专利名称：基于机器人平台的自动控制试验装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种教学仪器，具体涉及一种基于机器人平台的自动控制试 验装置。
背景技术：
目前，国内高职高专及其高等院校中的自动化专业都需要学习自动控制 原理、过程控制原理、运动控制原理以及计算机控制等专业课程，其学习过 程比较枯燥乏味，通过试验教学则能理论结合实际，能更好的加深理论学习 的过程，掌握其本质含义，使认识不断提高深化。为了更好的配合教学的目 的必须要配置相应的试验设备，目前国内的试验设备均为较为简单的模式， 自动控制、运动控制、过程控制和计算机控制等试验装置均采用独立设计， 要完成相应的试验项目必须选用相应的试验装置，造成试验设备利用率不 高，学习资金和场地浪费严重，不能把自动控制的教学体系有机的联系起来。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术试验设备利用率不高，学 习资金和场地浪费严重，不能把自动控制的教学体系有机的联系起来的缺 陷，提供一种基于机器人平台的自动控制试验装置，其能够同时进行自动控 制、运动控制、过程控制和计算机控制。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的 一种基于机器人平 台的自动控制试验装置，其包括一个机器人平台、 一个倒立摆和一个双容水 箱，双容水箱和倒立摆通过通用串行总线与机器人平台连接。
其中，该双容水箱和倒立摆为控制对象。其中，该机器人平台包括上位机、运动控制卡、右电机、右驱动器、左 驱动器和左电机，上位机通过通用串行总线向运动控制卡发送控制指令，运 动控制卡根据控制指令发出控制信号分别给右驱动器和左驱动器，右驱动器 和左驱动器根据控制信号来分别驱动右电机和左电机，右电机和左电机被驱 动后产生反馈信号给运动控制卡。
其中，该右电机和左电机为双轮差动驱动电机。
其中，该运动控制卡为DSP运动控制卡。
其中，该机器人平台采用的是二级结构，第一级为协调级，第二级为 执行级。
其中，该自动控制试验装置用于刚性演示的示例程序和可以修改参数的 试验、自行修改结构设计试验、自动生成试验报告和自动成绩评估。 其中，该自动控制试验装置采用开放式结构。
本发明的积极进步效果在于本发明通过基于机器人的教学试验平台可 以把自动控制、运动控制、过程控制和计算机控制的试验有机的结合起来，
既方便了教学又节省了成本，系统性强，结构简单且实用性强；自动生成的 试验报告节省了教师的时间，自动成绩评估系统增加了试验的乐趣。
图1为本发明自动控制试验装置的模块图。 图2为图1机器人平台的具体模块图。 图3为本发明的试验结构的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。 如图1所示，本发明基于机器人平台的自动控制试验装置，其采用开放 式结构，其包括一个机器人平台1、 一个倒立摆2和一个双容水箱3，双容水箱3和倒立摆2可以通过通用串行总线(USB总线)与机器人平台1连接， 双容水箱3和倒立摆2为本发明的控制对象，由机器人平台1作控制级的运 算，通过串行通讯接口发到相应的控制对象上，再由控制对象的执行机构如 电机(倒立摆2的元件)、水泵和加热棒(双容水箱3的元件)等进行伺服 控制，通过电机编码器、压力传感器、流量传感器、温度传感器等传感器系 统获取当前的状态反馈给机器人平台1。如图2所示，该机器人平台1包括 上位机11、运动控制卡12、右电机13、右驱动器14、左驱动器15和左电 机16，右电机13和左电机16为双轮差动驱动电机，运动控制卡12为 DSP(digital singnal processor,数字信号处理)运动控制卡，上位机11通过通 用串行总线向运动控制卡12发送控制指令，运动控制卡12根据控制指令发 出控制信号分别给右驱动器14和左驱动器15，右驱动器14和左驱动器15 根据控制信号来分别驱动右电机13和左电机16，右电机13和左电机16被 驱动后产生反馈信号给运动控制卡12。其中，机器人平台是以计算机为基础 的，该平台采用的是二级结构，第一级为协调级，第二级为执行级，协调级 实现对机器人各个关节的运动，实现机器人和外界环境的信息交换等功能， 执行级实现机器人的各个关节的伺服控制，获得机器人内部的运动状态参数 等功能。
本发明在软件上提供使用Matlab软件(Matlab是The MathWorks公司 的一种用于算法开发,数据可视化,数据分析以及数值计算的高级技术计算语 言和交互式软件)的用于刚性演示的示例程序和可以修改参数的试验，还提 供了使用Simulink (Simulink是The MathWorks公司的一个用于对动态系统 进行多域建模和模型设计的软件)的软件包可以自行修改结构设计试验，本 软件还提供了自动生成的试验报告和自动成绩评估系统，因此，本发明可以 完成以下功能-
1、用于刚性演示和修改参数的试验设计
如图3所示，刚性演示和修改参数的试验设计主要用于教学演示和调节参数验证控制算法，用户使用该模块可以实现电机系统数学建模及参数验 证，试验界面允许用户进行试验参数设置，仿真和实时过程操作，以及试验 结果保存等功能。本发明综合了自动控制理论中的自动控制、现代控制、运 动控制、过程控制、计算机控制以及综合设计等试验课程，并包括建模试验、
二阶系统设计、根轨迹校正等试验模块。试验的界面设计主要通过Matlab 的GUI工具来实现各个试验的主体界面设计，通过调用由VC函数库进行封 装的DLL (Dynamic Linkable Library,即动态链接库)来实现对对象的控制， 保证了对控制对象的控制和良好的界面感受。
2、 可以修改结构的试验设计
可以修改结构的试验界面采用的是Simulink工具，根据Matlab提供的S 函数的方法封装了底层的DLL来实现对对象的控制。用户可以根据自己的 需要设计自己所需的算法来控制控制对象，通过框图的形式也把用户从繁杂 的编程中解放出来，专心对算法的研究。用户可以从刚性试验的演示界面上 直接调出simulink的界面，通过自行设计的试验架构可以把相关数据保存在 硬盘上，通过这些数据用户也可以把试验曲线显示在刚性试验的界面上，可 以方便地比较控制参数、架构的优劣。
3、 自动评价系统和自动试验报告生成系统
用户做完试验之后可以根据系统的响应时间、超调量等参数自动给出一 个参考成绩，如果试验室的电脑已经联网，这些成绩还可以自动排列，大大 增加了试验的乐趣和参与试验的积极性。而自动试验报告生成系统可以在做 完试验后自动生成试验数据和所需完成的课后作业，这些作业内容可以由老 师来自行修改，如果试验室的电脑有连接打印机，用户可以方便的打印出试 验报告。
需要注意的是，本发明的控制系统试验项目可以任意变化，可以根据实 际需要进行调整，本发明的控制对象还可以增加，只要符合USB串行总线 协议就可以进行控制。
6虽然以上描述了本发明的具体实施方式
，但是本领域的技术人员应当理 解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这 些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求 书限定。
权利要求
1、一种基于机器人平台的自动控制试验装置，其特征在于，其包括一个机器人平台、一个倒立摆和一个双容水箱，双容水箱和倒立摆通过通用串行总线与机器人平台连接。
2、 如权利要求1所述的基于机器人平台的自动控制试验装置，其特征 在于，该双容水箱和倒立摆为控制对象。
3、 如权利要求1所述的基于机器人平台的自动控制试验装置，其特征 在于，该机器人平台包括上位机、运动控制卡、右电机、右驱动器、左驱动 器和左电机，上位机通过通用串行总线向运动控制卡发送控制指令，运动控 制卡根据控制指令发出控制信号分别给右驱动器和左驱动器，右驱动器和左 驱动器根据控制信号来分别驱动右电机和左电机，右电机和左电机被驱动后 产生反馈信号给运动控制卡。
4、 如权利要求3所述的基于机器人平台的自动控制试验装置，其特征 在于，该右电机和左电机为双轮差动驱动电机。
5、 如权利要求3所述的基于机器人平台的自动控制试验装置，其特征 在于，该运动控制卡为DSP运动控制卡。
6、 如权利要求1所述的基于机器人平台的自动控制试验装置，其特征 在于，该机器人平台采用二级结构，第一级为协调级，第二级为执行级。
7、 如权利要求1所述的基于机器人平台的自动控制试验装置，其特征 在于，该自动控制试验装置用于刚性演示的示例程序和修改参数的试验、自 行修改结构设计试验、自动生成试验报告和自动成绩评估。
8、 如权利要求1所述的基于机器人平台的自动控制试验装置，其特征 在于，该自动控制试验装置采用开放式结构。
全文摘要
本发明公开了一种基于机器人平台的自动控制试验装置，其包括一个机器人平台、一个倒立摆和一个双容水箱，双容水箱和倒立摆可以通过通用串行总线与机器人平台连接。本发明通过基于机器人的教学试验平台可以把自动控制、运动控制、过程控制和计算机控制的试验有机的结合起来，既方便了教学又节省了成本，系统性强，结构简单且实用性强；自动生成的试验报告节省了教师的时间，自动成绩评估系统增加了试验的乐趣。
文档编号G09B19/00GK101567136SQ20091004567
公开日2009年10月28日 申请日期2009年1月21日 优先权日2009年1月21日
发明者于海龙 申请人:上海广茂达伙伴机器人有限公司