機器人創新實踐教學實驗室解決方案

方案簡介

機器人創新實踐教學實驗室解決方案專為機器人專業的創新實踐教學而設計,它通過提供的HEBI機器人開發套件使得學生能夠便捷地定制自己的機器人系統,能夠全面、快速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。

機器人創新實踐教學實驗室提供的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。

基于HEBI套件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。

為了更好地滿足多層次實驗教學需要,該解決方案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API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。

HEBI機器人套件應用場景:

機電自動化專業相關理論學習,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。
機器人大賽或機器人平臺的實訓項目,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。
機電自動化專業較為大型的課程項目,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。
理科類計算機類以及機電自動化類等與機器學習有關的學科都可以使用此系列搭建所需的硬件平臺。
作為基于STM系列嵌入式程序開發的實訓項目硬件(其I/O控制板采用STM32F427微處理芯片)但可能需要做一些定制設計。
HEBI機器人開發套件

HEBI機器人開發套件包括X系列智能執行器、I/O板、X系列夾持器(可選配)和所需附件。

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。

HEBI機器人套件特點

用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。同時又能快速搭建世界級機器人用于應用環境復雜的科研和高等教育領域。

快速搭建,定制服務,用戶群體廣泛

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。

對于初級使用者可以根據官方提供的豐富技術文檔(包括機器人平臺的推薦配置,三維數模,二維裝配圖紙,電氣連接圖,部分案例代碼等)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。

對于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。通過MATLAB軟件、開源ROS操作系統以及C/C++,Python等多語言的跨平臺軟件支持使得其系列擁有更強的擴展性。

同時提供模塊功能的結構化設計與特殊定制以及相關各種附件及控制固件的定制,用以滿足高端定制用戶群體的需求。

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。同時其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。內部還配備減震彈簧,可以承受一定的沖擊。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。同時官方提供固件的在線修復服務,便于其控制架構的升級和Bug修復。

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。同時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。通過編程還能實現與人協作的功能。

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