机器人创新实践实验室解决方案

方案简介

机器人创新实践实验室解决方案选用HEBI机器人开发套件作为主要硬件设备,它由X系列智能执行器、输入输出接口板、夹持器与其他配件组成,配以软件开发工具和完善的教程与实验指导书,可用于机器人结构组成、机器人快速原型、机器人定制开发、机器学习、机器人控制技术、非结构化环境等方面的创新实验和实训项目,能够有效训练和培养学生在机器人应用和开发方面的实践能力和创新能力。

适用专业 机器人工程、工业机器人技术、机械工程、机械设计制造及其自动化、机械电子工程、自动化、仪器科学与技术
适用课程 机器人学导论、机器人机械系统、机器人控制技术、机器人视觉与传感技术、工业机器人应用与编程、工业机器人控制技术
适用实践环节 机器人技术综合实训、毕业设计、自动生产线的集成与控制、自动控制系统设计与实践、运动控制系统项目训练
方案组成与特点

机器人创新实践实验室解决方案提供的HEBI机器人开发套件由一系列模块组成,每个模块都是一个弹性执行器,可分别或同时对扭矩、位置和速度等进行控制。同时,它还集成有多种传感器,可为用户提供定制个性化机器人所需要的一切。

X系列智能执行器

作为机器人开发套件的主要组成部分,强大的X系列智能执行器让工程师、研究人员、工业集成商甚至大学生能够快速、轻松地定制出任何配置的世界级机器人。

这些执行器都装有传感器,能够进行位置、速度和灵敏的转矩控制以及三轴惯性测量。

每个执行器都是一套弹性执行机构,它将无刷电机、齿轮传动链、弹簧、编码器和电子控制元件紧凑地集成到一起,并支持18V-48V直流电源和标准的10/100Mbps以太网通信接口。

X系列机器人执行机构是一个功能齐全的机器人模块组件而不仅仅是一个简单的伺服电机。它无需校准或回原点即可实现连续地旋转输出,并包含一个用于布线的通孔。这使得这些执行机构可用于从轮式机器人到多自由度协作机器人手臂的任何机器人。

HEBI机器人提供了跨平台的软件工具,如实时绘图、MATLAB、ROS和C / C++ API等,这些工具使配置和控制X执行器变得轻而易举。

型号 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
连续扭矩 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
质量 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
电源 18-48V DC (标称24V)
连续电流: 0.8 A @ 24V
最大电流: 2.4 A @ 24V
18-48V DC (标称24V )
连续电流: 2.0 A @ 24V
最大电流: 4.5 A @ 24V
温度 -10°C to 50°C
通信 100 Mbps以太网(双端口)
角分辨率 0.005°
扭矩分辨率 0.01 Nm
背隙 +/- 0.25°
传感器 角位置角速度
输出扭矩
三轴加速记/陀螺仪
温度
电压
电流
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(如图4所示)允许用户通过HEBI API和框架与第三方产品进行连接和交互。该模块提供了模拟和数字输入、数字和PWM输出、编码器输入等等。

X系列夹持器

X系列夹持器拥有两个轻巧的手指,具有连续转动性能和可定制的手指。电缆驱动设计与远程放置的驱动使机器人手臂具有更高的有效载荷,同时保持高握力。此外,由于X系列执行器是弹性的,所以该系列夹持器可以胜任力感应操作。

HEBI I/O 板

除了X系列智能执行器外,HEBI机器人套件还提供了搭建和配置个性化机器人所需要的各种配件,如机械连接件、电气连接线等。 列出了部分附件,从左到右、从上到下依次为输出管适配器、6管适配器、加型管适配器、轮子适配器、T型槽安装板、电源等。利用这些附件,用户可以方便地定制出各种结构化和非结构化的机器人本体。

软件工具

为了更好地满足多层次实验教学需要,该解决方案配套的跨平台软件工具(如实时绘图等)为用户提供了若干级别的硬件访问权限以便涵盖最广泛的项目和应用程序。方案提供的APIs支持系统级的运动学和轨迹控制以及关节级运动、反馈、日志记录等等,利用这些APIs可以方便地配置和控制X系列执行器。

该方案提供的APIs支持以下几个软件平台(工具):

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

方案特点

该解决方案提供的HEBI机器人开发套件具有如下特点:

快速搭建,定制服务

模块化的设计和丰富的附件搭配以及跨平台的软件支持使其能够快速搭建适用于各种应用场景的机器人。

初级使用者可根据技术文档和标准附件快速搭建机器人,通过使用官方GUI软件进行快速编程实现各种简单功能。

中高级使用者可以自己选用模块配置机器人用以实现更为复杂的功能和进行机器学习等方面的高级研究。

精度高,负载范围大,安全性高,重复使用节约成本

主模块集成的多传感器及紧凑的机械设计使其精度优于同类产品,多种型号的负载范围覆盖了绝大部分应用场景的需要。

采用的应用层软实时和电机驱动层的硬实时系统控制架构实现了在获得较高安全性能的同时给了正常调试与运行一定的容错率,方便了用户进行编程调试。

高安全性带来的耐用性可以使模块被重复安装使用,节约了成本。

实时增益控制,电机PID自定义控制,人机协作

基于其传感器设计(末端检测反馈),使用官方GUI可以实现实时控制,输出多种运动数据甚至输出增益曲线。

运动控制提供四种推荐控制模式和具体应用场景选择,也可以自定义现成级别的电机控制策略。

通过编程可实现与人协作功能。

方案应用

利用该方案提供的HEBI机器人套件搭建自己的机器人就像玩乐高积木一样简单、有趣,有助于激发学生学习和开发机器人相关应用的兴趣,寓教于乐。

该方案可用于以下几个方面的实验和实训教学:

机器人相关的理论学习和实验教学,包括机器人运动学(正向运动学/逆向运动学/雅可比矩阵),自动化控制原理(开环/闭环控制),机器人控制技术(空间坐标系的转化,运动及位置控制)等。/p>

机器人相关的创新创业项目,包括简单机械臂,SCARA机械手,多足机器人,轮式机器人等机械电气实现以及通过编程完成指定任务目标。帮助学生掌握完整机器人平台的结构、搭建流程和简单应用。

机器人相关的实践实训项目,包括复杂机械臂,以及以其搭建的各类机器人平台扩展不同的智能组件实现高级目标或者适用复杂的应用环境。帮助学生学习机器人自动化控制算法的理论和具体实现

利用HEBI机器人套件搭建的机器人系统具有很高的灵活性。当用户的需求、项目方案或者开发进程发生变化时,利用该套件搭建的机器人系统可以方便地对参数和性能进行修改和调整以适应新的项目需要,也可以重新构建成不同类型的其他机器人。

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