深谷產品課堂——開源六軸協作機械臂
發布日期：2022-11-10 瀏覽次數：770
大家好，歡迎關注深谷學院《深谷產品課堂》系列文章，從本篇開始，深谷小助將帶你學習和操作各種有趣的深谷人工智能與機器人產品，本期為大家帶來的是開源六軸協作機械臂。
環境版本
· 主機系統版本：Windows10 64位
· 處理器型號：Intel-i7
· Matlab版本：Matlab R2020b
· 上位機軟件（免安裝）：RobotGUI_DH20220328
學習目標
知識儲備
1、首先學習六軸機械臂本體結構。
六軸機械臂本體由6個可重組的關節模組、連接部件、底座、末端部件組成。圖從上到下簡單地說明了六軸機械臂的兩大組成部分。最上面是防撞保護套和連桿，下面是關節模組。
其中六軸機械臂本體上有一個EtherCAT接口，對應接線上分布著EtherCAT通訊線和機械臂的電源線。
2、六軸機械臂的重要組成-關節模組
關節模組是由伺服驅動器、無框力矩電機、諧波減速機、傳感器包括光電編碼器（減速機前）和絕對值編碼器（減速機后，測量機械臂的輸出軸的絕對角度）、繼電器抱閘等部件組成。
3、CSPACE控制箱
(1）控制箱簡介該產品基于 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。該產品軟件上支持 MATLAB/Simulink 進行模塊化編程開發，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。
(2）控制箱接口資源110~220V 交流電輸入接口及開關 、緊急制動開關、控制器電源復位按鈕、機械臂接口（含電源線，EtherCAT 通信線）、EtherCAT 接口、1 路 RS232 接口電路（方便用戶 debug 調試）、LAN 網口和USB 網口。
任務實施包括以下內容。接下來分別進行講解與演示。
1、六軸機械臂和控制箱硬件接線
（1）網線接前面板Etherenet1網口，用于和上位機通訊。
（2）USB通信線，接前面板USB調試口（DEBUG），用于調試和監測
（3）機械臂電纜接在后面板Robot接口，里面包含48V電源線和EtherCAT通訊線
（4）線性直流穩壓電源三角供電插頭，給控制器系統供電
2、使用上位機軟件和matlab軟件下載PTP程序操作步驟
第一步：首先打開PTPTecat.slx,Simulink整個控制框圖如圖2-1所示。主要包含6部分：全局變量定義部分、系統初始化、上位機指令接收子系統、獲取關節反饋數據、控制邏輯與算法、發送關節控制命令。
第二步：產生離線仿真數據。需要產生離線笛卡爾空間直線軌跡，按照右圖2-2所示，打開文件夾內的DiKaEr.m文件，并點擊“運行”，經過一段時間后，在工作區內產生6個關節的軌跡點。
第三步：點擊Matlab上方的編譯按鈕或者按Ctrl+B，將模型下載到機械臂控制器中，編譯下載完后，會出現右圖2-3的界面，點擊下方的Simulink模塊會自動跟蹤對應生成的代碼，可視化效果比較好。另外在Simulink仿真模型文件路徑中生成新的elf文件如右圖2-4所示。
第四步：配置本地開發電腦IP地址。我們采用UDP實現上位機與實時控制器之間的數據通信，為保證通信正常必須兩個網絡節點在同一個網段。設置方法如右圖2-5所示。
第五步：下載用戶可執行程序。選擇界面上邊的“設置”選項，然后按照下圖①~④順序進行操作。其中第3步為選擇前邊生成的用戶可執行代碼。然后點擊“Send File”則電腦開發機把本地的程序通過網絡傳輸到控制器中，同時進度條會顯示下載文件的進度，當顯示100%時則表示控制器完全接收到程序文件。此時控制器會自動的把用戶程序運行起來 。
用戶應用程序跑起來之后，過5s左右（底層服務程序需要做時鐘同步處理），上位機“監控面板”部分會有動態圖形滾動顯示如表明上位機已經能正常的接收數據，通信是正常的。
第六步：PT軌跡規劃上位機操作，操作的步驟是：啟動機械臂→執行GOTO指令→等待到達軌跡第1個軌跡點→執行PLAY指令→等待全部走完軌跡→執行HOME指令→停止機械臂。操作界面如下圖所示。
3、六軸機械臂笛卡爾空間直線軌跡運動實物圖解
任務拓展
根據現有的模型，可以嘗試自己寫笛卡爾空間圓軌跡的程序。Matlab仿真圓形軌跡圖如下圖所示。
課堂小結：
1、分析并記錄笛卡爾空間軌跡規劃M的代碼編寫和仿真。
2、分析并記錄如何通過Simulink搭建PT控制程序并下載。
3、分析并記錄如何使用串口調試軟件和機器人上位機控制。
