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機器人仿真平臺建設方案
    發布時間: 2020-06-03 16:15    

進行機器人仿真實驗可以快速有效的檢驗機器人相關課程的學習理論,也可以為實際機器人控制程序的編寫提供參考。

本方案以Matlab/Simulink軟件平臺為依托,以Speedgoat實時仿真器為載體,搭建了機器人仿真實驗平臺。本平臺可以進行純軟件的3D機器人仿真,同時也可以無縫的將仿真算法在模擬機器人平臺上進行驗證。


一、軟件仿真平臺


1、基于Matlab的Simscape工具箱進行機器人建模

Simscape工具箱簡介視頻

  • 包含電氣、驅動、剛體、關節、流體等多個模型庫。

  • 可手動搭建多剛體模型,亦可從CAD軟件導入機器人模型。

  • 3D可視化功能,可以實時看到模型運動狀態。

  • 可編譯為C代碼,下載到dSPAE/Speedgoat中。

基于Simscape工具箱對機器人建模主要有兩種方案,一種是基于對機器人的動力學和運動學理論推導建模,另外一種是基于機器人的3D模型進行建模。本平臺采用聯合建模的方式,將得到機器人更為準確的模型。

優點

缺點

理論建模

參數準確,建模過程清晰

建模過程繁瑣,不適合復雜機器人模型

CAD導入建模

方便快捷,適合復雜模型

需要CAD模型,并且由CAD計算的機器人參數有可能不準確

聯合建模

本方案中的機器人建模采用理論和CAD導入兩種方式聯合建模?;究蚣苡?/span>CAD模型生成,模型參數由CAD軟件和理論動力學分析聯合組成。除了多實體外,還可對電機、減速器、傳感器等其他部件進行建模。

2、理論建模過程

以單擺為例,其他復雜模型建模原理類似

3、由CAD導入建模


4、軟件仿真系統


二、機器人模擬仿真平臺


上述的機器人仿真過程可以實現機器人運動學的仿真,但是由于在Windows下的運算不是實時運算,軟件仿真只能從算法原理層面進行驗證。本方案的第二步,是將仿真中用到的算法和實際機器人結合,通過Speedgoat控制器來對機器人模擬仿真平臺進行實驗。


由于Speedgoat控制器可以和Matalb/ Simulink無縫兼容,在上一步仿真中使用的純軟件部分可以直接編譯下載到Speedgoat控制器中。因此,Speedgoat控制器就是一個真是的機器人控制器,可以產生實際的物理控制信號。在實驗室可以選用六個機器人關節電機,用來模擬六軸機器人。從而將第一步仿真中編寫的控制程序進行實時測試。各個關節的反饋數據可以在上位機中進行顯示,從而安全的進行機器人運動學算法的驗證。
三、實際機器人控制平臺方案


經過上述實驗后,對于機器人的軟件編程和控制接口已相當熟悉,可以選擇相同硬件接口的真實的機器人,進行機器人視覺抓取、機器人力控等其他算法的測試。本方案設計了從純軟件仿真----模擬平臺仿真----真實機器人控制三個步驟,三個步驟中軟件算法部分都是基于Simulink編寫的,并且是可以共用的,唯一的區別就是在進行硬件實驗時,需要簡單更改控制器和驅動器的硬件接口。經過本平臺的三步實驗,用戶可以全面的掌握Matlab/Simulink中機器人算法的編寫方法,得到機器人相關理論和實踐技能的提升。
項目方案如下:

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