南开大学科技成果(二)

南开大学科技成果重点推广项目选

南开大学科技处（邮编300071）

联系人：米江林张玮光吴伟华

电话：（022）23508838

传真：（022）23504856

网址：

目录

南开大学科技成果重点推广项目选..............................................1

1.微波/超声波复合智能化系统及其应用................................2

2.激光智能交通信息采集与处理系统...................................5

3.基于体积图形学的MEMS工艺仿真系统...............................7

4.注塑机机械手人控制系统............................................9

5.三维真彩色喷绘机器人.............................................11

6.非接触式激光测距系统.............................................12

7.可配置的多机器人三维仿真系统....................................14

8.多轴运动控制器...................................................16

9.基于网络的视频监测系统...........................................17

10.欠驱动非线性桥式吊车自动控制系统设计............................17

11.基于IP库的通用MEMS器件可视化仿真与验证工具...................19

12.基于IPv6的网络摄像原型机........................................21

13.数据库数据分析与深层信息挖掘技术................................23

14.智能预测自适应控制理论与应用....................................24

15.车辆矩阵码管理系统...............................................24

16.体育赛场、危险化学品事故预警模型及应急预案编制技术.............26

17.聚合物絮凝剂和螯合树脂去除水中重金属............................29

18.高效纳米级工业水处理除氯剂的制造技术............................31

20.科学制定地区及产业循环经济规划..................................33

21.大气污染总量控制及分阶段防治技术................................35

22.污水处理厂剩余活性污泥资源化利用（零排放）综合技术................36

23.锅炉烟气选择性催化还原（SCR）脱硝技术...........................36

24.厌氧同时脱氮除硫新工艺...........................................38

25.用CuCI薄膜处理生物难降解有机废水的方法.........................39

26.低浓度有机废水及生活污水处理技术及设备..........................39

27.废轮胎热解制备燃料油、炭黑和燃料气体............................40

28.污泥或家禽粪便高温快速堆肥制有机肥料............................40

29.纳米新催化材料的制备及其在环保中的应用..........................41

30.去除空气中有害物质的织物的浸轧制备方法..........................42

31.声表面波传感器及其应用...........................................43

32.显微镜通用自动操作系统...........................................44

33.微注射控制器.....................................................45

34.玻璃微针拉制仪...................................................46

35.玻璃微针煨制仪...................................................47

36.光纤光栅传感技术与应用...........................................48

37.增益平坦的超宽带光纤放大器......................................48

38.光纤栅阵列传感器件及检测技术....................................49

39.栅式多参数、多功能、分布式传感技术与网络系统...................49

40.多层折叠式柔性太阳电池发电系统..................................50

41.硅薄膜太阳电池集成组件的制备技术................................51

42.智能型太阳能充电控制器...........................................51

43.EDI技术制备工业高纯水...........................................52

44.便携式智能数字心音分析仪.........................................55

45.LCoS微显示技术...................................................57

46.激光标识和激光防伪应用...........................................58

47.用于激光精密加工的266nm深紫外光源.............................59

48.脑血氧饱和度检测仪...............................................61

49.家庭中水自动处理装置.............................................61

50.COD（化学需氧量）快速测定仪.....................................62

51.液相色谱硅胶整体柱系列产品的产业化..............................62

52.间接电化学氧化法清洁廉价生产糖精................................64

53.分布式光纤传感预警系统及装备....................................64

54.面向生物医学的微操作机器人系统..................................65

55.低成本床旁快速诊断系统...........................................66

56.新一代高灵敏、高品质三维数码相机................................67

57.微生物诊断血清试剂盒及免疫磁珠分离试剂盒........................68

58.聚谷氨酸的微生物合成及其应用研究................................69

59.ALSS高效吸附剂...................................................70

60.重金属低积累作物品种的筛选鉴定及产业化..........................72

1.微波/超声波复合智能化系统及其应用

一、成果与项目的背景及主要用途：

本项目是通过跨学科合作，开展在化学领域应用电子学新技术的研究。

大多数化学实验室采用传统的加热方法，即利用传导的方式加热。微波/超

声波相结合的技术与传统加热方法相比具有很多优点，可以大大降低加热时间，

省溶剂（可较常规方法少50%〜90%）、节约能源、减少废物的产生，同时可以

提高回收率和提取物的纯度。另一方面利于环境保护，无污染，属于绿色工程，

它是一种具有广阔发展前途的新技术。

微波/超声波复合智能化系统可应用于合成化学、药物有效成分的提取及分

析样品预处理领域，设计并研制出新型微波和超声波相结合的复合多功能智能化

仪器装置，研究其对化学反应、药物提取及环境污染物萃取的促进作用，为合成

化学、药物有效成分的提取及分析样品预处理提供了新的实验手段和方法。

本项目成果可为加大环境污染物的监测的力度，使其样品分析摆脱耗费大

量的有毒的有机试剂，程序繁琐，工作量大的现况，为其分析样品预处理，拓展

一种高效的实验手段和方法。如对加标土壤样品（土壤样品中的多滨代联苯懒）

进行复合萃取，分别采用微波辅助萃取、超声波辅助萃取、微波一超声波复合萃

取方法，得到的实验数据是：在相同萃取20分钟时间内，使用微波辅助萃取和

超声波辅助萃取，其萃取效率分别为42—75%、45—86%而采用微波一超声波

复合萃取体系时萃取效率则可提高到92—114%。和常规的索氏提取相比，微波

一超声波复合萃取使用的溶剂量降至原来的10%左右，萃取时间降低至原来的

5%左右。可见复合萃取对萃取效率有较大的增强效果。这一实验结果预示着：

本项目成果推广应用，进一步完善，可为分析样品预处理提供一种新的高效的实

验手段和方法。另外，对兔疫球蛋白IgG生物制品等的灭菌也开始进行有益的应

用探讨，受到相关企业的关注。

二、技术原理与工艺流程简介：

1.实现了在线消解/萃取装置:包括微波谐振腔（谐振腔形状与尺寸的设计、

谐振腔材质选取以及开孔尺寸的设计与加工）、微波传输系统与视窗的设计与加

工；实现微波功率从。〜1000W连续可调，利用手动三销钉调配器，调节不同负

载下微波最佳传输，解决了微波效率问题。在设计中特别注意了微波泄漏问题，

并能实时在线测量和显示微波泄漏量，申请专利5项。

2.研究微波场分布，避免产生过热，发表研究论文3篇。

3.完成了以9052为PCI接口，双口RAM,数据采集系统芯片C8051F020

组成的数据采集系统。利用DDK开发PCI设备的WDM驱动程序的软件编程，并利

用VC开发了应用程序。

4.设计了计算机与硬件设备的通信协议，用VC++实现了系统硬件设备与计

算机的通信，并对计算机与硬件设备的数据交换进行了封装；然后提出了高速数

据采集系统中以内存数据库eXtremeDB为核心的数据保存方案，根据不同系统的

特点设计了定时、强制、选择三种数据转移方案，解决了高速数据存储与海量数

据存储之间的矛盾；在比较各种控制算法的基础上，确定采用模糊控制算法来实

现对化学反应温度的控制，借助MATLAB对控制算法进行了仿真，用C++实现了

该控制算法；通过大量实验与计算确定了微波功率与磁控管阳极电压、阳极电压

与脉冲延时时间之间的关系，并将这些关系应用到系统中，在实际应用中取得了

较好的控制效果；最后结合VC与Labview,使用activex技术，实现了比传统

VC程序更加人性化、更友好的人机界面；设计了控制算法接口，方便操作人员

对控制算法进行在线调整以适应不同的被控对象。

5.研制出38KHz超声波功率，由键盘任意设定，从0至满负荷连续可调，

在控温系统中超声波功率也随之改变。

6.研究在强微波场中，利用常规测温方法实现微波场的在线实时准确测温,

采用模糊控制算法实现对化学反应温度的闭环控制，用C++实现了该控温算法。

7.多功能智能化系统研究应用于协同萃取一气相色谱电子捕获检测器测定

土壤中的多滨代联苯酸，研究了微波、超声波共同作用下在线萃取的增强作用，

收到很好的效果。

8.反应瓶体积可50〜1000ml内更换。

三、技术水平及专利与获奖情况：

1.样机技术性能：

♦微波功率从0〜1000W连续可调，微波频率f=2450MHz；

♦温度范围：室温〜300度；

♦研制出38KHz超声波发射系统，功率从0至满负荷连续可调，在控温系

统中超声波功率也随之改变；

♦消解/萃取瓶体积：50〜1000毫升。

2.专利申请：

(1)数字控制功率连续可调微波炉，专利号ZL98123503.4。

(2)手机电磁辐射检测探头，专利号ZL03257816.4。

(3)具有在线实时显示微波泄漏的微波协助化学反应谐振腔，专利号

200410072698.4。

(4)微波协助化学反应的谐振腔，专利号ZL200420085324.1。

(5)微波/超声波复合增强样品消解/萃取的谐振装置，专利号

200510016202.6□

(6)微波/超声波复合增强样品消解/萃取的谐振腔体，专利号

ZL200520025301.6o

(7)微波/超声波复合增强样品消解/萃取带调谐的谐振腔，专利号

200510122058.40

3.发表论文：在国内外发表了相关研究论文十二篇，其中核心期刊6篇(EI

收录1篇)，国际会议5篇(ISTP收录1篇)，国内微波化学会议1篇。

4.三项技术创新为产业化与拓展应用领城打下基础：

(1)将微波场与超声波场两种不同性质的场施加于同一反应物体，充分发

挥各自的长处、协同作用，为在化学、生物以及医学领域的应用研究提供了新的

实验手段和方法，在课题中解决了超声波高效耦合问题；

(2)实现了微波/超声波协同作用下反应物的控温算法，采用可扩展标记

语言XML来存储和表示模糊控制算法，并用面向对象的设计思想结合C++对该算

法进行了实现，利用Labview(图形化编程语言)可视化技术建立良好的人机界

面；

(3)具有在线实时检测和显示微波泄漏量，当超过国家标准时，自动切断

系统的电源，保证操作人员的安全。

5.获奖情况：南开大学“微波/超声波复合智能化系统及其应用”项目获得

2007年度“石油和化工自动化行业科学技术奖”技术发明二等奖。

四、能为产业解决的关键技术：

微波/超声波复合智能化管道流动式反应装置已完成小试，正在进行中试研

究。

2.激光智能交通信息采集与处理系统

成果与项目的背景及主要用途

我国城市交通基础设施的交通供给能力不能满足现实和潜在的交通需求，基

础设施短缺与其利用的低效率并存，交通管理智能化可以提高路网通行效率、提

高道路利用率；智能化、全天候的交通信息采集处理系统是实现智能化管理的前

提和基础。

本成果发明了一种具有安全、无障碍、全天候、在多车道及各种速度下准确

测量车速、流量、车型和道路利用率等多种信息的交通信息采集、信息处理系统,

包含激光测量装置和交通信息智能处理软件两个组成模块。

技术原理与工艺流程简介

整个系统主要由激光收发探测子系统、信息快速处理子系统、信息传输子系

统、信息综合统计分析子系统组成。

采用半导体激光窄波束收发主动探测，可对车速进行高精度测量；对不同分

道上的车辆进行流量、车型、车速和道路利用率等多种信息的即时采集与计算处

理。

对测量状态可以进行多方案的参数设定和程序控制，提供角度的交通信息数

据查询支持功能，综合统计软件系统独立于具体的传感器信息，以保证适应系统

外围器件改变、系统功能的扩展。

技术水平

能实时测量通过车辆的车速，并给出分时统计数据；

能给出车辆分时流量统计数据；

能实时判别通过车辆的车型（大、中、小型车）并给出分时统计数据；

能给出道路占用率分时统计数据；

能对超高、超速车辆给予报警。

图1:系统结构图

激光收发探测f信号快速处理7^作输

信息综合统计系统

图2：信息流程图

应用前景分析及效益预测

随着城市就交通问题的日益突出，采用高科技手段提高交通管理水平称为大

势所趋，本项目可以在全天候天津下运行，为交通管理部门提供道路车辆信息、

辅助决策管理，具有广阔的应用前景。

应用领域及能为产业解决的关键技术

本成果可以应用于城市交通管理，为交管部门提供丰富的路况信息和决策支

持。可以很好的解决全天候气象条件下的交通信息采集，并能提供丰富的交通信

息分析功能，以供管理部门使用。

技术产业化条件

本项目涉及到光电子、信息及软件技术，属于技术密集型项目，对于设备厂

房的要求不高，投资规模要求不高。

3.基于体积图形学的MEMS工艺仿真系统

项目的背景及目的

本软件是MEMS器件的设计人员的辅助工具，通过该软件设计人员可以在实

际生产之前提前预览到所设计器件的三维几何形状，如果不符合要求可以进行重

新设计或者对原来设计进行修改。这样可以大大的降低设计的成本和时间，为

MEMS设计人员提供较为感性的认识。

技术原理与工艺流程

基于体积图形学的MEMS工艺仿真系统需要结合体积图形学和专家系统以及

物理模型，最终实现MEMS典型工艺的真实模拟。该系统主要分成两大模块：基

于专家系统的完整工序模拟和基于物理模型的单步工艺模拟。

主要解决了三个关键问题：多步工序的自动模拟，体数据的计算以及体数

据的可视化。多步工序的自动模拟可以利用虚拟工艺中的专家系统实现。体数据

的计算，即如何生成表示MEMS工艺模拟结果的体数据场，在本系统中是通过数

学形态学中膨胀/腐蚀操作实现的。可视化的方式为体绘制。体绘制技术的应用

使用户能够观察数据场内部，从而更好地理解和掌握器件的内部结构。

主要技术性能指标

采用体积图形学技术。该技术的应用使MEMS工艺仿真的结果更加真实，模

拟算法的通用性更强。

1）采用体绘制技术实现可视化，极大拓展了可以表现的信息。

2）采用数学形态学技术实现工艺模拟中的表面演进。

3）同时支持基于专家系统和物理模型两类工艺仿真。

4）支持绝大多数MEMS工艺仿真，包括：各向同性/异性淀积，各向同性/

异性刻蚀，湿法刻蚀，键合，光刻以及CMOS工艺中的氧化/注入等。

技术水平及用途

本项目是由南开大学机器人与信息自动化研究所独立开发的，得到国家

“863”计划项目和国家自然科学基金项目的支持。经同行专家鉴定，该系统处

于世界领先水平。适用于MEMS设计行业，其主要用途是辅助MEMS设计人员进行

MEMS器件工艺级设计。

应用行业：微机电系统设计

%-x

文科(E)ifilBfD11看2招助M

AM；I

I374590HZ

2820603HZ

3828603HZ

，!.3!87o*006HZ

51.5W67»H)06H2

6),S9467«*006HZ

72.1C6Z*>006HZ

82.l(S2Se+006H2

92.43336^4)06HZ

!02.433360+006HZ

II2.62954*^006HZ

122.8SS3X+WMHZ

133J83W+C06Hz

143.I8394«*006HZ

153,573«efa»HZ

16406Hz

173.eM39»*006HZ

183,664»e+406HZ

193,8617^006HZ

203.M071e+006MZ

4.注塑机机械手人控制系统

项目的背景及目的

在工资水平较低的中国，塑料制品行业仍属于劳动力密集型产业，但机械

手的使用已经越来越普及。注塑机专用机械手的作用：第一、节省人力成本。第

二、安全生产。第三、提高产品质量。第四、提高生产效率。海尔机械手采用

PLC作为控制器。为提高国产化率和自主创新水平，我们与海尔公司合作研制自

主知识产权的机械手控制器。控制系统包括两部分：1、多轴运动控制器，2、手

持式编程控制器。实现对机器人多轴运动进行协调控制，同时通过手持式编程控

制器（盒）完成对多轴运动控制器的参数设置，工作状态设置等工作。

技术原理与工艺流程

采用DSP与可编程逻辑器件实现40路逻辑信号输入，40路逻辑信号输出。

由可编程逻辑器件生成伺服电机控制信号。

主要技术性能指标

1.控制器伺服电机控制信号为：脉冲序列+方向信号+若干控制与状态

信号；脉冲信号的频率范围：lOOKHz—10Hz；

2.输出的逻辑信号为集电极开路的开关信号，信号的电平为集电极开

路（逻辑1），和0V（逻辑0）,逻辑。电平时吸电流能力220mA；

3.输入的逻辑信号为+24V（逻辑1）,和0V（逻辑0）,输入负载N12KC（输

入电流W2mA）；

4.控制器具有一个标准的计算机串行通讯接口（RS232或485）。

技术水平及用途

作为一种特殊的工业机器人，注塑机机械手用于塑胶射出成型机械产品的

取出。本课题研制的机械手运动控制器能够同时对5轴运动方向进行度控制，具

有多达40路的逻辑信号输入，40路逻辑信号输出通道，能够对机器人的运动状

态、限位情况，及周边的辅助设备的工作状态进行实时监测，实现复杂的逻辑判

别与逻辑保护功能，利用逻辑输出信号实现对设备的各种保护措施。

应用前景分析及效益预测

应用行业为制造业。

开发专用的机械手控制器，可以实现更灵活更强大的控制功能，提高控制

系统的实时性、可靠性。

实现机械手控制器的国产化可以减轻对国外技术的依赖，降低成本，提高

国产机械手的市场竞争力。

5.三维真彩色喷绘机器人

设计了三维真彩色喷绘机器人，实现了全真地形模块加工和喷墨全过程的整

套核心技术，为大幅面三维真彩色喷绘系统产品化提供了有力支撑。

通过计算机强大的数据处理能力，利用机器人的柔性加工将虚拟三维场景如

实地在复杂三维模型上进行喷绘，从根本上改变目前喷绘行业仅限于二维彩色喷

绘的局限性。由于三维真彩色喷绘机器人机械结构设计要求复杂，同时三维模型

的复杂性也对运动控制系统高速运动条件下的稳定性和准确性要求很高，国际上

只有少数公司和研究机构进行原理性的研究和小规模试验，尚未形成生产力和产

业链。

本三维真彩色喷绘机器人可广泛运用于生产加工中，极大地提高三维真彩色

喷绘的加工速度，真正实现三维真彩色模型的批量化生产，从而奠定我国在国际

三维喷绘领域的领先地位。

系统参数参数值

.系统外形尺寸3000mmx2000mmx1800mm

.系统最大加工面积（XY平面）2500mmx1200mm

.系统最大加工落差（Z轴方向）250mm

.模型匹配精度<0.1mm

.色彩分辨率180dpi

.系统重量2000kg

,最大面积加工耗时<4h

.最大模型喷绘耗时<4h

.系统控制周期200ps

.供墨系统负压路数4路

.供墨系统体积300mm*200mm*200mm

1:三维真

彩色喷绘

机器人

图2：三维地理模型（上：钓鱼岛，下：深圳局部海湾）

6.非接触式激光测距系统

项目的背景及目的

距离的高精度实时测量在现代工业的各个领域中的应用越来越广，工件的

表面轮廓，目标物体的相对位置，形状描述等都离不开距离的高精度测量，非接

触，小型化，数字化，智能化成为距离测量系统发展的趋势。随着数字信号处理

器（DSP）功能越来越强，光电耦合器CCD的日益普及，使符合实际工业生产要

求的非接触高精度在线距离测量系统的研制成为可能。

技术原理与工艺流程

光学三角法检测技术。光学三角法的测量原理就是使发光元件所发出的光

束照射在被测物体表面上并被反射，部分反射光成像在位置敏感元件表面上(如

CCD,PSD等)，通过检测光斑在敏感表面上的位置，由几何关系即可计算出被测

物体的距离。这类位移测量仪的基本组成是激光器，物镜，光电接收器，信号处

理及测量显示系统。

图像中心位置的识别算法。这是非接触测量技术中的关键技术，当激光照

射在被测物体表面散射，经透镜会聚在CCD表面成像，所成像的模拟信号经过模

拟数字转换器(AD)被转换为数字信号处理器可以处理的数字信号后，要经过图

像中心位置识别算法的处理，确定所成像的中心点位置，根据激光三角法原理，

由所成像的中心点位置就可以求出相应的被测量物体的距离信.息。

为了保证系统可靠性和提高测量精度，用查表与细分相结合的方法根据线

性CCD上像点的位置确定目标物体的距离。

主要技术性能指标

测量范围：50mm；

测量仪与被测物体距离：80mm；

测量精度：在全部测量范围内，不小于0.1mm；

分辨率：25微米；

测量频率：1KHz;

技术水平及用途

在工业生产中有很多生产指标和工艺参数要实现测量和控制，非接触距离

测量可以为生产的调度指挥和工艺参数的监测提供准确、可靠、快捷的信息，是

一种应用范围很广和非常有潜力的测量技术。应用行业1.教育2.制造业。

应用前景分析及效益预测

采用非接触激光距离测量，可以为生产的调度指挥和工艺参数的监测提供

准确、可靠、快捷的信息。

将CCD技术、数字信号处理器技术、计算机图像处理技术与传统测量方法

相结合，能获取被测对象的更多信息，实现快速、准确的非接触测量，显著提高

测量技术水平和智能化水平。

7.可配置的多机器人三维仿真系统

项目的背景及目的

作为机器人研究中的重要方面，机器人仿真技术始终是机器人领域的热点

之一。将计算机仿真技术的优势引入到机器人的研究中，使实验者更加逼真地感

受到机器人的空间三维环境。机器人仿真系统为机器人系统的前期设计、后期验

证提供了平台，利用机器人仿真实验替代实体机器人实验，能够有效避免机器人

可能出现的硬件损伤，并提高工作效率。同时，可用于机器人学的教学中，丰富

教学的内容。

技术原理与工艺流程

1.对机器人的三维仿真实现。根据真实机器人的儿何尺寸，利用

AutoCAD和3dsMax进行机器人建模，最终通过ManagedDirect3D

实现高仿真度的仿真机器人场景，并允许用户以各种方式控制仿真

场景的平移、旋转、缩放操作。

2.根据“可配置”的设计目标，采用模块化的设计思路，实现与真实

网络多机器人系统相同的架构，保证仿真系统与真实系统各个模块

之间的相互替代，允许用户在仿真模块与真实模块间的自由切换。

3.通过对机器人学中正逆运动学、雅克比矩阵、轨迹规划等基础知识

的研究，依据.Net开发平台，采用C#语言实现了三维仿真系统的

整体架构，利用ManagedDirect3D实现了仿真场景，并利用计算

机强大的图形显示优势实现了可扩展功能，例如：机器人末端点标

记，机器人数据文件的记录回放功能等。

主要技术性能指标

1.万次无故障运行，运行过程中内存占用为55M。

2.口J运行于不同的操作系统中，包括:Windows2000,Windowsxp及Windows

Vistao

3.仿真场景可以实现60fps的刷新率。

4.可通过Internet实现与真实网络多机器人系统的连接。

技术水平及用途

本项目得到国家自然科学基金项目支持。应用行业：1.教育2.工业3.

制造业。

依据.Net开发平台，米用C#语言，并利用ManagedDirect3D实现了-一种

可配置的多机器人三维仿真系统。根据“可配置”的设计目标，采取模块化的设

计思路，实现了仿真系统与真实系统间的连接。经过对可配置的多机器人三维仿

真系统的测试与实际的应用，取得了较好的效果。将仿真系统用于真实网络多机

器人系统中，实现了对算法的预设计，并辅助了真实系统实验的设计实现和研究;

将仿真系统用于机器人学教学中，生动地演示了机器人学中的基础理论知识，丰

富了教学手段，提高了教学的效率。

应用前景分析及效益预测

1.将可配置的多机器人三维仿真系统应用于各种进行机器人相关技术

研究的科研院所，可以辅助对机器人控制算法的预设计，并且可将

仿真系统的一个或多个模块组合嵌入到实际机器人系统中，辅助相

关实验的开展，进行后期算法的分析和验证。

2.将可配置的多机器人三维仿真系统应用到机器人学教学中，可以提

高机器人学在中小学中的普及教育，并且针对各高等院校的机器人

教学内容，以其三维仿真演示功能为教师提供更丰富的教学手段。

多机器人运动学仿真系统FOR2.4.2版

最小化

22机器人数据

Jointl：-90.00

Joint2:30.00

Joint3:-30.00

Joint4:0.00

Joint5:0.00

Joint6：0.00

ID3机会人数据

Jointl：90.00

JointZ：30.00

Joint3:-30.00

Joints:0.00

Joint5：0.00

JointG:0.00

选择机器人

ID2I点击按钮调节或直接输入目标值

1关节2关节3关节4关节票节6关节

KTII5~~SI5~~§

每按一下增值为10复位发送命令

8.多轴运动控制器

项目目的

针对直角坐标5轴运动机械手的工作要求，研制能够同时控制5轴伺服电

机运动的运动控制器。

技术原理与工艺流程

采用高性能的DSP与高集成度的CPLD技术，研制开发出能够同时控制5轴

以上的伺服电机协调运动；同时控制器还提供了大量的逻辑信号输入、输出接口，

在实现对机器人及附属设备的逻辑控制的同时，可以将机器人及附属设备的工作

状态，位置信息反馈到控制其中；通过手持式编程器，实现机器人工作模式的在

线编程，从而实现复杂的逻辑判断与保护功能。控制器采用开放式的设计方案，

根据不同的功能设计出不同的控制模块。在工作现场可根据工作的需要选择不同

的功能模块进行组装。

主要技术性能指标

运动控制器主要有5种功能模块组成：

1、手持式编程器可通过RS232(485)总线与微处理器单元通讯，实现

在线编程。

2、微处理器单元是控制器的核心单元，其控制总线是开放的，可以同

时控制若干个功能模块。

3、电机控制单元可以同时控制6路电机运动，其中2路电机可实现同

时运动，并附加8路逻辑输入，8路逻辑输出。

4,10主控制单元具有16路逻辑输入，16路逻辑输出接口。

5、10辅助单元具有24路楼辑输入，24路逻辑输出接口。

以上电机控制接口，逻辑输入、输出接口均有光电隔离功能，具有很高的

抗干扰性。

技术水平及用途

专利(授权)号：ZL97121702.5,应用行业：多轴运动控制，机床运动控

制

9.基于网络的视频监测系统

项目的背景及目的

利用计算机网络的应用环境，通过移动机器人/固定机械手上安装的摄像装

置对工作现场采集图像，并实时地进行图像压缩和传输。在异地利用相同的设备

从网络上得到图像，实时地进行解压缩与播放，并能够根据要求对图像流进行处

理与存储。

技术原理与工艺流程

采用具有高速计算能力的32位图像处理DSP芯片，开发具有多路图像输入

/输出标准接口，具有TCP/IP协议的网络接口的图像处理器。实现对工作现场图

像的实时采集、压缩与网络传输；以及图像的异地接受、解压缩与播放功能。可

根据需要，通过编程实现对图像的增强、图象锐化、边界提取、特征识别与跟踪

等处理功能。

主要技术性能指标

图像采集与处理器可通过有限/无线网络进行异地图像信息传输，实时性

强，工作可靠，控制器具有体积小，集成度高的特点。

技术水平及用途

本项目得到国家“863”计划项目支持,专利（授权）号：ZL97121702.5o

应用行业：多轴运动控制、机床运动控制。

10.欠驱动非线性桥式吊车自动控制系统设计

项目的背景及目的

桥式吊车是一种十分常见的装配运输工具，在港口、仓库、建筑工地等场所

得到了广泛的应用，当前，对于桥式吊车主要还是通过有经验的工人来进行操纵

的，存在着培训周期长，劳动强度大，工作效率低，安全性不高等缺点。为此，

设计一•套操作方便的吊车自动控制系统，可以提高吊车系统的工作效率与安全性

能，并将工作人员从当前这种艰苦的工作环境中解放出来。

技术原理与工艺流程

1）桥式吊车自动控制系统设计

桥式吊车自动控制系统主要包括三个部分：吊车控制单元，工作空间监控

单元，和操作单元。控制单元是整个系统的核心部分，它主要负责吊车的作业控

制。该单元接收来自操作员的命令，还接收来自工作环境监测单元的环境信息，

从而实现自动避障或紧急制动。监测单元主要由多个CCD摄像头和图像处理器构

成，主要包括两方面功能：将采集到的环境图像实时地传输到操作单元；对环境

信息进行处理，得到障碍位置信息传输给控制单元以实现自动避障。操作单元是

桥式吊车自动控制系统的人机接口。

2）桥式吊车实验平台

桥式吊车实验平台主要由机械主体，驱动装置，测量装置和控制系统四部分

组成。机械主体是指桥式吊车的机械部分。驱动部分根据控制量来为机械部分提

供相应的力/力矩，从而实现对负载的安全、平稳运送。控制系统的控制命令是

跟据吊车系统的动力学模型以及实时状态反馈来在线计算的，而实时状态的反馈

则通过测量部分（主要包括编码器等传感元件）来完成。

主要技术性能指标

＞桥式吊车自动控制系统桥式吊车实验平台主要技术指标：

•负载定位精度：5mmo

•负载摆角抑制：TO度~10度。

・具有负载紧急制动能力。

•友好的人机界面。

＞桥式吊车实验平台主要技术指标：

•外形尺寸：2mxi.2mX0.5m。

・控制周期：＜lmso

・控制方式：