开源智能双臂协作机器人

发布日期：2021-07-19 浏览次数：1648

一、前言

为更好地赋能机器人的教学、科研和产业化，公司推出自主研发的开源智能双臂协作机器人系统，核心运动控制系统和伺服驱动器全自主开发。采用基于模型设计（MBD）工程开发方法实现机械臂运动学、动力学算法开发与应用，提供丰富的控制案例程序，配套有上位机监控软件，可实时修改控制参数、监控机械臂的参数，不仅方便教学，还能为深层次的协作机械臂或相关的机器人科研提供支撑。

该平台有以下几大特色：

（1）具有强大的算法库：自主研发的开源智能机器人控制系统，集合了机器视觉、智能力控、运动学、动力学以及机器学习等算法，采用ROS控制系统对视觉、夹爪、机械臂、力传感器进行联调控制，并全部开源；

（2）协作机械臂的控制系统全部开源，伺服驱动器是自主研发，提供正逆运动学、笛卡尔空间和关节空间的轨迹规划、重力补偿、零力拖动示教、柔顺控制（阻抗控制）等运动学、动力学算法实验案例；

（3）提供3D视觉开源算法，包括图像处理基础知识和实验，边沿、线段、轮廓检测，支持向量机SVM、最近邻分类算法KNN机器学习算法，机械臂和视觉系统的手眼标定，视觉抓取，双臂视觉标定和作业等实验；

（4）完善的系统开放性及定制能力，丰富的软硬件接口，支持EtherCAT、CAN、Ethernet等多种通讯方式采用研究人员自主的控制系统进行控制，也可以用系统自带的Simulink和ROS进行系统的开发；

（5）提供丰富的应用场景：单臂操作，双臂协同，柔顺控制，力控装配，拖动示教等特点；

（6）支持多传感器融合，支持智能语音控制、智能图像识别控制、5G远程图传、远程控制等应用扩展。

表1 双臂基本参数

二、实验平台

2.1 机械臂本体

协作机械臂本体技术参数如表2所示，本体为六自由度，额定负载3Kg，最大工作半径666mm，本体自重11.5Kg，结构紧凑，易于安装。机械臂具有碰撞保护功能，工作安全适合人机协同的场合。机械臂关节模组采用智能集成化设计，将谐波减速机、力矩电机、高精度绝对值编码器、高精度增量式光电编码器、驱动器等集成一体，每个机器人关节通过EtherCAT总线组网。

单臂尺寸

表2 单臂参数

2.2 cSPACE控制器

双臂控制系统采用cSPACE控制与半实物仿真系统操作系统版，基于x86硬件架构和MATLAB/Simulink联合开发。硬件外设接口丰富，并配有一套功能强大的监控软件。结合计算机仿真和嵌入式实时控制技术，能实现硬件在回路（HIL）和快速控制原型（RCP）设计的功能，也是用于进行基于模型设计（MBD：Model-BasedDesign）控制系统开发的教学和科研产品。cSPACE控制器如下图所示，控制器参数如表3所示，是可对标国际先进的控制与半实物仿真领域的产品。