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辽宁省机器人驱动与控制工程实验室研究方向

研究方向:机器人控制和驱动基础理论与关键共性技术研究

    1)主要研究内容

    ①机器人系统动力学及控制方法;②机器人新型关键零部件及集成技术;③先进机器人智能技术理论与方法。

    本方向是辽宁科技学院校级重点建设学科,有学科带头人1人。有自动化专业省级综合改革试点专业1个,有个校级科研团队1个。有市级重点实验室2个,辽宁科技学院-中国航空综合技术研究所“重载机器人技术标准化研究与验证联合实验室”1个。

    目前,支撑本方向的师资队伍有教授2人、副教授8人、讲师3人,助教1人;具有博士学位教师2人,在读博士1人,硕士8人,硕士以上学位教师占73.3%。有市劳动模范、五一劳动奖章获得者1人,辽宁省百千万人才工程千层次人选1人,辽宁省高新技术企业认定专家1人,市学科带头人、青年学科带头人2人。

    近年来本方向人员主持“工业机器人高精度高效率减速器集成控制技术研究”等省及省以上项目多项,具有良好的研究积累和基础。

    2)关键技术突破点

    本方向主要注重:① 机器人新驱动、新传动、新感知、新能源技术的研究与应用;② 机器人新型功能部件及单元技术,重点是多维力传感器及其解耦方法、轻型机器人腕部精密减速器、高性能数字伺服阀技术;③ 机器人伺服电机和驱动器方面,在普通通用伺服电机和驱动器的基础上,研究机器人专用伺服电机和驱动器。根据机器人的高速,高精度等应用要求,增加驱动器和电机的瞬时过载能力,增加驱动器的动态响应能力,驱动增加相应的自定义算法接口单元,简化系统,提高系统可靠性,进一步降低成本。④ 机器人控制器和控制结构方面,重点研究具有快速响应特性、较高跟踪精度、良好通用性和扩展性的控制器。

研究方向:工业特种机器人技术研究

    1)主要研究内容

    ①四肢康复机器人;②矿用特种机器人;③无人运载平台机器人。

    本方向以我校柔性引进的北京航空航天大学博士生导师王延忠教授为负责人。目前,支撑本方向的师资队伍有教授1人、副教授4人、讲师4人,助教1人;在读博士2人,硕士5人。

    2)关键技术突破点

    ①四肢康复机器人

    四肢康复机器人系统设计分析技术。四肢机器人设计除了考虑人体运动的生理特性和与医师的治疗方式结合外,还要考虑以下技术难点:1)结构设计要精巧,制作的外观在视觉上要让患者和医师能够易于接受;2)结构上要和人体下肢充分相似,包括自由度的分配和关节结构的设计;3)驱动装置的布置和结构设计要求小巧灵活,动力裕量足;4)传感器选择和感觉相似的触觉和力传感器,布置要满足控制的要求;5)可以数字化分析人的动作,然后控制机械臂来实现,满足预期的控制效果;6)安全性、可靠性要求,绝对避免对患者的二次伤害。

    ②矿用特种机器人

    矿用特种机器人今后发展的关键技术难点主要有以下几点:1)多传感器信息融合技术。信息融合技术有助于改善机器人环境参数监测、路径规划与导航的能力,提高控制系统决策、规划、反应的快速性和正确性,降低决策风险。2)多机器人技术。通过对多机器人技术的研究,弥补单个机器人的不足,发挥系统的优势,解决系统中存在问题或降低其不利影响,使系统能够灵活、快速地适应环境和任务的变化,从而在复杂环境中高效、可靠地完成如工作面瓦斯、冲击地压监测、矿井灾后环境监测,废弃矿井测绘等任务。3)机器人软硬件模块化、标准化技术。机器人作为机电产品,要实现其产业化,必须实施软硬件分离,并将其软硬件模块化、标准化。重视机器人研制的技术标准化、模块化,强调研发技术的继承性,能够降低后续研究风险,节约研究经费,提高系统可靠性,有利于产品产业化。4)通信系统网络化技术。建立基于网络的机器人遥控操作,可使操作人员远离危险的作业环境,避免人身伤害,同时有助于指挥调度人员决策。

    ③无人运载平台机器人

    由无人运载平台机器人的特殊需求及其特殊系统结构的分析可知,无人运载平台机器人是一个非常复杂的系统,为了实现这些特殊功能,其自身必然涉及到许多关键技术:1)导航定位技术。无人运载平台机器人的行驶环境是动态未知的,要求其在这种环境中有较强的自主导航能力。2)环境感知技术。环境感知技术是无人运载平台机器人最关键的技术之一,是保证无人运载平台机器人正常运行、顺利完成任务的前提。无人运载平台机器人要在危险、未知、复杂的环境中运动并完成任务必须具备感知周围环境的能力,环境信息的获得就要依靠车载传感器。只有这些传感器准确可靠地理解周围环境,明确判断出安全或危险区域,无人运载平台机器人才能可靠工作。3)路径规划技术。路径规划的目的是使无人运载平台机器人能够基于自身性能、障碍物信息和目标位置,可靠地规划行驶路径,以保证无人运载平台机器人能够安全、迅速地到达目标地点。无人运载平台机器人的路径规划能力是其智能化水平的重要体现。4)无人运载平台机器人控制技术。运动控制技术是无人运载平台机器人实现无人驾驶的核心,无人运载平台机器人运动控制系统的作用是实现对无人运载平台机器人速度和方向的控制,保证无人运载平台机器人能按预先规划好或者操纵者的意图行驶。5)通信技术。通信系统是无人运载平台机器人和主控台进行信息交流的介质,它将单独的子模块紧密的连接成一个整体,因此,该模块必须具有足够的可靠性和稳定性。由于无人运载平台机器人行驶过程中实时性要求高,因此要求通信子系统必须实时可靠的传递信息。

研究方向:新型智能传感器与过程成像技术研究

    1)主要研究内容

    ①新型智能传感器技术;②过程成像技术;③机器人视觉检测技术研究。

    本方向有个省级教学团队1个,校级科研团队1个。有教授4人、副教授5人;具有博士学位教师1人,硕士5人。市学科带头人、青年学科带头人4人。先后获科技厅、教育厅资助研究项目多项,横向课题10余项,科研到款额近50万元,与东北大学联合建设了“大型工业设备电容层析成像系统研究实验平台”。

    本方向的主要研究成果“高压法微小电容检测电路”获得了国家发明专利,并在美国《科学仪器述评》杂志发表相关技术论文。本方向正“大型工业设备电容层析成像系统研究实验平台”使用直径2.5米的被测对象,是该领域内最大的研究对象,为电容层析成像技术在大尺寸工业对象上的应用打下良好基础,具有鲜明的特色。

    本方向在弱信号检测、新型传感器应用方面已经取得了一些成果,其中高精度称重仪器、气固两相流检测、滚丝机测控系统等方面获得了省市科技成果奖。

    2)关键技术突破点

    高压电容层析成像系统的研究成果可以应用于大尺寸对象的内部介质分布检测系统中,具有广泛的应用前景,如应用于煤矿井下煤仓堵塞状态的自动监测系统及发电厂煤仓堵塞状态监测系统中,因此不论从学科建设或成果转化方面,该方向的研究都具有极其重要的意义。

    可以预期对上述研究成果进行进一步研究以获得具有完全知识产权的、可以应用于实践的、新型自动检测仪表或检测系统产品。

研究方向:机器人网络控制技术研究

    1)主要研究内容:

    ①具有复杂结构的网络控制系统共性问题研究;②网络控制在工业机器人生产中的应用研究。

    本方向有个校级教学团队1个,有市级重点实验室1个,有教授4人、副教授3人;具有博士学位教师1人,在读博士1人,硕士5人。有辽宁省高新技术企业认定专家1人,市学科带头人、青年学科带头人2人。

    可利用的实验室有通信实验室、计算机网络实验室、移动互联网实验室、物联网实验室、辽宁科技学院-中国航空综合技术研究所“重载机器人技术标准化研究与验证联合实验室”等,实验条件较好。

    主要成果:省科技攻关项目1项;省社科基金项目2项;省教育厅科研项目1项;市科技进步二等奖1项、三等奖1项;EI论文4篇;软件著作权2项;省级教研教改项目10项;教材18部(主编14部,副主编2部,参编2部);国家级大创项目2项;省级大创项目1项。

    本方向可对机器人网络控制系统共性问题及网络控制在工业机器人中的应用问题进行研究。

    2)关键技术突破点

    通过研究,我们预计在基于物联网的机器人控制技术、机器人网络控制的中间件技术、分布式机器人软件库、机器人群体行为控制技术、机器人自组织网络技术等方面取得较大的突破。

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