開源智能雙臂協(xié)作機(jī)器人

發(fā)布日期：2021-07-19 瀏覽次數(shù)：2258

一、前言

為更好地賦能機(jī)器人的教學(xué)、科研和產(chǎn)業(yè)化，公司推出自主研發(fā)的開源智能雙臂協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)，核心運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和伺服驅(qū)動(dòng)器全自主開發(fā)。采用基于模型設(shè)計(jì)（MBD）工程開發(fā)方法實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)算法開發(fā)與應(yīng)用，提供豐富的控制案例程序，配套有上位機(jī)監(jiān)控軟件，可實(shí)時(shí)修改控制參數(shù)、監(jiān)控機(jī)械臂的參數(shù)，不僅方便教學(xué)，還能為深層次的協(xié)作機(jī)械臂或相關(guān)的機(jī)器人科研提供支撐。

該平臺(tái)有以下幾大特色：

（1）具有強(qiáng)大的算法庫：自主研發(fā)的開源智能機(jī)器人控制系統(tǒng)，集合了機(jī)器視覺、智能力控、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)以及機(jī)器學(xué)習(xí)等算法，采用ROS控制系統(tǒng)對(duì)視覺、夾爪、機(jī)械臂、力傳感器進(jìn)行聯(lián)調(diào)控制，并全部開源；

（2）協(xié)作機(jī)械臂的控制系統(tǒng)全部開源，伺服驅(qū)動(dòng)器是自主研發(fā)，提供正逆運(yùn)動(dòng)學(xué)、笛卡爾空間和關(guān)節(jié)空間的軌跡規(guī)劃、重力補(bǔ)償、零力拖動(dòng)示教、柔順控制（阻抗控制）等運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)算法實(shí)驗(yàn)案例；

（3）提供3D視覺開源算法，包括圖像處理基礎(chǔ)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)，邊沿、線段、輪廓檢測(cè)，支持向量機(jī)SVM、最近鄰分類算法KNN機(jī)器學(xué)習(xí)算法，機(jī)械臂和視覺系統(tǒng)的手眼標(biāo)定，視覺抓取，雙臂視覺標(biāo)定和作業(yè)等實(shí)驗(yàn)；

（4）完善的系統(tǒng)開放性及定制能力，豐富的軟硬件接口，支持EtherCAT、CAN、Ethernet等多種通訊方式采用研究人員自主的控制系統(tǒng)進(jìn)行控制，也可以用系統(tǒng)自帶的Simulink和ROS進(jìn)行系統(tǒng)的開發(fā)；

（5）提供豐富的應(yīng)用場(chǎng)景：?jiǎn)伪鄄僮?，雙臂協(xié)同，柔順控制，力控裝配，拖動(dòng)示教等特點(diǎn)；

（6）支持多傳感器融合，支持智能語音控制、智能圖像識(shí)別控制、5G遠(yuǎn)程圖傳、遠(yuǎn)程控制等應(yīng)用擴(kuò)展。

表1 雙臂基本參數(shù)

二、實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

2.1 機(jī)械臂本體

協(xié)作機(jī)械臂本體技術(shù)參數(shù)如表2所示，本體為六自由度，額定負(fù)載3Kg，最大工作半徑666mm，本體自重11.5Kg，結(jié)構(gòu)緊湊，易于安裝。機(jī)械臂具有碰撞保護(hù)功能，工作安全適合人機(jī)協(xié)同的場(chǎng)合。機(jī)械臂關(guān)節(jié)模組采用智能集成化設(shè)計(jì)，將諧波減速機(jī)、力矩電機(jī)、高精度絕對(duì)值編碼器、高精度增量式光電編碼器、驅(qū)動(dòng)器等集成一體，每個(gè)機(jī)器人關(guān)節(jié)通過EtherCAT總線組網(wǎng)。

單臂尺寸

表2 單臂參數(shù)

2.2 cSPACE控制器

雙臂控制系統(tǒng)采用cSPACE控制與半實(shí)物仿真系統(tǒng)操作系統(tǒng)版，基于x86硬件架構(gòu)和MATLAB/Simulink聯(lián)合開發(fā)。硬件外設(shè)接口豐富，并配有一套功能強(qiáng)大的監(jiān)控軟件。結(jié)合計(jì)算機(jī)仿真和嵌入式實(shí)時(shí)控制技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)硬件在回路（HIL）和快速控制原型（RCP）設(shè)計(jì)的功能，也是用于進(jìn)行基于模型設(shè)計(jì)（MBD：Model-BasedDesign）控制系統(tǒng)開發(fā)的教學(xué)和科研產(chǎn)品。cSPACE控制器如下圖所示，控制器參數(shù)如表3所示，是可對(duì)標(biāo)國(guó)際先進(jìn)的控制與半實(shí)物仿真領(lǐng)域的產(chǎn)品。