一、產(chǎn)品概述

為更好地賦能機(jī)電一體化、運(yùn)動控制、伺服驅(qū)動、機(jī)器人技術(shù)的教學(xué)和研究，我司采用市場上量產(chǎn)的XYZ三軸點(diǎn)膠平臺作為控制對象，采用自主的交流伺服電機(jī)驅(qū)動器、運(yùn)動控制器，研發(fā)出XYZ型機(jī)器人系統(tǒng)產(chǎn)品，提供給本科教學(xué)和科研使用。核心運(yùn)動控制系統(tǒng)和伺服驅(qū)動器全自主開發(fā)，控制軟件和算法都可開源。采用基于模型設(shè)計(jì)（MBD）工程開發(fā)方法實(shí)現(xiàn)XYZ型機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)動控制算法開發(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)控系統(tǒng)平臺的參數(shù)，不僅方便教學(xué)，還能為深層次的XYZ機(jī)器人系統(tǒng)科研提供平臺。

圖4XYZ機(jī)器人系統(tǒng)

該平臺有以下幾大特色：

1、工業(yè)化產(chǎn)品：來源于點(diǎn)膠、鎖螺絲、焊接等工業(yè)應(yīng)用，不是簡單的教具，可以應(yīng)用于工業(yè)；

2、開放性：伺服驅(qū)動器、運(yùn)動控制器底層開源，充分掌握伺服驅(qū)動、運(yùn)動控制核心技術(shù)，一個平臺，可以滿足打通本科教學(xué)、研究生和老師的科研、工程項(xiàng)目應(yīng)用，充分提高設(shè)備的價(jià)值；

3、開發(fā)便捷：可采用C語言、采用基于模型設(shè)計(jì)（MBD）方法在Simulink中進(jìn)行驅(qū)動和控制的程序開發(fā)，快速入門、系統(tǒng)地掌握、便捷地驗(yàn)證自主算法；

4、模塊化設(shè)計(jì)：機(jī)械結(jié)構(gòu)、直線運(yùn)動單元、點(diǎn)膠單元、伺服驅(qū)動、運(yùn)動控制器、控制軟件等符合教學(xué)、科研的設(shè)計(jì)，便于教學(xué)和組合創(chuàng)新；

5、配套齊全：提供詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書、電氣原理圖、主要的機(jī)械圖、軟件，由淺入深，容易掌握；

6、本科教學(xué)：提供伺服電機(jī)、運(yùn)動控制、機(jī)電一體化、機(jī)器人、CAN總線通訊等本科教學(xué)實(shí)驗(yàn)；

7、工程項(xiàng)目和科學(xué)研究：進(jìn)行重力補(bǔ)償、摩擦力補(bǔ)償?shù)雀呒墑恿W(xué)、精密運(yùn)動控制算法的科研，充分利用該平臺，滿足研究生和教師科學(xué)研究和采用該平臺進(jìn)行工程項(xiàng)目研究的需求；

8、高級視覺開發(fā)：可搭配視覺檢測、標(biāo)定等人工智能開發(fā)套件，支撐人工智能的研究。

該系統(tǒng)既可以作為自動化、機(jī)器人、機(jī)械電子、智能制造、機(jī)械工程等專業(yè)中的《機(jī)器人學(xué)》、《機(jī)器人建模與仿真》、《機(jī)器人控制技術(shù)》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》、《伺服電機(jī)及控制》、《機(jī)電一體化技術(shù)》、《機(jī)器人操作系統(tǒng)》、《運(yùn)動控制系統(tǒng)》等課程的配套實(shí)驗(yàn)平臺，也同時(shí)支撐相關(guān)領(lǐng)域的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)及伺服驅(qū)動算法的科研。

二、實(shí)驗(yàn)平臺硬件組成

01 機(jī)器人本體

XYZ機(jī)器人系統(tǒng)平臺包括本體一臺，其中本體內(nèi)部包含控制器1個、伺服驅(qū)動器3個、伺服電機(jī)3個以及開關(guān)電源等，實(shí)現(xiàn)前后直線運(yùn)動的為X軸，實(shí)現(xiàn)左右直線運(yùn)動的橫線為Y軸，實(shí)現(xiàn)上下直線運(yùn)動的為Z軸；其運(yùn)動速度快、功能強(qiáng)大，有效載荷為5Kg。具備經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、即插即用、編程簡單直觀、高精度、高安全性等特點(diǎn)，適用于各類輕型裝配場合。

表1 XYZ機(jī)器人系統(tǒng)本體規(guī)格

機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)尺寸如圖2所示。

圖2XYZ機(jī)器人系統(tǒng)實(shí)物及機(jī)械尺寸

02 機(jī)器人控制器

機(jī)器人控制器具有Simulink自動代碼生成功能，擁有以上所示較豐富的硬件外設(shè)接口，以及一套功能強(qiáng)的監(jiān)控軟件。通過Matlab/Simulink對機(jī)器人控制算法進(jìn)行仿真，對仿真好的控制算法，將輸入、輸出接口替換為控制器的Simulink的輸入輸出模塊，編譯整個模塊就能自動生成DSP代碼，在控制器上運(yùn)行后就能生成該控制算法相應(yīng)的控制信號，從而方便地實(shí)現(xiàn)對被控對象的控制。運(yùn)行過程中通過監(jiān)控軟件，可實(shí)時(shí)修改控制參數(shù)，并以圖形方式實(shí)時(shí)顯示控制結(jié)果；采集的數(shù)據(jù)可以保存到磁盤，研究人員可利用MATLAB對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行離線處理。是搭建機(jī)器人電控系統(tǒng)、快速驗(yàn)證算法、發(fā)表論文和完成科研項(xiàng)目開發(fā)的控制系統(tǒng)開發(fā)平臺。

圖3 控制器

表2 控制器技術(shù)參數(shù)

03 伺服驅(qū)動器

圖4 伺服驅(qū)動器

表3 伺服驅(qū)動器主要性能參數(shù)

MBD開發(fā)流程

運(yùn)動學(xué)Simulink控制框圖

上位機(jī)監(jiān)控軟件 

三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一覽

列表4所列實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為可以在本平臺完成的所有實(shí)驗(yàn)列表，所有實(shí)驗(yàn)程序均在Matlab/Simulink軟件中編寫，所有程序源代碼均開放，可以自由修改，實(shí)驗(yàn)均配有演示視頻。

表4 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

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、現(xiàn)代控制理論

4、機(jī)器人操作系統(tǒng)

5、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

典型教材推薦：

《機(jī)器人學(xué)導(dǎo)論（第四版）》美國斯坦福大學(xué)John.J.Craig 教授

《機(jī)器人控制技術(shù)》陳萬米，上海大學(xué)教授，博士

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（第四版）》顧德英，東北大學(xué)，教授，碩導(dǎo)

《現(xiàn)代控制理論》王宏華河海大學(xué)教授，博士

《機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)》熊有倫華中科技大學(xué)教授博導(dǎo)，科學(xué)院院士

《MATLAB建模與仿真》 哈爾濱理工大學(xué) 副教授，碩導(dǎo)

支撐科研方向：

1、多自由度運(yùn)動平臺控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2、三軸運(yùn)動平臺精密輪廓控制研究

3、三軸運(yùn)動平臺高速運(yùn)動控制規(guī)劃研究

4、XYZ三軸機(jī)器人平臺運(yùn)動軌跡的迭代控制

5、XYZ三軸機(jī)器人平臺曲面力控制輪廓跟隨研究

6、基于機(jī)器視覺的三軸運(yùn)動平臺高速定位控制

四、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)演示視頻

實(shí)驗(yàn)1.單軸伺服CAN總線控制實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)2.三軸運(yùn)動控制（PTP）實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)3.兩軸插補(bǔ)（PT）運(yùn)動控制實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)4.工業(yè)應(yīng)用場景（點(diǎn)膠）實(shí)驗(yàn)

五、主要性能參數(shù)