用户故事

可重构机器人使多伦多大学学生研究现实工业机器人

挑战

为工科学生提供低成本的学习环境,学习各种工业机器人的设计与控制

解决方案

使用MATLAB和Simuli万博1manbetxnk开发一个集成环境,对可重构机器人进行仿真、可视化和优化设计

结果

  • 为工业工作做好准备的学生
  • 复杂优化自动化
  • 消除了几个月的开发时间

“通过MATLAB和Simulin万博1manbetxk,我们开发了一个低成本的设计和仿真环境,使学生能够以现实的方式应用运动学、动力学和机器人操纵器控制的理论方面,优化他们的设计,并看到这些设计的行动。”

多伦多大学Reza Emami博士
多伦多大学航空航天研究所可重构机械手。

由于预算限制,大多数大学机器人实验室最多只能提供一种基本机器人。因此,学生在机器人及其控制系统的设计方面几乎没有实际操作经验,对工业中常用的机器人操作器的接触也非常有限。

为了解决这些限制,多伦多大学航空航天研究所开发了一种可重构机器人机械手和集成设计与仿真环境(IDSE)。使用MATLAB构建®和仿真软万博1manbetx件®,机器人和IDSE使学生能够设计、模拟、优化和操作当今工业中使用的机器人操作器的大多数配置。

“通过Sim万博1manbetxulink和Simulink三维动画,学生可以想象机器人的逼真模拟,”多伦多大学航空航天研究所高级讲师Reza Emami博士说。“使用IDSE,学生们可以在实际的机器人操作器上测试他们的设计之前,确定给定任务的运动学、动力学和控制参数的最佳配置。”

机器人手臂的三维仿真。

挑战

当Emami博士开始在多伦多大学教授新的机器人课程时,实验室里没有机器人。学生们使用了初步的模拟,直到课程获得了一些桌面机器人。这些都太简单了,Emami博士无法演示工业机器人的各个方面,但购买各种机器人,以及为这门热门课程的所有学生购买足够的每种类型的机器人,成本将高得让人望而却步。

Emami博士的主要目标是开发一种可重构的机器人机械手,让学生不仅参与控制系统的设计,还参与机器人本身的设计。他还希望确保设计环境易于使用和远程访问。他解释说:“我们需要学生能够在最少的训练下使用IDSE来设计机器人,优化控制参数,并看到他们的设计在实验室工作。”。

解决方案

Emami博士和他的学生和工程师团队使用MATLAB和Simulink万博1manbetx可重构机器人的建模并构建IDSE。

通过使用Simscape Mult万博1manbetxibody Link导入其CAD装配的XML表示,他们生成了机器人的Simulink和Simscape Multibody™模型,然后添加了用于Simscape Electrical™的驱动器和其他电子组件的块。他们使用Simscape electric™晶体管模块为电机和螺线管的驱动电路建模。他们使用Simscape™在模型中集成机械和电气子系统。

使用Simu万博1manbetxlink 3D动画™, 该小组从模型中创建了一个动画3D表示,使学生能够在虚拟现实环境中可视化机器人。

在MATLAB和Simulink中,Emam万博1manbetxi博士和他的同事开发了IDSE用户界面和学生完成课程作业所需的附加模块。

通过Simulink Control Design™和Simulink Design万博1manbetx optimization™实现的优化模块,使学生能够通过识别一组最优的动力学、运动学和控制参数来配置机器人,以实现特定的轨迹或任务。

对于课程作业,学生使用MATLAB和控制系统工具箱™在时域和频域创建绘图和可视化系统行为,以及计算比例、导数和积分增益的每个关节在选定的配置。

学生使用IDSE完成设计、模拟和优化练习,并可视化机器人的3D动画。最终,一旦他们通过模拟验证了他们的设计,学生们将在实际的机器人上进行测试。

结果

  • 为工业工作做好准备的学生. Emami博士说:“我们的学生现在有了一个可重新配置的平台,使他们能够探索他们在行业中可能遇到的各种机器人配置。”。“他们正在学习为给定任务设计优化的机器人,如果他们只使用一种固定配置的机器人操纵器,这是不可能的。”

  • 复杂优化自动化.“我们的机器人总共有18个自由度,起初我对软件优化工具处理如此复杂问题的能力表示怀疑,”Emami博士说。“我们发现Simulink控制万博1manbetx设计和Simulink设计优化在如此复杂、现实的系统中工作得很好,这是我在其他工具中所没有看到的。”

  • 消除了几个月的开发时间.Emami博士说:“将我们的CAD组件转换成Simscape多体模型的能力为我们节省了几个月的开发时间。“结果模型为我们的设计环境提供了核心仿真和可视化功能的基础。”

多伦多大学是世界上提供MATLAB和Simulink校园访问的1300所大学之一。万博1manbetx通过校园范围许可,研究人员、教师和学生可以访问最新版本的产品的公共配置,以便在教室、家中、实验室或实地使用。s manbetx 845