科研成果及实验环境

      研究团队综合利用先进控制理论及人工智能技术,围绕机器人与智能装备的国家重大需求,开展了机器人先进控制与智能感知、复杂系统控制与诊断、运动控制与CNC系统、智能制造系统等方向的研究与工程应用。先后主持完成国家科技攻关、863、自然科学基金、省市重大项目和大中企业产学研合作项目40多项,参加了国家973、自然科学基金及其他科技项目10多项,获得各级科研成果奖励5次,其中获得国家科技进步二等奖1项(第二)、陕西省科技进步二等奖1项(第一);主编专著1部,参编1部;获国家发明专利10项(均第一),软件著作权3项(第一)。在国内外期刊与国际会议上发表学术论文80余篇,其中SCI/EI检索60余篇。所开发的系列高档数控系统、运动控制器、机器人控制器、车间自动化系统等科研成果,已在多个工业企业得到了实际应用。

 一、工业系统控制与诊断

 

                               嵌入式运动控制器

      1. 数控装备嵌入式控制技术   

      完成的项目:

    国家技术创新基金,可用于电子制造的嵌入式控制系统,05C26216101486

          陕西省科技项目,高速装备新型控制系统关键技术研究,CXY1013(1)

          江苏省重大科技项目,面向加工中心的全数字高档数控系统关键技术研究

        西安市重大科技项目,嵌入式中档数控系统,GG05004

   为了解决复杂轨迹加工的控制问题,出了新的前瞻速度优化与位置跟踪控制模型,发明了一种多轴联动插补控制算法及集成电路实现技术,研制出多种5轴联动的嵌入式控制系统,已在5轴龙门式高速加工中心、切管机高端制造装备上得到了成功应用,加工出航天飞行器的复杂叶轮等零件。开发出的系列嵌入式运动控制器已在工业装备上实际应用超过1千台。

                         

                                五轴数控系统在加工中心上的应用                                        五轴数控系统操作界面                                五轴数控系统在管切割机上的应用

       2. 结合大数据与机器学习的复杂系统故障诊断方法及应用

   在研的项目:国家自然科学基金项目,基于频谱数据驱动的复杂机电耦合系统故障诊断方法及应用研究,61573272

   完成的项目:江苏省333工程科研项目,基于非线性频谱方法的大型装备在线故障诊断技术及应用研究,BRA2012052

        针对大型系统故障诊断问题,建立了被测系统的非线性频谱简化估计模型,提出了多种传递谱实时估计算法;针对闭环系统建立了一种二步法谱估计方法,并采用多尺度主元分析提出了谱特征提取方法。在多故障模式识别与分类方面,提出了证据合成、贝叶斯网络、支持向量机融合等方法。这些成果已在数控装备等系统故障诊断方面得到了应用。

大型数控装备故障诊断系统原理图

 

非线性频谱估计原理图

    基于非线性频谱的故障诊断原理图

  二、智能机器人视觉感知与控制技术  

        1.  工业机器人先进控制    

   完成的项目:

   • 西安市重大科技项目,面向智能生产线的快速机器人控制系统,CXY09020

         产学研项目,机器人控制系统及高档数控系统关键技术研究

        为了解决机器人高速度高精度控制问题,考虑了惯量变化及多关节非线性耦合的影响,提出了三次曲线插值、逆运动学、非线性补偿等新算法,发明了一种实用的轨迹控制及柔性加减速算法。项目组开发了EtherCAT数字伺服接口,在基于十五年技术积累发展的嵌入式运动控制平台基础上,开发出了多种机器人控制器,可适应6轴关节串联机器人、6轴直角坐标机器人、4-5轴圆柱型机器人等,同时开发出物流配送、喷涂机器人等智能装备控制器

 

机器人控制器运动控制模块                                         示教盒界面 

   

机器人控制器结构图

           2. 智能机器人视觉检测与定位系统

  完成的项目     

   863项目,基于人类认知机理的多源信息融合理论,2006AA01Z126

   为了提高视觉系统的鲁棒性和实时性,出基于变分法的去除镜面高光反射处理方法,发展了基于单摄像机的景深图像分层测量方法,开发出多种机器人视觉定位软件。利用激光扫描数据,针对大型构件的机器人搬运场合,开发出基于超二次曲面模型的3维目标识别与定位系统。

             

                           柔性制造单元定位软件                                            机器人视觉检测软件                                                          基于超二次曲面模型的3维目标识别

       3. 向智能生产线的工业机器人系统开发

  针对高速生产线需要,已合作研制出3kg,8kg, 30kg三种型号关节型搬运机器人,末端精度达0.02毫米,最大速度达245°/s。开发出面向冲压生产线的5轴圆柱摆臂型机器人,定位精度±0.2mm,最大速度达700°/s 

                      

                                                                            8公斤关节机器人                                                                         5轴圆柱摆臂机器人

三、智能工厂技术

   完成的项目:

   • 国家技术创新基金,网络环境下的车间自动化系统软件平台,编号:02C26216110457

   • 陕西省工业攻关项目,大型工程健康监测无线物联网关键技术及应用研究,编号:2015GY001

   面向工业4.0的发展需要,基于最新工业物联网技术、系统优化调度方法及先进制造思想,解决了与多种数控机床互联问题,开发出一体化计划调度、生产建模与物料跟踪、加工设备数据采集、质量控制与统计、生产过程仿真等系列新技术,采用中间件结构研制出制造执行系统(xjtu-mes2.0), xjtu_mes 2.0系统已在西安高压开关厂、彩虹集团、吴中仪表公司等20多个企业的数字化车间、自动化生产线项目中得到了应用。

     

                                                                                 XJTU-MES2.0功能模块图                                                                                                      XJTU-MES2.0运行界面

四、智能生产线开发与机器人集成应用

   从2009年开始,已完成了湘火炬安防科技有限公司的超B级安全锁自动化生产线、西安某企业法半盘自动加工线、BBU模块自动化装配生产线、RRU模块自动化包装生产线、机器人焊接工作站等十多条自动化生产线设计。

    

                                                                                法半盘自动加工线                                                                                 RRU模块自动化包装生产线