機(jī)器人/機(jī)器狗輔助訓(xùn)練系統(tǒng)解決方案

隨著足式機(jī)器人、機(jī)器狗技術(shù)快速發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)品已逐步落地工業(yè)巡檢、應(yīng)急搜救、園區(qū)安防、物流轉(zhuǎn)運(yùn)等諸多領(lǐng)域。在產(chǎn)品研發(fā)與性能迭代階段，機(jī)器人、機(jī)器狗需要在多樣化地面環(huán)境、動(dòng)態(tài)擾動(dòng)工況下完成步態(tài)調(diào)試、姿態(tài)適配與穩(wěn)定性測(cè)試。傳統(tǒng)實(shí)地測(cè)試方式受場(chǎng)地、天氣、環(huán)境工況限制較大，測(cè)試場(chǎng)景單一，工況復(fù)現(xiàn)難度高，測(cè)試周期長(zhǎng)，同時(shí)設(shè)備試錯(cuò)成本偏高，難以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、常態(tài)化的訓(xùn)練與驗(yàn)證，成為行業(yè)研發(fā)過(guò)程中普遍存在的難題。

針對(duì)以上行業(yè)現(xiàn)狀，南京拓維運(yùn)動(dòng)科技依托多年 Stewart 并聯(lián)機(jī)構(gòu)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，推出機(jī)器人、機(jī)器狗輔助訓(xùn)練專用六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)。該設(shè)備可在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中模擬各類復(fù)雜路面與動(dòng)態(tài)擾動(dòng)狀態(tài)，搭建可控、可復(fù)現(xiàn)的測(cè)試訓(xùn)練環(huán)境，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)試模式的短板，為足式機(jī)器人、機(jī)器狗的算法調(diào)試、步態(tài)優(yōu)化、環(huán)境適配訓(xùn)練提供標(biāo)準(zhǔn)化硬件支撐。

一、核心技術(shù)架構(gòu)與工作原理

本產(chǎn)品基于經(jīng)典 Stewart 六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)搭建，整體由底部固定基座、上部承載臺(tái)面以及六組獨(dú)立伺服驅(qū)動(dòng)支鏈組成，各支鏈搭配萬(wàn)向鉸結(jié)構(gòu)完成聯(lián)動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。系統(tǒng)依托成熟的空間運(yùn)動(dòng)學(xué)算法，通過(guò)運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解運(yùn)算，精準(zhǔn)分配每組支鏈的伸縮行程，驅(qū)動(dòng)承載臺(tái)面完成三維空間內(nèi)三軸平移與三軸旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。

訓(xùn)練過(guò)程中，機(jī)器人、機(jī)器狗安置于平臺(tái)承載臺(tái)面之上，平臺(tái)按照預(yù)設(shè)運(yùn)動(dòng)軌跡輸出俯仰、橫滾、偏航、直線位移等組合姿態(tài)，模擬路面傾斜、起伏、小幅晃動(dòng)、位移偏移等多種實(shí)際工況。平臺(tái)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)變化會(huì)直接作用于設(shè)備支撐面，促使機(jī)器人、機(jī)器狗的姿態(tài)感知模塊與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)持續(xù)做出姿態(tài)補(bǔ)償、重心調(diào)整、步態(tài)修正等動(dòng)作。結(jié)合后臺(tái)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，研發(fā)人員可全程記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，完成算法參數(shù)調(diào)試與性能優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)全工況輔助訓(xùn)練。

并聯(lián)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)讓設(shè)備具備受力均勻、結(jié)構(gòu)形變小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)平穩(wěn)的特點(diǎn)，能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定輸出連續(xù)變化的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，滿足機(jī)器人、機(jī)器狗長(zhǎng)時(shí)間、多批次循環(huán)訓(xùn)練需求。

二、產(chǎn)品基本參數(shù)與性能指標(biāo)

基礎(chǔ)參數(shù)表

運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)

設(shè)備運(yùn)動(dòng)區(qū)間可根據(jù)訓(xùn)練場(chǎng)景靈活設(shè)定，支持單一姿態(tài)運(yùn)行與多姿態(tài)組合聯(lián)動(dòng)，適配不同類型機(jī)器人、機(jī)器狗的訓(xùn)練要求。

三、電氣系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)規(guī)格

（一）電氣系統(tǒng)規(guī)格

1. 供電電源：支持 AC220V、AC380V 雙模式供電，適配實(shí)驗(yàn)室、研發(fā)車間等常規(guī)用電環(huán)境。

2. 通訊接口：配置千兆以太網(wǎng)（EtherCAT）、USB3.0、RS485，可與機(jī)器人控制系統(tǒng)、上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備穩(wěn)定對(duì)接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)互通與聯(lián)動(dòng)控制。

3. 控制頻率：伺服環(huán)控制頻率 1000Hz，姿態(tài)環(huán)控制頻率 200Hz，保障動(dòng)作輸出連貫、時(shí)序同步。

4. 安全配置：安全等級(jí)達(dá)到 PLd/Cat.3 標(biāo)準(zhǔn)，搭載過(guò)載、漏電防護(hù)機(jī)制，保障設(shè)備與受訓(xùn)機(jī)器人、機(jī)器狗運(yùn)行安全。

（二）軟件系統(tǒng)規(guī)格

系統(tǒng)兼容 EtherCAT、UDP、TCP/IP、USB 串行等主流通訊協(xié)議，可對(duì)接 X-Plane、P3D、iRacing、CarSim、TruckSim、Prescan、MATLAB/Simulink 等多款行業(yè)通用仿真軟件，拓展訓(xùn)練場(chǎng)景與數(shù)據(jù)分析維度。

設(shè)備搭載企業(yè)自研六自由度運(yùn)動(dòng)控制軟件，內(nèi)置專業(yè)洗出算法，工作人員可根據(jù)訓(xùn)練目標(biāo)調(diào)節(jié)體感強(qiáng)度與運(yùn)動(dòng)幅度。系統(tǒng)開放 API、SDK 接口，支持二次開發(fā)、自定義訓(xùn)練工況以及數(shù)據(jù)日志回放，方便研發(fā)人員調(diào)取歷史訓(xùn)練數(shù)據(jù)，開展算法分析與參數(shù)迭代，適配不同研發(fā)團(tuán)隊(duì)的個(gè)性化使用需求。

四、典型應(yīng)用場(chǎng)景與應(yīng)用價(jià)值

1. 步態(tài)算法調(diào)試訓(xùn)練
模擬平整路面、凹凸路面、傾斜路面等基礎(chǔ)工況，輔助調(diào)試機(jī)器人、機(jī)器狗常規(guī)行走、轉(zhuǎn)向、啟停步態(tài)，優(yōu)化關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)邏輯與重心分配策略，提升基礎(chǔ)行走穩(wěn)定性。

2. 動(dòng)態(tài)擾動(dòng)適應(yīng)性訓(xùn)練
模擬行進(jìn)過(guò)程中路面晃動(dòng)、小幅偏移、高低起伏等動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，訓(xùn)練設(shè)備在外部擾動(dòng)下的姿態(tài)調(diào)整能力，強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的環(huán)境適配能力。

3. 研發(fā)測(cè)試與性能校驗(yàn)
建立標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試工況庫(kù)，對(duì)同型號(hào)設(shè)備進(jìn)行批量重復(fù)性測(cè)試，統(tǒng)一測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，降低實(shí)地測(cè)試帶來(lái)的環(huán)境干擾，提升測(cè)試數(shù)據(jù)的參考價(jià)值。

4. 院校教學(xué)與科研實(shí)驗(yàn)
面向高校、科研院所的機(jī)器人相關(guān)專業(yè)，作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，用于足式機(jī)器人運(yùn)動(dòng)原理、姿態(tài)控制、并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用等相關(guān)課題研究與實(shí)訓(xùn)教學(xué)。

依托這套系統(tǒng)，研發(fā)單位無(wú)需頻繁開展戶外實(shí)地測(cè)試，可在室內(nèi)完成大部分工況的訓(xùn)練與驗(yàn)證，有效壓縮研發(fā)周期，降低設(shè)備損耗與測(cè)試成本，推動(dòng)機(jī)器人、機(jī)器狗產(chǎn)品穩(wěn)步迭代。

五、總結(jié)

作為專業(yè)的定制化六自由度平臺(tái)生產(chǎn)廠家，南京拓維運(yùn)動(dòng)科技打造的機(jī)器人、機(jī)器狗輔助訓(xùn)練六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，以成熟的并聯(lián)機(jī)構(gòu)技術(shù)、完善的軟硬件配套、寬泛的參數(shù)適配范圍，解決了足式機(jī)器人測(cè)試場(chǎng)景受限、工況難以復(fù)現(xiàn)、測(cè)試成本偏高的行業(yè)問(wèn)題。

該設(shè)備兼顧通用性與定制化能力，可匹配不同載荷、不同尺寸的訓(xùn)練需求，廣泛服務(wù)于機(jī)器人企業(yè)、科研院所、高等院校等單位。未來(lái)，設(shè)備將持續(xù)助力足式機(jī)器人領(lǐng)域完成技術(shù)升級(jí)與產(chǎn)品迭代，推動(dòng)行業(yè)測(cè)試、訓(xùn)練體系向標(biāo)準(zhǔn)化、智能化方向穩(wěn)步發(fā)展。