【摘 要】
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随着计算机技术快速发展,计算机仿真技术在教学实验领域逐渐表现出明显的优势。由于纯计算机仿真技术缺少实物参与,导致无法模拟控制对象的真实工作状况,同时仿真模型都是基于三维建模软件搭建,无法真实表示控制对象。为此本文提出了基于SCARA机器人的硬件在环实时仿真方法,具有实物设备参与的特点和丰富的人机交互功能。首先,设计了硬件在环实时仿真平台的总体架构,包括建模系统、实体控制器、实时仿真系统、上位机系统
【基金项目】
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湖北省重点研发项目“基于实时以太网和边缘计算架构的运动控制系统研究”； 湖北省教改项目“面向CPS教育的《机电传动控制》课程虚拟调试平台设计”；
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随着计算机技术快速发展,计算机仿真技术在教学实验领域逐渐表现出明显的优势。由于纯计算机仿真技术缺少实物参与,导致无法模拟控制对象的真实工作状况,同时仿真模型都是基于三维建模软件搭建,无法真实表示控制对象。为此本文提出了基于SCARA机器人的硬件在环实时仿真方法,具有实物设备参与的特点和丰富的人机交互功能。首先,设计了硬件在环实时仿真平台的总体架构,包括建模系统、实体控制器、实时仿真系统、上位机系统和数据分析系统五部分。根据功能需求,设计了实时仿真系统和上位机系统组件。同时研究了OPC UA的信息建模和数据通讯,实现实体控制器、实时仿真系统和上位机系统三者之间的信息交互。其次,开发了实时仿真系统和上位机系统心组件。实时仿真系统包含XML读取组件、OPC UA服务端组件以及实时仿真引擎组件三部分,实现模型XML文件读取、OPC UA服务端自动生成与系统模型的定步长仿真。上位机系统包含OPC UA客户端组件、Web Socket组件、数据库组件以及三维可视化组件,实现仿真模型三维可视化以及仿真数据的存储、展示。然后,以SCARA机器人为对象,对SCARA机器人进行了动力学分析,推导出SCARA机器人的刚柔耦合动力学方程,并使用多领域统一建模语言Modelica构建SCARA机器人模型。最后,搭建了硬件在环实时仿真平台并进行了测试实验,实验结果证明:该平台具有实时性、准确性以及丰富的人机交互功能,满足了教学实验的需求,并展现了其在教学实验领域的强大优势。
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