機(jī)器人/機(jī)器狗輔助訓(xùn)練平臺(tái)應(yīng)用方案

當(dāng)前，機(jī)器人、機(jī)器狗已廣泛應(yīng)用于工業(yè)巡檢、應(yīng)急救援、園區(qū)安防、物流輸送等多個(gè)領(lǐng)域。在產(chǎn)品研發(fā)、算法迭代與性能驗(yàn)證階段，設(shè)備需要在不同路面狀態(tài)、動(dòng)態(tài)擾動(dòng)環(huán)境下完成步態(tài)適配、姿態(tài)調(diào)節(jié)與穩(wěn)定性驗(yàn)證。傳統(tǒng)戶外實(shí)地測(cè)試模式易受到場(chǎng)地條件、自然環(huán)境、天氣變化等因素制約，測(cè)試工況難以重復(fù)復(fù)現(xiàn)，測(cè)試流程效率偏低，同時(shí)反復(fù)實(shí)地測(cè)試也會(huì)增加設(shè)備損耗，拉高整體研發(fā)成本，成為行業(yè)發(fā)展過(guò)程中普遍存在的問(wèn)題。

針對(duì)以上行業(yè)現(xiàn)狀，南京拓維運(yùn)動(dòng)科技作為專業(yè)定制平臺(tái)廠家，依托多年 Stewart 并聯(lián)機(jī)構(gòu)研發(fā)與工程落地經(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)環(huán)境中模擬各類復(fù)雜路面與動(dòng)態(tài)擾動(dòng)工況，搭建可調(diào)控、可復(fù)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試訓(xùn)練環(huán)境，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)試方式的不足，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)境適配提供穩(wěn)定可靠的硬件支撐。

一、核心技術(shù)架構(gòu)與工作原理

本設(shè)備采用經(jīng)典 Stewart 六自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)架構(gòu)，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)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)運(yùn)行。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)逆解計(jì)算各組支鏈的伸縮行程，驅(qū)動(dòng)承載臺(tái)面實(shí)現(xiàn)三維空間內(nèi)三軸平移與三軸旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。

開(kāi)展機(jī)器人 / 機(jī)器狗輔助訓(xùn)練時(shí)，被測(cè)設(shè)備放置于平臺(tái)承載臺(tái)面上，平臺(tái)按照預(yù)設(shè)運(yùn)動(dòng)軌跡輸出俯仰、橫滾、偏航、直線位移等單一或組合姿態(tài)，模擬路面起伏、傾斜、小幅晃動(dòng)、位置偏移等多種實(shí)際工況。平臺(tái)產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)變化會(huì)改變被測(cè)設(shè)備的支撐狀態(tài)，促使機(jī)器人、機(jī)器狗的感知系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)持續(xù)完成姿態(tài)補(bǔ)償、重心調(diào)整、步態(tài)修正等動(dòng)作。工作人員可結(jié)合配套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，全程記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，完成控制算法參數(shù)調(diào)試與性能優(yōu)化，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下完成全流程輔助訓(xùn)練。

并聯(lián)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)受力分布均勻，整體形變量小，動(dòng)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)平穩(wěn)，能夠長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)輸出各類運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，可滿足機(jī)器人、機(jī)器狗大批量、長(zhǎng)周期的循環(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)間可結(jié)合不同訓(xùn)練場(chǎng)景靈活設(shè)置，支持單姿態(tài)獨(dú)立運(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)練使用要求。

三、電氣系統(tǒng)與軟件系統(tǒng)規(guī)格

（一）電氣系統(tǒng)規(guī)格

供電方面，設(shè)備支持 AC220V、AC380V 兩種供電模式，適配實(shí)驗(yàn)室、研發(fā)車(chē)間等常規(guī)用電場(chǎng)景。設(shè)備搭載千兆以太網(wǎng)（EtherCAT）、USB3.0、RS485 等通訊接口，可與機(jī)器人控制系統(tǒng)、上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集設(shè)備建立穩(wěn)定連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互與協(xié)同控制。

控制性能上，伺服環(huán)控制頻率為 1000Hz，姿態(tài)環(huán)控制頻率為 200Hz，保障動(dòng)作輸出連貫同步。設(shè)備安全等級(jí)符合 PLd/Cat.3 標(biāo)準(zhǔn)，配備過(guò)載、漏電保護(hù)機(jī)制，保障整套系統(tǒng)與被測(cè)設(shè)備運(yùn)行安全。

（二）軟件系統(tǒng)規(guī)格

軟件層面兼容 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)備搭載專屬六自由度運(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(kāi)放 API、SDK 接口，支持二次開(kāi)發(fā)、自定義訓(xùn)練工況以及數(shù)據(jù)日志回放，便于研發(fā)人員調(diào)取歷史數(shù)據(jù)，開(kāi)展算法分析與參數(shù)迭代，適配不同團(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. 基礎(chǔ)步態(tài)調(diào)試訓(xùn)練
模擬平整路面、凹凸路面、傾斜路面等常規(guī)工況，對(duì)機(jī)器人、機(jī)器狗的行走、轉(zhuǎn)向、啟停等基礎(chǔ)步態(tài)進(jìn)行調(diào)試，優(yōu)化關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)邏輯與重心分配方式，提升設(shè)備基礎(chǔ)運(yùn)行穩(wěn)定性。

2. 動(dòng)態(tài)環(huán)境適配訓(xùn)練
模擬行進(jìn)過(guò)程中路面晃動(dòng)、位置偏移、高度起伏等動(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，持續(xù)優(yōu)化運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適配能力。

3. 產(chǎn)品研發(fā)與性能校驗(yàn)
搭建標(biāo)準(zhǔn)化工況庫(kù)，對(duì)同型號(hào)設(shè)備開(kāi)展重復(fù)性測(cè)試，統(tǒng)一測(cè)試評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，降低自然環(huán)境帶來(lái)的測(cè)試干擾，提升測(cè)試數(shù)據(jù)的參考價(jià)值，加快產(chǎn)品迭代節(jié)奏。

4. 科研教學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用
面向高校、科研院所，作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備，應(yīng)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)操教學(xué)工作。

依托該套系統(tǒng)，研發(fā)單位可減少戶外實(shí)地測(cè)試頻次，在室內(nèi)完成絕大多數(shù)工況的訓(xùn)練與驗(yàn)證工作，有效縮短研發(fā)周期，降低設(shè)備損耗與綜合測(cè)試成本，助力機(jī)器人、機(jī)器狗產(chǎn)品穩(wěn)步升級(jí)。

五、總結(jié)

南京拓維運(yùn)動(dòng)科技作為專業(yè)定制平臺(tái)廠家，推出的機(jī)器人 / 機(jī)器狗輔助訓(xùn)練六自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，依托成熟的并聯(lián)機(jī)構(gòu)技術(shù)、完善的軟硬件配套以及寬泛的參數(shù)適配能力，有效解決了足式機(jī)器人測(cè)試場(chǎng)景受限、工況復(fù)現(xiàn)難度大、測(cè)試成本偏高的行業(yè)問(wèn)題。

產(chǎn)品兼具通用性與定制化能力，可匹配不同載荷、不同外形尺寸的設(shè)備使用需求，服務(wù)于機(jī)器人企業(yè)、科研院所、高等院校等各類單位。未來(lái)，該類設(shè)備將持續(xù)助力足式機(jī)器人領(lǐng)域開(kāi)展技術(shù)探索與產(chǎn)品升級(jí)，推動(dòng)行業(yè)測(cè)試、訓(xùn)練體系朝著標(biāo)準(zhǔn)化、智能化方向持續(xù)發(fā)展。