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智能機器人
產品概述
為滿足高校機電控制類、電子信息類專業控制方向教學，為賦能高校老師從事科學研究，為助力企業和科研院所開發功能樣機、縮短產品研發周期、加速成果產出，公司推出自主研發的CSPACE控制與半實物仿真系統。該產品基于ARM Cortex-A9、實時Linux和MATLAB/Simulink開發，擁有AD、DA、IO、Encoder、PWM、CAN、SPI等豐富的硬件外設接口，包含一套功能強大的監控軟件。該產品結合計算機仿真和嵌入式實時控制技術，能實現硬件在回路（HIL）和快速控制原型（RCP）設計的功能，是基于模型設計（MBD：Model-Based Design）典型的產品，是國內可對標國際控制與仿真產品的本土化快速控制原型與半實物仿真系統。
圖1 CSPACE控制與半實物仿真系統
該平臺有以下幾大特色：
1、支持RCP快速原型設計，實現用戶仿真模型到嵌入式控制原型的自動轉換，將用戶從復雜的嵌入式開發中解脫出來，幫助用戶把精力集中到算法仿真的設計實現與驗證上來。
2、支持HIL硬件在回路測試，加速產品原型設計開發速度，縮短設計和驗證周期，降低用戶開發測試成本，并提升產品性能和穩定性。
3、采用實時Linux操作系統，方便大數據量、多任務的處理，方便使用linux豐富的系統資源，如管理與應用進程、線程、任務、隊列、內存、文件等。
4、有EtherCAT主站協議，支持現在通用的高實時性的EtherCAT驅動器，滿足用戶對高動態性能的控制需求，該主站協議不需要額外付費節省用戶的成本。
5、有Ethernet接口，可以采集該類型接口的傳感器等設備，如視覺、激光測距、機械臂等，滿足用戶多種應用需求。
6、IO資源支持廣泛，擁有AD、IO、CAN、RS232、RS485、Camera視覺、USB Host等接口，滿足不同領域及行業客戶的差異化需求。
7、提供功能強的上位機軟件，支持多達30組以上的控制參數的下發，支持多達18通道的數據顯示、保存，方便處理數據。
8、可廣泛應用于汽車工業、航空航天和工業自動化、機器人控制、機電一體化控制、新能源、圖像視覺、軍工等領域。
該系統既可以作為自動化、機器人、機械電子、電氣工程、機械工程、電子信息等專業中的《嵌入式Linux實時操作系統》《機電傳動控制》《自動控制原理》《現代控制理論》 《智能控制理論》《MATLAB 編程與應用》《傳感器與檢測技術》《信號與系統》《機器人學》 《電機學》 《運動控制系統》 等課程的配套工具，也是支撐相關領域控制算法研究的平臺。
實驗平臺
01 開發流程
CSPACE控制與半實物仿真系統主要主控計算機、實時控制器（CSPACE）、監控上位機、被控對象4部分組成。
圖2 CSPACE開發流程
傳統的采用基于需求文檔的手動編寫代碼的方法，需要反復試錯或執行物理原型測試，如果某項需求發生變化，您將不得不重新編碼和構建整個軟件系統，繼而會導致項目延遲數日乃至數周。如果使用基于模型的設計，則您無需手寫代碼和使用文檔，而是創建系統模型。以協作機器人為例，模型由機械臂、電機和控制器設計組成。您可以隨時進行模型仿真，即時查看系統行為，測試多種假設分析場景，同時無需承擔風險和延遲，也無需依賴昂貴的硬件。
本公司CSPACE產品采用基于模型設計的方法，該方法與傳統開發工作流程的兩個主要區別：
1.將工作流程中大量費時或易出錯的步驟（如代碼生成）自動化。
2.從需求捕獲到設計、實現和測試，系統模型始終占據開發流程的核心。
在開發過程中，MIL主要用于測試算法，SIL和PIL主要用來測試代碼來保持代碼與模型的一致性，PIL主要用來測試控制器。
02 CSPACE控制器參數
表1 CSPACE控制器技術參數
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CSPACE-實時操作系統版 |
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額定電壓 |
DC5V |
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工作溫度 |
-10℃~50℃ |
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工作濕度 |
10%~90%，無凝結 |
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主處理器 |
雙核ARM A9 |
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主處理器時鐘 |
雙核1GHz |
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存儲（片內） |
512MByteDDR3，512Mbyte NANDFLASH |
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機械臂 控制總線 |
2路CAN，EtherCAT |
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AD轉換器（片內） |
8路12位AD（輸入范圍為0～1.8V） |
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AD轉換器 |
支持EtherCAT總線AD信號采集板 |
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DA轉換器 |
支持EtherCAT總線DA信號轉換板 |
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其他外設 |
MicroSD、USB、RS485、RS232、GPIO |
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視頻輸出 |
1路HDMI |
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上位機 |
支持，Ethernet接口 |
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產品特點 |
控制器性能強悍，運算性能強，存儲空間大，支持EtherCAT工業總線，控制周期可達1ms，提供更豐富的動力學控制實驗 |
CSPACE工具箱
CSPACE硬件系統結構圖
界面軟件（控制、循環運動、數據采集顯示）
本科和研究生教學課程：
1. 自動控制原理
2. 現代控制理論
3. 電力電子技術
4. 電力拖動系統
5. 機器人學
6. 機器人建模與仿真
7. 機器人操作系統
8. 計算機控制技術
典型教材推薦：
《現代控制系統》謝紅衛 電子工業出版社教授，博導
《UNIX環境高級編程》戚正偉 人民郵電出版社 教授，博導
《機械工程控制基礎》 華中科大 楊叔子 院士
《機器人學導論（第四版）》 美國斯坦福大學 John.J.Craig 教授
《機器人控制技術》 陳萬米，上海大學教授，博士
《計算機控制技術（第四版）》顧德英，東北大學，教授，碩導
《現代控制理論》王宏華 河海大學教授，博士
《機器人技術基礎》 熊有倫 華中科技大學 教授博導，科學院院士
《MATLAB建模與仿真》 哈爾濱理工大學 副教授，碩導
支撐科研方向：
1. 直流無刷電機控制
2. 交流異步電機控制
3. 并網逆變器控制器
4. 永磁同步電機控制器
5. 機械臂高精度軌跡跟蹤控制算法研究
6. 動力學參數辨識
7. 碰撞檢測保護
8. 拖動示教
9. 力位混合控制、柔順控制
10. 冗余自由度運動學和動力學
11. 基于深度學習的機械臂高級運動控制與應用
12. 雙臂協作
