六自由度機(jī)器人半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺（教學(xué)版）：本平臺以桌面級垂直串聯(lián)六自由度機(jī)器人為被控對象，提供了半物理開發(fā)驗(yàn)證環(huán)境，在滿足基本機(jī)器人示教操作的同時(shí)，可以對六自由度機(jī)器人的軌跡規(guī)劃、空間插補(bǔ)算法、正/逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解算等機(jī)器人學(xué)及其控制理論算法的本科教學(xué)提供實(shí)驗(yàn)支撐。

1、概述

本平臺以桌面級垂直串聯(lián)六自由度機(jī)器人為被控對象，提供了半物理開發(fā)驗(yàn)證環(huán)境，在滿足基本機(jī)器人示教操作的同時(shí)，可以對六自由度機(jī)器人的軌跡規(guī)劃、空間插補(bǔ)算法、正/逆運(yùn)動(dòng)學(xué)解算等機(jī)器人學(xué)及其控制理論算法的本科教學(xué)提供實(shí)驗(yàn)支撐。平臺提供開源的機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)算例和培訓(xùn)文檔，為高年級本科生的課程設(shè)計(jì)提供學(xué)習(xí)參考。

2、六自由度機(jī)器人半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺（教學(xué)版）特征優(yōu)勢

（1）支持RCP快速原型設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)用戶的MATLAB/Simulink仿真模型到嵌入式控制原型的自動(dòng)轉(zhuǎn)換；

（2）開發(fā)環(huán)境友好：

基于MATLAB Simulink開發(fā)機(jī)器人控制系統(tǒng)模型，極大降低了機(jī)器人控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開發(fā)難度；

（3）桌面級機(jī)器人：

采用桌面級六軸機(jī)器人，相對工業(yè)級機(jī)器人六軸機(jī)器人具有相似的結(jié)構(gòu)特征，且工程塑料材質(zhì)更加安全，適合本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)。

（4）機(jī)器人實(shí)現(xiàn)動(dòng)作：

單關(guān)節(jié)動(dòng)作、多關(guān)節(jié)聯(lián)動(dòng)、空間直線、空間圓弧、吸取物體并搬運(yùn)等；

（5）多樣化的調(diào)試手段

支持機(jī)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(shí)時(shí)存儲、離線回放、數(shù)據(jù)導(dǎo)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(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)算例和培訓(xùn)文檔，為高年級本科生的課程設(shè)計(jì)提供學(xué)習(xí)參考。

3、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

?快速入門實(shí)驗(yàn)

?機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)認(rèn)識實(shí)驗(yàn)

?機(jī)器人控制系統(tǒng)認(rèn)識實(shí)驗(yàn)

?機(jī)器人示教編程與再現(xiàn)控制

?機(jī)器人坐標(biāo)系建立

?機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

?機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

?機(jī)器人軌跡規(guī)劃離線仿真實(shí)驗(yàn)

?機(jī)器人空間直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)

?機(jī)器人搬運(yùn)實(shí)驗(yàn)

4、六自由度機(jī)器人半實(shí)物實(shí)驗(yàn)平臺（教學(xué)版）實(shí)驗(yàn)示例

（1）機(jī)器人軌跡規(guī)劃離線仿真實(shí)驗(yàn)

基于Matlab開發(fā)的六關(guān)節(jié)機(jī)器人的軌跡規(guī)劃仿真軟件sxTeach，為學(xué)生初步學(xué)習(xí)機(jī)器人軌跡規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)學(xué)正逆解算法提供了離線仿真環(huán)境。試驗(yàn)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(gè)關(guān)節(jié)角度 ? 設(shè)置末端位置? 編輯運(yùn)動(dòng)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(yùn)算后，直接得到6個(gè)關(guān)節(jié)角度曲線。

軌跡規(guī)劃仿真軟件sxTeach的后臺運(yùn)算采用M語言編寫，且所有源代碼均向用戶開放。

（2）機(jī)器人空間直線運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)

在完成機(jī)器人離線仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，本平臺更多地是使用真實(shí)的機(jī)器人實(shí)物本體作為控制對象。用戶基于Matlab Simulink可快速完成機(jī)器人控制算法的開發(fā)，經(jīng)自動(dòng)編譯后生成VxWorks實(shí)時(shí)系統(tǒng)代碼，最后實(shí)時(shí)代碼部署到實(shí)時(shí)仿真器中運(yùn)行，并通過多軸運(yùn)動(dòng)控制卡實(shí)現(xiàn)對機(jī)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(jī)器人控制系統(tǒng)模型，包括了軌跡規(guī)劃算法模型、逆運(yùn)動(dòng)學(xué)算法模型、單軸速度控制模型、六軸電機(jī)編碼器反饋模型等。

在六關(guān)節(jié)機(jī)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(yùn)動(dòng)控制的硬件模型庫。用戶可基于本實(shí)驗(yàn)示例，任意替換機(jī)器人控制模型的各個(gè)算法模塊，在無需關(guān)注底層軟硬件接口實(shí)現(xiàn)的前提下，快速驗(yàn)證自己的機(jī)器人控制系統(tǒng)算法模型。

5、現(xiàn)有用戶

?北京交通大學(xué)  ?中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心  ?青島大學(xué)  ?洛陽師范學(xué)院  ?中南大學(xué)

?上海理工大學(xué)  ?上海工程技術(shù)大學(xué)  ?北方民族大學(xué)  ?北京航空航天大學(xué) ?江西理工大學(xué)