欧美人与动牲交另类

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      復雜環境下智能機器人高危作業虛擬仿真實驗

      復雜環境下智能機器人高危作業虛擬仿真實驗

      實驗簡介機器人技術是科學技術的制高點,是一個國家創新能力的標志。團隊依托教育部重點實驗室和國家級虛擬仿真實驗教學中心,將學科前沿成果反哺教學,采用虛擬仿真技術設計了“系統集成-運動控制-智能感知-雙臂協作”四個逐層遞進的實驗教學模塊,底層數據源于科研和工程實際,高度逼真地再現電力系統復雜環境下智能機器人控制的核心要素,動態呈現機器人作業過程,并提供了豐富的交互功能,可試驗和驗證學生自主設計的系統控制方案。設計原則實驗包含四個主要環節,以工程實際高空電力作業

      南京理工大學

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      實驗簡介


      機器人技術是科學技術的制高點,是一個國家創新能力的標志。團隊依托教育部重點實驗室和國家級虛擬仿真實驗教學中心,將學科前沿成果反哺教學,采用虛擬仿真技術設計了“系統集成-運動控制-智能感知-雙臂協作”四個逐層遞進的實驗教學模塊,底層數據源于科研和工程實際,高度逼真地再現電力系統復雜環境下智能機器人控制的核心要素,動態呈現機器人作業過程,并提供了豐富的交互功能,可試驗和驗證學生自主設計的系統控制方案。



      設計原則


      實驗包含四個主要環節,以工程實際高空電力作業為背景,緊扣《機器人控制技術》、《機器人控制技術創新創業實踐》、《運動控制原理》課程大綱中的知識點展開。實驗內容由淺入深,兼顧知識性與趣味性,實驗開始后學生會來到高鐵配電線路工作站點,通過互動引導實地觀察機器人的作業環境,了解更換避雷器的作業任務,通過對項目所選用的雙臂協同智能機器人進行系統裝配、視覺處理、運動學建模、軌跡規劃、雙臂協同操作控制一系列的任務,最終實現對復雜環境下智能機器人高危作業的自動控制,通過設計完整的操作步驟,讓智能機器人自主完成更換避雷器的任務。

      該虛擬仿真教學實驗主要包括認知、實踐、探究三大模塊,結合高鐵站配電線路故障的實際場景,通過任務驅動的方式幫助學生具備將所學的理論知識應用于工程解決實際問題的能力。

      1、智能機器人模塊化設計及功能調試的認知教學—機器人“系統搭建”

      智能機器人代替人工完成復雜環境下的高危電力作業,需要學生對電力作業環境有足夠的認知,充分了解機器人代替人工作業的關鍵操作。同時,雙臂協同機器人系統組成包括動力模塊、通信模塊、視覺模塊、控制模塊和末端執行模塊,本實驗重點關注控制算法的實現和參數優化,但是系統的整體組裝和功能調試是必不可少的操作。

      關鍵仿真要素:電力作業場景、智能機器人各組成模塊。

      2、智能機器人手眼結合工作原理應用教學—機器人“眼睛看到”

      根據重構的作業環境及識別出的抓取目標的位置,要求學生能夠使用基于伽馬參數調節的圖像處理算法使機器人對于工作場景能夠準確識別,并快速標定作業目標,通過對“眼在手上”的機器人進行位置標定和距離測定,為后續運動路徑規劃提供基礎。

      關鍵仿真要素:全景相機拍攝作業畫面、“眼在手上”的機械臂結構、機器人視覺處理全過程分析及伽馬參數調節。

      3、雙機械臂運動學建模及運動路徑規劃互動教學—機器人“手臂抓到”

      對機械人進行運動控制的前提是對6自由度機械臂進行運動學建模,學生需要掌握基于DH參數的多自由度空間建模,機械臂正逆運動學求解以及基于笛卡爾空間和關節空間的運動路徑規劃。

      關鍵仿真要素:6自由度機械臂運動學建模、隨參數整定的運動路徑。

      4、復雜環境下電力作業任務分解與功能實現情景式教學—機器人“自主作業”

      實驗下發了10Kv配電線路避雷器更換的工作任務,通過對拆卸避雷器的工作任務分解使學生理解理論知識在實際場景中的具體應用,引導學生結合視覺處理、路徑規劃、末端控制等內容完成復雜環境下的高危作業。

      關鍵仿真要素:末端執行工裝、高空帶電線路、避雷器及相關連接裝置。



      實驗目的


      本團隊依托南京理工大學國家級“雙一流”學科建設點,“電氣工程及自動化”國家級虛擬仿真實驗教學示范中心、“高維信息智能感知與系統”教育部重點實驗室和 “多運動體信息感知與協同控制”江蘇省高校重點實驗室和江蘇省自動化實驗教學實驗示范中心,面向社會對能夠從事高危作業機器人研發的創新人才培養的需要和南京理工大學“自動化”國家級一流專業建設任務,堅持以學生為中心的實驗教學理念,遵照虛擬仿真實驗項目 “能實不虛,虛實結合”的原則,將科研成果反哺實驗教學,自主研發了高空高壓環境下的配電線路維護機器人控制算法并嵌入到虛擬仿真實驗平臺,平臺面向高校和企業免費開放。

      本實驗項目依據《機器人控制技術》、《機器人控制技術創新創業實踐》課程大綱和關鍵知識點,針對當前國家急需培養能夠從事高危作業機器人研發的創新型人才的需求,結合10kV配電線路維護機器人研發的工程實際,通過計算機三維仿真技術,設計復雜環境下智能機器人高危作業虛擬仿真實驗,再現配電線路維護中經典的更換避雷器的真實作業場景,還原整個操作的全過程,旨在培養學生的系統性思維方式和解決復雜問題的綜合能力,具體實驗目的包括:(1)通過復雜環境下高危作業的認知與智能機器人模塊化組裝調試與環節,幫助學生理解智能機器人的系統組成、自動控制原理和信息采集與傳輸技術,通過自主操作感受智能機器人自主感知環境、調整控制路徑、完成控制作業的全過程,使學生具備智能機器人結構組裝、系統設計、簡單功能調試的能力。(2)使學生掌握圖像處理技術和基于雙目測定的位置標定算法,促進學生對6自由度機械臂運動學建模和運動路徑規劃的學習和理解。介紹基于DH參數法的機械臂建模和笛卡爾空間路徑規劃,通過實時展示參數整定對機器人運動路徑的影響加深學生對機械臂運動控制規律的理解,通過虛擬場景與實際調試相結合的方式使學生具備多關節機器人運動學建模、運動軌跡規劃、控制算法優化的能力。(3)通過真實還原高空電力作業場景,下發避雷器更換的電力作業任務,通過實驗引導與學生自主設計詳相結合的方式,幫助學生綜合理解和應用所學軌跡規劃、信息處理、控制算法相關的知識,控制智能機器人代替人工完成高危電力作業,使學生具備解決工程實際問題的能力。



      實驗要求


      (1)專業與年級要求

      自動化、機器人工程、智能制造等相關專業的本科生、研究生。

      (2)基本知識和能力要求

      矩陣分析、高級編程語言等


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