针对工业机器人专业人才需求培养过程中应用能力不足、创新性不足、培养模式滞后等问题,采用线上和线下项目式模块化实训教学方法,探索虚拟设计与工程应用混合式教学的新模式;采用分层式任务式教学,实现机器人系统化教学,建立新工科项目化教学系统方法实训一体式的新模式.相对传统教学,学生学习积极性和学习效率大大提高,该方法有助于培养学生的应用能力和创新能力,可更好满足企业工业对工业机器人专业人才的需求.

In view of the growing depletion of traditional fossil fuels and their adverse impact on natural environment, wind energy has gained increasing popularity across the globe. Characterized by wide distribution, low cost, and well-rounded technology, it has achieved fast-growing installed capacity in recent years. However, wind power is volatile and random in nature and the power ramping events caused by extreme weather always threaten the safe, stable, and economic operation of the power grid. To address the problems of insufficient sample data and low prediction accuracy in existing ramping prediction methods, a new way of wind power prediction considering ramping events based on Generative Adversarial Network (GAN) is proposed. First of all, the ramping events get identified and separated from the database of historical wind power, and the feature set of historical ramping events is then extracted according to the waveform and meteorological factors. Taking the feature set which integrates similar feature with historical one as the input of GAN, the simulated ramping data are continuously produced through the adversarial training of the generator and discriminator, thus enriching the ramping database. After that, the expanded ramping database can be applied to predict the ramping power through the LSTM model. An experiment based on the wind power dataset in a certain area of northwest China further verifies the effectiveness and superiority of this method compared with traditional ones.

Aiming at the problem of low separation precision of pearls in contact with each other in the process of machine vision sorting pearls,a method for separating contact pearls based on pit detection is proposed. Backlight imaging is used to obtain multiple pearl images,and the quality of pearl images is improved through preprocessing algorithms. The contact pearl area is extracted by calculating the area ratio of connected domains,the contour feature of the contact area is obtained by the edge tracking algorithm,the mathematical model of the angle between the edge contour points is established,and the angle is less than 60° as the candidate concave point,and then the concave point matching algorithm is used. The pits are accurately obtained,and the Euclidean distance is used as a measurement function to realize the separation of contact pearls. The experimental results show that the method in this paper has better segmentation effect than Harris algorithm. The accuracy of separation is 98.6%,the area loss rate is1.443%,and the average time is 0.280s.

针对筒子纱分拣机器人对作业目标堆叠时识别不准确、抓取位置不稳定的问题,课题组提出了一种堆叠筒子纱的机器人无序分拣方法.构建了具有3D视觉感知的筒子纱分拣机器人系统,利用Kinect V2相机获取堆叠筒子纱的图像信息,对采集到的筒子纱点云进行处理;通过M估计抽样一致性算法(MSAC)和直通滤波算法对原始点云进行裁剪,采用改进E-R分割算法和ICP算法完成点云的分割和配准,得到筒子纱的位姿信息;最后使用机器人进行抓取实验.实验结果表明:该方法能够实现对堆叠场景下的作业目标的识别定位,系统的抓取成功率达到86％,可以满足筒子纱分拣的实际生产需求.

针对人工进行珍珠形状分拣效率低、精度不稳定等问题,提出基于机器视觉的珍珠形状检测方法;采用背光成像方式消除珍珠表面纹理和光泽的影响,对获取的珍珠图像进行同态滤波等预处理算法,提高图像对比度;为了解决相互接触珍珠影响珍珠轮廓提取的问题,采用分水岭算法对珍珠图像进行分割,得到了独立存在的珍珠个体,再通过连通域标记、质心算法对珍珠进行定位;根据国家标准对珍珠形状的规定,基于珍珠图像信息建立珍珠形状参数模型,对珍珠形状进行量化;实验结果表明,不同形状的珍珠样本的检测误差为0.63％,形状统计精度为100％,算法耗时24 ms;该方法可准确高效地对珍珠进行分拣分级,具有一定的实用价值.

针对人工接触式测量针梳机牵伸罗拉导柱径向圆跳动时接触摩擦影响测量精度的问题,提出了基于机器视觉的非接触式测量方法.对高亮表面的罗拉导柱采用背光成像获取轴截面的图像,以Canny算子对罗拉导柱边缘轮廓进行像素级边缘检测,通过构建三次多项式提取罗拉导柱的亚像素边缘轮廓特征.根据径向圆跳动的定义,在图像域下采用最小二乘法拟合基准轴线,以最小区域法建立了罗拉导柱径向圆跳动的测量模型.实验结果表明:该方法得到的罗拉导柱径向圆跳动测量值的标准差为6.1×10-4,达到了人工测量的精度,算法平均耗时0.67 ms,实现了对罗拉导柱径向圆跳动的稳定、快速、非接触式测量.

7自由度(7DOF)机械臂的位置控制存在模型不确定性和摩擦力、重力矩等未知外部干扰,为此,开发了一种7DOF机械臂驱控一体式控制器.首先,设计了基于高级精简指令集计算机(ARM)+数字信号处理器(DSP)+现场可编程门阵列(FPGA)架构的7DOF机械臂驱控一体式控制器方案,确保有足够的计算性能;其次,提出了 7DOF机械臂多电机协同控制方法,提高了机械臂位置控制系统的精度和稳定性;然后,设计了基于非线性扰动观测器与快速连续非奇异终端滑膜的复合控制律,用于补偿外界干扰及系统不确定性,同时保证了系统的快速收敛;最后,进行了机械臂关节电机位置控制、速度控制、恒力矩控制、基于非线性扰动观测器的滑模位置控制等实验,对驱控一体式控制方案和复合控制策略的有效性进行了验证.研究结果表明:采用的驱控一体式控制器与多电机位置协同控制方法,能够确保7DOF机械臂关节电机的位置、速度和恒力矩控制稳态误差在1％以内;相比比例积分微分(PID)位置控制,基于非线性扰动观测器的快速连续非奇异终端滑模复合位置控制策略的超调量、响应速度、稳态精度等性能均提高了 10％～15％,可以满足机械臂高速高精伺服控制要求.

针对珍珠大小分选时,人工劳动强度大、精度低,而机械分选容易对珍珠表面造成损伤的问题,提出基于机器视觉的珍珠大小检测方法.构建背光成像方式减少珍珠表面光泽和纹理的影响,采用直方图增强和高斯滤波等预处理算法,提高珍珠图像对比度、降低噪声.以最大类间方差法分割图像背景,通过基于行扫描的边缘轮廓提取方法提取珍珠边缘轮廓特征,计算珍珠的平均直径.实验结果表明,该方法对珍珠大小检测误差小于0.25 mm,检测率为50颗/min.

目的 为了解决袜子腰封过程中不同规格纸卡的多次弯折问题,设计一种摆动式自动折纸机构.方法 采用机构设计方法设计齿轮齿条机构和摇杆滑块机构,从而实现对纸卡进行竖折、横折等多次弯折.采用Matlab优化函数库对机构的摇杆、连杆、摆动角度、气缸行程等尺寸参数进行优化;通过分析确定折弯块摆动角度为15°;利用矢量封闭方程与坐标变换求解折纸过程的运动方程.结果 通过SolidWorks的motion插件对摆动式折纸机构进行运动学仿真分析,仿真结果表明,该机构能满足袜子自动折纸的运动要求,运动轨迹与运动方程相匹配.结论 所设计的摆动式自动折纸机构不仅满足折纸功能要求,而且实现了单个机构完成纸卡的多向弯折,为袜子腰封自动化提供了一种适应性更强的折纸新方案.

针对传统电脑横机编织过程复杂、效率低等问题,提出一种全成形电脑横机复合针结构;基于槽式织针结构,设计独特的针套,针套可以同时实现接圈或者移圈,优化成圈工艺,实现将翻针、接针动作简单化的目的 ;采用针板下方储纱针进行配合,织针在编织过程中具有更多位置方便线圈的暂存,实现了全成形及复杂结构花型组织的编织.采用针舌通过来回滑动的方式来闭合和打开针钩,在编织时无需毛刷或纱线驱动而动作,相比传统舌针,线圈退圈动程减小,结构简单且使用更加可靠.采用新型复合针技术可提高织物的编织效率和产品质量,有效促进全成形技术的提升与发展.

针对堆叠纱筒在目标分割时易产生过分割、欠分割等问题,提出了一种改进欧式聚类的点云分割方法.以法向量夹角提取并剔除纱筒堆叠接触区域的边缘点,使纱筒点云处于分散状态.建立纱筒欧式距离模型,对纱筒点云进行聚类,补齐边缘点信息,实现对堆叠纱筒的点云分割.实验结果表明,此方法解决了传统欧式聚类分割算法在纱筒点云分割中的过分割和欠分割等问题,算法具有更好的鲁棒性.

针对负荷在无功需求时刻变化的情况下,电容电抗器组频繁投切可能引起的断路器处过电压、保护误动作和断路器烧毁等问题,提出一种采用接触器投切电容电抗器组的方案.该方案在电容电抗器组中性点短接回路处加装一组接触器,控制接触器接通或断开中性点三相短接线,进而实现电容电抗器组的投切;替代传统的利用断路器投切的方式,避免过电压对断路器的损害,实现频繁的无功补偿,并保证系统的稳定性.建立PSCAD仿真模型,结果表明:该方案在电力系统正常运行时,能够满足负荷的无功需求;产生投切过电压进而导致接触器发生故障时,不影响电力系统稳定运行.通过经济性分析可知,该方案的投切性价比高于传统方案,具有较高的经济效益.

针对传统制鞋涂胶生产效率低、涂胶不稳定、作业环境恶劣等问题,提出了一种机器人自动化制鞋涂胶系统的设计方案.该制鞋涂胶线中采用了系统化设计、柔性化生产控制的方法,具有生产效率高、涂胶可靠稳定等优点,可有效实现减员增产,经济效益明显.通过仿真实验,验证了机器人涂胶系统轨迹规划的合理性,并得到了参考节拍,为后续样机的开发工作提供了重要参考,缩短了设计周期,提高了设计效率.