PART 01  背景

      機(jī)器人被譽(yù)為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，其研發(fā)、制造和應(yīng)用是衡量一個國家科技創(chuàng)新和高端制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。當(dāng)前，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，正極大改變著人類生產(chǎn)和生活方式，為經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展注入強(qiáng)勁動能。

       為了培養(yǎng)具備掌握機(jī)器人系統(tǒng)分析、設(shè)計、開發(fā)和應(yīng)用技能的人才，高等學(xué)校機(jī)器人工程專業(yè)開設(shè)了《機(jī)器人學(xué)》、《機(jī)器人控制技術(shù)》等課程。此類課程理論性和實踐性較高，具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性和工程性。為了解決學(xué)生很難將理論與實踐相結(jié)合，無法解決實際工程問題的問題，建設(shè)機(jī)器人技術(shù)與系統(tǒng)實驗室，以培養(yǎng)滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要的創(chuàng)新型人才。

PART 02  簡介

       該機(jī)器人系統(tǒng)實驗室以開源三軸協(xié)作機(jī)械臂系統(tǒng)和開源六軸協(xié)作機(jī)械臂系統(tǒng)為載體，采取虛實結(jié)合、循序漸進(jìn)的教學(xué)方式，開展系統(tǒng)原理及基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)認(rèn)知、機(jī)器人運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)及控制技術(shù)研究、機(jī)器人高級動力學(xué)算法開發(fā)等創(chuàng)新實踐教學(xué)。在實踐環(huán)節(jié)中，遵循從簡單認(rèn)知型實驗到綜合設(shè)計型實驗的過渡，實現(xiàn)了實踐教學(xué)從簡單到復(fù)雜，從學(xué)生實驗技巧的培養(yǎng)到學(xué)生設(shè)計創(chuàng)新能力提升的過渡?；谏罟葘W(xué)院線上平臺，提供在線課程、在線實戰(zhàn)案例講解，提供機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)算法與相應(yīng)的程序案例，為學(xué)生更好的掌握理解算法在實踐中的應(yīng)用。

實驗室建設(shè)效果圖

PART 03   實驗教學(xué)安排

（1）機(jī)器人學(xué)內(nèi)容

      通過前期對機(jī)器人本體的結(jié)構(gòu)認(rèn)知了解后，可以著手對機(jī)器人系統(tǒng)的空間坐標(biāo)系、姿態(tài)變換、運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)方程的表示與求解進(jìn)行學(xué)習(xí)，深入研究機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動及工作原理。

（2）機(jī)器人控制技術(shù)內(nèi)容

       通過關(guān)節(jié)空間和笛卡爾空間軌跡規(guī)劃、單雙關(guān)節(jié)PID動力學(xué)和自適應(yīng)控制、零力拖動、參數(shù)辨識、柔順控制、碰撞保護(hù)等控制算法的研究，可使機(jī)器人在各種不利因素的干擾下仍能維持系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，保證控制精度與效果。

（3）創(chuàng)新實踐內(nèi)容

       基于開源的驅(qū)動系統(tǒng)和平臺，末端可以選配六維力傳感器，結(jié)合實際的應(yīng)用需求進(jìn)行高級動力學(xué)算法研究與測試。也可以通過真實項目案例包，由學(xué)生自行進(jìn)行創(chuàng)新性的開發(fā)，提升學(xué)生解決實際工程問題的能力。

PART 04   部分實驗室案例

PART 05  科研論文

論文名稱：Model-based robust control design and experimental validation of collaborative industrial robot system with uncertainty

期刊索引情況：SCI   

 影響因子：2.4

收錄于：ASIAN JOURNAL OF CONTROL論文

內(nèi)容簡介

       在傳統(tǒng) PID 控制和魯棒控制算法的基礎(chǔ)上，針對具有不確定性的 6-DOF 協(xié)作工業(yè)機(jī)器人設(shè)計了一種新型實用的魯棒控制方法。所提出的算法由魯棒控制項和基于模型的 PD 控制項組成，我們稱之為 MPDP 控制器。通過 Lyapunov 理論分析表明，該算法能夠保證系統(tǒng)的均勻有界性和均勻終極有界性。仿真和實驗表明，與 PID 控制器相比，MPDP 控制器的穩(wěn)態(tài)跟蹤誤差更小，魯棒性更好，在機(jī)器人中具有良好的性能。

論文依托平臺

       CSPACE 控制平臺內(nèi)部采用的處理器是國產(chǎn)公司瑞芯微的RK3568處理器。RK3568緊隨ARM架構(gòu)的更新迭代，采用A55架構(gòu)和G52圖形處理器，讓產(chǎn)品性能不斷地提升，同時采用22nm的先進(jìn)工藝，可有效提高能耗表現(xiàn)。支持LP4/LP4x/LP3/DDR4/DDR3，最高頻率1600Mhz，最大容量支持8GB DDR3及DDR4支持2片選模式，最大容量支持8GB 支持DDR3及DDR4 ECC。

       RK3568擁有豐富的功能拓展接口，可有效提高行業(yè)定制的拓展性。RK3568支持PCIE3.0 1×2/2x1Lanes，同時支持PCIE2.1 1x1Lane，滿足4G/5G、wifi6、多網(wǎng)口、NPU等擴(kuò)展需求。RK3568支持3x SATA3.0，解決傳統(tǒng)AP處理器USB擴(kuò)展SATA各種不穩(wěn)定問題，最多支持4路USB口，1xUSB3.0/USB2.0 HOST + 1xUSB3.0/USB2.0 OTG + 1xUSB2.0 HOST + 1xUSB2.0 HOST。支持雙千兆以太網(wǎng)口，并且支持QSGMII以減少IO口占用，滿足工控及物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)等的多網(wǎng)口需求。能夠?qū)崿F(xiàn)代碼自動生成、快速成型和嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)功能。CSPACE系統(tǒng)能進(jìn)行算法的快速實現(xiàn)，為研究人員的算法驗證提供了很大的便利，也使得論文能夠從理論出發(fā)，落腳于實驗，大大增強(qiáng)了論文的可靠性。

PART 06   產(chǎn)品介紹

       開源協(xié)作機(jī)器人是基于CSPACE控制系統(tǒng)和MATLAB/Simulink開發(fā)的教科研平臺。其由機(jī)械臂本體（多個（3、6、7個）機(jī)械臂關(guān)節(jié)及其連桿和底座）、控制系統(tǒng)、上位機(jī)和穩(wěn)壓電源組成。每個機(jī)械臂關(guān)節(jié)由諧波減速機(jī)、力矩電機(jī)、高精度絕對值編碼器、高精度增量式光電編碼器和伺服驅(qū)動器組成。該機(jī)械臂系統(tǒng)使用全自主研發(fā)的關(guān)節(jié)驅(qū)動器及運(yùn)動控制器，為教學(xué)和科研提供優(yōu)越的開放性支撐。

      該系統(tǒng)控制算法源代碼開源，提供豐富的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)控制實驗以及伺服電機(jī)控制實驗案例，如運(yùn)動學(xué)實驗、單雙關(guān)節(jié)PID動力學(xué)算法實驗、單關(guān)節(jié)自適應(yīng)控制算法實驗以及單雙關(guān)節(jié)零力拖動實驗等。

開源三軸協(xié)作機(jī)器人

開源六軸協(xié)作機(jī)器人

產(chǎn)品特點

1、工業(yè)級產(chǎn)品

開源成熟工業(yè)機(jī)械臂產(chǎn)品為實驗載體，支持多種教學(xué)實驗及科研領(lǐng)實驗。

2、控制周期短

控制器采用CSPACE進(jìn)行開發(fā)，控制周期≤1ms。

3、全自主開發(fā)

單關(guān)節(jié)模組伺服驅(qū)動器自主開發(fā)，性能優(yōu)異。

4、開源開放

開放電流、速度、位置三環(huán)控制，支撐高級動力學(xué)算法研究，深度開源，提供豐富的機(jī)械臂運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)控制案例。

5、先進(jìn)編程方法

采用Matlab/Simulink軟件進(jìn)行編程，更深入研究高級自動控制算法。

6、開發(fā)案例豐富

可進(jìn)行參數(shù)辨識、柔順控制、拖動示教、碰撞保護(hù)等高級動力學(xué)算法和機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)。

7、實驗案例豐富

可進(jìn)行冗余自由度機(jī)器人方面高級運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)控制相關(guān)科研實驗以及拉格朗日模型、PID、自適應(yīng)控制、帶摩擦力和重力補(bǔ)償?shù)葎恿W(xué)實驗。