當前位置:首頁 > 公眾號精選 > 嵌入式微處理器
[導讀]?01 一套機械臂系統(tǒng)引發(fā)的思考? 想讓機器人與人類配合無間,或許是機器人領域里最難做的事了。 近日,來自加拿大舍布魯克大學的研究人員開發(fā)出了一種固定在腰間的機械臂系統(tǒng),它可以幫助你完成多種任務。 包括:采摘果實、刷墻、擦玻璃、遞送工具,甚至還有打


 01

一套機械臂系統(tǒng)引發(fā)的思考 

想讓機器人與人類配合無間,或許是機器人領域里最難做的事了。

近日,來自加拿大舍布魯克大學的研究人員開發(fā)出了一種固定在腰間的機械臂系統(tǒng),它可以幫助你完成多種任務。


包括:采摘果實、刷墻、擦玻璃、遞送工具,甚至還有打羽毛球。


在探討機械手對人們的用途時,無論是額外的手指還是一個或兩個額外的機械臂,其功能都常限于緩慢移動的輕量級任務。這些任務往往是持有或攜帶物體,穩(wěn)定物體或使用者等等。但人們想要的并不只是如此,而是能讓我們變成像漫威漫畫里的超級英雄一樣的可穿戴機械臂。

這種類型的可穿戴機械臂被稱為額外機械臂(supernumerary robotic arm)。 本研究的系統(tǒng)有 3 個自由度,由磁流變離合器和靜液壓傳動裝置驅動。

其目標是在眾多工業(yè)和家庭應用中實現(xiàn)如人類手臂一樣的性能。 液壓系統(tǒng)會提供相對較大的動力,但是動力系統(tǒng)本身是通過線纜和使用者連接的,在最大程度上減少了使用者穿戴的質量(保證手臂的慣性較?。瑫r還略微限制了移動性。

機械臂的 Demo 視頻具體參見:



看到這里,有些朋友就會比較關心:

此種復雜的機械臂控制系統(tǒng)到底如何開發(fā),如何設計?


 02

與機器人相關的系統(tǒng)開發(fā)流程


如果我們想學,如何入手?
一般來說,在機器人系統(tǒng)開發(fā)中,開發(fā)流程可分為以下幾個步驟:

從上述開發(fā)過程中,可以看到做機器人開發(fā),不僅僅是算法,還牽扯到軟硬件開發(fā)以及系統(tǒng)聯(lián)調。
大家或多或少都應該有這種體驗,牽扯到結構、硬件等實際設計時,哪怕電路足夠簡單,結構設計足夠完美,一旦需要做成實際的東西,可能就會遇見一些bug。
人非圣賢、孰能無過,引入bug不可怕,能否盡早發(fā)現(xiàn)bug對整個開發(fā)過程至關重要。
找出bug后,再修改設計方案,重新設計,可能就會有樣機一代、二代、三代。。。多次迭代才能做出效果能過得去的機器人系統(tǒng)。
隨即而來的,浪費時間成本、資金成本等。
同時,從開發(fā)過程中,可以看出整個設計流程比較線性化,即完成前一步,才能進行后一步。機器人設計一般牽扯到多人合作,設計流程線性化,也會影響開發(fā)時長。

比如:我們在設計機器人機械臂時,機械臂驅動電路已經(jīng)設計并制作完成,但小伙伴的機械臂結構還未搭建好,我們必須得等小伙伴完成機械臂結構后才能測試。無形中,也浪費了開發(fā)時長。

那么,如何提升效率、減少時間和資金,從而加快開發(fā)流程呢?

加快反饋!


在早期進行整體設計時,如果可以仿真,在仿真過程中,不斷調試裝置和系統(tǒng)參數(shù),多次反饋后得出我們想要的模型,同時進行結構與軟硬件制作,并根據(jù)仿真模型的變動進行修改,多階段同時進行,以此來減少開發(fā)時長以及資金成本。

當然,既然要進行仿真,要選取哪款軟件呢。

在這之前,我們曾經(jīng)有寫過一篇:

MATLAB R2020a新鮮出爐,我來替各位嘗嘗鮮?。ǔ溄樱c擊即可閱讀)

在這篇文章中,我們有聊過利用MATLAB/Simulink對機器人運動規(guī)劃進行仿真。

那么在加速機器人開發(fā)流程上,MATLAB又會給我們帶來什么驚喜呢?


 03

MATLAB如何加速機器人開發(fā)

在未設計出機械臂硬件系統(tǒng)之前,我們是無法驗證算法,其抓取效果以及準確度,此時MATLAB即可上場,擔當搭建相關模型,提前完成仿真測試的重任。

在開篇的腰間機械臂視頻中,機械臂有給人遞送工具的應用場景,我們以機械臂抓取物品為例,使用MATLAB模擬仿真該運動過程。

在MATLAB中,有較多的機械臂模型供大家選擇,可供自己的設計需求選擇相應的機械臂模型,接下來使用MATLAB對進行機械臂拾放工作流程仿真。

首先,使用Stateflow圖表創(chuàng)建狀態(tài)流程圖,由以下三個步驟組成:

1、初始化機器人和環(huán)境

初始化機械臂模型,并創(chuàng)建其運行環(huán)境,初始化相關參數(shù)配置,建立機械臂模型。

該環(huán)境由機械手、用于分類的架子和藍色障礙物組成。

2、識別零件并確定放置位置

在識別階段的第一步中,必須檢測零件。我們可以直接調用相關函數(shù)直接給出待拾放的物體檢測算法,也可以通過我們特定的物體,來設計對應的物體檢測算法。

接下來,調用相關函數(shù)將零件分為兩種類型,以確定放置它們的位置(頂部或底部架子)。

3、執(zhí)行取放工作流程

一旦識別出物品,并指定了它們的目的地,手爪將其拾取,然后移動到目標位置。

*詳細流程如下圖所示:

在完成狀態(tài)流程圖后,就可以運行可視化仿真。

通過確定選用MATLAB中提供的機器人模型,初始相關參數(shù)配置,完成機械手的初始配置,建立機械臂模型。

【案例來自MATLAB官網(wǎng),該仿真使用帶有手爪的KINOVA GEN3機械臂模型】

代碼:

load('exampleHelperKINOVAGen3RobotiqGripper.mat');
coordinator.HomeRobotTaskConfig = trvec2tform([0.4, 0, 0.6])*axang2tform([0 1 0 pi]);
coordinator.PlacingPose{1} = trvec2tform([[-0.2 0.55 0.46]])*axang2tform([1 0 0 -pi/2]);
coordinator.PlacingPose{2} = trvec2tform([[-0.2 0.55 0.63]])*axang2tform([1 0 0 -pi/2]);


調用函數(shù),即可將可視化模型連接到前文狀態(tài)流程圖,

coordinator.FlowChart = exampleHelperFlowChartPickPlace('coordinator',coordinator);


輸入下方代碼,可進行拾放物體過程仿真:

answer = questdlg('Do you want to start the pick-and-place job now?', ...

         'Start job','Yes','No', 'No');

switch answer

    case 'Yes'

        % Trigger event to start Pick and Place in the Stateflow Chart

        coordinator.FlowChart.startPickPlace;        

    case 'No'

        % End Pick and Place

        coordinator.FlowChart.endPickPlace;        

        delete(coordinator.FlowChart);

        delete(coordinator);end


在完成此拾放可視化仿真后,我們可以結合機器人工具箱Robotics System Toolbox,在此模型上添加相關的路徑規(guī)劃、電機控制等來提前驗證我們的相關算法,從而加快機械臂系統(tǒng)設計開發(fā)的效率,由于篇幅有限,在此不再詳細介紹相關。

 04  

 總結


本文只是淺談了機器人系統(tǒng)開發(fā)中,通過MATLAB/Simulink的配合使用,我們可以提前驗證機械臂控制算法,同樣的,除開機器人的機械臂模型仿真,我們也可以利用Simulink對機器人的移動控制、視覺等組件進行仿真,提前驗證我們的控制算法,無需等到相關硬件制作完成后再驗證,可以加快整個機器人系統(tǒng)的開發(fā)過程,提升效率。

總的來說,在機器人開發(fā)上,MATLAB給技術人員提供了足夠多且友好的開發(fā)工具,并且也涵蓋了多個demo,供初學者快速入門。我們可以通過學習調用demo,快速搭建出我們的機器人各個組件系統(tǒng),進行仿真測試,無論是機器視覺,或者機械臂相關軟硬件,亦或是移動路徑規(guī)劃等。都可以在MATLAB中找到相應的工具包對其進行仿真測試。

與此同時,在基于MATLAB模型設計下,我們可以將機器人系統(tǒng)如此龐大陌生的系統(tǒng)劃分成各個模塊進行組件設計,利用Simulink對其組件進行仿真測試,使用基于模型設計去開發(fā)軟件,我們可以盡早對一個階段的工作產(chǎn)品進行驗證,同時鏈接到后一階段的設計。不僅僅是節(jié)省開發(fā)時間成本和資金成本,并且對于基于模型的設計來講,圖形化設計是天然的、固有的。

能讓人較為明朗了解設計原理以及過程,方便工程師們交流以及后期維護。


了解更多機器人解決方案:(復制到瀏覽器打開)

https://ww2.mathworks.cn/solutions/robotics.html?s_eid=PEP_23450

你可以申請30天免費試用工具包:(復制到瀏覽器打開) 

https://ww2.mathworks.cn/campaigns/products/trials.html?s_eid=PEP_23450

-END-




推薦閱讀



【01】550萬華人在美現(xiàn)狀:7諾獎、300院士,320常春藤高校終身正教授...
【02】大學生和研究生差在哪里?怎么做一名合格的研究生?
【03】中國高校鄙視鏈指南!
【04】一位電子工程師回顧大學四年學習的感概以及對大學課程的一些見解
【05】關于芯片,清華大學教授說了大實話,但有人不愛聽!

免責聲明:整理文章為傳播相關技術,版權歸原作者所有,如有侵權,請聯(lián)系刪除

免責聲明:本文內(nèi)容由21ic獲得授權后發(fā)布,版權歸原作者所有,本平臺僅提供信息存儲服務。文章僅代表作者個人觀點,不代表本平臺立場,如有問題,請聯(lián)系我們,謝謝!

嵌入式ARM

掃描二維碼,關注更多精彩內(nèi)容

本站聲明: 本文章由作者或相關機構授權發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或將催生出更大的獨角獸公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉型技術解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關鍵字: 汽車 人工智能 智能驅動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務中斷的風險,如企業(yè)系統(tǒng)復雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務連續(xù)性,提升韌性,成...

關鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關鍵字: 華為 12nm EDA 半導體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務引領增長 以科技創(chuàng)新為引領,提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術學會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術創(chuàng)新聯(lián)...

關鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關鍵字: BSP 信息技術
關閉
關閉