暑期團隊社會實踐報告——信息學院研究生赴沈陽中科院參觀學習

1、2012年沈陽建筑大學暑期社會實踐報告暑期團隊社會實踐報告實踐團隊 ：信息學院研究生赴沈陽中科所進行調(diào)研、學習、參觀暑期社會實踐團書寫時間 ：2012-8-31所屬單位 ：沈陽建筑大學信息與控制工程學院暑期實踐報告1.緒論 1.1活動背景1.1.1大部分學生重理論，輕實踐1.1.2在校生缺少了解前沿科技的機會1.2實踐主題與組織成員1.2.1實踐主題“學子企業(yè)型實習就業(yè)”專項實踐活動1.2.2組織成員指導教師：朱棟華 孫作青組長：田曉曦組員：劉真全 李 思 王 玲 孟顯嬌 王錫銅 桂星河 趙弘淑 王立鵬 馬福洋 孫文成 王灝瀚 李雨喆 劉祥林1.3實踐目的和意義1.3.1實踐目的為了解各式各樣

2、的機器人在工業(yè)控制、醫(yī)藥行業(yè)、國家安全以及人們?nèi)粘Ｉ钪械闹匾饔茫瑢W們開拓眼界，增長見識，豐富同學們的暑期生活，開闊同學們的視野，了解控制理論與控制工程、檢測技術(shù)、模式識別、計算機技術(shù)等相關(guān)領(lǐng)域的實際應(yīng)用。1.3.2實踐意義1.4實踐時間與地點1.4.1實踐時間8月20日至8月22日1.4.2時間地點中科院沈陽自動化研究所、中科院沈陽計算機研究所1.5實踐方式 到相關(guān)單位參觀事物，聽從講解員講解2.參觀內(nèi)容2.1中科院沈陽自動化研究所2.1.1旋翼無人機在地震搜救等領(lǐng)域的應(yīng)用。它將在防恐反恐、災(zāi)情評估、邊境巡邏、油田監(jiān)控、電力巡線、野外搜救等領(lǐng)域發(fā)揮積極作用。桂林航龍公司自主研發(fā)的千里眼無

3、人機，在二00八年南方雨雪冰凍災(zāi)害、四川汶川大地震顯示出了巨大威力。航龍公司成為中國唯一應(yīng)用無人機技術(shù)在第一時間發(fā)布北川縣城地震受災(zāi)情況的航拍遙感遙測照片與數(shù)據(jù)的單位。 早期無人機主要用于短途軍事偵察，這主要受制于當時的通信及制造技術(shù)，那時的無人機均為微型飛機，采用轉(zhuǎn)子式螺旋槳驅(qū)動，一般為低速的無后掠角常規(guī)氣動布局，靠電池或燃料飛行，飛行高度很低。早期的無人飛機沒有什么電腦控制，使用方式上分為一次性和反復性兩種。一次性使用的無人飛機主要是起飛后按照既定的直線飛行，將沿途地面的圖像或照片以無線電形式發(fā)回。直至耗盡燃油摔下來或者被擊落。這類型無人機使用里程在5-10公里，用于偵察敵人的戰(zhàn)術(shù)縱深的火

4、力配置、兵力配備等，而反復使用的無人機采用無線電遙控，體積較前者略小，除攜帶遙感設(shè)備外，有的還攜帶紅外攝像或氣象設(shè)備，主要用于起飛點2公里范圍內(nèi)未知區(qū)域的地形遙感、氣象探測等。這些無人飛機的確就是高級一點的遙控模型。 后來，無人飛機隨著電子技術(shù)的發(fā)展開始升級，美國率先在有人飛機上實現(xiàn)了電子導航和無人駕駛巡航，就是通過在電腦里面預設(shè)航線坐標、飛行高度等實現(xiàn)飛機自己飛行。爾后，通過設(shè)計翼載小、易于控制的氣動布局的方式，實現(xiàn)了真正意義上的第一代無人飛機的設(shè)計：即自主起降，大航程，高升限，攜帶有遠程通信設(shè)備，高級遙感及偵查設(shè)備，可通過衛(wèi)星導航及通訊，并可根據(jù)需要隨時由指揮員更改航線及任務(wù)的無人偵察機。

5、 這類飛機集成了當時第一流的電子技術(shù)，是當時計算機及通訊技術(shù)的杰作，使得無人飛機可以在安全、反復使用的前提下，在較大縱深（10-500公里范圍）實施戰(zhàn)略及戰(zhàn)術(shù)偵察、偵查手段也從單一的照相發(fā)展成為紅外遙感、激光遙感、無線電監(jiān)聽、電子干擾等等。 但此時的無人機，仍然采用能效比較低的螺旋槳推進，飛行速度低。隨后的第二代無人機改為噴氣式設(shè)計，并部分使用太陽能，使得飛行高度、速度、航程都有所提高，但此時的無人飛機還是以偵查為主，雖然以色列等國在無人機上裝載了武器，使得無人機關(guān)鍵時刻能變成一個自殺式武器，但其偵查作用遠大于作戰(zhàn)效能。 目前，世界各國正在設(shè)計的新一代無人飛機（如珠海航展上我國展出的“暗劍”等

6、），都屬于適應(yīng)“非接觸戰(zhàn)爭”得無人駕駛戰(zhàn)斗機，這些無人機不但采用先進的渦輪或渦扇發(fā)動機推進，而且采用了先進的氣動布局，能在亞音速或超音速下飛行，航程超過1000公里，不但能實施偵察、還攜帶有各種制式武器，能獨立遂行作戰(zhàn)任務(wù)。這類飛機不但裝備有常規(guī)的導航及巡航計算機，更裝載了有AI技術(shù)的人工智能計算機，使得飛機更加先進，只不過目前這類型無人機都在研制階段，還沒有正式登上軍事舞臺罷了。11總體設(shè)計系統(tǒng)主要有以下組成部分:無人機模型系統(tǒng)、飛行環(huán)境模擬系統(tǒng)、飛機動力學模型、飛行控制臺、GPS導航模型系統(tǒng)，控制系統(tǒng)等。12仿真系統(tǒng)工作流程通過GPS獲取無人機位置坐標，將WGS84坐標系轉(zhuǎn)化為空間直角坐標

7、，將這些數(shù)據(jù)傳輸給飛行控制系統(tǒng)。飛行控制系統(tǒng)根據(jù)導航數(shù)據(jù)實時控制無人機的姿態(tài)角，并將這些角度傳送給飛機動力學模型計算飛機的飛行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)模擬飛行，然后由OSG仿真系統(tǒng)實現(xiàn)顯示出來。對無人機飛行軌跡和真實航線軌跡數(shù)據(jù)對比，即可驗證導航系統(tǒng)的穩(wěn)定性和正確性。加設(shè)飛行環(huán)境模擬系統(tǒng)，將飛行環(huán)境模擬系統(tǒng)的數(shù)據(jù)導入到動力學模型來模擬風、雨等天氣對無人機飛行的影響，從而增加仿真系統(tǒng)的真實性。2控制系統(tǒng)設(shè)計飛行控制系統(tǒng)分為飛機姿態(tài)控制回路和航跡飛行控制回路，飛機姿態(tài)控制回路包括俯仰角控制回路、滾轉(zhuǎn)角控制回路、偏航角控制回路。其中俯仰角控制回路決定縱向飛行的穩(wěn)定性;滾轉(zhuǎn)角控制回路和偏航角控制回路決定了橫向飛行的

8、穩(wěn)定性。飛機姿態(tài)控制回路決定了飛機的穩(wěn)定性，每種飛機都有自己的控制律，可以適當?shù)卣{(diào)整增益系數(shù)的大小，既可以達到飛機的性能指標。21航向糾偏控制回路航線飛行時，偏離航線的飛行通過副翼和方向舵協(xié)調(diào)控制予以糾正，這種控制的特點是航向信號送到副翼通道，同時副翼通道工作后產(chǎn)生的滾轉(zhuǎn)信號引入方向舵通道，具有一定角度的轉(zhuǎn)彎狀態(tài)下其控制律為式。22手控轉(zhuǎn)程控的控制策略飛機沿航跡飛行時橫向控制是由自動糾偏控制來完成的，飛機的控制律的變化取決于側(cè)偏距、偏航角以及舵機效率。在手動控制切換到程控過程中，如果飛機偏離航跡線過遠，會出現(xiàn)側(cè)偏距和偏航角同時過大的情況，這時候飛機舵面的偏轉(zhuǎn)會非常大，容易引起飛行事故，通過加設(shè)

9、虛擬航點的方式可以解決這種隱患的發(fā)生。以飛機的當前位置為虛擬航點，以此虛擬點作為航線的起點，以航線上離此點最近的未飛航點作為待飛航點，當飛機偏離實際航線的距離小于某一閥值時，刪除此虛擬點，重新進入正常航跡飛行狀態(tài)。真實側(cè)偏距的閥值可以通過實驗獲得，一般不要大于這樣既可以防止舵面偏轉(zhuǎn)過大的情況出現(xiàn)，并且能以最經(jīng)濟的路線進入預定航線。3航跡點管理航跡點管理用于維持無人機在航跡飛行中的航跡信息和航跡點信息。固定翼飛機的航跡點管理具有通用性，可以設(shè)計完整的航跡點管理類CLineManage類。飛機在按航線飛行時，順序的經(jīng)過航線上的航跡點，可以通過棧實現(xiàn)CLineMa-nage類，在C+中通過vecto

10、r實現(xiàn)，這種方式既可以保證飛機按照航點順序飛行，也可以保護航線不被非法修改，提高了控制系統(tǒng)的可靠性。31航跡點信息航跡點的信息主要包含該點的坐標、該點的類型，如果是盤旋點，還要附帶盤旋的時間。所以航跡點可以定義成數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)LinePoint，這個結(jié)構(gòu)包含坐標信息、類型、以及盤旋時間。航點類型主要用于標示飛機在該航點處所要做的動作，比如盤旋、8字飛行、進場等。32航跡信息航跡管理類中需要定義航跡棧、已飛航跡棧、待飛航跡棧以及返航航跡棧。同時要定義飛機剛剛飛過的航跡點，以及下一個待飛航跡點，這兩點即為當前航跡的起點和終點，這兩個點分別是已飛航跡棧和待飛航跡棧的棧頂元素。以航跡棧為例，其定義方式為ve

11、ctorLinePointm_line-Points。航跡棧用于存儲整條航跡線上的所有航跡點;已飛航跡棧和待飛航跡棧分別用于存儲飛機飛過的和待飛的航跡點;返航航跡棧用于存儲返航時所要飛行的航跡點?？梢允褂玫鱲ec-torLinePoint:iterator對各個棧數(shù)據(jù)進行操作。航跡管理除了提供對各個棧的出棧、入棧、清空等方法外，還應(yīng)提供刪除、修改、插入航點、判斷航點是不是航跡線上的點、以及查找距離某點最近的航點?？梢愿鶕?jù)需要擴展此類。需要注意的是在向已飛航跡棧入棧數(shù)據(jù)時，需要判斷航點是不是航跡線上的點，如果不是則不允許入棧。33在控制中使用航跡管理類航線裝訂完畢的情況下，使用航跡管理類的情

12、況主要包括:在起飛后尋找航線，航點切換、返航、選點飛行以及手控轉(zhuǎn)程控時尋找航線。可以歸結(jié)為三種操作方式:沒有輔助航跡點的飛行、含有航跡輔助航跡的飛行以及返航。(1)沒有輔助航跡點的飛行這種飛行沒有輔助航跡的參與，當前航線的起點和終點都是航跡棧里的點，這種操作方式包括航點切換和選點飛行。航點切換時將待飛航跡棧出棧，并將出棧的元素入棧到已飛航跡棧;選點飛行保持已飛航跡棧不動，將待飛航跡棧出棧，直到棧頂元素和目標航點相同為止。(2)含有航跡輔助航跡的飛行這種飛行主要是針對尋找航線的操作。在飛行中為了安全飛行，添加了一些臨時航點，一旦飛機進入正常航線，這種航點將自動清除，繼續(xù)按航線飛行。這種控制方式是

13、通過臨時航點和待飛航跡點作為自動糾偏航線，同時以已飛航跡棧的第一個點和待飛航跡點作為真實側(cè)偏距計算飛機和真實航線的偏差，當真實側(cè)偏距小于一個閥值的情況下，則刪除臨時航點，使用已飛航跡棧的第一個點作為當前航線的起點，終點不變。(3)返航在正常航線飛行時，飛機將未飛航跡棧作為飛機航線導航航跡，在返航的情況下則需要將返航航跡棧作為導航航跡，返航的位置是由飛機接到返航指令的位置決定的，所以返航航跡棧在返航函數(shù)中產(chǎn)生，其方法是將航跡棧復制出一個副本，將副本里的數(shù)據(jù)出棧，并將出棧的數(shù)據(jù)依次入棧到返航航跡棧內(nèi)，切換航點時將返航航跡棧的航點出棧一次，并將該航點入棧到已飛航跡棧中。分別以已飛航跡棧和返航航跡棧的

14、棧頂元素作為當前航線的起點和終點。既可以完成返航，這樣可以保證返航的控制方式和正常飛行的控制方式保持一致。4仿真實驗仿真系統(tǒng)的各子系統(tǒng)在Visual C+net2005結(jié)合OSG環(huán)境下設(shè)計并完成。此系統(tǒng)用于驗證導航和控制系統(tǒng)，以及訓練無人機操作手，所以仿真時首先驗證飛機沿航線飛行能力，觀察控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。接著驗證在地面站指令下，飛機做航線切換、盤旋和著陸等任務(wù)。驗證系統(tǒng)的準確性和實用性。(1)自主飛行。規(guī)劃好航線，由導航和飛行控制系統(tǒng)控制飛機沿航跡線自主飛行;(2)程控狀態(tài)下通過指令調(diào)整飛機飛行狀態(tài)。通過指令使飛機完成盤旋、選點飛行、航線切換以及手動程控切換等任務(wù)。進入航線飛行，沿CDEFC

15、航線飛行，在C點處通過地面指令切換航線到GH航線。在G點做盤旋，在H點處發(fā)送進場指令。I點是距機場跑道起始點A約7 000 m，經(jīng)過I點后，模擬下滑波束導引系統(tǒng)實施著陸。因為采用比例駕駛儀控制，飛機的軌跡和圍繞航線有輕微震蕩。進入航線正常飛行后，側(cè)偏距可以控制在20 m以內(nèi)。采用面向?qū)ο蠓椒?gòu)建了通用的航跡點管理類。根據(jù)轉(zhuǎn)彎控制律，結(jié)合俯仰角控制回路和航向糾偏控制回路，以及加設(shè)虛擬航點的控制策略，實現(xiàn)了無人機按照預定航線的飛行控制和在不同控制方式下無人機大姿態(tài)變化的安全控制，同時把側(cè)偏距限制在一定范圍內(nèi)，增加了控制系統(tǒng)的準確度?？捎糜谟柧殶o人機操作手，具有一定的工程價值。2.1.2“水下滑翔機

16、”、“北極ARV”等水下機器人的研發(fā)進展。目前正在進行的中國第四次北極科學考察活動中，中國自主研制的智能水下機器人“北極ARV”展露身手。在北緯87度附近北冰洋一塊大面積海冰上，中國第四次北極科考隊建立了“長期冰站”?！氨睒OARV”從一個狹小的冰洞里，潛入了這塊大面積海冰的底部，圓滿完成了各項冰下調(diào)查工作，并成功實現(xiàn)了冰下自主導航和自動航行，刷新了中國水下機器人在高緯度的作業(yè)記錄。“北極ARV”在冰下針對不同的水準斷面，進行了連續(xù)多日的重復觀測。其搭載的溫鹽深測量儀、仰視聲吶、光通量測量儀和兩臺水下攝像機，獲取了大量基于海冰位置信息的海冰厚度、光學及海冰底形態(tài)等多項關(guān)鍵的科學數(shù)據(jù)，成功實現(xiàn)了冰

17、下多種測量設(shè)備的同步觀測，為深入研究北極海冰快速變化機理奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。機器人定義為:位置可以固定或移動，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制、可重復編程、多功能多用處、末端操作器的位置要在3個或3個以上自由度內(nèi)可編程的工業(yè)自動化設(shè)備。這里自由度就是指可運動或轉(zhuǎn)動的軸。工業(yè)機器人按其結(jié)構(gòu)形式及編程坐標系主要分類為關(guān)節(jié)型機器人、移動機器人、水下機器人和直角坐標機器人等。按主要功能特征及應(yīng)用分類為移動機器人、水下機器人、潔凈機器人、直角坐標機器人、焊接機器人、手術(shù)機器人和軍用機器人等。作為在各行各業(yè)中被廣泛應(yīng)用直角坐標機器人主要是以直線運動軸為主，各個運動軸通常對應(yīng)直角坐標系中的X軸，Y軸和Z軸，一般X軸和Y軸是水平

18、面內(nèi)運動軸，Z軸是上下運動軸。在一些應(yīng)用中Z軸上帶有一個旋轉(zhuǎn)軸，或帶有一個擺動軸和一個旋轉(zhuǎn)軸。在絕大多數(shù)情況下直角坐標機器人的各個直線運動軸間的夾角為直角。要控制系統(tǒng)和手抓，下面分別予以介紹:直線運動軸也叫直線運動單元，它就是一個獨立的運動軸，主要由支撐載體的鋁型材或鋼型材和被安裝在型材內(nèi)部的直線導軌、運動滑塊以及作為帶動滑塊做高速運動的同步帶組成。運動軸的驅(qū)動系統(tǒng)直角坐標機器人的傳動主要是通過驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動帶動同步帶運動，同步帶帶動直線導軌上的滑塊運動。當驅(qū)動軸的最高轉(zhuǎn)速低于60Or/min時通常選用步進電機，否則選用交流伺服電機。直角坐標機器人的控制系統(tǒng)機器人要在一定時間內(nèi)完成特定的任務(wù)，

19、比如每105內(nèi)完成一次搬運工作。在完成抓取，加速運動，高速運動，減速運動，釋放工件等同時，還要與相關(guān)的設(shè)備通過通訊或I/O口實現(xiàn)一些時序上的協(xié)調(diào)同步。另外在涂膠應(yīng)用上，各個運動軸要完成直線和圓弧插補運動。因此其數(shù)控系統(tǒng)要按具體應(yīng)用要求來選定其控制軸數(shù)、I/O口數(shù)量和軟件功能。通常選用數(shù)控系統(tǒng)，PLC，工控機加運動控制卡和帶軸卡功能及I/O口的驅(qū)動電機來做控制系統(tǒng)。直角坐標機器人的末端操作器手爪系統(tǒng)根據(jù)其具體應(yīng)用情況，其手爪系統(tǒng)可能是氣動吸盤、氣動夾取手爪、電動夾取手爪、電磁吸取手爪、焊槍、膠槍、專用工具和檢測儀器等。在很多場合可以一次抓取多個工件。直角坐標機器人的主要組成部分器人，它由水平軸(

20、X軸，Y軸)，垂直軸Z軸及驅(qū)動電機組成。此外一個完整的機器人系統(tǒng)還需直角坐標機器人的主要結(jié)構(gòu)形式及主要特點機器人。針對各種不同的應(yīng)用，實際上可以方便快速組合成不同維數(shù)，各種行程和不同帶載能力的壁掛式、懸臂式、龍門式或倒掛式等各種形式的直角坐標機器人。從簡單的二維機器人到復雜的五維機器人就有上百種結(jié)構(gòu)形式的成功應(yīng)用案例。從電機到汽車等各行各業(yè)的自動化生產(chǎn)線中，更是各式各樣的多臺直角坐標機器人和其它設(shè)備嚴格同步協(xié)調(diào)工作。下面是其主要特點:·任意組合成各種樣式:每根直線運動軸最長是6m，其帶載能力從10kg到20Okg。在實際應(yīng)用中已有近百種結(jié)構(gòu)的直角坐標機器人，這些結(jié)構(gòu)也可以任意組合成新

21、的結(jié)構(gòu)等超大行程:因為單根龍門式直線運動單元的長度是6m，還可以多根方便地級連成超大行程，所以其工作空間幾乎沒有限制，小到手機點膠機，大到18m長行程的切割機，sm長行程鉆銑床，6m6m”3m的檢測機器人等。超大行程時要采用直線導軌和齒條傳動方式;負載能力強:單根直線運動單元的負載通常小于20Okg。但當采用雙滑塊或多滑塊剛性聯(lián)結(jié)時負載能力可以增加5到10倍。當把兩根或四根直線運動單元并排接起來使用時，其負載可以增加2到4倍。當采用多根多滑塊結(jié)構(gòu)時其負載能力可增加到數(shù)噸;.高動態(tài)特性:輕負載時其最大運行速度可達到sm/s，加速度可達到4m/s。使其具有很高的動態(tài)特性，工作效率非常高，通常在幾秒

22、內(nèi)完成一個工作節(jié)拍;.高精度:按傳動方式及配置在整個行程內(nèi)其重復定位精度可達到0.05mm到0.olmm;.擴展能力強:可以方便改變結(jié)構(gòu)或通過編程來適合新的應(yīng)用;.簡單經(jīng)濟:對比關(guān)節(jié)機器人，直角坐標機器人不僅外觀直觀且構(gòu)造成本低，編程簡單類同數(shù)控銑床，易培訓員工和維修，使其具有非常好的經(jīng)濟性二.勝任復雜任務(wù):采用帶有RTCP功能的五軸或五軸以上數(shù)控系統(tǒng)能完成非常復雜的噴涂，噴丸，檢測，加工等任務(wù);.壽命長:直角坐標機器人的維護通常就是周期性加注潤滑油，壽命一般是10年以上，維護好了可達20年;·應(yīng)用面寬:可以方便地裝配多種形式和尺寸的手爪，可以勝任許多常見的工作，如焊接、切割，搬運、

23、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼和噴涂等任務(wù)。高動態(tài)運動沖擊下，沒有任何晃動。此外在安裝時要保證運動軸間的平行度、平面度和垂直度。保養(yǎng)事項通常機器人的每個運動軸在經(jīng)過一定長度的運動后要周期性的通過滑塊的注油孔給直線導軌加注潤滑油。隨機器人使用環(huán)境的不同和工作速度不同，其注油的周期也不同。在食品和玻璃切割等行業(yè)要選用帶防塵帶的運動軸和縮短注油周期，在有噴水的場合也要縮短注油周期。直角坐標機器人的選型和保養(yǎng)選型選型首先要根據(jù)負載大小，行程，工作節(jié)拍和工作空間限制來選擇機器人的外形結(jié)構(gòu)。選好結(jié)構(gòu)形式后要根據(jù)行程和變形量等選擇每個軸的形式和型號。大負載時和高沖擊力時可

24、以選擇由2根或4根運動軸組合成一個復合運動軸。各個運動軸間的裝配也很關(guān)鍵，不僅要保證其垂直度，更要考慮在各個方向有足夠的抗沖擊力和變形。機器人要在幾秒內(nèi)完成一個運動節(jié)拍，選擇的驅(qū)動電機必須有足夠的驅(qū)動力，通常要比理論計算值高出100%。當負載的轉(zhuǎn)動慣量與驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動慣量比大于12時，要選配德國紐卡特公司的精密行星減速機。在超高動態(tài)和定位精度要求很高情況下，可以選用直線電機來驅(qū)動。但直線電機的安裝和防護難度大，發(fā)熱量大，撞擊危險性高和控制難度高，成本也高，所以要慎用。而其防護難度大和發(fā)熱量大目前在機床行業(yè)還是世界性難題。安裝機器人在加速和減速時會產(chǎn)生強大的沖擊力，而且通常每天要工作24小時，所

25、以機器人必須被牢固地安裝在支架上。機器人的支架要有足夠的抗沖擊力，要有地腳，以保證在長期高速應(yīng)用直角坐標機器人以其特有的一些優(yōu)點在西方國家被廣泛用來執(zhí)行焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、涂膠和切割等一系列工作。深受包裝機械、印刷機械、汽車工業(yè)、食品生產(chǎn)工業(yè)、藥品生產(chǎn)工業(yè)、電子工業(yè)、機器制造業(yè)和化妝品生產(chǎn)等行業(yè)的好評。隨著自動化程度、環(huán)保要求、衛(wèi)生規(guī)定、生產(chǎn)效率和人工費用的提高，直角坐標機器人在中國也必將被各行各業(yè)廣泛采用。直角坐標機器人在食品行業(yè)的應(yīng)用工作要求首先把從傳送帶傳送過來的糕點抓住，再保證糕點間部份重疊及裝入包裝紙盒內(nèi);.每小時處理12000個

26、糕點，每天可工作24小時，每周可工作六天;機器人運動軸要有相應(yīng)的防護措施，防止糕點屑掉到運動軸上;.要能適用3種傳送糕點方式，5種不同形狀和體積的包裝盒以及對于不同形狀和體積的糕點的碼放;更換不同品種糕點時機器人系統(tǒng)的停機時間最長不超過5分鐘;.裝滿糕點后由人工搬運走。機器人結(jié)構(gòu)由于行程小，負載輕，運動速度高ServoControl73應(yīng)用與方案及不怕食品腐蝕，采用圖3所示的XZ高動態(tài)結(jié)構(gòu)機器人。該結(jié)構(gòu)機器人自身重量輕，使其具有很好的高動態(tài)特性，可以完成快速加速或減速的運動及高速運動。在工作過程中食品一直在X軸和Z軸的下方使糕點屑不易粘到機器人上，加之機器人本體不怕食品腐蝕，自身不產(chǎn)生污染和粉

27、塵。該機器人的控制系統(tǒng)采用德國BergerLahr公司的智能型伺服驅(qū)動系統(tǒng)TLC634，對于大負載的應(yīng)用可以如圖4所示的選用帶防護帶的直線運動單元。齒型帶已把里面的直線導軌全部蓋上，在最外面又加一個防護鋼帶。防護鋼帶被直線運動單元內(nèi)部的磁行材料吸在齒型帶的外面，防止灰塵等接觸齒型帶和直線導軌。還可以采用絲杠和尺條傳動方式。工作工程圖5是該機器人工作時的照片。從傳送帶上傳送來的糕點分兩排并列向機器人工作地點傳送。由于糕點形狀的原因，當兩個糕點被最終點定位板擋住后，后面的兩個糕點會部分壓到前面的兩個糕點上。當這一傳送帶上圖5機器人工作圖有8個糕點時其對應(yīng)的4個傳感器就都有輸出信號，機器人就可以快速

28、運動到其上方，然后Z軸下降使其吸盤完全壓到糕點上，再通過負壓把糕點吸住，然后先Z軸上升40Omm，X軸再運動到包裝盒上方，這時Z軸下降使糕點進入包裝盒內(nèi)，吸盤充氣釋放糕點。這樣就完成了一次從抓取到裝入盒內(nèi)的過程，再開始完成從令一傳送帶上的抓取搬運和裝盒過程。完成一次抓取搬運和裝盒過程的時間是2.15，有0.35的剩余時間。在整個運動控制過程中，要檢測抓取到位信號，壓力信號等。注意點及展望由于在糕點生產(chǎn)過程中會有油物，易使運動軸粘上糕點渣，所以機器人必須有相應(yīng)的防護措施。在本項目中采取高密度雙刷去糕點渣辦法;另外整個機器人上裸露處及內(nèi)部一些關(guān)鍵件全部采用無銹鋼材材料使其不上銹;·由于食

29、品行業(yè)對衛(wèi)生要求很高，必須確保機器人在工作中不掉潤滑油，不產(chǎn)生任何灰塵。綜上所述的直角坐標機器人近10年來一直高效的應(yīng)用在食品行業(yè)，并獲得國內(nèi)外客戶的好評。而在有的食品生產(chǎn)過程中濕度大，還有的機器人要在有類似海水或其它腐蝕性氣體和液體的環(huán)境下工作，因此機器人的防水防腐性能就變得很重要。350公斤工件大行程龍門式搬運機器人在現(xiàn)代化制造業(yè)中，經(jīng)常要把幾百公斤到上噸的工件從一個工位搬到另一個工位。搬運過程有時是ZD的XZ方式運動，有時是3D的XYZ方式運動，有時搬運到位后還要把工件轉(zhuǎn)動90。而搬運一般要求幾個方向同時運動，速度通常是30m/min到60m/min，最大加速度可達到Zm/s，當上下運動

30、的Z軸較長時，幾個方向同時減速會產(chǎn)生非常強大的沖擊力和晃動。而在很多應(yīng)用中對晃動要求很小，定位精度通常達到0.lmm。直角坐標機器人非常適用上面的這些要求，但在實際應(yīng)用中有很多參數(shù)必須經(jīng)過嚴格計算來確定，下面結(jié)合一個應(yīng)用例子來介紹龍門式機器人是如何實現(xiàn)大負載大行程高速運轉(zhuǎn)的。任務(wù)描述在一些大型精密機械和機電設(shè)備的生產(chǎn)過程中，對于需要經(jīng)常傳動但又要防止生銹的工件來說，油浸處理就非常的必要。本項目中需要搬運的工件及對應(yīng)抓取手爪的總重量為350kg，其水平運動距離為4m，而上下運動行程為Zm，運行速度為lm/s。那么采用龍門機器人搬運就顯得非常的必要。本項目為浸油輸送線的一部分，用機械手浸油，浸油輸

31、送線主要完成自動上下料、機械手搬運浸油、吹氣淋油、工件輸送、碼箱、輸送到穿梭車等工作。工件輸送都是放在浸油筐中來實現(xiàn)，避免了工件間，及工件和操作臺、輸送軌道間的磕碰，即保證了工件的質(zhì)量，又達到了工件浸油防銹的目的。輸送線的起始部分為工件存放處，主要功能就是把加工車間加工完成的齒輪、軸等工件放到浸油筐中，然后由中轉(zhuǎn)小車把若干浸油筐運到上料輸送輥道上，然后由機器人抓取浸油。浸油機械手為浸油過程的主要設(shè)備，當通過前段的輥道輸送線把浸油筐輸送到位后，定位系統(tǒng)完成浸油筐的定位，定位準備好后發(fā)給機械手上料指令;機械手在左端就緒位置下降500mm，然后抓取浸油筐后上升200mm，XZ軸再同時運動，其中Z軸上

32、升300mm，X軸高速運動200Omm。這時浸油筐到達油箱的上方，要下降ZO00mm及停頓25保證充分浸油，然后上升2000mm后繼續(xù)右行，右行到位下降，機械手把浸油筐放到輸送線上，繼續(xù)前行準備吹氣淋油，機械手返回到左端的原始位置，準備對下一浸油筐進行浸油。選型理論分析針對該任務(wù)要求及現(xiàn)場空間位置限制，選定機器人的形式是二維XZ直角坐標機器人，然后進行運動節(jié)拍和速度分析。根據(jù)速度分析得出各個軸各自的最大加速度和減速度。然后再計算出單獨運動和兩軸同時運動時產(chǎn)生的最大沖擊力。這里計算出XYZ三個方向的最大沖擊力Fx、Fy和Fz及產(chǎn)生的扭曲力矩Mx、My和Mz。當XZ兩個軸同時減速時的最大沖擊力是合

33、成減速度，要以合成減速度來計算Fx、Fy和Fz及產(chǎn)生的扭曲力頭剛x、My和Mz。在計算不同軸扭曲力矩Mx、My和Mz時要考慮等效負載的重心位置，總重力和減速時產(chǎn)生的沖擊力。Z軸選型分析:在選擇上下運動的Z軸時，根據(jù)先面計算出的最大沖擊力Fx，F(xiàn)y和Fz及產(chǎn)生的扭曲力矩Mx、My和Mz，采用了兩牛隊oboworkerRSL90運動軸和120mm寬超強齒型帶組成的復合軸。由于總長度幾乎達到了3m，在X軸以lm/s速度下快速減速時對Z軸產(chǎn)生非常強大的沖擊力和晃動。為了有更大的抗沖擊能力和產(chǎn)生小的晃動，對兩根RSL90運動軸我們采用四個超長滑塊，上下兩端采用4Omm厚的高強度連接鋁板。選用的IZOmm

34、寬超強齒型的額定拉力是2000kg，破壞拉力達7000kg。Z軸的實際帶載能力可達SOOkg，帶350kg的負載可以長期高效可靠工作。X軸選型分析:采用了兩根sm長的德國RoboworkerRSL90運動軸，每根運動軸帶兩個滑塊。單個300mm滑塊RSL90型運動軸的最大負載能力可達360kg，這里采用的雙滑塊剛性聯(lián)結(jié)負載能力可以增加5倍。當把兩根運動軸并排剛性連接起來使用時，其負載能力可以增加2倍，所以這里采用的雙軸雙滑塊結(jié)構(gòu)其負載能力可增加到ZT。而負載(含手爪)，Z軸及Z軸與X軸的連接板和驅(qū)動電機等總重量大約600kg，所以兩根運動軸四滑塊結(jié)構(gòu)完全能承受60Okg負載及加減速時產(chǎn)生的沖擊

35、力。兩根X軸鋁材的底面與支架上面鋼板全部完全接觸，支架的強度很高，所以不會產(chǎn)生任何壓力變形。XZ軸連接板的設(shè)計:連接板的設(shè)計不僅要考慮機械方面的裝配配合精度，材料的物理強度，連接螺絲桿的拉力等，更要考慮在主要受沖擊方向加大加強連接板，必要時增加連接板。主要螺絲桿和螺絲帽要加膠，以防長期振動后變松動。電機和驅(qū)動器選型該機器人的運行速度達lm/s，加速度Zm/52，選擇的驅(qū)動電機必須有足夠的驅(qū)動力，通常要比理論計算值高出100%。選擇Z軸電機時要考慮Z軸和負載的自重，整個Z軸運動的加速力和磨擦力。選用德國Neugart精密行星減速機和德國帶抱閘的伺服電機，負載的轉(zhuǎn)動慣量與驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動慣量比值為5

36、.12，實際最大出力比所需求的最大出力超出289%，安全系數(shù)為289%。X軸的驅(qū)動選用德國Neugart精密行星減速機和德國產(chǎn)伺服電機，負載的轉(zhuǎn)動慣量與驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)動慣量比值為6.82，出力安全系數(shù)為212%。數(shù)控系統(tǒng)選用德國恩格哈公司的D22數(shù)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)穩(wěn)定性高，易二次開發(fā)，這里主要用G代碼Gol和G04?，F(xiàn)場安裝:機器人在加速和減速時會產(chǎn)生強大的沖擊力，而且通常每天要工作24小時，所以機器人必須被牢固地安裝在支架上。機器人的支架要有足夠的抗沖擊力，要有地腳，以保證在長期高速高動態(tài)運動沖擊下，沒有任何晃動。此外在安裝時要保證運動軸間的平行度、平面度和垂直度。圖6為現(xiàn)場安裝后的照片。 隨著

37、機器人技術(shù)的發(fā)展，直角坐標機器人技術(shù)在各行各業(yè)中將得到更廣泛的應(yīng)用。直角坐標機器人作為執(zhí)行機構(gòu)，具用控制方便，執(zhí)行動作靈活，可以實現(xiàn)復雜的空間軌跡控制。在工業(yè)應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復編程的、多功能的、多自由度的、運動自由度間成空間直角關(guān)系、多用途的操作機。它能夠搬運物體、操作工具，以完成各種作業(yè)。因末端操作工具的不同，直角坐標機器人可以非常方便的用作各種自動化設(shè)備，完成如焊接、搬運、上下料、包裝、碼垛、拆垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標、噴碼、打碼、(軟仿型)噴涂、目標跟隨、排爆等一系列工作。特別適用于多品種，便批量的柔性化作業(yè)，對于穩(wěn)定，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高勞動生產(chǎn)率，改善勞動條件和

38、產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代起著+分重要的作用。傳送零件。機械制造商能夠根據(jù)他們的系統(tǒng)相關(guān)專業(yè)控制經(jīng)驗，定制金屬板材加工工藝。即使是復雜的彎曲算法也可輕松在T認產(chǎn)1nCAT中編程。借助TwinCAT，日后的升級和改造及金屬板材切割或步?jīng)_所需的靈活度不再是問題。全面的Tw1nCAT功能庫包括溫度、凸輪和液壓控制器、飛鋸及凸輪盤等功能，編程簡單。從能夠通過運動控制功能庫編程的PLC驅(qū)動器，根據(jù)VDI2143指南用TwinCATNC編程的凸輪盤，直到通過Tw1nCATPLC溫度控制器根據(jù)PLCopen編程的溫度補償。ServoControl752.2中科院沈陽計算機研究所2.2.1.哈工大機器人編隊舞蹈。在機

39、械結(jié)構(gòu)設(shè)計、計算機控制技術(shù)、傳感器技術(shù)方面都有很高的要求，我國支撐這些機器人硬件的科技水平仍相對較低，這就導致了我們在研發(fā)先進的機器人軟件時，在國內(nèi)找不到相匹配的硬件，不得不從國外進口。”但對于機器人軟件研發(fā)方面，講解人員顯得頗有信心，“我們當然不能等國內(nèi)硬件完善了再去開發(fā)軟件，否則在機器人研發(fā)上就更滯后了，目前我們研發(fā)的機器人軟件已經(jīng)有了不少研究成果，我也一直期待著更多中國造的機器人被生產(chǎn)出來，希望那一天能早點到來。” 音樂的主要表現(xiàn)內(nèi)容是情感.音樂的情感是通過不同的音符在時域中巧妙組合來表達的.通常對于音樂情感的研究都是從音樂學和心理學的角度出發(fā),通過分析音樂作品的結(jié)構(gòu)特點來解釋其所表現(xiàn)的

40、情感色彩.也可以從一個新的角度來研究音樂的情感特征,就是從物理學來說音樂是一種波動信號,探討不同舒緩激越情感色彩的音樂所具有的特征是音樂情感特征提取與識別的核心內(nèi)容.為了對情感特征進行合理的描述,根據(jù)在音樂心理學領(lǐng)域得到廣泛認可的Hevner詞表,給出一種“情感環(huán)”的結(jié)構(gòu),以此模型作為音樂的情感分類.基本表演程序庫的建立 基本表演程序庫中存放大量的基本表演程序,即表演動作序列.基本表演程序的結(jié)構(gòu)所示,每一個基本表演程序除了記載所有動作的名稱和動作時間外,還有該基本表演程序所體現(xiàn)的感情色彩.值得注意的是,這里的動作時間是指在標準速度(定義為1小節(jié)/1秒鐘)下的動作時間.因此,當樂曲速度變化時,系

41、統(tǒng)要自動根據(jù)速度的改變在可能的條件下調(diào)整運動時間,從而實現(xiàn)音樂與舞蹈的同步. 說明了基于情感計算的多機器人舞蹈系統(tǒng)的主要組成部分及其相互關(guān)系.在該系統(tǒng)中,首先提取音樂的基本特征,然后在此基礎(chǔ)上分析音樂的曲式特征并將整首樂曲分成若干樂段,并分析出每一段音樂所表達的基本感情色彩;其次,根據(jù)音樂的曲式和情感特征,為每個樂段匹配相應(yīng)的音樂機器人舞蹈基本表演程序,從而生成最初的音樂機器人舞蹈表演程序.該表演程序可在機器人足球三維動畫仿真5vs5比賽平臺上運行,最終的表演程序經(jīng)過自動編譯,可以控制音樂機器人舞蹈按照設(shè)計的動作進行,實現(xiàn)音樂與機器人舞蹈的同步.2·1音樂情感特征的提取與識別為了使計

42、算機能夠識別音樂的情感特征,選取wav格式的音樂作為研究對象.首先對原始音樂信號進行處理,具體方法是:讀取原始數(shù)據(jù),把原始的音樂信號波形分成等間隔的若干時間段.音樂情感調(diào)查試驗中所選音樂信號的采樣率都是44 100 Hz.選取每個時間段的采樣點數(shù)均為2048,即每一個時間段的長度接近0·05 s.接著判斷每一時間段中信號的波動次數(shù).首先計算每一時間段所有采樣點幅度的均值,把其作為該時間段的基準線,然后取該時間段的所有采樣點逐次與該幅度基準線進行比較,若相鄰兩個采樣點位于基準線的同側(cè),記波動0次;若相鄰兩個采樣點分別位于基準線的兩側(cè),記波動1次.把波動次數(shù)累加得到該時間段內(nèi)的一個波動參

43、數(shù).對所有時進行計算就得到一個波動參數(shù)序列,記作x,稱這個序列為波動信號,并用這個信號來分析音樂的情感特征.根據(jù)下列公式求波動信號的功率譜密度:PPER(K) =1N| XN(K) |2. (1)其中N是x的長度,XN(K)是序列x的離散傅里葉變換.對樂曲進行分析,截取其波動信號的功率譜密度在對數(shù)坐標中的低頻部分,其呈現(xiàn)出1/f波動規(guī)律,對低頻部分的功率譜密度作曲線擬合,求得特征值.其特征值能夠反映其舒緩激越情感特征.當較小時,樂曲表現(xiàn)激越情感;值較大時表現(xiàn)相對舒緩的情感.基于此數(shù)學模型,計算機就可以通過計算音樂信號的特征值來識別音樂的舒緩激起情感特征.在曲式特征識別基礎(chǔ)上,整個樂曲被劃分成一

44、個個小樂段.該部分則通過對每個樂段的音響、速度、旋律等特征進行綜合分析,最終由一個模糊分類器判斷出其情感特征 音樂特征與舞蹈動作的匹配系統(tǒng)將音樂特征與舞蹈動作進行兩個層次的匹配段匹配和音符匹配.段匹配是指根據(jù)感情色彩為各個樂段找到合適的基本表演程序,即用于表現(xiàn)某一特定情感的典型動作序列.音符匹配則是為特定的音符安排特定的舞蹈動作.這兩個層次的匹配過程也就是音樂機器人舞蹈表演程序的最終設(shè)計過程,它記錄了音樂機器人舞蹈隨著音樂舞動的全部狀態(tài).段匹配在對音樂作品進行結(jié)構(gòu)分析和情感分析基礎(chǔ)上,根據(jù)情感色彩為每一段旋律找到最適合的基本表演程序.段匹配的結(jié)果記錄在表演程序控制器PPC (Performan

45、ce PorgramController)序列中,作為進一步設(shè)計表演程序的基礎(chǔ),見圖4.表演程序控制器有以下參數(shù):控制器編號,即樂段編號;記錄該樂段旋律線的旋律樹的編號;該樂段的起始和結(jié)束小節(jié);該樂段的感情分類;為該樂段匹配的基本表演程序的編號.音符匹配包括兩部分:首先根據(jù)樂曲速度決定基本表演程序中相鄰動作的時間間隔;其次是為關(guān)鍵音符(如強音)設(shè)計一些特殊的動作.在段匹配的基礎(chǔ)上,音符匹配使舞蹈動作的設(shè)計做到了點面結(jié)合.經(jīng)過段匹配和音符匹配,最初的足球機器人舞蹈的表演程序就產(chǎn)生了,它記錄了足球機器人小車隨著音樂起舞的所有動作。2·3仿真、調(diào)試與實現(xiàn)澳大利亞格利菲斯大學RSS開發(fā)組開發(fā)

46、的FIRA(Federation of International Robot-soccer Asso-ciation) Middle League SimuroSot5vs5三維動畫仿真平臺作為機器人舞蹈的仿真環(huán)境,當表演程序被設(shè)計出來后,通過三維動畫可以實現(xiàn)對實際舞蹈效果的仿真.無論情感表現(xiàn)如何細膩、協(xié)調(diào)配合如何一致,與人的情感感知與情感表現(xiàn)相比,人工系統(tǒng)客觀上存在不足.在觀看動畫仿真結(jié)果后,用戶可能需要對原表演程序進行適當?shù)男薷?并且可以一邊調(diào)試,一邊觀看效果.由于仿真機器人足球系統(tǒng)與半自主機器人足球系統(tǒng)在軟件上有許多共同之處,根據(jù)修改后的機器人舞蹈程序,可以編譯成可執(zhí)行程序,配合音樂同

47、步播放,控制半自主機器人小車進行多個機器人的協(xié)調(diào)的舞蹈表演.3結(jié)語根據(jù)本方案,進行了相關(guān)的試驗性驗證.對于其中的音樂情感特征分類、機器人基本舞蹈動作的編排進行了基礎(chǔ)性的構(gòu)建,并通過音樂基本特征、曲式特征和情感特征的識別,進行了與基本動作的匹配試驗.完成了一個與音樂協(xié)調(diào)配合的多個機器人舞蹈的編排,從而表現(xiàn)出音樂的情感內(nèi)涵.通過試驗性驗證,表明本系統(tǒng)設(shè)計方案的合理性和可實現(xiàn)性.(位置和姿態(tài))的集合。機器人的動作設(shè)計與實現(xiàn)是相當復雜的過程，它具有很大的主觀性、模糊性，而且隨著關(guān)節(jié)和自由度的增多，關(guān)節(jié)之間的相互影響程度的增大，動作設(shè)計和實現(xiàn)的工作量大大增加。機器人的關(guān)節(jié)自由度數(shù)量和分布情況與機器人舞蹈

48、動作的性能有直接的關(guān)系，自由度的多少決定了機器人的潛在應(yīng)用能力。本文對機器人關(guān)節(jié)數(shù)量和分布與機器人的舞蹈動作之間的關(guān)系作了詳細的分析。自由度設(shè)置過少，機器人的動作不靈活甚至無法實現(xiàn)。要實現(xiàn)機器人的各種舞蹈動作，關(guān)節(jié)自由度數(shù)目不能太少。但是基于能滿足基本動作的情況下，盡量減少關(guān)節(jié)自由度，所以關(guān)節(jié)自由度也不能太多。通過對NOBODY機器人視頻動畫的分析，仿人機器人二維模型結(jié)合考慮仿人機器人的本身結(jié)構(gòu)構(gòu)造情況。為了更好的利用虛擬人模擬實現(xiàn)仿人機器人的舞蹈動畫，本文中采用三維虛擬人最小骨骼模型是由全身的所有關(guān)節(jié)和骨骼段組成。三維虛擬人骨架模型包括54個關(guān)節(jié)(包括一個重心位置)和53塊骨骼段，最小人體骨

49、骼模型每個部位體可以分別繞著各自的關(guān)節(jié)在不同的自由度方向上作旋轉(zhuǎn)運動，產(chǎn)生虛擬人的運動。虛擬人模型的每個上肢有18個關(guān)節(jié)共32個自由度。其中肩關(guān)節(jié)有3個自由度，肘關(guān)節(jié)有2個自由度，腕關(guān)節(jié)有2個自由度，共7個自由度。為了表達復雜的舞蹈動作，每個手指定義了3個關(guān)節(jié)，其自由度分別是1，1，3，一共25個自由度6-8。三維虛擬人最小骨骼模型不僅解決了仿人機器人的舞蹈動作復雜性的問題，又保證了仿人機器人舞蹈動作的完整性，從而基于三維虛擬人最小骨骼模型實現(xiàn)了仿人機器人的舞蹈動畫。2三維虛擬人實現(xiàn)仿人機器人舞蹈動畫的虛擬數(shù)據(jù)庫為了更好的實現(xiàn)三維虛擬人仿真實現(xiàn)機器人舞蹈動畫，本文特別設(shè)計了一個虛擬舞蹈動作關(guān)鍵

50、幀數(shù)據(jù)庫，存于專門的數(shù)組中。由于本論文中的舞蹈動畫關(guān)鍵幀繁多，一一列出略顯繁雜，故而僅以一段舞蹈視頻中的關(guān)鍵幀為例，簡單介紹一下本論文中的三維虛擬人舞蹈動畫的虛擬數(shù)據(jù)庫表的設(shè)計思想。是以8個關(guān)鍵幀代表的虛擬數(shù)據(jù)庫表的簡單舉例 仿真結(jié)果本文中為了使關(guān)鍵手勢之間更好的過渡，而設(shè)計了過渡函數(shù)。void Rotation:RMiddle(GLfloat array)for(int i=0;i<MINSIZE;i+)if(arrayi!=RMemberAnglei)RFreeNi=arrayi-RMemberAnglei;if(RFreeNi>=0.0f&&RFreeNi&l

51、t;0.1f|RFreeNi<0.0f&&RFreeNi>-0.1f)RMemberAnglei=arrayi;if(ifcontinue=1)rcontinuous=1;RMemberAnglei+=RFreeNi/160.0f;在這個函數(shù)中array數(shù)組是新的關(guān)鍵舞蹈動作數(shù)組中的數(shù)據(jù)，MINSIZE是經(jīng)過宏定義的列坐標的總數(shù)，即各個關(guān)節(jié)需要控制的總數(shù)。RmemberAngle數(shù)組是用于記錄上一次變換后的數(shù)組，RfreeN數(shù)組負責記錄新數(shù)據(jù)和記憶數(shù)據(jù)之差，然后用這個差數(shù)據(jù)去除以一個特定的閾值，在本文設(shè)計中，定義該閾值為160.0f，該閾值的大小決定了舞蹈關(guān)鍵動作之

52、間過渡的速度，閾值越小速度越快，反之則越大。在過渡函數(shù)被調(diào)用的過程中，判斷新數(shù)組和記憶數(shù)組的差值是否已經(jīng)足夠小，如果足夠小，則直接將新數(shù)組中的數(shù)據(jù)賦值給記憶數(shù)組，以免產(chǎn)生無限循環(huán)的狀況。三維虛擬人舞蹈動作的平滑度直接影響到舞蹈運動的可懂性。虛擬人舞蹈動作的特殊性在于它是有一些關(guān)鍵動作合成的動畫序列，相鄰的兩個舞蹈動作之間存在著很大的動作差異，如果不進行平滑處理，將導致舞蹈動作在相鄰關(guān)鍵動作的銜接處產(chǎn)生大幅度變化，這樣將產(chǎn)生跳幀現(xiàn)象，給人失真的感覺。加入設(shè)計的過渡函數(shù)后，動作平緩過渡，動作銜接流暢，比較符合真實狀態(tài)下機器人的舞蹈動畫。NOBODY機器人舞蹈視頻的二維關(guān)鍵幀截圖，如圖3所示：圖3

53、NOBODY機器人舞蹈二維關(guān)鍵幀截圖三維虛擬人骨骼模型讀取表1虛擬數(shù)據(jù)庫的關(guān)鍵幀舞蹈動作實現(xiàn)NOBODY機器人舞蹈動畫的仿真結(jié)果。4結(jié)束語本文基于三維虛擬人的骨骼模型仿真實現(xiàn)了仿人機器人的舞蹈動畫。論文中通過分析機器人舞蹈動作運動的基本規(guī)律和實現(xiàn)動作的基本方法，基于此建立了三維虛擬人實現(xiàn)機器人舞蹈動作的關(guān)鍵幀數(shù)據(jù)庫，在此基礎(chǔ)上利用中間幀的過渡函數(shù)實現(xiàn)了虛擬人骨骼模型仿真實現(xiàn)了機器人的舞蹈動畫。進一步的工作將研究實現(xiàn)自動提取二維視頻的關(guān)鍵幀算法以及二維關(guān)鍵幀轉(zhuǎn)換為三維關(guān)鍵幀的方法，這樣就可以實現(xiàn)二維視頻自動驅(qū)動三維虛擬人實現(xiàn)機器人的舞蹈動畫。數(shù)控機床，數(shù)控系統(tǒng)和藍天數(shù)控的相關(guān)知識。談數(shù)控機床數(shù)控

54、系統(tǒng)的使用施展（齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾161000）數(shù)控機床在加工時,從加工程序的計算到控制機床進行加工都是由數(shù)控系統(tǒng)自動控制的,因而避免了人為誤差。但是由于操作者無法介入,也就不能對一些誤差進行人為的補償,因此對數(shù)控機床本身提出了更高的精度要求。1數(shù)控系統(tǒng)的補償功能1.1間隙補償數(shù)控機床刀具與工件的相對運動(即進給運動)是依靠驅(qū)動電動機帶動齒輪、絲杠轉(zhuǎn)動,進而移動工作臺或刀架的,作為傳動部件的齒輪、絲杠等盡管制造精度很高,但總免不了存在傳動間隙,由于在開環(huán)或半閉環(huán)數(shù)控機床中,數(shù)控裝置僅準確地控制電動機的轉(zhuǎn)動,那么當運動方向改變時,會產(chǎn)生電動機的空轉(zhuǎn),即電動機已轉(zhuǎn)過一個角度,

55、但工作臺或刀架并沒有移動,從而形成指令位置與實際位置的誤差。1.2螺距誤差補償在開環(huán)和半閉環(huán)數(shù)控機床上,定位精度主要取決于進給絲杠的精度,所以數(shù)控機床常使用高精度滾珠絲杠。但絲杠總存在制造誤差,并且長期使用還會產(chǎn)生磨損,因此要想進一步提高精度,則需采用螺距誤差補償(也稱軸向校準)。螺距誤差補償?shù)幕舅枷刖褪菍?shù)控機床控制某軸運動的指令位置與高精度位置測量系統(tǒng)所測得的實際位置相比較,計算出在全行程上的誤差分布曲線,將誤差以表格的形式輸入至數(shù)控裝置中,以后數(shù)控裝置在控制該軸運動時,會自動考慮到該誤差值并加以補償。由于滾珠絲杠本身是精密傳動部件,要測量其誤差分布,必須采用更高精度級別的測量儀器,目前

56、大多采用激光干涉儀進行測量。2故障診斷數(shù)控機床的故障包括數(shù)控系統(tǒng)的故障、伺服與主軸驅(qū)動裝置的故障以及輔助裝置(如換刀裝置、液壓氣動裝置、各種有觸點/無觸點開關(guān)、繼電器)等的故障,由于數(shù)控機床集機、電、液、氣于一體,因此對維修人員的素質(zhì)要求很高.知識要全面,還要有一定的實際工作經(jīng)驗?，F(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)有較完善的自診斷功能,也就是說,在正常工作時它們能不斷地對其自身是否處于正常狀態(tài)進行檢查。自診斷大多是通過計算機軟件來完成的,不需增加硬件電路,也不增加系統(tǒng)的成本和復雜性,并且其診斷結(jié)果可以通過顯示器直觀地顯示出來。隨著數(shù)控系統(tǒng)功能的不斷增強,自診斷也顯得越來越重要。3通信功能數(shù)控系統(tǒng)通常都具備一定的通信

57、功能,用于與外部設(shè)備交換信息,通常的通信接口有下面兩類。3.1 RS232c與20mA電流接口RS232c標準接口在計算機系統(tǒng)中應(yīng)用最為普通,因此通常是數(shù)控系統(tǒng)的必備接口。它采用電壓傳輸信號,邏輯0大于3V,邏輯1小于-3V,傳輸頻率不超過20kHz,傳輸距離最長為15m,20mA電流接口的原理與RS232完全相同,只不過它是靠電流傳輸信號,以有20mA電流作為邏輯1,而無電流作為邏輯0。由于電流傳輸對共模干擾有抑制作用,并可采用隔離技術(shù)消除接地回路引起的干擾,因此其傳輸距離通?？蛇_1000m。為彌補RS232c的不足,一些系統(tǒng)采用了雙端平衡電氣傳輸?shù)腞S422標準,這種平衡發(fā)送能更可靠、更快

58、地進行數(shù)據(jù)傳輸,所采用的雙端驅(qū)動器發(fā)送信號、差分接收器接收信號,能克服傳輸中的共模干擾,還允許線路有較大的信號衰減,因此傳輸距離更遠、頻率更高。3.2現(xiàn)代數(shù)控裝置的網(wǎng)絡(luò)接口隨著對生產(chǎn)自動化程度要求的不斷提高,生產(chǎn)要有很高的靈活性并能充分利用設(shè)備資源,為此需將數(shù)控裝置與其他自動化設(shè)備通過工業(yè)局部網(wǎng)絡(luò)LAM聯(lián)網(wǎng)。4數(shù)控機床的零點和參考點在數(shù)控機床中,刀具的運動是在坐標系中進行的。在一臺機床里,有機床零點、機床參考點、編程原點等,理解它們對操作機床和編程是很重要的。4.1機床坐標系與機床零點機床零點M是由機床廠確定的,它是機床坐標系的原點,用它進一步建立編程坐標系與原點。為數(shù)控車床各有關(guān)點的關(guān)系。4

59、.2機床參考點機床零點是通過返回機床參考點來確定的,機床參考點尺的位置在每個軸上都是用行程開關(guān)來粗定位,由編碼器的零位電脈沖來精定位。數(shù)控機床通電后,必須首先使各軸返回參考點,從而確定機床坐標系后,才能進行其他操作。機床參考點相對機床零點的坐標是一個可設(shè)定的確定值,由機床廠家測量并輸入數(shù)控裝置之中,每當返回參考點動作完成后,顯示器上立即顯示出機床參考點在機床坐標系中的坐標值,表明機床坐標系已經(jīng)建立。4.3工件零點與工件坐標系工件零點,其位置可由編程人員任意設(shè)定,但在選擇工件坐標系時,應(yīng)盡可能將工件零點選擇在工藝定位基準上,這樣對加工保證精度有利,如果設(shè)計基準與工藝基準不重合,要分析由于基準不重合產(chǎn)生的誤差。5數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定數(shù)控系