CN105893691A - 机械电子控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械电子控制系统，包括安装在机械手上的GPS定位装置、加速度传感器和陀螺仪，人机操作模块，控制命令输入模块，身份识别验证模块，中央处理器，动力模型建立模块，可修改硬点表生成模块，虚拟作动器，虚拟传感器，仿真分析模块和控制命令优化模块，所述虚拟作动器通过循环执行分析将结果反馈给仿真分析模块，所述仿真分析模块自动提取数据给虚拟传感器。本发明每一个控制命令的输出均可进行仿真模拟分析，使得用户可以清楚的了解到每个控制命令的输出将会带来的结果，且自带控制命令优化功能，大大减少了在使用过程中的失误率；每个控制命令的输出均自带身份标识，从而使得整个控制过程中所有的命令输出均具有可追溯性。

Description

机械电子控制系统
技术领域
本发明涉及机械控制领域，具体涉及一种机械电子控制系统。
背景技术
机械手是一种按照固定程序来抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置。机械手是最早出现的工业机器人，也是最早出现的现代机器人，由于可以模仿人手和臂的某些动作功能因此可代替人的繁重劳动以实现生产的机械化和自动化，尤其是可以在有害环境下操作，因而广泛应用于机械制造、冶金、电子、轻工和原子能等部门。
现有的机械手控制大多采用直接输出控制命令的控制方式进行控制，控制命令一旦出错，便会造成损失，甚至于危害在工作人员的安全；同时控制命令的输入也无追溯性，如若在整个工程中某个环节出错，直到工程最后才发现，也就很难找到负责人。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种机械电子控制系统，每一个控制命令的输出均可进行仿真模拟分析，使得用户可以清楚的了解到每个控制命令的输出将会带来的结果，且自带控制命令优化功能，大大减少了在使用过程中的失误率；每个控制命令的输出均自带身份标识，从而使得整个控制过程中所有的命令输出均具有可追溯性，同时通过动力模型建立模块进行机械手工作过程的仿真记录和观察，进一步方便了用户对机械手情况的控制和了解。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
机械电子控制系统，包括
安装在机械手上的GPS定位装置、加速度传感器和陀螺仪，用于获取机械手的移动轨迹，并将所采集到的数据发送到中央处理器；
人机操作模块，用于输入待控制的机械手的基本信息数据，并将输入的数据发送到中央处理器；用于输入历史控制命令数据调用命令；还用于输入预控制命令，并将输入的预控制命令发送到虚拟作动器和仿真分析模块；
控制命令输入模块，用于进行优化后控制命令或确认的控制命令的输入，并将输入的控制命令发送到中央处理器；
身份识别验证模块，用于通过指纹识别装置进行用户的身份识别验证，若身份验证成功，则开启控制界面，并将验证通过的身份数据发送到中央处理器；若身份验证失败，则发送身份验证失败的弹出消息框到显示屏进行显示；
中央处理器，用于接收GPS定位装置、加速度传感器和陀螺仪所采集到的数据以及人机操作模块输入的待控制机械手的基本信息数据，并将这些数据转换成动力模型建立模块所能识别的数据格式发送到动力模型建立模块；用于将接收到的控制命令用其对应的身份识别数据进行标记后，储存于相应的数据库内；用于根据输入的数据调用命令，在数据库中调用相应的数据，并发送到显示屏进行显示；还用于用户注册、权限管理和密码修改；
动力模型建立模块，用于根据中央处理器所发送的数据通过ADAMS建立待控制机械手的动力模型；
可修改硬点表生成模块，用于获取所建立的动力模型中的ADAMS硬点文件，并读取ADAMS硬点文件中各硬点的坐标数值，形成一个可修改的硬点表，硬点表中包括各硬点坐标名称，以及每一硬点对应的坐标数值、以及相邻两个坐标之间在距离值；
虚拟作动器，用于驱动参数变化，与可修改硬点表中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析模块针对不同的参数进行计算求解；
虚拟传感器，为在所述动力模型中插入的能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
仿真分析模块，用于将预控制命令划分为为单元、特性和载荷，并分别作用到所述动力模型中相应的部件上；
所述虚拟作动器通过循环执行分析将结果反馈给仿真分析模块，所述仿真分析模块自动提取数据给虚拟传感器，所述虚拟传感器自动显示分析结果；
控制命令优化模块，用于通过预设的算法对虚拟传感器所显示的分析结果进行评估分析，给出优化后的控制命令，并发送到显示屏进行显示。
其中，所述控制命令输入模块为单独的输入界面，用户可以直接选择控制命令输入模块进行控制命令的输入，也可选择人机操作模块中的预控制命令输入模块进行预控制命令的输入。
其中，所述虚拟传感器包括通用虚拟传感器和专用虚拟传感器。所述通用虚拟传感器包括如温度传感器、变形传感器、加速度传感器和碰撞评估传感器等；而所述专用虚拟传感器是与特定的系统相关的，在碰撞安全性系统中的B加速度传感器、在发动机优化设计系统中的强度传感器等。
其中，所述虚拟作动器包括虚拟单元作动器、虚拟特性作动器和虚拟载荷作动器。
其中，所述GPS定位装置、加速度传感器和陀螺仪均为多个，分别安装在机械手的不同位置和不同部件上。
其中，所述动力模型建立模块为两个，一个用于机械手工作状态模型的实时生成储存，另一个用于预控制命令的仿真分析，使用时采用在一个显示屏上同时显示两个界面的形式。
其中，所述动力模型建立模块所生成的机械手工作状态模型数据均自动储存到其对应的控制命令数据库内。
其中，所述可修改硬点表通过以下步骤建立：
使用Matlab读取所述ADAMS硬点文件中各硬点的坐标数值导入一EXCEL文件中，在所述EXCEL文件的第一表单中存放有所述各硬点名称、坐标数值以及相邻两个坐标之间的距离；在所述EXCEL文件的第二表单的第一列放置硬点坐标名称，第二列链接到第一表单中相应的坐标数值，第三列连接到第一表单中的相应的两个坐标之间的距离，所述EXCEL文件即为所述可修改的硬点表。
本发明具有以下有益效果：
每一个控制命令的输出均可进行仿真模拟分析，使得用户可以清楚的了解到每个控制命令的输出将会带来的结果，且自带控制命令优化功能，大大减少了在使用过程中的失误率；每个控制命令的输出均自带身份标识，从而使得整个控制过程中所有的命令输出均具有可追溯性，同时通过动力模型建立模块进行机械手工作过程的仿真记录和观察，进一步方便了用户对机械手情况的控制和了解；通过定义相关的虚拟作动器(结构作动器等)和虚拟传感器(变形传感器、加速度传感器等)后，可以直接驱动仿真分析、提取结果，数据的传递在系统内部，从而提高了效率，具有更高的数据一致性。
附图说明
图1为本发明实施例机械电子控制系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供了机械电子控制系统，包括
安装在机械手上的GPS定位装置、加速度传感器和陀螺仪，用于获取机械手的移动轨迹，并将所采集到的数据发送到中央处理器；
人机操作模块，用于输入待控制的机械手的基本信息数据，并将输入的数据发送到中央处理器；用于输入历史控制命令数据调用命令；还用于输入预控制命令，并将输入的预控制命令发送到虚拟作动器和仿真分析模块；还用于用户登录；
控制命令输入模块，用于进行优化后控制命令或确认的控制命令的输入，并将输入的控制命令发送到中央处理器；
身份识别验证模块，用于通过指纹识别装置进行用户的身份识别验证，若身份验证成功，则开启控制界面，并将验证通过的身份数据发送到中央处理器；若身份验证失败，则发送身份验证失败的弹出消息框到显示屏进行显示；
中央处理器，用于接收GPS定位装置、加速度传感器和陀螺仪所采集到的数据以及人机操作模块输入的待控制机械手的基本信息数据，并将这些数据转换成动力模型建立模块所能识别的数据格式发送到动力模型建立模块；用于将接收到的控制命令用其对应的身份识别数据进行标记后，储存于相应的数据库内；用于根据输入的数据调用命令，在数据库中调用相应的数据，并发送到显示屏进行显示；还用于用户注册、权限管理和密码修改；
动力模型建立模块，用于根据中央处理器所发送的数据通过ADAMS建立待控制机械手的动力模型；
可修改硬点表生成模块，用于获取所建立的动力模型中的ADAMS硬点文件，并读取ADAMS硬点文件中各硬点的坐标数值，形成一个可修改的硬点表，硬点表中包括各硬点坐标名称，以及每一硬点对应的坐标数值、以及相邻两个坐标之间在距离值；
虚拟作动器，用于驱动参数变化，与可修改硬点表中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析模块针对不同的参数进行计算求解；
虚拟传感器，为在所述动力模型中插入的能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
仿真分析模块，用于将预控制命令划分为为单元、特性和载荷，并分别作用到所述动力模型中相应的部件上；
所述虚拟作动器通过循环执行分析将结果反馈给仿真分析模块，所述仿真分析模块自动提取数据给虚拟传感器，所述虚拟传感器自动显示分析结果；
控制命令优化模块，用于通过预设的算法对虚拟传感器所显示的分析结果进行评估分析，给出优化后的控制命令，并发送到显示屏进行显示。
所述控制命令输入模块为单独的输入界面，用户可以直接选择控制命令输入模块进行控制命令的输入，也可选择人机操作模块中的预控制命令输入模块进行预控制命令的输入。
所述虚拟传感器包括通用虚拟传感器和专用虚拟传感器。所述通用虚拟传感器包括如温度传感器、变形传感器、加速度传感器和碰撞评估传感器等；而所述专用虚拟传感器是与特定的系统相关的，在碰撞安全性系统中的B加速度传感器、在发动机优化设计系统中的强度传感器等。
所述虚拟作动器包括虚拟单元作动器、虚拟特性作动器和虚拟载荷作动器。
所述GPS定位装置、加速度传感器和陀螺仪均为多个，分别安装在机械手的不同位置和不同部件上。
所述动力模型建立模块为两个，一个用于机械手工作状态模型的实时生成储存，另一个用于预控制命令的仿真分析，使用时采用在一个显示屏上同时显示两个界面的形式。
所述动力模型建立模块所生成的机械手工作状态模型数据均自动储存到其对应的控制命令数据库内。
所述可修改硬点表通过以下步骤建立：
使用Matlab读取所述ADAMS硬点文件中各硬点的坐标数值导入一EXCEL文件中，在所述EXCEL文件的第一表单中存放有所述各硬点名称、坐标数值以及相邻两个坐标之间的距离；在所述EXCEL文件的第二表单的第一列放置硬点坐标名称，第二列链接到第一表单中相应的坐标数值，第三列连接到第一表单中的相应的两个坐标之间的距离，所述EXCEL文件即为所述可修改的硬点表。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.机械电子控制系统，其特征在于，包括
安装在机械手上的GPS定位装置、加速度传感器和陀螺仪，用于获取机械手的移动轨迹，并将所采集到的数据发送到中央处理器；
人机操作模块，用于输入待控制的机械手的基本信息数据，并将输入的数据发送到中央处理器；用于输入历史控制命令数据调用命令；还用于输入预控制命令，并将输入的预控制命令发送到虚拟作动器和仿真分析模块；
控制命令输入模块，用于进行优化后控制命令或确认的控制命令的输入，并将输入的控制命令发送到中央处理器；
身份识别验证模块，用于通过指纹识别装置进行用户的身份识别验证，若身份验证成功，则开启控制界面，并将验证通过的身份数据发送到中央处理器；若身份验证失败，则发送身份验证失败的弹出消息框到显示屏进行显示；
中央处理器，用于接收GPS定位装置、加速度传感器和陀螺仪所采集到的数据以及人机操作模块输入的待控制机械手的基本信息数据，并将这些数据转换成动力模型建立模块所能识别的数据格式发送到动力模型建立模块；用于将接收到的控制命令用其对应的身份识别数据进行标记后，储存于相应的数据库内；用于根据输入的数据调用命令，在数据库中调用相应的数据，并发送到显示屏进行显示；还用于用户注册、权限管理和密码修改；
动力模型建立模块，用于根据中央处理器所发送的数据通过ADAMS建立待控制机械手的动力模型；
可修改硬点表生成模块，用于获取所建立的动力模型中的ADAMS硬点文件，并读取ADAMS硬点文件中各硬点的坐标数值，形成一个可修改的硬点表，硬点表中包括各硬点坐标名称，以及每一硬点对应的坐标数值、以及相邻两个坐标之间在距离值；
虚拟作动器，用于驱动参数变化，与可修改硬点表中的各元素建立关系后，可以在指定的范围内对参数进行变动，从而可以驱动仿真分析模块针对不同的参数进行计算求解；
虚拟传感器，为在所述动力模型中插入的能直接获取相应的结果或信息的目标的逻辑单元；
仿真分析模块，用于将预控制命令划分为为单元、特性和载荷，并分别作用到所述动力模型中相应的部件上；
所述虚拟作动器通过循环执行分析将结果反馈给仿真分析模块，所述仿真分析模块自动提取数据给虚拟传感器，所述虚拟传感器自动显示分析结果；
控制命令优化模块，用于通过预设的算法对虚拟传感器所显示的分析结果进行评估分析，给出优化后的控制命令，并发送到显示屏进行显示。
2.根据权利要求1所述的机械电子控制系统，其特征在于，所述控制命令输入模块为单独的输入界面，用户可以直接选择控制命令输入模块进行控制命令的输入，也可选择人机操作模块中的预控制命令输入模块进行预控制命令的输入。
3.根据权利要求1所述的机械电子控制系统，其特征在于，所述虚拟传感器包括通用虚拟传感器和专用虚拟传感器。
4.根据权利要求1所述的机械电子控制系统，其特征在于，所述虚拟作动器包括虚拟单元作动器、虚拟特性作动器和虚拟载荷作动器。
5.根据权利要求1所述的机械电子控制系统，其特征在于，所述GPS定位装置、加速度传感器和陀螺仪均为多个，分别安装在机械手的不同位置和不同部件上。
6.根据权利要求1所述的机械电子控制系统，其特征在于，所述动力模型建立模块为两个，一个用于机械手工作状态模型的实时生成储存，另一个用于预控制命令的仿真分析，使用时采用在一个显示屏上同时显示两个界面的形式。
7.根据权利要求1所述的机械电子控制系统，其特征在于，所述动力模型建立模块所生成的机械手工作状态模型数据均自动储存到其对应的控制命令数据库内。
8.根据权利要求1所述的机械电子控制系统，其特征在于，所述可修改硬点表通过以下步骤建立：
使用Matlab读取所述ADAMS硬点文件中各硬点的坐标数值导入一EXCEL文件中，在所述EXCEL文件的第一表单中存放有所述各硬点名称、坐标数值以及相邻两个坐标之间的距离；在所述EXCEL文件的第二表单的第一列放置硬点坐标名称，第二列链接到第一表单中相应的坐标数值，第三列连接到第一表单中的相应的两个坐标之间的距离，所述EXCEL文件即为所述可修改的硬点表。
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