外文翻译--独立车轮装配机器人 中文版

摘要 学生制造的。串行服务器连接到一个独立的 3 轴机器人车轮总成嵌入式控制器。这轮之间的任何上网功能的计算机上启用的沟通。网真控制体系和原型网络控制系统（ 开发和测试。这个系统是适当的修改，以适应课程实验室的需求，从而使学生设计，调试和测试在其选定的时间和地点的实时实验室的项目。 这方面的一个远程实验室全功能演示可以在这里找到 ： ，是通过互联网的兴起导致，提升了移动通信技术和高速计算机的可用性。这些事态发展让其他领域大大受益，如国家仪器公司的 1和 位于犹他州州立大学计算机系 电气工程提供了一个分布式控制系统 2研究生水平的课程设计，执行和网络控制系统，无线传感器网络，和分布参数系统的稳定性问题，这当然涉及。 该部门还提供了机电一体化 3，当然其中涉及的原则，接口和信号的运动传感器和执行器，建模，分析，离散时间系统辨识空调，数字控制器的设计方法。 本文介绍了一种低成本解决方案，远程实验室在美国犹他州州立大学的机电一体化和分布式控制系统的课程发展。本文分为八个部分。第 - 三型给出了关于“智能轮”制 度，是要在控制植物实验课的背景 资料。第至四提供了目标和课程实验室的整体结构。第 - 第六提供如何在课程的学生可以执行实验室“在这去”的详情。 最后，第至第七和第至第八总结的结果，并概述了未来项目的目标。 二。 教学动机 至关重要的是，工程学科，特别是在控制系统方面，包括一动手实验室组件扩展课堂经验。但是，安装，操作和维修设备的实验室成为资源密集型，耗时和昂贵。虚拟实验室提供成本效益的替代方案，但他们往往不能模型的实际效果，并不能代替的经验与实际系统。 远程实验室提供比传统和虚拟实验室具有明显的优势。 除 了降低成本，更有效的实验室设备，减少了维护，灵活和自学使用，有能力，使学生的经验，他们将同一种通常获得与使用传统的实验室设置多功能，实时 世界设备。 应用程序调用一个远程学习“到有次优”（ 美国俄勒冈州立大学 4开发。这种解决方案集成，如数据收集设施，实时视频和音频流，安全和稳定的措施，调控的几个特点访问和协作支持所有这些使远程实验室，为学生愉快和身临其境的体验。 三。植物背景资料 图。 1。 移动台的智能车轮大会。 位于犹他州州立大学的研究中心自组织与智能系统（ 计并开发 了几个原型概念为基础的一个重点扶持机器人车辆被称为“智能车轮。”这是一个独立的具有 3个独立的轴轮模块机器人 即转向轴，驱动器轴， 多个智能车轮连接到机箱，由此产生的车辆被称为一个全方位的汽车 5。 图所示。 1）转向和驱动马达， 动电机和驱动器，驱动器和转向反馈，微控制器编码器电路，和配电装置。 聪明的车轮总成进行了改进，并在上述两个课程使用增加。预期的成果是使学生能够设计和测试的车轮转向和驱动轴自己的控制器。大会还兼作示范制度 6展示 能力的智能车轮在原地向游客和参观者，到 四。系统概述 A：实验室简介 由于这两种课程包括前面提到的网络控制系统的研究（不同层次），有必要建立一个实验室的组成部分，以增加课堂上的理论。 一个网络控制系统是一种反馈控制系统中，控制回路通过通信网络 7。至关重要的是，远程实验为这个实验室使用。在这种情况下，植物和反馈传感器是该大学内的研究中心，位于该控制器位于远程学生的计算机和通信网络之间的设备 /传感器和控制器 然而，对于这样一个专门的实验室专用 设备是非常昂贵的规划和安装非常耗时。一个低成本解决方案，其中一个系列服务器是用来制造智能四轮大会思和实施。 B：分布式控制系统设计实验室 在这个过程中，学生须设计并测试一个车轮的智能网络控制系统转向轴。 串行端口的智能轮的嵌入式控制器（ 是连接到一个以太网集线器通过串口服务器，以太网之间的转换和 轮上的微控制器编程，以被调查的位置编码和传输，通过它的串行端口这些值。它也接受通过串口速度值，并将其转换成脉冲宽度调制它（ 号来驱动电机 。 具有上网功能的电脑在任何远程位置的学生将安装一个虚拟 为了交流与智能轮的串行服务器。他可以在计算机上，传输速度值将会向智能控制器轮他的计划，计算编码器接收从智能轮读数。互联网引入了随机的时间延迟和干扰。这些网络引起的影响也须考虑而设计的，通过适当的技术，如网络预测和延迟补偿使用控制器。该控制系统的性能进行检查，通过分析和绘图在远程计算机上的编码数据。任何基于 图。 2显示了用户对网络控制原型在 。设定点（转向角度）和控制器收益（ 用户可选择的，用户可以通过观察角位置的情节，在现实上的图形显示的时间出现的系统性能。网际网路摄像头实时视频和音频流使学生意见，并听取了实时控制面板上的时间之轮的议案。 C：机电一体化实验室设计方案 由于这是一个在本科层次的课程，学生可以设计和测试，但不考虑网络诱导影响到他们的设计简单 是建议延长大会的智能车轮为在 2006年机电一体化中的运用。 图。 2。屏幕截图的网络控制系统原型应用。 D：演示系 统 车轮上的智能微控制器也有它的控制算法为指导，推动和 这种情况下，微控制器接受规定从游戏杆对或为三个轴的远程计算机的每个点和控制轮根据其板上的控制程序。此功能使摩天轮的能力，令参观者展示就地和对轮不被该课程的实验室。图。 3显示了用户对于智能轮的临场感控制系统的接口。 适合握手，控制之间的协调和仲裁协议的操纵杆，远程呈现和网络控制模式，并确保可预测的行为，当多个用户试图访问系统。 五，系统描述 A：建筑 该独立智能轮演示系统架构 6，如图所示。 4。 督导电机，驱动电机，线性致动器控制转向轴，驱动轴和 指导和驱动马达控制 导电机耦合到绝对编码器，可以测量绝对角位置的车轮。电机驱动器连接到一个正交编码器测量的是轮的相对运动。线性致动器将整个转向柱向上或向下沿直线下滑。线性电位器提供了有关的 数字到模拟转换器（ 电压值基础，从线性电位器反馈。 图。 3。屏幕截图的临场感控制系统中的应用。 图。 4。智能车轮系统概述 。 车轮节点数字接口板的 （ 成，一按发病计算机公司 8摩托罗拉的 还提供了串行通信，电机驱动器， 对和正交编码器，电源和调节，电平转换，光隔离，硬件看门狗单元电路接口。 该指导和驱动马达驱动一 50电机驱动器）。该调制器（ 冲宽度占空比决定了信号的方向和逻辑电平信号电机的旋转速度决定的方向。 提供了两个操纵杆，以便使游客来控制的 3轮的原位轴。在 此期间，该系统被认为是在操纵杆模式。其中一人（摇杆 - 1）是一个 3轴操纵杆，其中的 一个单轴操纵杆（摇杆 - 2）用于设定 Z 与通过诸如串口服务器，用来转换成以太网格式，反之亦然的 311系列服务器艾技术在系统中使用选定其成本低，帐户 9易于安装的软件驱动程序，和吞吐量（ 50 阿 640 * 480分辨率可达每秒 30帧）视频大会和车轮运动的智能远程操作员的音频位于 10。它允许多达 20个用户，查看实验室活动，而其中只有一个是与植物相互作用。 远程操作员可以沟通，无论是在网真系统模式，在此期间，对车轮的机载控制算法控制的 3对设置从远程计算机接收点的基础上车轮的轴 ;或在网络控制系统实验室模式，在此期间，在远程计算机控制算法命令轮的轴线上采样编码反馈，从车轮上的微控制器收到的资料为基础。 B：机械硬件描述 一种智能四轮大会横截面视图（无 如图所示。 5。 悬架的 转向支持整个车轮转向机构和电子系统。督导主轴直接连接到转向电机。的枷锁拴在转向主轴驱动装置。的枷锁还设有电力和通讯电缆，下到车轮。定制滑环允许关于无限转动方向盘轴轮。大会的整个驱动器包括驱动器主轴，电机，故障安全制动和编码器是封闭的内轮壳。驱动电机是科尔摩根模型 407无框电机和力矩电机是一种 440。保本 - 560电脑光学制品正交编码器是用来测量车轮的相对位置。绝对编码器用于测量绝对的身体固定转向电机角度位置的坐标是从电子系统模型 40 能是通过安装在添加如图大会。 5一型 性电位器安装毗邻接近顶部的线性驱动器。配电单元封闭落后的阻尼器。为 轮电子和电机驱动器安装在任一转向柱一侧。整个大会是安装在一个轮式立场。参考图。 1再次看到一个完整的系统画面。 图。 5。智能轮胎机械装配。 图。 6。智能车轮软件体系结构。 C：软件说明 对于独立的智能四轮演示系统软件包括以下内容： - 嵌入式微控制器上的 - 视频和音 频流缓冲和互联网上的摄像机的 - 嵌入式串行服务器软件进行以太网和 - 虚拟 许学生之间的远程计算机和服务器的串行通信。 - 应用软件的智能车轮的轴对学生的计算机网络控制。 该系统的软件结构如图所示。 6。其中，虚拟 高新技术。），序列 服务器软件（艾高新技术。），网络服务器和网络摄像头软件（ ，已经提供了各自的生产厂家。与智慧轮的 轮基础上的从操纵杆（摇 杆模式），或从远程计算机（临场感模式）输入的输入轴控制算法。在网络化控制实验室模式下，微控制器软件只是样品，通过串口服务器传输到远程计算机上的编码器和驱动器的读数发送遥控器上的计算机控制软件，它的命令为基础的马达。它还仲裁三者之间的适当方式和适当的响应消息当多个用户试图同时访问系统 6。为了防止空转，提高资源利用率 ，该系统先来先服务（先来先服务）的基础，是处理多个请求时进行访问厂收购的目的。 六。网络控制系统实验室 图。 7描绘的网络控制的智能四轮转向轴系统设计实验室设置为 2005年春节期间的 生需要安装虚拟 她的电脑的驱动程序。这使得智能轮的串口服务器出现只是一个串行端口的计算机。使用一个简单的协议和数据包结构 11， 12，学生们可以打开一个会话，接收编码器反馈值和电机速度传送到车轮的微控制器。微控制器改装汽车速度从学生的计算机通过串口接收服务器值转换成的电机驱动器的 的硬件。样品的微控制器也随着编码器和发送的时间戳记（使用其机载计时器外设）通过串口服务器的读数。系统的响应可以被绘制在学生为绩效评估的目的计算 机。 互联网智能相机靠近车轮总成位于直接发送视频流和音频智能轮子的运动对学生的计算机上。这使车轮的运动轴待观察和实时听取了在开发和测试。 一个安全的机制使学生停止轮（通过使用一个特殊的命令），如果他 /她发现任何通过视频直播的异常行为。为了确保稳定的控制回路和在停电，网络故障的情况下，等系统强制超时，如果没有一个指定的时间内沟通。 这种设置也将用在 机电一体化课程在 2006年 12。学生可以使用相同的系统设计和测试简单的网络控制器，但不能指望他们会考虑网络诱导他们的设计效果。 七。 实验室利益 在编写本文时，该系统被用来在 2005年春季推出的分布式控制 图。 7。网络控制系统实验室。 系统课程在美国犹他州州立大学。学生们能够成功地开发和测试的任何无线或有线上网功能的电脑中的网络控制系统设计，并获得相关的网络控制设计问题的了解。 建模，分析，设计和编程的大部分工作可以做“离线”。该系统可以被用来测试他们的设计和反复争取更好的闭环性能移动。由于这一切可以做到在其方便的时间和地点，该系统获取昼夜，资源冲突提供了最低限度。问题与提供学生进入研究中心，住房与中心的其他活动设备和可能 争不发生在这里。 车站只有一个实验室，每一个学生都能够体验到该系统。这有助于该部控制制定这样一个专门主题的实验室，同时保持该课程，这是一个以互联网为基础的教育质量成本的主要目标 13。 八。结论和未来工作 独立车轮装配机器人现在可以同时用于演示目的，以及控制系统的教育。在串行服务器使用无效的本地计算机的互动与发电厂的需要，因此，对于一个具有成本效益和自给自足的嵌入式远程学习解决方案决策。 这是建议延长实验室，包括非华语速度的智能四轮驱动轴控制。这将使学生实施和经验，为指导和动力轴控制线，并与投票 有关的问题和多种传感器和执行器（多速率控制）处理不同的调度指挥方式。