科研成果及实验环境

        研究团队综合利用人工智能、现代控制、计算机等新理论和新技术,在机器人视觉感知与控制、工业智能、智能制造系统、复杂系统控制与诊断方面已取得了多项成果。从1986年开始主持国家“75”科技攻关项目起,已主持完成各类国家和省市项目40多项,近年主持完成了国家重点研发计划项目1项、国家自然科学基金重大和面上项目各1项、863项目1项、省市重大项目10多项,大中企业产学研合作项目20多项,参加了国家973、自然科学基金及其他科技项目10多项,获各级科研成果奖励5次,其中获国家科技进步二等奖1项(第二) 。发表学术论文90余篇,其中SCI/EI检索60余篇。

         一、机器人视觉感知与智能控制

         1.  高端制造机器人控制

    考虑了机器人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、非球型斜角逆运动学、非线性补偿等新算法,发明了实用的轨迹控制及柔性速度控制算法;同时对机器人高效平稳动力学控制方法、复杂作业的机器人路径规划和双臂机器人协作方法进行了研究。在多年运动控制器研究基础上,开发出多种系列机器人控制器,并在上下料机器人、喷涂机器人等装备上得到了成功的应用。 

                                                                     

                        机器人控制器结构图                                                                                  嵌入式运动控制器

           2. 机器人视觉系统

          复杂产品制造面临非结构化工作环境,且存在自然光、零件反光等干扰,团队研究了机器人高鲁棒性视觉感知问题,对3D视觉系统及三维点云数据的目标识别定位关键技术进行了研究,开发了多种适应智能生产线的机器人视觉定位系统。

 

                                     

                               智能制造单元视觉定位系统                                        生产线视觉系统                                                     三维点云机器人识别                                         

        二、复杂系统控制与诊断

         1.高端数控装备控制技术 

       在高端装备运动控制方面,提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、管机等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。 

           

                 加工中心上应用                                                  管切割设备上应用                                                      五轴系统操作界面          

        2. 结合非线性频谱分析与机器学习的复杂系统故障诊断及应用

        在复杂系统故障诊断方面,提出了基于频域LMS自适应算法的非线性频谱估计方法、基于两步法的闭环非线性频谱估计方法、尺度核主元分析的多阶频谱特征提取方法;在多故障模式识别与定位技术方面,提出了基于冲突证据合成、朴素贝叶斯网络、支持向量机融合等方法的故障分类与识别方法,这些成果已在数控装备等复杂系统故障诊断方面进行了应用。

                               

                                 非线性频谱故障诊断原理图                                                               数控机床故障诊断应用                                      

     三、智能制造系统

      1. 智能制造云平台

       对机器智联技术进行了研究,开发出多种国际或行业标准通讯协议的互联网接口,可连接多种数控设备、PLC控制器、机器人、仪器仪表等设备,从而实现对设备运行状态的实时采集;结合机器学习、工业大数据分析及边缘计算等技术,开发了制造过程云监控平台,实现了设备实时监控、故障诊断、制造过程质量监控、数据可视化分析等功能。

 

制造过程云监测平台 

         2. 智能生产线设计

        设计完成了机器人化生产线或多种智能生产线近十项,合作的单位有湘火炬安防科技、徐工集团、三一重工、成都新筑等多家公司。