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机器人仿真平台建设方案
    发布时间: 2020-06-03 16:56    

进行机器人仿真实验可以快速有效的检验机器人相关课程的学习理论,也可以为实际机器人控制程序的编写提供参考。

本方案以Matlab/Simulink软件平台为依托,以Speedgoat实时仿真器为载体,搭建了机器人仿真实验平台。本平台可以进行纯软件的3D机器人仿真,同时也可以无缝的将仿真算法在模拟机器人平台上进行验证。


一、软件仿真平台


1、基于Matlab的Simscape工具箱进行机器人建模

Simscape工具箱简介视频

  • 包含电气、驱动、刚体、关节、流体等多个模型库。

  • 可手动搭建多刚体模型,亦可从CAD软件导入机器人模型。

  • 3D可视化功能,可以实时看到模型运动状态。

  • 可编译为C代码,下载到dSPAE/Speedgoat中。

基于Simscape工具箱对机器人建模主要有两种方案,一种是基于对机器人的动力学和运动学理论推导建模,另外一种是基于机器人的3D模型进行建模。本平台采用联合建模的方式,将得到机器人更为准确的模型。

优点

缺点

理论建模

参数准确,建模过程清晰

建模过程繁琐,不适合复杂机器人模型

CAD导入建模

方便快捷,适合复杂模型

需要CAD模型,并且由CAD计算的机器人参数有可能不准确

联合建模

本方案中的机器人建模采用理论和CAD导入两种方式联合建模。基本框架由CAD模型生成,模型参数由CAD软件和理论动力学分析联合组成。除了多实体外,还可对电机、减速器、传感器等其他部件进行建模。

2、理论建模过程

以单摆为例,其他复杂模型建模原理类似


3、由CAD导入建模



4、软件仿真系统


二、机器人模拟仿真平台


上述的机器人仿真过程可以实现机器人运动学的仿真,但是由于在Windows下的运算不是实时运算,软件仿真只能从算法原理层面进行验证。本方案的第二步,是将仿真中用到的算法和实际机器人结合,通过Speedgoat控制器来对机器人模拟仿真平台进行实验。

由于Speedgoat控制器可以和Matalb/ Simulink无缝兼容,在上一步仿真中使用的纯软件部分可以直接编译下载到Speedgoat控制器中。因此,Speedgoat控制器就是一个真是的机器人控制器,可以产生实际的物理控制信号。在实验室可以选用六个机器人关节电机,用来模拟六轴机器人。从而将第一步仿真中编写的控制程序进行实时测试。各个关节的反馈数据可以在上位机中进行显示,从而安全的进行机器人运动学算法的验证。
三、实际机器人控制平台方案


经过上述实验后,对于机器人的软件编程和控制接口已相当熟悉,可以选择相同硬件接口的真实的机器人,进行机器人视觉抓取、机器人力控等其他算法的测试。本方案设计了从纯软件仿真----模拟平台仿真----真实机器人控制三个步骤,三个步骤中软件算法部分都是基于Simulink编写的,并且是可以共用的,唯一的区别就是在进行硬件实验时,需要简单更改控制器和驱动器的硬件接口。经过本平台的三步实验,用户可以全面的掌握Matlab/Simulink中机器人算法的编写方法,得到机器人相关理论和实践技能的提升。
项目方案如下: