP 與高集成度的 CPLD 技術(shù)，研制開發(fā)出能夠同時(shí)控制 5軸以上的伺服電機(jī)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)；同時(shí)控制器還提供了大量的邏輯信號(hào)輸入、輸出接口，在實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人及附屬設(shè)備的邏輯控制的同時(shí)，可以將機(jī)器人及附屬設(shè)備的工作狀態(tài)，位置信息反饋到控制其中；通過手持式編程器，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人工作模式的在線編程，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的邏輯判斷與保護(hù)功能?？刂破鞑捎瞄_放式的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)不同的功能設(shè)計(jì)出不同的控制模塊。在工作現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)工作的需要選擇不同的功能模塊進(jìn)行組裝。主要技術(shù)性能指標(biāo)運(yùn)動(dòng)控制器主要有 5 種功能模塊組成： 手持式編程器 可通過 RS232(485)總線與微處理器單元通訊，實(shí)現(xiàn)在線編程。 微處理器單元 是控制器的核心單元，其控制總線是開放的，可以同時(shí)控制若干個(gè)功能模塊。. . . . .學(xué)習(xí)參考 電機(jī)控制單元 可以同時(shí)控制 6 路電機(jī)運(yùn)動(dòng)，其中 2 路電機(jī)可實(shí)現(xiàn)同時(shí)運(yùn)動(dòng)，并附加 8 路邏輯輸入，8 路邏輯輸出。 IO 主控制單元 具有 16 路邏輯輸入，16 路邏輯輸出接口。 IO 輔助單元 具有 24 路樓輯輸入，24 路邏輯輸出接口。以上電機(jī)控制接口，邏輯輸入、輸出接口均有光電隔離功能，具有很高的抗干擾性。技術(shù)水平及用途專利（授權(quán)）號(hào)：，應(yīng)用行業(yè)：多軸運(yùn)動(dòng)控制，機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制9. 基于網(wǎng)絡(luò)的視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目的背景及目的利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用環(huán)境，通過移動(dòng)機(jī)器人/固定機(jī)械手上安裝的攝像裝置對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)采集圖像，并實(shí)時(shí)地進(jìn)行圖像壓縮和傳輸。在異地利用相同的設(shè)備從網(wǎng)絡(luò)上得到圖像，實(shí)時(shí)地進(jìn)行解壓縮與播放，并能夠根據(jù)要求對(duì)圖像流進(jìn)行處理與存儲(chǔ)。技術(shù)原理與工藝流程采用具有高速計(jì)算能力的 32 位圖像處理 DSP 芯片，開發(fā)具有多路圖像輸入/輸出標(biāo)準(zhǔn)接口，具有 TCP/IP 協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)接口的圖像處理器。實(shí)現(xiàn)對(duì)工作現(xiàn)場(chǎng)圖像的實(shí)時(shí)采集、壓縮與網(wǎng)絡(luò)傳輸；以及圖像的異地接受、解壓縮與播放功能?？筛鶕?jù)需要，通過編程實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的增強(qiáng)、圖象銳化、邊界提取、特征識(shí)別與跟蹤等處理功能。主要技術(shù)性能指標(biāo)圖像采集與處理器可通過有限/無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行異地圖像信息傳輸，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，工作可靠，控制器具有體積小，集成度高的特點(diǎn)。技術(shù)水平及用途本項(xiàng)目得到國家“863”計(jì)劃項(xiàng)目支持，專利（授權(quán)）號(hào)：。應(yīng)用行業(yè)：多軸運(yùn)動(dòng)控制、機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制。. . . . .學(xué)習(xí)參考10. 欠驅(qū)動(dòng)非線性橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的背景及目的橋式吊車是一種十分常見的裝配運(yùn)輸工具，在港口、倉庫、建筑工地等場(chǎng)所得到了廣泛的應(yīng)用，當(dāng)前，對(duì)于橋式吊車主要還是通過有經(jīng)驗(yàn)的工人來進(jìn)行操縱的，存在著培訓(xùn)周期長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低，安全性不高等缺點(diǎn)。為此，設(shè)計(jì)一套操作方便的吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)，可以提高吊車系統(tǒng)的工作效率與安全性能, 并將工作人員從當(dāng)前這種艱苦的工作環(huán)境中解放出來。技術(shù)原理與工藝流程1）橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)主要包括三個(gè)部分：吊車控制單元，工作空間監(jiān)控單元，和操作單元。控制單元是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，它主要負(fù)責(zé)吊車的作業(yè)控制。該單元接收來自操作員的命令，還接收來自工作環(huán)境監(jiān)測(cè)單元的環(huán)境信息，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障或緊急制動(dòng)。監(jiān)測(cè)單元主要由多個(gè) CCD 攝像頭和圖像處理器構(gòu)成，主要包括兩方面功能：將采集到的環(huán)境圖像實(shí)時(shí)地傳輸?shù)讲僮鲉卧粚?duì)環(huán)境信息進(jìn)行處理，得到障礙位置信息傳輸給控制單元以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)避障。操作單元是橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)的人機(jī)接口。2）橋式吊車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)橋式吊車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要由機(jī)械主體，驅(qū)動(dòng)裝置，測(cè)量裝置和控制系統(tǒng)四部分組成。機(jī)械主體是指橋式吊車的機(jī)械部分。驅(qū)動(dòng)部分根據(jù)控制量來為機(jī)械部分提供相應(yīng)的力/力矩，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)載的安全、平穩(wěn)運(yùn)送?？刂葡到y(tǒng)的控制命令是跟據(jù)吊車系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型以及實(shí)時(shí)狀態(tài)反饋來在線計(jì)算的，而實(shí)時(shí)狀態(tài)的反饋則通過測(cè)量部分（主要包括編碼器等傳感元件）來完成。主要技術(shù)性能指標(biāo)? 橋式吊車自動(dòng)控制系統(tǒng)橋式吊車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要技術(shù)指標(biāo)：? 負(fù)載定位精度：5mm。. . . . .學(xué)習(xí)參考? 負(fù)載擺角抑制：10 度~10 度。? 具有負(fù)載緊急制動(dòng)能力。? 友好的人機(jī)界面。? 橋式吊車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)主要技術(shù)指標(biāo)：? 外形尺寸：2m。? 控制周期：1ms。? 控制方式：力控制。技術(shù)水平及用途本項(xiàng)目得到天津市自然科學(xué)基金項(xiàng)目支持，應(yīng)用行業(yè) 3.建設(shè)。本項(xiàng)目的應(yīng)用可以提高橋式吊車系統(tǒng)的工作效率與安全性能, 既可將工作人員從艱苦的工作環(huán)境中解放出來，又可以增加橋式吊車在危險(xiǎn)、極端環(huán)境下的作業(yè)能力。此外，本項(xiàng)目所設(shè)計(jì)開發(fā)的橋式吊車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，也可以用于各大高校研究所進(jìn)行非線性欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)教學(xué)、科研的平臺(tái)。應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測(cè)本項(xiàng)目的研究成果，可以有效地提高橋式吊車系統(tǒng)的裝運(yùn)效率，減小系統(tǒng)操作復(fù)雜度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，增加系統(tǒng)的安全可靠性。從而將科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，創(chuàng)造出良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，隨著素質(zhì)教育的進(jìn)一步深化，各大高校正不斷地尋求良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)以提高學(xué)生的動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)興趣，橋式吊車作為一種典型的欠驅(qū)動(dòng)非線性系統(tǒng)是一個(gè)很好的研究對(duì)像，因此，項(xiàng)目組所設(shè)計(jì)開發(fā)的橋式吊車實(shí)驗(yàn)平臺(tái)在教學(xué)、科研上也有廣闊的應(yīng)用前景。11. 基于 IP 庫的通用 MEMS 器件可視