Name: Modułowa konstrukcja i produkcja inteligentnego robota opartego na strategii sterowania w pętli zamkniętej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-10-14T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 53 s
Description: Poznaj modułową konstrukcję inteligentnego robota humanoidalnego z autonomiczną identyfikacją środowiska. Protokół obejmuje montaż mechaniczny, sterowanie silnikiem w czterech kwadrantach oraz fuzję wielu czujników dla optymalnej wydajności.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy pragną wyrazić swoją wdzięczność Panu Yaojie He za pomoc w przeprowadzaniu eksperymentów opisanych w tym artykule. Prace te były częściowo wspierane przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (nr 61673117).

1. Konstrukcja urządzenia

<ol>
	<li>Zmontować podwozie zgodnie z ilustracją, mocując komponenty mechaniczne za pomocą odpowiednich elementów złącznych. (Rysunek 1) 
	UWAGA: Podwozie, składające się z płyty bazowej, silnika, kół itp., jest głównym elementem robota odpowiedzialnym za jego ruch. Dlatego podczas montażu należy dbać o to, aby uchwyt pozostał prosty.</li>
	<li>Ocynować końcówki przewodów oraz elektrody dodatnia i ujemna. Przylutować dwa przewody do obu końców silnika, łącząc czerwony przewód z elektrodą dodatnią, a czarny z elektrodą ujemną.</li>
	<li>Zmontować tuleję wału, silniki oraz koła.
	<ol>
		<li>Połączyć silnik z tuleją wału i zabezpieczyć go śrubą.</li>
		<li>Wsunąć tuleję wału do środka piasty koła.</li>
		<li>Zamontować gotową strukturę na podwoziu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wywiercić w centrum podwozia dwa otwory o średnicy 3 mm, aby umożliwić instalację modułu sterowania silnikiem. Połączyć silnik z modułem sterowania silnikiem.</li>
	<li>Wywiercić jeden otwór w odległości 1 cm od lewej i prawej krawędzi podwozia w celu instalacji uchwytu czujników podczerwieni na spodzie.</li>
	<li>Zamontować dwa elementy złączne w centrum obu boków podwozia. 
	UWAGA: Aby zapewnić prawidłowe działanie czujników podczerwieni, należy upewnić się, że element łączący jest prostopadły do podwozia.</li>
	<li>Wywiercić otwór o średnicy 18 mm w każdym z dwóch elementów konstrukcyjnych w celu instalacji czujników. (Rysunek 2A)</li>
	<li>Zamontować sterownik silnika na spodzie podwozia. (Rysunek 2B) Zainstalować jeden czujnik podczerwieni skierowany odpowiednio w każdym z czterech kierunków podwozia. (Rysunek 2C)</li>
	<li>Zamontować serwomechanizmy symetrycznie. Ze względu na duży moment obrotowy generowany podczas pracy serwomechanizmów, należy upewnić się, że śruby są zamontowane w sposób zapewniający trwałe i szczelne połączenie.</li>
	<li>Zainstalować cztery czujniki podczerwieni w centrum maszyny.</li>
	<li>Umieścić zasilacz 14.8 V w centrum maszyny i przymocować jednostkę mikrokontrolera (MCU) do pakietu baterii.</li>
	<li>Przymocować cztery czujniki odległości do górnej części maszyny. Ustawić kąt między każdym czujnikiem a podłożem na 60°, aby zagwarantować dokładność detekcji względem stołu roboczego.</li>
	<li>Zainstalować dwuosiowy czujnik nachylenia, który służy do wykrywania przypadków, w których maszyna nie dotrze do celu w obszarze roboczym.</li>
	<li>Za pomocą śrubokręta przymocować ramię robota do przodu maszyny. (Rysunek 3)</li>
</ol>
2. Debugowanie silnika sterującego i modułu sterownika
<ol>
	<li>Kliknij dwukrotnie, aby otworzyć oprogramowanie do debugowania (np. Robot Servo Terminal2010). Połącz komputer z płytką debugującą za pomocą kabla konwertora Universal Serial Bus (USB). (Rycina 4)</li>
	<li>W interfejsie roboczym ustaw prędkość transmisji serwomechanizmu na 9600 bits/s, ograniczenie prędkości na 521 rad/min, ograniczenie kątowe na 300° oraz ograniczenie napięcia na 9.6 V.</li>
	<li>Ustaw tryb pracy serwomechanizmu robota na „steering engine mode”.</li>
	<li>Zastosuj asynchroniczną komunikację półdupleksową jako połączenie między kontrolerem a serwomechanizmami. W ten sposób kontroler może sterować więcej niż 255 serwomechanizmami z jednego interfejsu Universal Asynchronous Receiver/Transmitter (UART). (Rycina 5) 
	Uwaga: Do jednego przewodu można podłączyć maksymalnie 6 serwomechanizmów. Zbyt duża liczba serwomechanizmów doprowadzi do przegrzania i dużego spadku napięcia, co spowoduje nietypowe zachowanie, takie jak resetowanie się i nieprawidłowa komunikacja danych itp. (Rycina 6)</li>
	<li>Zastosuj asynchroniczną komunikację półdupleksową jako połączenie między kontrolerem a modułem sterowania silnikiem. (Rycina 7)</li>
	<li>Ustaw numery ID dwóch modułów sterujących i czterech serwomechanizmów. ID3 i ID4 pozostawiono puste na potrzeby przyszłych aktualizacji. (Rycina 8) 
	UWAGA: ID1: moduł sterujący lewy; ID2: moduł sterujący prawy; ID5: serwomechanizm przedni lewy; ID6: serwomechanizm przedni prawy; ID7: serwomechanizm tylny lewy; ID8: serwomechanizm tylny prawy.</li>
	<li>Połącz serwomechanizmy kaskadowo jeden po drugim, a następnie podłącz kaskadę do kontrolera.</li>
	<li>Podłącz czujniki do odpowiednich interfejsów kontrolera. Należy zauważyć, że czujnik, którego złącze posiada oznaczenie trójkąta, jest masą (GND). 
	UWAGA: AD1: przedni podczerwony czujnik fotoelektryczny od spodu; AD2: prawy podczerwony czujnik fotoelektryczny od spodu; AD3: tylny podczerwony czujnik fotoelektryczny od spodu; AD4: lewy czujnik podczerwieni od spodu; AD5: przedni podczerwony czujnik pomiaru odległości; AD6: prawy podczerwony czujnik pomiaru odległości; AD7: tylny podczerwony czujnik pomiarowy; AD8: lewy podczerwony czujnik pomiaru odległości; AD9: lewy-przedni podczerwony czujnik fotoelektryczny przeciwupadkowy; AD10: prawy-przedni podczerwony czujnik fotoelektryczny przeciwupadkowy; AD11: prawy-tylny podczerwony czujnik fotoelektryczny przeciwupadkowy; AD12: lewy-tylny podczerwony czujnik fotoelektryczny przeciwupadkowy.</li>
</ol>
3. Debugowanie czujników
<ol>
	<li>Obracaj pokrętłem regulacyjnym znajdującym się z tyłu czujników podczerwieni, aby dostosować ich zasięg wykrywania. Gdy robot znajduje się w centrum stołu roboczego, poziom logiczny czterech górnych czujników podczerwieni wynosi 1. Gdy maszyna przemieści się do krawędzi stołu roboczego, poziom logiczny czujnika podczerwieni po odpowiadającej stronie wyniesie 0. (Rycina 9A) 
	UWAGA: Robot może określić swoje położenie na stole roboczym poprzez analizę poziomu logicznego czujników podczerwieni. Na przykład, jeśli poziomy logiczne czujników lewego i przedniego wynoszą 0, robot musi znajdować się w górnej lewej części stołu roboczego.</li>
	<li>Porównaj wartości zmierzone przez czujnik odległości z ich wartościami bazowymi w celu przeprowadzenia kalibracji. (Rycina 9B) 
	UWAGA: Czujnik odległości jest czujnikiem analogowym. Wraz ze zmianą odległości będą zmieniać się moc sygnału zwrotnego czujnika oraz odpowiadające mu wartości zmierzone. Wartości zmierzone zostaną przekazane do jednostki centralnej za pomocą czujników cyfrowych, aby robot mógł zidentyfikować zmiany w swoim otoczeniu.</li>
	<li>Przeprowadź debugowanie czujnika kąta nachylenia.
	<ol>
		<li>Ustaw czujnik kąta nachylenia poziomo i zapisz jego wartości zmierzone.</li>
		<li>Przechyl czujnik w dwóch różnych kierunkach i zapisz jego wartości zmierzone. Jeśli wartości zmierzone mieszczą się w zakresie błędu, można uznać, że czujnik działa prawidłowo.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Schemat kontrolny
<ol>
	<li>Zbuduj model symulacyjny silnika prądu stałego (DC), w oparciu o równanie bilansu napięć silnika DC, równanie strumienia wiązania oraz równanie bilansu momentów obrotowych.
	<ol>
		<li>Sformułuj równanie bilansu napięć zapisane jako 
		<img alt="Równania równowagi statycznej; składowe napięcia; reprezentacja matematyczna; analiza inżynieryjna." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"> 
		gdzie ud jest napięciem osi bezpośredniej, a uq napięciem osi kwadraturowej. Rd i Rq oznaczają odpowiednio rezystancję osi bezpośredniej i rezystancję osi kwadraturowej. <img alt="Symbol pędu kątowego \( I_a \)." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 2">,<img alt="Równanie równowagi statycznej, Iq, symbol prądu; ilustracja koncepcji dla edukacji z zakresu fizyki." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 3">,<img alt="Wzór funkcji Psi, symbol mechaniki kwantowej, notacja funkcji falowej." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 4">,<img alt="Symbol funkcji falowej Ψq, stosowany w mechanice kwantowej, równaniach, koncepcjach fizycznych." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 5">, reprezentują odpowiednio prąd osi bezpośredniej, prąd osi kwadraturowej, strumień osi bezpośredniej i strumień osi kwadraturowej.</li>
		<li>Sformułuj równanie strumienia wiązania zapisane jako 
		<img alt="Równania elektromechaniczne, wzory w notacji matematycznej dla analizy siły elektromagnetycznej." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq6.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 6"> 
		gdzie <img alt="Symbol LaTeX L_a w formule fizycznej; istotny dla reprezentacji równania." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq7.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 7"> i <img alt="Matematyczny symbol równania L_q; stosowany w analizie równowagi statycznej." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq8.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 8"> oznaczają odpowiednio współczynnik samoindukcyjności osi bezpośredniej i samoindukcyjności osi kwadraturowej. <img alt="Równanie równowagi statycznej, MaD, symbol dla badań analizy strukturalnej." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq9.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 9"> oraz <img alt="Symbol równania \( M_{q0} \); możliwe zastosowanie mechaniczne lub termodynamiczne." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq10.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 10"> są współczynnikami indukcyjności wzajemnej. <img alt="Równowaga statyczna, równanie ΣFx=0, schemat, ilustrujący koncepcje równowagi i rozkładu sił." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq11.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 11"> i <img alt="Symbol termodynamiczny dla niższej temperatury T&lt;sub&gt;L&lt;/sub&gt; w równaniach lub analizie naukowej." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq12.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 12"> reprezentują moment obrotowy elektromagnetyczny i moment obrotowy obciążenia.</li>
		<li>Sformułuj równanie bilansu momentów obrotowych obliczone za pomocą <img alt="Równanie momentu elektromechanicznego, dynamika obrotowa, wzór, edukacyjna koncepcja fizyczna" src="/files/ftp_upload/56422/56422eq13.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 13">.</li>
		<li>Zbuduj model symulacyjny silnika DC. (Rysunek 10)</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zastosuj podwójne sterowanie w pętli zamkniętej silnika DC. Wykorzystaj wyjście regulatora prędkości jako wejście do regulatora prądu, aby regulować moment obrotowy i prąd silnika. 
	Uwaga: Schemat struktury układu regulacji prądu. (Rysunek 11) 
	Funkcja przejścia regulatora prądu PI jest przedstawiona jako <img alt="Równanie funkcji przejścia \(W_{ACR}(s) = \frac{K_i(\tau_i s + 1)}{\tau_i s}\) dla analizy systemów sterowania." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq14.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 14">, gdzie <img alt="Równanie stałej równowagi \( K_i \) symbol, formuła chemiczna." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq15.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 15"> jest współczynnikiem proporcjonalnym regulatora prądu, a <img alt="Matematyczny symbol τ_i, często stosowany w równaniach fizycznych do oznaczania czasu relaksacji lub opóźnienia." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq16.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 16"> jest stałą czasową wyprzedzenia regulatora prądu. Można ją wyznaczyć za pomocą współczynnika skalowania <img alt="Formuły równowagi statycznej, Ki=TR/2KsβTΣi, schemat równania równowagi." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq17.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 17"> oraz współczynnika całkującego <img alt="Wzór systemu sterowania \( K_i / τ_i \), reprezentujący wzmocnienie procesu w stosunku do stałej czasowej." src="/files/ftp_upload/56422/56422eq18.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 18">.
	<ol>
		<li>Zastosuj podwójne sterowanie w pętli zamkniętej silnika DC. (Rysunek 12)</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zastosuj czterokwadrantowe sterowanie ruchem silnika DC. (Rysunek 13)
	<ol>
		<li>Wykorzystaj układ sterujący w postaci mostka H, aby uzyskać ruch czterokwadrantowy silnika DC poprzez modulację włączania i wyłączania metal-tlenkowych półprzewodnikowych tranzystorów polowych (MOSFET). (Rysunek 14) 
		Uwaga: Gdy Q1 i Q4 są włączone, silnik znajduje się w stanie elektrycznym do przodu i w stanie pracy w pierwszym kwadrancie. Gdy Q3 i Q4 są włączone, silnik znajduje się w stanie hamowania regeneracyjnego i w stanie pracy w drugim kwadrancie. Gdy Q2 i Q3 są włączone, silnik znajduje się w stanie elektrycznym wstecznym i w stanie ruchu w trzecim kwadrancie. Gdy Q1 i Q2 są włączone, silnik znajduje się w stanie wstecznego hamowania regeneracyjnego i w stanie ruchu w czwartym kwadrancie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Zastosuj modulację szerokości impulsu (PWM) do regulacji prędkości silnika DC. Moduluj szerokość impulsu napięcia DC (cykl pracy) przyłożonego do kotwicy silnika poprzez sterowanie włączaniem i wyłączaniem przełącznika elektrycznego, podczas gdy napięcie zasilania silnika DC pozostaje w zasadzie niezmienione, modulując w ten sposób wartość średnią i prędkość obrotową wejściową napięcia kotwicy silnika.</li>
</ol>
5. Napisz program
<ol>
	<li>Użyj linii pobierania USB, aby zaimportować do kontrolera plik binarny (BIN) wygenerowany przez KEIL5.</li>
	<li>Wybierz program do wykonania.</li>
</ol>
6. Scenariusz zastosowania
<ol>
	<li>Zastosuj rozpoznawanie kolorów do kategoryzacji ładunku w fabryce. (Rycina 15)
	<ol>
		<li>Użyj kamery optycznej do zbierania obrazów i zweryfikuj zeskanowany kolor, korzystając z numeru odbitej tablicy dwuwymiarowej.</li>
		<li>Podnieś obiekt za pomocą ramion mechanicznych.</li>
		<li>Wydaj polecenie transportu obiektu do wyznaczonego miejsca, wykorzystując kamerę i silnik napędowy robota.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przeprowadź szybkie przeszukiwanie w celu oczyszczenia wyznaczonych obszarów. (Rycina 16)
	<ol>
		<li>Użyj czterech czujników optycznych robota do wykrywania położenia otaczających przeszkód.</li>
		<li>Wydaj polecenie do silnika sterującego, aby podnieść mechaniczną łopatę i usunąć przeszkody z wyznaczonych obszarów.</li>
		<li>Zastosuj algorytm genetyczny w celu wyznaczenia najskuteczniejszej ścieżki przeszukiwania.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykorzystaj samorozpoznawanie, aby zapobiec spadnięciu ze stołu warsztatowego, oddzielając pracowników od obszaru pracy maszyny i zapewniając ich bezpieczeństwo.
	<ol>
		<li>Modyfikuj sygnały na podstawie różnicy wysokości pomiędzy czterema górnymi czujnikami optycznymi, które rozpoznają stół warsztatowy i podłoże.</li>
		<li>Analizuj zmienne sygnały, aby określić położenie krawędzi stołu warsztatowego.</li>
		<li>Wydaj polecenie maszynie, aby omijała krawędzie stołu warsztatowego.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Charalampous, K., Kostavelis, I., Gasteratos, A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0957417416305103">Robot navigation in large-scale social maps: An action recognition approach.</a> Expert Syst Appl. 66 (1), 261-273 (2016).</li>
<li>Huang, Y., &Wang, Q. N. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925231215008759">Disturbance rejection of Central Pattern Generator based torque-stiffness-controlled dynamic walking.</a> Neurocomputing. 170 (1), 141-151 (2015).</li>
<li>Tepljakov, A., Petlenkov, E., Gonzalez, E., Belikov, J. <a target="_blank" href="http://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0218126617501651">Digital Realization of Retuning Fractional-Order Controllers for an Existing Closed-Loop Control System.</a> J Circuit Syst Comp. 26 (10), 32-38 (2017).</li>
<li>Siluvaimuthu, C., Chenniyappan, V. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/15325008.2014.949911?journalCode=uemp20">A Low-cost Reconfigurable Field-programmable Gate Array Based Three-phase Shunt Active Power Filter for Current Harmonic Elimination and Power Factor Constraints.</a> Electr Pow Compo Sys. 42 (16), 1811-1825 (2014).</li>
<li>Brogardh, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1367578807000077">Present and future robot control development - An industrial perspective.</a> Annu Rev Control. 31 (1), 69-79 (2007).</li>
<li>Wang, E., Huang, S. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/6896170/">A Novel DoubleClosed Loops Control of the Three-phase Voltage-sourced PWM Rectifier.</a> Proceedings of the CSEE. 32 (15), 24-30 (2012).</li>
<li>Li, D. H., Chen, Z. X., Zhai, S. Double Closed-Loop Controller Design of Brushless DC Torque Motor Based on RBF Neural Network. Proc. 2nd International Conference on Frontiers of Manufacturing Science and Measuring Technology. (ICFMM 2012), , 1351-1356 (2012).</li>
<li>Tian, H. X., Jiang, P. L., Sun, M. S. Double-Loop DCSpeed Regulation System Design Basd On OCC). Proc. 4th International Conference on Advances in Materials and Manufacturing (ICAMMP 2013), , 889-890 (2014).</li>
<li>Xu, G. Y., Zhang, M. Double Closed-Loop Feedback Controller Design for Micro Indoor Smart Autonomous Robot). Proc. International Conference on Material Science and Engineering Technology. (ICMSET 2011), , 474-479 (2011).</li>
<li>Chen, Y. N., Xie, B., Mao, E. R. Electric Tractor Motor Drive Control Based on FPGA. Proc. 5th IFAC Conference on Sensing, Control and Automation Technologies for Agriculture (AGRICONTROL), , 271-276 (2016).</li>
<li>Zhang, J., Zhou, Y. J., Zhao, J. Study on Four-quadrant Operation of Brushless DC Motor Control Method. Proc. International Conference on Mechatronics, Robotics and Automation. (ICMRA 2013). , 1363-1368 (2013).</li>
<li>Joice, C. S., Paranjothi, S. R., Kumar, V. J. S. <a target="_blank" href="http://ieeexplore.ieee.org/document/6319386/">Digital Control Strategy for Four Quadrant Operation of Three Phase BLDC Motor With Load Variations.</a> Ieee T Ind Inform. 9 (2), 974-982 (2013).</li>
<li>Drumheller, Z., et al. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gwmr.12198/abstract">Optimal Decision Making Algorithm for Managed Aquifer Recharge and Recovery Operation Using Near Real-Time Data: Benchtop Scale Laboratory Demonstration.</a> Ground Water Monit R. 37 (1), 27-41 (2017).</li>
<li>Wang, X. S., GAO, Y., Cheng, Y. H., Ma, X. P. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/290318006_Knowledge-guided_genetic_algorithm_for_path_planning_of_robot">Knowledge-guided genetic algorithm for path planning of robot.</a> Control Decis. 24 (7), 1043-1049 (2009).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W tym artykule zaprojektowaliśmy typ inteligentnego robota, który może być budowany autonomicznie. Wdrożyliśmy proponowany inteligentny algorytm wyszukiwania i autonomiczne rozpoznawanie poprzez integrację kilku programów ze sprzętem. W protokole wprowadziliśmy podstawowe podejścia do konfiguracji sprzętu i debugowania inteligentnego robota, które mogą pomóc użytkownikom zaprojektować odpowiednią strukturę mechaniczną własnego robota. Jednak podczas rzeczywistej eksploatacji należy zwrócić uwagę na stabilność konstrukcji...

Roboty to złożone, inteligentne maszyny, które łączą w sobie wiedzę z kilku dyscyplin, w tym mechaniki, elektroniki, sterowania, komputerów, czujników i sztucznej inteligencji 1,2. Coraz częściej roboty wspomagają lub nawet zastępują ludzi w miejscu pracy, zwłaszcza w produkcji przemysłowej, ze względu na przewagę, jaką mają roboty w wykonywaniu powtarzalnych lub niebezpiecznych zadań. Konstrukcja protokołu inteligentnego robota w obecnym badaniu opiera się na strategii sterowania w pętli zamkniętej, a konkretnie na planowaniu ścieżki w oparciu o algorytm genetyczny. Ponadto moduły funkcjonalne zostały ściśle podzielone 3,4, co może stanowić solidną podstawę do przyszłych prac optymalizacyjnych, dzięki czemu roboty będą miały dużą zdolność do rozbudowy.
Modułowa implementacja platformy robotycznej opiera się przede wszystkim na następujących metodach: wielowymiarowej strategii sterowania kombinacją w module sterowania silnikiem5,6, oraz inteligentnej eksploracji opartej na algorytmie genetycznym w module algorytmu optymalizacji.
Używamy podwójnej kontroli w pętli zamkniętej silnika prądu stałego i pracy silnika czterokwadrantowego w module sterującym silnikiem. Podwójna regulacja prędkości w pętli zamkniętej oznacza, że wyjście regulatora prędkości służy jako wejście regulatora prądu, umożliwiając mu sterowanie prądem i momentem obrotowym silnika. Zaletą tego systemu jest to, że moment obrotowy silnika może być kontrolowany w czasie rzeczywistym na podstawie różnicy między daną prędkością a rzeczywistą prędkością. Gdy różnica między podaną a rzeczywistą prędkością jest stosunkowo duża, moment obrotowy silnika wzrasta, a prędkość zmienia się szybciej, aby jak najszybciej doprowadzić prędkość silnika do podanej wartości, co umożliwia szybką regulację prędkości7,8,9. I odwrotnie, gdy prędkość jest stosunkowo zbliżona do podanej wartości, może automatycznie zmniejszyć moment obrotowy silnika, aby uniknąć nadmiernej prędkości, pozwalając prędkości osiągnąć daną wartość stosunkowo szybko bez błędu6,10. Ponieważ równoważna stała czasowa pętli prądu elektrycznego jest stosunkowo mała, silnik czterokwadrantowy 11,12 może reagować szybciej, aby stłumić wpływ zakłóceń, gdy system jest narażony na zakłócenia zewnętrzne. Pozwala to na poprawę stabilności i zdolności przeciwzakłóceniowych systemu.
Wybieramy algorytm genetycznej inteligentnej optymalizacji o najwyższej wydajności na podstawie wyników symulacji przeprowadzonej w MATLAB. Algorytm genetyczny to stochastyczny algorytm wyszukiwania równoległego oparty na teorii doboru naturalnego w genetyce. Jest to skuteczna metoda znajdowania globalnego optymalnego rozwiązania w przypadku braku jakichkolwiek wstępnych informacji. Traktuje zestaw rozwiązań problemu jako populację, zwiększając w ten sposób jakość rozwiązania poprzez ciągłą selekcję, krzyżowanie, mutacje i inne operacje genetyczne. Jeśli chodzi o planowanie tras przez inteligentne roboty, trudności pojawiają się w wyniku niewystarczających informacji początkowych, skomplikowanych środowisk i nieliniowości. Algorytmy genetyczne są w stanie lepiej rozwiązać problem planowania ścieżek, ponieważ posiadają globalną zdolność optymalizacji, dużą zdolność adaptacji i solidność w rozwiązywaniu problemów nieliniowych; Nie ma konkretnych ograniczeń dotyczących problemu; Proces obliczeń jest prosty; Nie ma też specjalnych wymagań dotyczących przestrzeni wyszukiwania 13,14.

<table><tbody><tr><td>części konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>L1-1</td><td></td></tr><tr><td>części konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>L2-1</td><td></td></tr><tr><td>części konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>L3-1</td><td></td></tr><tr><td>części konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>L4-1</td><td></td></tr><tr><td>części konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>L5-1</td><td></td></tr> części <tr><td>konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>L5-2</td><td></td></tr><tr><td>części konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>U3A części konstrukcyjne</td><td></td></tr><tr><td></td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>U3B</td><td></td></tr><tr><td>części konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>U3C</td> części konstrukcyjne UPTECMONYH HAR U3F <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>części konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>U3G</td><td></td></tr><tr><td>części konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH Części</td> konstrukcyjne HAR <td>U3H</td><td></td></tr><tr>Części<td>konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>U3J</td><td></td></tr><tr><td>Części konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>I3</td><td></td></tr><tr><td>Części konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>I5</td><td></td></tr><tr><td>Części konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>I7</td><td></td></tr><tr><td>Elementy konstrukcyjne</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>CGJ</td><td></td></tr><tr><td>link</td> <td>komponentKomponent łączący UPTECMONYH HAR</td><td>LM1</td><td></td></tr> Komponent <tr><td>łączący</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>LM2</td><td></td></tr><tr><td>Składnik łączący</td><td>UPTECMONYH</td> HAR LM3 <td></td> Składnik łączący UPTECMONYH HAR LM4 <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td> Składnik łączący UPTECMONYH HAR LX1 Składnik łączący UPTECMONYH HAR LX2 <td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td>Element łącznika UPTECMONYH HAR</td><td>LX3</td><td></td></tr><tr><td></td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>LX4</td><td></td></tr><tr><td>Element konstrukcji przekładni kierowniczej</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>KD</td><td></td></tr><tr><td>Element struktury przekładni kierowniczej</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>DP</td><td></td></tr><tr><td>Czujnik podczerwieni</td><td>UPTECMONYH HAR</td><td>E18-B0</td><td>Czujnik cyfrowy</td></tr><tr><td>Podczerwień&nbsp; Zakres&nbsp; Szukacz</td><td>SHARP</td><td>GP2D12</td><td></td></tr><tr><td>Czujnik poziomu szarości</td><td>SHARP</td><td>GP2Y0A02YK0F</td><td></td></tr><tr><td>proMOTION&nbsp; Płyty CDS</td><td>Sharp</td><td>CD&nbsp; 5516</td> Moduł napędowy silnika <td>przekładni kierowniczej robota</td></tr><tr><td></td><td>Risym</td><td>HG7881</td><td></td></tr><tr><td>drut lutowniczy</td><td>ELECALL</td><td>63A</td><td></td></tr><tr><td>terminal</td><td>Jasny drut</td><td>5264</td><td></td></tr><tr><td>silnik</td><td>BX silnik</td><td>60JX</td><td></td></tr><tr><td>kamera</td><td>Logitech</td><td>C270</td><td></td></tr><tr><td>Wiertarka</td><td>XIN XIANG</td><td>16MM</td><td>Proszę być ostrożnym</td></tr><tr><td>Stacja lutownicza</td><td>YIHUA</td><td>8786D</td><td>Be&nbsp; ostrożny&nbsp; do&nbsp; być&nbsp; </td></tr><tr><td>wkrętak</td><td>do</td> oparzeń EXPLOIT <td>043003</td><td></td></tr><tr><td>Pęseta</td><td>R'DEER</td><td>RST-12</td><td></td></tr></tbody></table>

modułowa konstrukcja i produkcja inteligentnego robota opartego na strategii sterowania w pętli zamkniętej

The Modular Design and Production of an Intelligent Robot Based on a Closed-Loop Control Strategy

Inteligentne roboty są częścią nowej generacji robotów, które są w stanie wyczuć otaczające środowisko, zaplanować własne działania i ostatecznie osiągnąć swoje cele. W ostatnich latach wzrosło zaufanie do robotów zarówno w życiu codziennym, jak i w przemyśle. Protokół zaproponowany w niniejszym artykule opisuje konstrukcję i produkcję robota manipulacyjnego z inteligentnym algorytmem wyszukiwania i funkcją autonomicznej identyfikacji.
Po pierwsze, różne moduły robocze są mechanicznie montowane, aby zakończyć budowę platformy roboczej i instalację manipulatora robota. Następnie projektujemy system sterowania w pętli zamkniętej i czterokwadrantową strategię sterowania silnikiem, za pomocą oprogramowania do debugowania, a także ustawiamy tożsamość przekładni kierowniczej (ID), szybkość transmisji i inne parametry pracy, aby zapewnić, że robot osiąga pożądaną dynamiczną wydajność i niskie zużycie energii. Następnie debugujemy czujnik, aby uzyskać fuzję wielu czujników w celu dokładnego uzyskania informacji o środowisku. Na koniec implementujemy odpowiedni algorytm, który potrafi rozpoznać sukces funkcji robota dla danej aplikacji.
Zaletą tego podejścia jest jego niezawodność i elastyczność, ponieważ użytkownicy mogą rozwijać różnorodne programy do budowy sprzętu i wykorzystywać wszechstronny debugger do wdrażania inteligentnej strategii sterowania. Dzięki temu użytkownicy mogą ustawiać spersonalizowane wymagania w oparciu o swoje potrzeby z wysoką wydajnością i solidnością.

Na schemacie programu sterowania ruchem w podwójnej pętli zamkniętej kolor fioletowy reprezentuje zadany sygnał prędkości, a kolor żółty reprezentuje wartość wyjściową systemu sterowania. Rysunek 17 wyraźnie pokazuje, że system sterowania w podwójnej pętli zamkniętej jest znacznie bardziej skuteczny niż system w pętli otwartej. Rzeczywiste przeregulowanie wyjścia systemu w podwójnej pętli zamkniętej jest stosunkowo niewielkie, a charakterystyka dynamiczna sys...

Przedstawiamy protokół dotyczący modułowego projektowania i produkcji inteligentnych robotów, aby pomóc pracownikom naukowym i technicznym w projektowaniu inteligentnych robotów do specjalnych zadań produkcyjnych opartych na osobistych potrzebach i zindywidualizowanym projekcie.

Modułowa konstrukcja i produkcja inteligentnego robota opartego na strategii sterowania w pętli zamkniętej

Intelligent robots are part of a new generation of robots that are able to sense the surrounding environment, plan their own actions and eventually reach ...

Inteligentne roboty są częścią nowej generacji robotów, które są w stanie wyczuwać otaczające środowisko, planować własne działania i ostatecznie osiągnąć swój cel. W ostatnich latach wzrosło zaufanie do robotów zarówno w życiu codziennym, jak i w przemyśle. Protokół zaproponowany w niniejszym artykule opisuje zaprojektowanie i wyprodukowanie robota humanoidalnego z algorytmem wyszukiwania danych wywiadowczych i funkcją autonomicznej identyfikacji.Po pierwsze, różne moduły robocze są montowane mechanicznie, aby zakończyć budowę platformy roboczej i instalację manipulatora robota. Następnie projektujemy system sterowania w pętli zamkniętej w czterokwadrantowej strategii sterowania silnikiem za pomocą oprogramowania do debugowania o nazwie Robo Servo Terminal 2010, a także identyfikatora przekładni kierowniczej Sat, szybkości transmisji i innych parametrów pracy, aby zapewnić, że robot osiąga pożądaną dynamiczną wydajność i niskie zużycie energii. Następnie debugujemy czujnik, aby uzyskać fuzję wielu czujników w celu dokładnego uzyskania informacji o środowisku.Na koniec wdrażamy algorytm trafności, który może rozpoznać sukces funkcji robota dla danego zastosowania. Zaletą tego podej

the-modular-design-production-an-intelligent-robot-based-on-closed

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Wykorzystujemy interfejs maszyna-mucha w pętli zamkniętej do badania ogólnych zasad kontroli neuronalnej.

Platforma eksperymentalna do badania wydajności interfejsów mózg-maszyna w pętli zamkniętej

W tym artykule przedstawiono eksperymentalny framework do przeprowadzania eksperymentów w pętli zamkniętej, w którym przetwarzanie informacji (tj. kodowanie i dekodowanie) oraz uczenie się zespołów neuronalnych są badane podczas ciągłej interakcji z ciałem robota.

Eksperymenty neurorobotyczne w pętli zamkniętej w celu przetestowania właściwości obliczeniowych sieci neuronowych

Ten artykuł opisuje projektowanie i produkcję miękkiego urządzenia do manipulatorów chirurgicznych. Moduł podstawowy zawiera trzy elastyczne siłowniki hydrauliczne do uzyskiwania wielokierunkowego gięcia i wydłużania oraz mechanizm oparty na granulowanym zakleszczaniu, który umożliwia kontrolę sztywności. Podano również pełną charakterystykę mechaniczną.

Projekt i wykonanie jednostki elastomerowej dla miękkich robotów modułowych w chirurgii małoinwazyjnej

Zdolność do lokalizacji źródła zapachu jest niezbędna do przetrwania owadów i oczekuje się, że będzie miała zastosowanie do sztucznego śledzenia zapachów. Robot sterowany przez owady jest napędzany przez prawdziwą jedwabną i umożliwia nam ocenę zdolności owadów do śledzenia zapachów za pomocą platformy robotycznej.

Robot sterowany przez owady: mobilna platforma robota do oceny zdolności owadów do śledzenia zapachów

Opracowany jest system wspólnej produkcji kompozytów do zrobotyzowanego układania laminatów kompozytowych za pomocą taśmy prepregowej. Proponowany system pozwala na produkcję laminatów kompozytowych o wysokim poziomie skomplikowania geometrycznego. W proponowanej metodzie rozwiązano problemy związane z planowaniem ścieżek, koordynacją robotów i sterowaniem.

Działanie systemu Collaborative Composite Manufacturing (CCM)

Ten protokół zawiera szczegółową listę kroków, które należy wykonać w celu produkcji, kontroli i oceny wydajności wspinaczki miękkiego robota inspirowanego gekonem.

Produkcja, kontrola i ocena wydajności miękkiego robota inspirowanego Gekonem

Przedstawiamy tutaj protokół symulacji i monitorowania skalowanego półautomatycznego procesu montażu, realizowany wspólnie z robotem współpracującym oraz weryfikacją za pomocą systemu widzenia komputerowego w celu kontroli jakości.

Symulacja procesu montażu w skali z udziałem ramienia robotycznego i monitorowania za pomocą systemu wizualnego w celu kontroli jakości

W tej pracy opisujemy zastosowanie techniki tomografii atomowo-sondowej do badania granic ziaren warstwy absorbera w ogniwie słonecznym CIGS. Przedstawiono tu również nowatorskie podejście do przygotowania końcówek sondy atomowej zawierających pożądaną granicę ziaren o znanej strukturze.

Badania tomografii sondy atomowej na granicach ziaren Cu(In,Ga)Se2

Metoda dla w pełni drukowalnych, wolnych od fulerenów, wysoce stabilnych, masowo-heterozłączowych ogniw słonecznych opartych na alkoholanach Ti jako akceptorze elektronów i produkcji polimeru oddając elektrony jest opisana tutaj. Ponadto opisano metodę kontrolowania morfologii warstwy fotoaktywnej poprzez masowość molekularną jednostek Ti-alkoxidian.

Kontrola morfologii dla w pełni drukowalnych organiczno-nieorganicznych ogniw słonecznych z heterozłączami masowymi na bazie tytanowo-alkoksydowego i polimeru półprzewodnikowego

Tutaj prezentujemy protokół do pomiaru modułu pęknięcia wytłaczanego katalizatora i pęknięcia wspomnianego katalizatora ekstrudowanego przez zderzenie z powierzchnią lub przez ściskanie w stałym złożu.

Przewidywanie pęknięcia wytłaczania katalizatora na podstawie modułu pęknięcia

Poznaj modułową konstrukcję inteligentnego robota humanoidalnego z autonomiczną identyfikacją środowiska. Protokół obejmuje montaż mechaniczny, sterowanie silnikiem w czterech kwadrantach oraz fuzję wielu czujników dla optymalnej wydajności.

Modułowa konstrukcja i produkcja inteligentnego robota opartego na strategii sterowania w pętli zamkniętej

Przeglądaj więcej filmów