并联骨折复位手术与康复一体化机器人控制策略研究
这是一篇关于并联机器人,分布式控制系统,轨迹控制策略,柔顺控制策略,骨折复位与康复一体化的论文, 主要内容为针对骨折治疗对精准高效复位手术和柔顺安全康复的临床需求,本文以课题组研发的并联骨折复位手术与康复一体化机器人(以下简称一体化机器人)为对象,对机器人控制系统及其控制策略开展研究,研究内容主要涉及机器人的控制系统软硬件设计、轨迹控制策略、柔顺控制策略等,全文取得的主要成果如下:1.一体化机器人控制系统软硬件设计。利用分布式控制可提高控制系统灵活性的思想,设计驱动器硬件电路及其嵌入式驱动程序,开展多轴同步轨迹规划,搭建力采集系统,完成硬件平台设计。针对骨折复位手术与康复治疗对机器人控制系统的需求,划分功能模块,设计软件底层通信帧,基于QT框架设计人机交互界面,完成控制系统软件设计。2.一体化机器人轨迹控制策略。针对骨折复位手术的高精度控制需求,搭建一体化机器人及其控制器的Simscape仿真模型,通过Simulink仿真分析增量式PID控制算法、模糊控制算法与滑模控制算法的控制性能,提出一种PID位置-滑模速度双环控制器的轨迹控制策略。开展仿真实验,验证所提出的控制器满足复位手术对机器人的控制需求。将PID位置-滑模速度双环控制器嵌入硬件平台,进行轨迹跟踪实验,轨迹的最大位置误差为0.021mm,表明该轨迹控制策略具有较高的控制精度,可实现精准高效的骨折复位临床手术。3.一体化机器人柔顺控制策略。针对骨折主动与被动康复的柔顺安全控制需求,建立机器人每条支链的二阶弹簧-质量-阻尼模型,设计基于关节空间的导纳控制器使机器人输出柔顺动作。深入分析导纳参数变化对控制效果的影响,通过仿真模型选取导纳参数,开展被动与主动康复仿真分析,验证导纳控制器的有效性。将基于关节空间的导纳控制方法嵌入机器人硬件平台,设计被动康复的示教拖动实验,机器人随末端受力产生运动,撤力后静止于当前位姿。设计主动康复的受力柔顺运动控制实验,机器人在受力方向上产生运动,撤力后机器人返回初始位姿,末端位置误差在0.084mm左右。实验结果表明,基于关节空间的导纳控制器可完成柔顺安全的康复控制。本文开展了并联骨折复位手术与康复一体化机器人控制系统软硬件设计,实现了骨折复位手术的精准轨迹控制与骨折康复治疗的柔顺安全控制,提升了骨折治疗的智能化水平,为集成高效率、高精度、高安全性一体化机器人系统奠定了技术基础。
输电线走廊树枝修剪机器人分布式控制系统研究
这是一篇关于高压输电线,树枝修剪机器人,分布式控制系统,网络拓扑控制的论文, 主要内容为架空输电线路是正常供电的基本保障,其安全运行经常受到树木的影响,特别是树枝进入输电导线的安全区域内时,将增加线路跳闸和森林火灾的风险。为了解决这一问题,介绍了一种面向架空输电线走廊过生长树枝的带电树枝修剪机器人,修剪过生长树枝以保障线路安全运行。输电线路的特殊作业环境及绝缘要求决定了树枝修剪机器人采用分布式系统结构,且采用无线通讯。为实现树枝修剪作业任务并提升树枝修剪作业效率,本文围绕架空输电线路走廊树枝带电修剪机器人分布式控制系统及网络拓扑控制展开研究,主要内容及研究思路如下:(1)树枝修剪机器人作业空间分析及结构平台介绍。根据树枝的实际修剪区域,确定了树枝修剪机器人的结构设计需求,介绍了一种适用于高压输电线走廊过生长树枝的树枝修剪机器人结构构型,并分析了树枝修剪机器人的作业空间及树枝修剪机器人的作业步骤。(2)设计并开发基于无线网的树枝修剪机器人分布式控制系统。分析树枝修剪机器人控制系统架构特点及绝缘要求,将其视为多机器人系统,系统间的通讯方式为无线通讯;提出了树枝修剪机器人系统与监控后台组成的分布式系统总体框架,利用模块化方式设计分布式控制系统硬件;开发分布式控制系统嵌入式软件及监控后台控制软件,并通过现场实验证明分布式控制系统设计的可行性。(3)树枝修剪机器人分布式网络模型及动态网络拓扑控制策略研究。提出了机器人及监控后台分布式网络模型,分析网络中移动节点的运动模型;建立节点间信号强度预测模型,基于图论提出离散时间择数学模型;依据网络中无线链路权重值,提出了分布式网络拓扑控制策略。(4)动态网络拓扑控制策略的实验验证。通过现场实验,测试信号强度预测模型的准确性,验证动态网络拓扑控制策略对地面基站与移动节点间通讯性能。实验证明,本文提出的动态网络拓扑控制策略具有正确性,能够有效提升地面基站与多机器人系统间的通讯性能,且能提升树枝修剪机器人的作业效率。
矿井通风系统图形管理平台的研究与设计
这是一篇关于通风安全,图形管理平台,分布式控制系统,集成的论文, 主要内容为本文结合计算机可视化图形技术与矿井通风安全管理系统相关专业知识,运用分布式控制理论、可视化编程工具和数据库开发工具对可用于矿井通风安全管理系统环境的通用图形管理平台进行设计及相关问题的研究。 本文首先简要介绍了矿井通风安全管理的重要性和矿井通风安全管理现状,总结了图形技术在矿井通风安全管理中的应用现状。在分析现有通风安全管理仍存在的不足的基础上,结合矿井通风系统图形管理平台的使用特点,提出了图形管理平台的特点、主要功能和解决的主要问题。运用分布式控制理论实现了矿井通风系统图形管理平台的总体结构。针对平台,详细介绍了开发工具的特点。平台基于ActiveX技术,并运用高级编程语言从底层进行开发。使用Microsoft SQL Serve数据库,存储图形管理平台所需的基本数据信息。使用ADO数据库组件设计了一个可以灵活挂接其他数据库、使用方便的数据库访问接口,通过该接口可以实现与矿井通风系统图形管理平台的集成。在矿井通风系统图形管理平台的功能设计中,详细介绍实现图形管理平台中图形绘制、视图、操作等功能的算法与流程。在分析了DXF图形文件格式的基础上,设计了图形格式转换接口,大大提高了图形管理平台的兼容性。 论文最后介绍了图形管理平台的应用,详细说明了矿井系统图、网络图和三维立体图的绘制功能和应用,介绍了图形管理平台与安全监控系统软件的集成,以及在图形管理平台上实现的井下风机监控、救援路线与救援指挥。
并联骨折复位手术与康复一体化机器人控制策略研究
这是一篇关于并联机器人,分布式控制系统,轨迹控制策略,柔顺控制策略,骨折复位与康复一体化的论文, 主要内容为针对骨折治疗对精准高效复位手术和柔顺安全康复的临床需求,本文以课题组研发的并联骨折复位手术与康复一体化机器人(以下简称一体化机器人)为对象,对机器人控制系统及其控制策略开展研究,研究内容主要涉及机器人的控制系统软硬件设计、轨迹控制策略、柔顺控制策略等,全文取得的主要成果如下:1.一体化机器人控制系统软硬件设计。利用分布式控制可提高控制系统灵活性的思想,设计驱动器硬件电路及其嵌入式驱动程序,开展多轴同步轨迹规划,搭建力采集系统,完成硬件平台设计。针对骨折复位手术与康复治疗对机器人控制系统的需求,划分功能模块,设计软件底层通信帧,基于QT框架设计人机交互界面,完成控制系统软件设计。2.一体化机器人轨迹控制策略。针对骨折复位手术的高精度控制需求,搭建一体化机器人及其控制器的Simscape仿真模型,通过Simulink仿真分析增量式PID控制算法、模糊控制算法与滑模控制算法的控制性能,提出一种PID位置-滑模速度双环控制器的轨迹控制策略。开展仿真实验,验证所提出的控制器满足复位手术对机器人的控制需求。将PID位置-滑模速度双环控制器嵌入硬件平台,进行轨迹跟踪实验,轨迹的最大位置误差为0.021mm,表明该轨迹控制策略具有较高的控制精度,可实现精准高效的骨折复位临床手术。3.一体化机器人柔顺控制策略。针对骨折主动与被动康复的柔顺安全控制需求,建立机器人每条支链的二阶弹簧-质量-阻尼模型,设计基于关节空间的导纳控制器使机器人输出柔顺动作。深入分析导纳参数变化对控制效果的影响,通过仿真模型选取导纳参数,开展被动与主动康复仿真分析,验证导纳控制器的有效性。将基于关节空间的导纳控制方法嵌入机器人硬件平台,设计被动康复的示教拖动实验,机器人随末端受力产生运动,撤力后静止于当前位姿。设计主动康复的受力柔顺运动控制实验,机器人在受力方向上产生运动,撤力后机器人返回初始位姿,末端位置误差在0.084mm左右。实验结果表明,基于关节空间的导纳控制器可完成柔顺安全的康复控制。本文开展了并联骨折复位手术与康复一体化机器人控制系统软硬件设计,实现了骨折复位手术的精准轨迹控制与骨折康复治疗的柔顺安全控制,提升了骨折治疗的智能化水平,为集成高效率、高精度、高安全性一体化机器人系统奠定了技术基础。
筒子纱自动包装与码垛系统设计与开发
这是一篇关于筒子纱包装与码垛,分布式控制系统,单片机的论文, 主要内容为筒子纱是纺纱企业的最终产品,国内的纺纱企业目前主要依靠人工包装筒子纱。筒子纱包装工作重复、繁重,在纺织企业用工紧缺的形势下,用自动化的机械代替人工对筒子纱进行包装与码垛成为解决该问题的必然途径。国外己经研究出筒子纱自动包装机,但并不能完全实现自动化,在几个环节都需要人工的参与,且成本较高。筒子纱自动包装系统作为一个高速度、智能化、全自动的纺织行业包装设备,是集在线检测、精密机械、实时控制于一体的大型包装生产线,要求各部分协调配合,同时保证整个系统的可靠性与稳定性。本文通过对筒子纱包装过程的分析,综合运用了自动控制、机械自动化、计算机技术、仪器仪表、通信网络等众多学科知识,研究与设计了筒子纱自动包装系统。为了实现精确控制单袋重量的筒子纱编织袋自动包装,提出了 一种筒子纱编织袋包装与码垛控制系统,该系统包括上位机和五个不同功能的下位机模块。通过控制单纱重量偏差,电脑配重选纱装袋的方法精确控制单袋筒纱重量偏差。其中,上位机硬件采用运行WinXP操作系统的工控板,软件使用C++语言在Visual Studio 2008环境中开发;下位机模块控制单元硬件采用以单片机为基础开发的电路板,软件使用C语言在KeliC软件环境中开发,基于TCP/IP通讯协议和485通讯方式制定了应用层协议。试验结果表明,本系统能够良好地实现精确控制单袋重量的筒子纱编织袋自动包装与码垛。
筒子纱自动包装与码垛系统设计与开发
这是一篇关于筒子纱包装与码垛,分布式控制系统,单片机的论文, 主要内容为筒子纱是纺纱企业的最终产品,国内的纺纱企业目前主要依靠人工包装筒子纱。筒子纱包装工作重复、繁重,在纺织企业用工紧缺的形势下,用自动化的机械代替人工对筒子纱进行包装与码垛成为解决该问题的必然途径。国外己经研究出筒子纱自动包装机,但并不能完全实现自动化,在几个环节都需要人工的参与,且成本较高。筒子纱自动包装系统作为一个高速度、智能化、全自动的纺织行业包装设备,是集在线检测、精密机械、实时控制于一体的大型包装生产线,要求各部分协调配合,同时保证整个系统的可靠性与稳定性。本文通过对筒子纱包装过程的分析,综合运用了自动控制、机械自动化、计算机技术、仪器仪表、通信网络等众多学科知识,研究与设计了筒子纱自动包装系统。为了实现精确控制单袋重量的筒子纱编织袋自动包装,提出了 一种筒子纱编织袋包装与码垛控制系统,该系统包括上位机和五个不同功能的下位机模块。通过控制单纱重量偏差,电脑配重选纱装袋的方法精确控制单袋筒纱重量偏差。其中,上位机硬件采用运行WinXP操作系统的工控板,软件使用C++语言在Visual Studio 2008环境中开发;下位机模块控制单元硬件采用以单片机为基础开发的电路板,软件使用C语言在KeliC软件环境中开发,基于TCP/IP通讯协议和485通讯方式制定了应用层协议。试验结果表明,本系统能够良好地实现精确控制单袋重量的筒子纱编织袋自动包装与码垛。
筒子纱自动包装与码垛系统设计与开发
这是一篇关于筒子纱包装与码垛,分布式控制系统,单片机的论文, 主要内容为筒子纱是纺纱企业的最终产品,国内的纺纱企业目前主要依靠人工包装筒子纱。筒子纱包装工作重复、繁重,在纺织企业用工紧缺的形势下,用自动化的机械代替人工对筒子纱进行包装与码垛成为解决该问题的必然途径。国外己经研究出筒子纱自动包装机,但并不能完全实现自动化,在几个环节都需要人工的参与,且成本较高。筒子纱自动包装系统作为一个高速度、智能化、全自动的纺织行业包装设备,是集在线检测、精密机械、实时控制于一体的大型包装生产线,要求各部分协调配合,同时保证整个系统的可靠性与稳定性。本文通过对筒子纱包装过程的分析,综合运用了自动控制、机械自动化、计算机技术、仪器仪表、通信网络等众多学科知识,研究与设计了筒子纱自动包装系统。为了实现精确控制单袋重量的筒子纱编织袋自动包装,提出了 一种筒子纱编织袋包装与码垛控制系统,该系统包括上位机和五个不同功能的下位机模块。通过控制单纱重量偏差,电脑配重选纱装袋的方法精确控制单袋筒纱重量偏差。其中,上位机硬件采用运行WinXP操作系统的工控板,软件使用C++语言在Visual Studio 2008环境中开发;下位机模块控制单元硬件采用以单片机为基础开发的电路板,软件使用C语言在KeliC软件环境中开发,基于TCP/IP通讯协议和485通讯方式制定了应用层协议。试验结果表明,本系统能够良好地实现精确控制单袋重量的筒子纱编织袋自动包装与码垛。
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