隨著技術(shù)的日益成熟以及應(yīng)用的不斷普及，工業(yè)機(jī)器人已開始逐漸融入社會(huì)生產(chǎn)，并發(fā)揮出越來越不可替代的作用。工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)生產(chǎn)中能代替人做某些單調(diào)、頻繁和重復(fù)的長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，或是在危險(xiǎn)、惡劣環(huán)境下的作業(yè)。其中并聯(lián)機(jī)器人與串聯(lián)機(jī)器人是工業(yè)機(jī)器人不可分割的兩個(gè)重要組成部分。

1. 什么是并聯(lián)機(jī)器人

      并聯(lián)機(jī)構(gòu)（Parallel Mechanism，簡(jiǎn)稱PM），可以定義為動(dòng)平臺(tái)和靜平臺(tái)（定平臺(tái)）通過至少兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)鏈相連接，機(jī)構(gòu)具有兩個(gè)或兩個(gè)以上自由度，且以并聯(lián)方式驅(qū)動(dòng)的一種閉環(huán)機(jī)構(gòu)。

      其特點(diǎn)有：結(jié)構(gòu)緊湊，剛度高，承載能力大；無累計(jì)誤差，精度高；占用空間??；速度快，運(yùn)動(dòng)性能佳，部件磨損小，壽命長(zhǎng)。

       六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)是并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)中的一大類，是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究得最多的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，中科深谷6D并聯(lián)機(jī)器人廣泛應(yīng)用于各種訓(xùn)練模擬器如飛行模擬器、艦艇模擬器、海軍直升機(jī)起降模擬平臺(tái)、坦克模擬器、汽車駕駛模擬器、火車駕駛模擬器、地震模擬器以及動(dòng)感電影、動(dòng)感娛樂設(shè)備等領(lǐng)域，甚至可用到空間宇宙飛船的對(duì)接，空中加油機(jī)的加油對(duì)接中。

開源桌面6D并聯(lián)機(jī)器人如何應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)

       機(jī)器人技術(shù)是高等教育自動(dòng)化專業(yè)的一個(gè)重要的研究方向，集中了機(jī)械工程、電子技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制理論以及人工智能等多學(xué)科領(lǐng)域的最新研究成果，是當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展最活躍的領(lǐng)域之一 ，因此，以機(jī)器人作為研究對(duì)象開展實(shí)踐教學(xué)具有非常重要的意義，有利于開拓學(xué)生視野，從系統(tǒng)的角度培養(yǎng)學(xué)生對(duì)綜合知識(shí)的運(yùn)用，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)。

       從機(jī)器人教學(xué)角度來看，中科深谷并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)提供機(jī)器人建模仿真、運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解等實(shí)驗(yàn)案例，并針對(duì)實(shí)驗(yàn)案例，提供相應(yīng)的開源算法，可以滿足高等院校、科研機(jī)構(gòu)在傳動(dòng)及控制技術(shù)領(lǐng)域的教學(xué)科研等工作。

Simscapae建模圖

Simscapae仿真圖

       另一方面，該機(jī)器人可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的高精度抓取控制，配合視覺系統(tǒng)等輔 助設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)高復(fù)雜度的綜合性和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)。因此，中科深谷并聯(lián)機(jī)器人是開展機(jī)器人及其相關(guān)課程教學(xué)的很好平臺(tái)。

       結(jié)合教學(xué)和科研需要，中科深谷自主開發(fā)開源桌面6D并聯(lián)機(jī)器人系統(tǒng)該系統(tǒng)硬件上由由六支輕型可伸縮電動(dòng)缸、上下平臺(tái)以及上下各六只萬向節(jié)組成。 機(jī)械結(jié)構(gòu)采用輕便化設(shè)計(jì)，占地面積小，重量輕，可安裝于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上。

       機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)軟件部分采用 MBD（Model-Based Design）開發(fā)方式，并以圖形化的建模工具 MATLAB/Simulink 對(duì)復(fù)雜的邏輯進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析、仿真、開發(fā)。提供底層伺服開源的算法及實(shí)驗(yàn)案例，支持用戶進(jìn)行電機(jī)算法研究以及二次開發(fā)，最大程度滿足高校各專業(yè)的教學(xué)科研需求。

Simulink逆解控制圖

Simulink仿真圖

       通過六支電動(dòng)缸的伸縮運(yùn)動(dòng)，完成上平臺(tái)在空間六個(gè)自由度（x，y，z，α，β，γ）的運(yùn)動(dòng)，從而可以模擬出各種空間運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，可在一套系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)建模、仿真、實(shí)時(shí)控制并三維 物理模型動(dòng)態(tài)顯示。

Simulink模型圖

       同時(shí)系統(tǒng)配備人機(jī)交互界面友好的上位機(jī)軟件系統(tǒng)，可進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制及實(shí)時(shí)位姿反饋，支持?jǐn)?shù)據(jù)波形顯示觀測(cè)、記錄、在線修改以及其他自定義控制命令下發(fā)。

教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

       在日常發(fā)教學(xué)中，中科深谷開源桌面6D并聯(lián)機(jī)器人課支撐下列所有實(shí)驗(yàn)，所有實(shí)驗(yàn)程序均在MATLAB/Simulink中編寫，所有程序源代碼均開放，可以自由修改。

本科和研究生教學(xué)課程

1. 機(jī)器人學(xué)

2. 機(jī)器人建模與仿真

3. 機(jī)器人操作系統(tǒng)

4. 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

支持科研方向

1. 并聯(lián)機(jī)器人正解算法研究

2. 并聯(lián)機(jī)器人速度加速度研究

3. 并聯(lián)機(jī)器人應(yīng)用

4. 并聯(lián)機(jī)器人建模研究

5. 并聯(lián)機(jī)器人控制研究

實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用

       目前中科深谷開源桌面6D并聯(lián)機(jī)器人在安徽工業(yè)大學(xué)國(guó)合基地與省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目中成功驗(yàn)收，相信未來該設(shè)備在安徽工業(yè)大學(xué)教學(xué)于科研中會(huì)發(fā)揮更大的作用，賦能安徽工業(yè)大學(xué)工程人才培養(yǎng)。