六自由度機器人半實物實驗平臺(科研版)
產(chǎn)品概述
品牌 | 其他品牌 | 應(yīng)用領(lǐng)域 | 文體,綜合 |
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1、概述
本設(shè)備以垂直串聯(lián)六關(guān)節(jié)工業(yè)機器人為核心,將機器視覺、機器人運動控制、光機電綜合等技術(shù)有機地進行整合,采用模塊化結(jié)構(gòu),便于靈活組合,實現(xiàn)對不同物料進行快速的檢測、抓取、搬運等操作。為了方便實驗教學,系統(tǒng)進行了專門的設(shè)計,可以完成工業(yè)六自由度機器人運動控制和機器視覺檢測。
平臺主要包含六自由度工業(yè)機器人、智能視覺檢測系統(tǒng),以及一套傳送帶機構(gòu),可以實現(xiàn)對不同工件進行檢測、分揀、搬運、存儲等操作。機器人平臺各組件均安裝在型材桌面上,機械結(jié)構(gòu)、電氣控制回路、執(zhí)行機構(gòu)相對獨立,采用工業(yè)標準件設(shè)計。通過此平臺可以進行機械組裝、電氣線路設(shè)計與接線、智能視覺算法及流程編輯、工業(yè)機器人運動控制算法與應(yīng)用編程等多方面創(chuàng)新實驗,適合作為本科學校相關(guān)專業(yè)課程《工業(yè)機器人與控制技術(shù)》、《機器視覺》、《工業(yè)機器人集成與應(yīng)用》、《工業(yè)機器人綜合實訓》等課程的實驗教學,也可作為相關(guān)專業(yè)的研究生進行科研創(chuàng)新的開發(fā)平臺。
2、六自由度機器人半實物實驗平臺(科研版)特征優(yōu)勢
(1)開發(fā)環(huán)境友好
基于MATLAB Simulink開發(fā)機器人控制系統(tǒng)模型,極大降低了機器人控制系統(tǒng)設(shè)計的開發(fā)難度;
(2)工業(yè)級機器人
采用工業(yè)級六軸機械臂,可實現(xiàn)以下功能:
1) 單關(guān)節(jié)、多關(guān)節(jié)聯(lián)動,模擬傳統(tǒng)示教器的任務(wù)空間示教功能。
2) 逆運動學幾何與數(shù)值迭代解法對比。
3) 提供末端工具相對法蘭中心坐標系位姿4/6點標定法。
4) 軌跡規(guī)劃
5) ‘零力’模式下關(guān)節(jié)空間的拖動示教。
6) 基于末端力傳感器的任務(wù)空間拖動示教。
7) 碰撞檢測功能。
8) 基于末端力傳感器力反饋閉環(huán)的力位混合直接力控制,實現(xiàn)恒力或者變力控制。
9) 庫倫-粘性/LuGre關(guān)節(jié)摩擦力模型的快速參數(shù)辨識。
10) 重力項力矩參數(shù)集的快速辨識。
(3)工業(yè)機器視覺
采用工業(yè)級機器視覺處理裝置,具備檢測數(shù)字、物體顏色、物體形狀等功能;
(4)光機電綜合
基于PLC實現(xiàn)光機電與機器人綜合實訓;
(5)多樣化的調(diào)試手段
支持機器人控制器模型任意參數(shù)的在線修改、任意系統(tǒng)變量的在線監(jiān)測,以及所有觀測數(shù)據(jù)的實時存儲、離線回放、數(shù)據(jù)導出等豐富的開發(fā)調(diào)試手段;
(6)開源示例
平臺提供開源的機器人運動學、動力學、視覺處理等相關(guān)算例和培訓文檔,為高年級本科生的課程設(shè)計和研究生的科研創(chuàng)新提供學習參考。
(7)科研功能平臺
1)末端力控研究
用戶基于simulink可以快速進行末端力控算法的開發(fā)與驗證,比如經(jīng)典力控方法阻抗控制驗證,參數(shù)自適應(yīng)等先進力控算法以及模糊控制等智能力控算法的開發(fā)與驗證。
2)動力學參數(shù)辨識研究
機械臂的動力學參數(shù)是機械臂控制器設(shè)計的重要參數(shù),包含關(guān)節(jié)摩擦力參數(shù),各連桿質(zhì)量及質(zhì)量分布的參數(shù)(慣量矩陣/慣性張量)等,完整的參數(shù)辨識需要基于動力學模型,提取最小參數(shù)集,并對激勵軌跡進行優(yōu)化設(shè)計,獲得關(guān)節(jié)角度以及關(guān)節(jié)力矩后,最后進行離線處理和驗證,而本公司基于MATLAB/Simulink的半實物仿真平臺,關(guān)節(jié)運動角度和力矩可以很方便進行實時監(jiān)測和離線導出,加快用戶的開發(fā)驗證周期。
本公司做了關(guān)節(jié)摩擦力的快速辨識,以及重力項力矩最小參數(shù)集的快速辨識。下圖為中低速情況關(guān)節(jié)2關(guān)節(jié)摩擦力和重力項力矩辨識結(jié)果之和(黃色曲線)和關(guān)節(jié)實際力矩(紅色曲線)圖。
3)動力學控制研究
基于北航霍偉教授的書籍《機器人動力學與控制》中相關(guān)章節(jié),可以進行動力學控制的相關(guān)研究。
3、六自由度機器人半實物實驗平臺(科研版)實驗內(nèi)容
(1)《機器人學基礎(chǔ)》實驗
?機器人機械系統(tǒng)與控制系統(tǒng)認知實驗
?機器人示教編程與再現(xiàn)控制
?機器人坐標建立與正運動分析實驗
?機器人逆運動學分析實驗
?機器人動力學分析實驗
?機器人關(guān)節(jié)控制分析實驗
?機器人軌跡規(guī)劃離線仿真實驗
?機器人空間直線運動仿真實驗
(2)《圖像處理與機器視覺》實驗
?機器人視覺與成像認知實驗
?圖像的基本處理實驗
?圖像增強與分割實驗
?圖像特征提取實驗
?機器視覺目標識別實驗
(3)《機電一體化系統(tǒng)設(shè)計實訓》實驗
?可編程控制器編程實訓
?變頻器應(yīng)用實訓
?自動控制技術(shù)教學與實訓
?機械系統(tǒng)安裝和調(diào)試實訓
?光機電一體化系統(tǒng)的編程、調(diào)試和檢修
(4)《機器人系統(tǒng)集成與應(yīng)用》實驗
?視覺分揀機器人工作站集成實驗
?碼垛機器人工作站集成實驗
?搬運機器人工作站集成實驗
4、實驗示例
(1)機器人軌跡規(guī)劃離線仿真實驗
基于Matlab開發(fā)的六關(guān)節(jié)機器人的軌跡規(guī)劃仿真軟件sxTeach,為學生初步學習機器人軌跡規(guī)劃和運動學正逆解算法提供了離線仿真環(huán)境。試驗界面如下圖所示,可以完成如下功能:
? 配置DH參數(shù)
? 設(shè)置各個關(guān)節(jié)角度
? 設(shè)置末端位置
? 編輯運動軌跡
? 軌跡規(guī)劃
單擊Profile按鈕,執(zhí)行軌跡規(guī)劃操作,經(jīng)過正逆解運算后,直接得到6個關(guān)節(jié)角度曲線。
軌跡規(guī)劃仿真軟件sxTeach的后臺運算采用M語言編寫,且所有源代碼均向用戶開放。
(2)機器人空間直線運動仿真實驗
在完成機器人離線仿真實驗的基礎(chǔ)上,本平臺更多地是使用真實的機器人實物本體作為控制對象。用戶基于Matlab Simulink可快速完成機器人控制算法的開發(fā),經(jīng)自動編譯后生成VxWorks實時系統(tǒng)代碼,最后實時代碼部署到實時仿真器中運行,并通過多軸運動控制卡實現(xiàn)對機器人各關(guān)節(jié)的控制。
如下圖所示,基于Matlab Simulink開發(fā)六關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)模型,包括了軌跡規(guī)劃算法模型、逆運動學算法模型、單軸速度控制模型、六軸電機編碼器反饋模型等。
在六關(guān)節(jié)機器人控制系統(tǒng)模型中,我公司主要提供了控制算法示例模型和運動控制的硬件模型庫。用戶可基于本實驗示例,任意替換機器人控制模型的各個算法模塊,在無需關(guān)注底層軟硬件接口實現(xiàn)的前提下,快速驗證自己的機器人控制系統(tǒng)算法模型。
5、選型配置
產(chǎn)品名稱 | 產(chǎn)品型號 | 系統(tǒng)配置 | |
六自由度機器人半實物實驗平臺 | LINKS-RS-6DOF-01 | 實時仿真機 | Links-Box-03 |
實時仿真軟件包 | Links-RT | ||
六自由度工業(yè)機器人系統(tǒng) | Links-MJ05S-600 | ||
光機電實驗裝置 | Links-GJD | ||
機器人視覺裝置-2D | Links-2D-VISION | ||
機器人視覺裝置-3D | Links-3D-VISION | ||
機器人集成實驗臺 | Links-LabBench | ||
六維力傳感裝置 | Links-JYCK |
6、部分用戶
?北京交通大學 ?河南科技大學 ?青島大學 ?中國科學院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心
?洛陽師范學院 ?上海理工大學 ?上海工程技術(shù)大學?北方民族大學 ?中南大學 ?北京航空航天大學
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