機器人創新實踐實驗室解決方案

方案簡介

機器人創新實踐實驗室解決方案選用HEBI機器人開發套件作為主要硬件設備,它由X系列智能執行器、輸入輸出接口板、夾持器與其他配件組成,配以軟件開發工具和完善的教程與實驗指導書,可用于機器人結構組成、機器人快速原型、機器人定制開發、機器學習、機器人控制技術、非結構化環境等方面的創新實驗和實訓項目,能夠有效訓練和培養學生在機器人應用和開發方面的實踐能力和創新能力。

適用專業 機器人工程、工業機器人技術、機械工程、機械設計制造及其自動化、機械電子工程、自動化、儀器科學與技術
適用課程 機器人學導論、機器人機械系統、機器人控制技術、機器人視覺與傳感技術、工業機器人應用與編程、工業機器人控制技術
適用實踐環節 機器人技術綜合實訓、畢業設計、自動生產線的集成與控制、自動控制系統設計與實踐、運動控制系統項目訓練
方案組成與特點

機器人創新實踐實驗室解決方案提供的HEBI機器人開發套件由一系列模塊組成,每個模塊都是一個彈性執行器,可分別或同時對扭矩、位置和速度等進行控制。同時,它還集成有多種傳感器,可為用戶提供定制個性化機器人所需要的一切。

X系列智能執行器

作為機器人開發套件的主要組成部分,強大的X系列智能執行器讓工程師、研究人員、工業集成商甚至大學生能夠快速、輕松地定制出任何配置的世界級機器人。

這些執行器都裝有傳感器,能夠進行位置、速度和靈敏的轉矩控制以及三軸慣性測量。

每個執行器都是一套彈性執行機構,它將無刷電機、齒輪傳動鏈、彈簧、編碼器和電子控制元件緊湊地集成到一起,并支持18V-48V直流電源和標準的10/100Mbps以太網通信接口。

X系列機器人執行機構是一個功能齊全的機器人模塊組件而不僅僅是一個簡單的伺服電機。它無需校準或回原點即可實現連續地旋轉輸出,并包含一個用于布線的通孔。這使得這些執行機構可用于從輪式機器人到多自由度協作機器人手臂的任何機器人。

HEBI機器人提供了跨平臺的軟件工具,如實時繪圖、MATLAB、ROS和C / C++ API等,這些工具使配置和控制X執行器變得輕而易舉。

型號 X5-1 X5-4 X5-9 X8-3 X8-9 X8-16
最大扭矩 2.5 N-m 7 N-m 13 N-m 7 N-m 20 N-m 38 N-m
連續扭矩 1.3 N-m 4 N-m 9 N-m 3 N-m 8 N-m 16 N-m
最大速度 90 RPM 32 RPM 14 RPM 84 RPM 30 RPM 15 RPM
質量 315g 335g 360g 460g 480g 500g
尺寸 43mm x 110mm x 73mm
φ15mm 中心通孔
45mm x 110mm x 73mm
φ15mm 中心通孔
電源 18-48V DC (標稱24V)
連續電流: 0.8 A @ 24V
最大電流: 2.4 A @ 24V
18-48V DC (標稱24V )
連續電流: 2.0 A @ 24V
最大電流: 4.5 A @ 24V
溫度 -10°C to 50°C
通信 100 Mbps以太網(雙端口)
角分辨率 0.005°
扭矩分辨率 0.01 Nm
背隙 +/- 0.25°
傳感器 角位置角速度
輸出扭矩
三軸加速記/陀螺儀
溫度
電壓
電流
APIs MATLAB (Windows / Linux / OS X)
ROS (Linux)
Python (Windows / Linux / OS X)
C/C++ (Windows / Linux / OS X)
C# (Windows)

HEBI I/O 板

HEBI I/O板(如圖4所示)允許用戶通過HEBI API和框架與第三方產品進行連接和交互。該模塊提供了模擬和數字輸入、數字和PWM輸出、編碼器輸入等等。

X系列夾持器

X系列夾持器擁有兩個輕巧的手指,具有連續轉動性能和可定制的手指。電纜驅動設計與遠程放置的驅動使機器人手臂具有更高的有效載荷,同時保持高握力。此外,由于X系列執行器是彈性的,所以該系列夾持器可以勝任力感應操作。

HEBI I/O 板

除了X系列智能執行器外,HEBI機器人套件還提供了搭建和配置個性化機器人所需要的各種配件,如機械連接件、電氣連接線等。 列出了部分附件,從左到右、從上到下依次為輸出管適配器、6管適配器、加型管適配器、輪子適配器、T型槽安裝板、電源等。利用這些附件,用戶可以方便地定制出各種結構化和非結構化的機器人本體。

軟件工具

為了更好地滿足多層次實驗教學需要,該解決方案配套的跨平臺軟件工具(如實時繪圖等)為用戶提供了若干級別的硬件訪問權限以便涵蓋最廣泛的項目和應用程序。方案提供的APIs支持系統級的運動學和軌跡控制以及關節級運動、反饋、日志記錄等等,利用這些APIs可以方便地配置和控制X系列執行器。

該方案提供的APIs支持以下幾個軟件平臺(工具):

MATLAB (Windows / Linux / OS X)
ROS (Linux)
Python (Windows / Linux / OS X)
C/C++ (Windows / Linux / OS X)
C# (Windows)

方案特點

該解決方案提供的HEBI機器人開發套件具有如下特點:

快速搭建,定制服務

模塊化的設計和豐富的附件搭配以及跨平臺的軟件支持使其能夠快速搭建適用于各種應用場景的機器人。

初級使用者可根據技術文檔和標準附件快速搭建機器人,通過使用官方GUI軟件進行快速編程實現各種簡單功能。

中高級使用者可以自己選用模塊配置機器人用以實現更為復雜的功能和進行機器學習等方面的高級研究。

精度高,負載范圍大,安全性高,重復使用節約成本

主模塊集成的多傳感器及緊湊的機械設計使其精度優于同類產品,多種型號的負載范圍覆蓋了絕大部分應用場景的需要。

采用的應用層軟實時和電機驅動層的硬實時系統控制架構實現了在獲得較高安全性能的同時給了正常調試與運行一定的容錯率,方便了用戶進行編程調試。

高安全性帶來的耐用性可以使模塊被重復安裝使用,節約了成本。

實時增益控制,電機PID自定義控制,人機協作

基于其傳感器設計(末端檢測反饋),使用官方GUI可以實現實時控制,輸出多種運動數據甚至輸出增益曲線。

運動控制提供四種推薦控制模式和具體應用場景選擇,也可以自定義現成級別的電機控制策略。

通過編程可實現與人協作功能。

方案應用

利用該方案提供的HEBI機器人套件搭建自己的機器人就像玩樂高積木一樣簡單、有趣,有助于激發學生學習和開發機器人相關應用的興趣,寓教于樂。

該方案可用于以下幾個方面的實驗和實訓教學:

機器人相關的理論學習和實驗教學,包括機器人運動學(正向運動學/逆向運動學/雅可比矩陣),自動化控制原理(開環/閉環控制),機器人控制技術(空間坐標系的轉化,運動及位置控制)等。/p>

機器人相關的創新創業項目,包括簡單機械臂,SCARA機械手,多足機器人,輪式機器人等機械電氣實現以及通過編程完成指定任務目標。幫助學生掌握完整機器人平臺的結構、搭建流程和簡單應用。

機器人相關的實踐實訓項目,包括復雜機械臂,以及以其搭建的各類機器人平臺擴展不同的智能組件實現高級目標或者適用復雜的應用環境。幫助學生學習機器人自動化控制算法的理論和具體實現

利用HEBI機器人套件搭建的機器人系統具有很高的靈活性。當用戶的需求、項目方案或者開發進程發生變化時,利用該套件搭建的機器人系統可以方便地對參數和性能進行修改和調整以適應新的項目需要,也可以重新構建成不同類型的其他機器人。

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