Het modulaire ontwerp en de productie van een intelligente Robot gebaseerd op een controlestrategie van Closed-Loop
14 oktober 2017
We presenteren een protocol op modulaire ontwerp en productie van intelligente robots om wetenschappelijke en technische werknemers ontwerpen van intelligente robots met speciale productietaken te helpen op basis van persoonlijke behoeften en geïndividualiseerd ontwerp.
Intelligete robots maken deel uit van een nieuwe generatie robots die in staat zijn de omgeving te voelen, hun eigen acties te plannen en uiteindelijk hun doel te bereiken. De afgelopen jaren is de afhankelijkheid van robots in zowel het dagelijks leven als de industrie toegenomen. Het protocol dat in dit artikel wordt voorgesteld, beschrijft de ontwerp en productie van een humanoïde robot met een intelligent zoekalgoritme en een autonome identificatiefunctie.
Eerst worden de verschillende werkmodules mechanisch geassembleerd om de constructie van het werkplatform en de installatie van de robotmanipulator te voltooien. Vervolgens ontwerpen we een gesloten lusregelsysteem in een vierkwadrantmotorregelstrategie met behulp van een debugsoftware genaamd Robo Servo Terminal 2010, evenals Sat Steering Gear ID, Boud Rate en andere werkparameters om ervoor te zorgen dat de robot een gewenste dynamische prestatie en laag energieverbruik bereikt. Vervolgens debuggen we de sensor om multi-sensorfusie te bereiken om nauwkeurige omgevingsinformatie te verkrijgen.
Ten slotte implementeren we het relevantiealgoritme dat de succes van de functie van de robot voor een bepaalde toepassing kan herkennen. Het voordeel van deze benadering is de betrouwbaarheid en flexibiliteit, aangezien gebruikers een verscheidenheid aan hardwareconstructieprogramma's kunnen ontwikkelen en de uitgebreide debugger kunnen gebruiken om een intelligente besturingsstrategie te implementeren. Dit stelt gebruikers in staat om gepersonaliseerde vereisten in te stellen op basis van hun behoeften, met hoge efficiëntie en robuustheid.
De constructie van de machine. Een, het chassis dat de basisplaat, motor, wielen enz. bevat, is een hoofdcomponent van de robot die verantwoordelijk is voor zijn beweging. Daarom moet tijdens de montage de beugel recht worden gehouden.
Assembleer het chassis zoals geïllustreerd, met behulp van geschikte bevestigingen om mechanische componenten te bevestigen. Twee, de draadleiding en zowel de positieve als negatieve elektroden. Soldeer twee draadleidingen op de twee uiteinden van de motor, verbind de rode draad met de positieve elektrode en de zwarte draad met de negatieve elektrode.
Drie, boor twee gaten. Drie millimeter in diameter in het midden van het chassis om de installatie van de motoraandrijfmodule mogelijk te maken. Verbind de motor met de motoraandrijfmodule.
Boor een gat op één centimeter van zowel de rechter- als linkerrand van het chassis voor de installatie van de beugel van infraroodsensoren op de bodem. Boor een gat met een diameter van 18 millimeter door elk van de twee structurele componenten voor de installatie van sensoren. Vier, installeer de stuurbeugel in symmetrie.
Vanwege de grote schok die wordt gegenereerd door de bediening van de stuurbeugel, moeten de bouten worden geïnstalleerd op een manier die een stevige en ondoordringbare verbinding garandeert. Vijf, installeer vier infraroodsensoren in het midden van de machine. Zes, plaats een 14,8 volt voedingsbron in het midden van de machine en bevestig de microcontroller-eenheid aan de batterijpakket.
Zeven, bevestig vier REN-sensoren aan de bovenkant van de machine, pas de hoek tussen elke sensor en de grond aan op 60 graden. Om de detectie nauwkeurigheid relatief aan de werktafel te garanderen. Acht, installeer de duaal-as kantelingsensor die wordt gebruikt om de gevallen te detecteren wanneer de machine zijn doel niet in het werkgebied bereikt.
Negen, gebruik een schroevendraaier om de robotarm aan de voorkant van de machine te bevestigen. Een, dubbelklik om de robotserverterminal te openen om zelden en 10 debugsoftware. Verbind de pc met de debugbord met een USB-converterkabel, stel de stuurmotor's Boud rate in op 9.600 slagen per seconde, de snelheidsbeperking op 521 rondes per minuut, de hoekbeperking op 300 graden en de spanningsbeperking op 9,6 volt in de werkinterface.
Twee, stel het ID-nummer van de twee aandrijfmodules en de vier stuurmotoren in. ID drie en ID 4 worden leeg gelaten voor toekomstige updatedoeleinden. Let op, ID een, linkse aandrijfmodule, ID twee, rechtse aandrijfmodule, ID vijf, linkervoorste stuurmotor, ID zes, rechtervoorste stuurmotor, ID zeven, linker achterste stuurmotor, ID acht, rechter achterste stuurmotor.
Drie, verbind de sensoren met hun respectieve besturingsinterfaces. Het moet worden opgemerkt dat de sensor waarvan de connector een driehoekige markering heeft, G en D is. Een, draai de regelknop op de staart van de infraroodsensoren om het detectiebereik van de sensoren aan te passen, zodat de robot zijn locatie in de werktafel kan bepalen door de logicaniveaus van de infraroodsensoren te analyseren. Twee, debug de hoeksensor.
Plaats de hoeksensor horizontaal en neem deze gemeten waarden op. Kantel de sensor in twee verschillende richtingen en neem de numerieke waarden op. Als de gemeten waarden binnen het pijlbereik liggen, kan de sensor als normaal worden beschouwd.
Een, bouw het simulatiemodel van de DC-motor. Op basis van de DC-motor spanningsbalansvergelijking, fluxlinkage-vergelijking en koppelbalansvergelijking. Twee, pas dubbele gesloten-lusregeling van de DC-motor toe.
Gebruik de uitvoer van de snelheidsregelaar als invoer voor de stroomregelaar om het koppel en de stroom van de motor te regelen. Drie, pas vierkwadrantbewegingsregeling van de DC-motor toe. Vier, gebruik een HBR-aandrijfsurrogaat om vierkwadrantbeweging van de DC-motor te bereiken door het aan/uit van MOSFET te moduleren.
Vijf, pas pulsemodulatie toe om de snelheid van de DC-motor te regelen. Moduleer de DC-spanning pulserend, toegepast op de motorarmatuur door de aan/uit van de elektrische schakelaar te regelen wanneer de spanning van de DC-motorvoeding in wezen onveranderd blijft. Modulatie van de gemiddelde waarde en de rotatiesnelheid invoer naar de armatuurspanning van de motor.
Een, gebruik een USB-downloadlijn om de BIN-bestand die door Cal-5 wordt gegenereerd, in de controller in te voeren. Twee, selecteer het programma dat moet worden uitgevoerd. Pas kleurregeling toe om vracht in de fabriek te categoriseren.
Een, gebruik een grote tag optische camera om afbeeldingen te verzamelen en verifieer de scankleur met behulp van het aantal bindingen naar het dimensionale gebied. Twee, til het object op met de mechanische armen. Drie, ge
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een protocol voor het modulaire ontwerp en de productie van intelligente robots die zijn afgestemd op specifieke productietaken. De focus ligt op het creëren van humanoïde robots die hun omgeving autonoom kunnen identificeren en acties kunnen uitvoeren op basis van individuele behoeften.
Belangrijkste Onderdelen van de Studie
Wetenschapsgebied
- Robotica
- Kunstmatige Intelligentie
- Automatisering
Achtergrond
- Intelligente robots kunnen hun omgeving waarnemen en acties plannen.
- Er is een toenemende afhankelijkheid van robots in het dagelijks leven en de industrie.
- De ontwikkeling van humanoïde robots is een belangrijke vooruitgang in de robotica.
- Autonome identificatiefuncties verbeteren de mogelijkheden van robots.
Doel van de studie
- Om een gedetailleerd protocol te bieden voor het ontwerpen van intelligente robots.
- Om aanpassing mogelijk te maken op basis van individuele productiebehoeften.
- Om de efficiëntie en functionaliteit van robotische systemen te verbeteren.
Gebruikte methoden
- Mechanische assemblage van werkmodules voor de constructie van robots.
- Ontwerp van een gesloten-lus regelsysteem met gebruik van een vierkwadranten motoraansturingsstrategie.
- Gebruik van debugsoftware voor prestatieoptimalisatie.
- Implementatie van multisensorfusie voor nauwkeurige acquisitie van omgevingsgegevens.
Belangrijkste resultaten
- Het protocol integreert verschillende robotische componenten met succes.
- Er werden dynamische prestaties en een laag energieverbruik bereikt.
- Door middel van sensor-debugging werd accurate omgevingsinformatie verkregen.
- Het ontwerp maakt geïndividualiseerde robotfunctionaliteit mogelijk.
Conclusies
- Het voorgestelde protocol faciliteert het ontwerp van intelligente robots.
- Maatwerk vergroot het nut van robots bij specifieke taken.
- Toekomstige toepassingen kunnen worden uitgebreid op basis van deze modulaire aanpak.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Modulaire robotische systemen maken snelle prototyping en aanpassing mogelijk voor gespecialiseerde laboratorium- en productietaken, wat wendbare R&D-workflows ondersteunt. Closed-loop regelstrategieën verbeteren de precisie en reproduceerbaarheid bij geautomatiseerde monsterverwerking en assay-uitvoering. Deze aanpak verkort ontwikkelingscycli door onafhankelijke module-optimalisatie en crossfunctionele teamcollaboratie mogelijk te maken.
Strategische toepassingen in BioPharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt hypothesetoetsing mogelijk via programmeerbare automatisering van verbindingshandelingen en omgevingsdetectie.
- Operationele waarde: Ondersteunt reproduceerbare experimentele condities via closed-loop motorbesturing en sensorfusie.
- Voorspellende waarde: Faciliteert vroege risicoreductie van assays die afhankelijk zijn van vloeistofbehandeling en beweging via modulaire validatie.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Biedt een platform voor de ontwikkeling van gestandaardiseerde readoutsystemen met meerdere parameters met behulp van geïntegreerde sensorarrays.
- Operationele waarde: Maakt miniaturisatie en parallellisatie van assays mogelijk door nauwkeurige, programmeerbare bewegingsbesturing.
- Schaalbaarheid: Ondersteunt de overgang van screening op laboratoriumschaal naar formaten met een hogere doorvoer via modulaire uitbreiding.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt interacties in ziektemodellen via autonome navigatie en aanpassing aan de omgeving.
- Operationele waarde: Maakt consistente monsterverwerking mogelijk onder variabele omgevingsomstandigheden via closed-loop feedback.
- Translationele continuïteit: Slaat een brug tussen automatisering van ontdekkingen en preklinische validatie via reproduceerbare, aanpasbare workflows.
Integratie van Pipeline & Workflow
Het modulaire robotontwerp ondersteunt integratie binnen discovery biology, assayontwikkeling en preklinische workflows door het mogelijk maken van aanpasbare, reproduceerbare automatisering van fysieke taken.
- Discovery Biology: Automatiseert de nauwkeurige plaatsing van verbindingen en omgevingsmonitoring voor studies naar target engagement.
- Screening: Levert reproduceerbare vloeistofhandeling en plaatmanipulatie via vierkwadrant-motorsturing en PID-regeling.
- Analytics: Genereert kwantitatieve, met tijdstempel voorzien omgevings- en positiegegevens via multi-sensorfusie voor assay QC.
- Translationeel Onderzoek: Ondersteunt een consistente uitvoering van de workflow onder variabele laboratoriumcondities door middel van adaptieve regelalgoritmen.
- Enterprise Hergebruik: Maakt platformdeling tussen projecten mogelijk via gestandaardiseerde module-interfaces en debugbare aansturingssoftware.
Operationele en Ondernemingsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Vermindert variabiliteit bij de uitvoering van fysieke assays door precisie met gesloten regelkring en sensorvalidatie.
- Operationele waarde: Verbetert de uptime en consistentie via modulaire foutisolatie en geparametriseerd debuggen.
- Strategische waarde: Versnelt de overdracht van assays en de adoptie van technologie door gedocumenteerde, repliceerbare bouwprotocollen.
- Impact op portfolio: Ondersteunt go/no-go-beslissingen door betrouwbare, geautomatiseerde uitvoering van mechanistische en fenotypische assays mogelijk te maken.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in mechatronica, regeltechniek en embedded systems voor de initiële installatie en kalibratie.
- Heeft toegang nodig tot debuggingsoftware, motorcontrollers en hardware voor multi-sensorinterfaces voor volledige functionaliteit.
- Vereist standaardisatie van communicatieprotocollen (bijv. baudrate, ID-mapping) over teams heen voor omgevingen met meerdere gebruikers.
- Vereist aanpassing van de sensorbevestiging en feedbackloops bij de overgang tussen verschillende assay-formaten of laboratoriummateriaal.
- Beperkt door de mechanische payload en de vrijheidsgraden, die volgens de brondocumentatie moeten worden afgestemd op specifieke automatiseringstaken.
