CN108492662A - 控制技术原理教学装置 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供的控制技术原理教学装置包括电脑端、控制器以及仿真软件，仿真软件内运行有虚拟机器人，所述虚拟机器人由电脑端以及控制器控制。与现有技术中使用实体控制器相比，使用虚拟机器人进行教学可以避免实体硬件导致故障的出现，并且虚拟机器人的成本较低，有利于降低该控制技术原理教学装置的使用成本。
Description
技术领域
本发明涉及机械控制领域，具体而言，涉及一种控制技术原理教学装置。
背景技术
在现有的教学活动中，常常是通过全实物的机器人来实现机器人课程的相关教学，然而使用全实物的机器人成本较高，且教学内容往往偏向于操作使用、应用方面，教学方向较为片面。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种控制技术原理教学装置，以改善现有的机器人教学装置成本较高、教学方向较为片面的问题。
为实现上述目的，本发明实施例提供了一种控制技术原理教学装置，所述控制技术原理教学装置包括：电脑端、控制器以及仿真软件，所述仿真软件内运行有虚拟机器人，所述虚拟机器人由所述电脑端以及所述控制器控制。
进一步的，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述控制器为工业控制器。
进一步的，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述教学装置还包括实体机器人，所述电脑端通过所述控制器控制所述实体机器人。
用户可以通过操纵电脑端内的虚拟机器人来进行教学活动，具体地，用户可以操作电脑端内的仿真软件来进行教学活动。由于可以将一部分教学活动换成由虚拟机器人来实现，而虚拟机器人不容易出现故障，因此可以较好的节约成本。
进一步的，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述实体机器人为工业机器人。
实体机器人具体可以为工业机器人，从而可以使得教学活动是针对职校、大学、就业者的教学活动，来为学习者提供拆装、使用、编程等方面的学习。教学内容不但可以包括操作使用、应用方面，同时还可以包括核心技术的基本原理，设计原理，设计应用等更高层次的内容。
进一步的，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述工业机器人为DELTA机器人。
delta机器人是并联机器人中较为成功的一个，也是最快的一种。它的机械原理为空间连杆机构。控制上，主要就是简单的PID控制，商用伺服系统都已经满足。另外，要想实现更高速更平稳，需要进行动力学控制。
工业机器人具体可以为DELTA机器人，也可以为其他类型的机器人，机器人的具体类型不应该理解为是对本申请的限制。
进一步的，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述工业机器人为选择顺应性装配机器手臂。
工业机器人可以为选择顺应性装配机器手臂(Selective Compliance AssemblyRobot Arm,SCARA)，其具有三个旋转关节，适用于平面定位。这类机器人的结构轻便、响应快，适用于平面定位，垂直方向进行装配的作业。
SCARA系统在x、y方向上具有顺从性，而在z轴方向具有良好的刚度，此特性特别适合于装配工作，例如将一个圆头针插入一个圆孔，故SCARA系统大量用于装配印刷电路板和电子零部件；SCARA的另一个特点是串接的两杆结构，类似人的手臂，可以伸进有限空间内进行作业然后收回，适合于佳冬和取放物件，如集成电路板等。
SCARA机器人广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要职能是搬取零件和装配工作。它的第一个轴和第二个轴具有转动特性，第三和第四个轴可以根据工作的需要的不同，制造成相应多种不同的形态，并且一个具有转动、另一个具有线性移动的特性。由于其具有特定的形状，决定了其工作范围类似于一个扇形区域。
进一步的，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述工业机器人为6轴机器人。
工业机器人具体可以为6轴机器人，当然，也可以为其他轴数量的机器人，工业机器人的轴的数量不应该理解为是对本申请的限制。
进一步的，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，还包括示教器，所述示教器与所述电脑端连接。
示教器又叫示教编程器(以下简称示教器)是机器人控制系统的核心部件，是一个用来注册和存储机械运动或处理记忆的设备，该设备是由电子系统或计算机系统执行的，支持示教编程。
进一步的，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述电脑端包括有存储器，所述存储器内存储有学习工具包。
学习工具包是指针对学习内容开发的工具包，包括仿真模型、硬件驱动、案例等。
进一步的，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述电脑端包括有存储器，所述存储器内存储有学习教程。
学习教程是指针对教学内容开发的文字、视频教程。
本发明实施例提供的控制技术原理教学装置的有益效果为：
本发明实施例提供的控制技术原理教学装置包括电脑端、控制器以及仿真软件，仿真软件内运行有虚拟机器人，所述虚拟机器人由电脑端以及控制器控制。与现有技术中使用实体控制器相比，使用虚拟机器人进行教学可以避免实体硬件导致故障的出现，并且虚拟机器人的成本较低，有利于降低该控制技术原理教学装置的使用成本。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的控制技术原理教学装置的电脑端的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的控制技术原理教学装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的控制技术原理教学装置的一种具体实施方式的结构示意图。
附图标记：电脑端100；控制器200；实体机器人300；示教器400。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有机器人教育类产品有Arduino教育机器人、能力风暴教育机器人、LEGO教育机器人等。
Arduino是一个开放的单片机开发人机互动产品的软硬件平台，由于它有丰富的软硬件资源而且易于使用，得到了广泛的应用，特别是在电子竞赛、电子艺术品开发等方面。
能力风暴拥有移动机器人M系列，模块机器人S系列，积木机器人C系列，类人机器人H系列，飞行机器人F系列等用于创新实验室教学、各种国内外竞赛、工程项目设计与创新的教育机器人。
乐高机器人教育是集编程原理、物理科学、数学知识、造型设计、动手等知识与技能于一体的教育，是乐高的空间形象思维和控制器逻辑思维的结合，因此其教学形式有其特殊。教学形式越是丰富(如“乐高玩具基础之上的机器人搭建，程序模块的组合设计与编制调试等)，就越能刺激学生的创造力和潜力。
现有的机器人教育类产品针对的是中小学生群体，主要是机器人软件、硬件的原理学习与应用，不涉及工业机器人控制器的原理教学。而本申请目的在于提供一种控制技术原理教学装置，针对职校、大学、新就业者等人群。
请参照图1，图1示出了一种可应用于本申请实施例中的电脑端100的结构框图。电脑端100可以包括存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、输入输出单元105、音频单元106、显示单元107。
所述存储器101、存储控制器102、处理器103、外设接口104、输入输出单元105、音频单元106、显示单元107各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通讯总线或信号线实现电性连接。仿真软件、虚拟机器人、学习工具包、学习教程包括至少一个可以软件或固件(firmware)的形式存储于所述存储器101中。虚拟机器人可以运行于电脑端的仿真软件中。所述处理器103用于执行存储器101中存储的可执行模块，例如所述学习工具包或学习教程中包括的软件功能模块或计算机程序。
其中，存储器101可以是，但不限于，随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。其中，存储器101用于存储程序，所述处理器103在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的服务器所执行的方法可以应用于处理器103中，或者由处理器103实现。
处理器103可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。上述的处理器103可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器103也可以是任何常规的处理器等。
所述外设接口104将各种输入/输出装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104，处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
输入输出单元105用于提供给用户输入数据实现用户与所述服务器(或本地终端)的交互。所述输入输出单元105可以是，但不限于，鼠标和键盘等。
音频单元106向用户提供音频接口，其可包括一个或多个麦克风、一个或者多个扬声器以及音频电路。
显示单元107在所述电脑端100与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。在本实施例中，所述显示单元107可以是液晶显示器或触控显示器。若为触控显示器，其可为支持单点和多点触控操作的电容式触控屏或电阻式触控屏等。支持单点和多点触控操作是指触控显示器能感应到来自该触控显示器上一个或多个位置处同时产生的触控操作，并将该感应到的触控操作交由处理器103进行计算和处理。
所述外设接口104将各种输入/输入装置耦合至处理器103以及存储器101。在一些实施例中，外设接口104，处理器103以及存储控制器102可以在单个芯片中实现。在其他一些实例中，他们可以分别由独立的芯片实现。
输入输出单元105用于提供给用户输入数据实现用户与处理终端的交互。所述输入输出单元105可以是，但不限于，鼠标和键盘等。
可以理解，图1所示的结构仅为示意，所述电脑端100还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
实施例
请参见图2，本发明实施例提供了一种控制技术原理教学装置，所述控制技术原理教学装置包括：电脑端100、控制器200以及仿真软件，仿真软件存储在电脑端100的存储器中，仿真软件内运行有虚拟机器人，虚拟机器人由电脑端100以及控制器200控制。电脑端100可以为主机与显示屏一体式的PC。
仿真软件可以包括人机操作界面、虚拟机器人的运行环境、机器人模型库、运动控制案例库、常用函数库、常用硬件接口驱动等。虚拟机器人的机器人模型包括3轴、DELTA、SCARA、6轴等机器人。控制器200具体可以为工业控制器200。工业控制器200为工业机器人控制器，可以支持3轴、6轴、DELTA、SCARA等机器人。
请参见图3，该教学装置还包括实体机器人300，所述电脑端100通过控制器200以及控制所述实体机器人300。
具体地，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述实体机器人300可以包括机器人本体、伺服电机以及减速机，请参见图3。
具体地，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述教学装置还包括虚拟机器人，所述虚拟机器人运行于所述电脑端100的仿真软件中，由所述电脑端100的所述控制器200控制。用户可以通过操纵电脑端100内的虚拟机器人来进行教学活动，具体地，用户可以操作电脑端100内的仿真软件来进行教学活动。由于可以将一部分教学活动换成由虚拟机器人来实现，而虚拟机器人不容易出现故障，因此可以较好的节约成本。
具体地，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述实体机器人300为工业机器人。实体机器人300具体可以为工业机器人，从而可以使得教学活动是针对职校、大学、就业者的教学活动，来为学习者提供拆装、使用、编程等方面的学习。教学内容不但可以包括操作使用、应用方面，同时还可以包括核心技术的基本原理，设计原理，设计应用等更高层次的内容。
具体地，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述工业机器人为DELTA机器人。delta机器人是并联机器人中较为成功的一个，也是最快的一种。它的机械原理为空间连杆机构。控制上，主要就是简单的PID控制，商用伺服系统都已经满足。另外，要想实现更高速更平稳，需要进行动力学控制。
工业机器人具体可以为DELTA机器人，也可以为其他类型的机器人，机器人的具体类型不应该理解为是对本申请的限制。
具体地，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述工业机器人为选择顺应性装配机器手臂。工业机器人可以为选择顺应性装配机器手臂(SelectiveCompliance Assembly Robot Arm,SCARA)，其具有三个旋转关节，适用于平面定位。这类机器人的结构轻便、响应快，适用于平面定位，垂直方向进行装配的作业。
SCARA系统在x、y方向上具有顺从性，而在z轴方向具有良好的刚度，此特性特别适合于装配工作，例如将一个圆头针插入一个圆孔，故SCARA系统大量用于装配印刷电路板和电子零部件；SCARA的另一个特点是串接的两杆结构，类似人的手臂，可以伸进有限空间内进行作业然后收回，适合于佳冬和取放物件，如集成电路板等。
SCARA机器人广泛应用于塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要职能是搬取零件和装配工作。它的第一个轴和第二个轴具有转动特性，第三和第四个轴可以根据工作的需要的不同，制造成相应多种不同的形态，并且一个具有转动、另一个具有线性移动的特性。由于其具有特定的形状，决定了其工作范围类似于一个扇形区域。
具体地，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述工业机器人为6轴机器人。工业机器人具体可以为6轴机器人，当然，也可以为其他轴数量的机器人，工业机器人的轴的数量不应该理解为是对本申请的限制。
具体地，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，还包括示教器400，所述示教器400与所述电脑端100连接。示教器400又叫示教编程器(以下简称示教器400)是机器人控制系统的核心部件，是一个用来注册和存储机械运动或处理记忆的设备，该设备是由电子系统或计算机系统执行的，支持示教编程。
具体地，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述电脑端100包括有存储器，所述存储器内存储有学习工具包。学习工具包是指针对学习内容开发的工具包，包括仿真模型、硬件驱动、案例等。
具体地，本申请实施例提供的控制技术原理教学装置中，所述电脑端100包括有存储器，所述存储器内存储有学习教程。学习教程是指针对教学内容开发的文字、视频教程。
存储器中还可以装有离线编程软件，用于实现离线编程。
本发明实施例提供的控制技术原理教学装置包括电脑端100、控制器200以及仿真软件，仿真软件内运行有虚拟机器人，所述虚拟机器人由电脑端100以及控制器200控制。与现有技术中使用实体控制器200相比，使用虚拟机器人进行教学可以避免实体硬件导致故障的出现，并且虚拟机器人的成本较低，有利于降低该控制技术原理教学装置的使用成本。
通过对本申请实施例提供的控制技术原理教学装置的运用，可以实现对目标机器人本体、电机、减速机等硬件的理论学习以及认识，还可以通过仿真软件对目标机器人实现运动仿真。还可以对目标机器人进行理论学习、动力学正、逆仿真分析以及运动学正、逆仿真分析。离线编程理论学习以及仿真实验，用户可上载自编控制代码进行半实物仿真实验，用户可自行设计机器人并上传模型进行全虚拟仿真。
相比其它教学装置，本教学装置针对职校、大专、大学、就业者等人群，使用者可以对控制器200进行多层次的学习：了解机器人实物结构与组成、学习相关技术原理理论知识、学习相关应用实例、相关设计原理、实践验证相关知识；具备操作过程简单、教程简明实用、应用案例丰富、理论实践相结合、教学内容扩展性强等优点，利于高职或高等院校学生、从业者快速入门成为高层次人才。
另外，在本发明实施例中的各功能装置可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个装置单独存在，也可以两个或两个以上装置集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能装置的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述控制技术原理教学装置的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read－OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、控制技术原理教学装置、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、控制技术原理教学装置、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、控制技术原理教学装置、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种控制技术原理教学装置，其特征在于，所述教学装置包括电脑端、控制器以及仿真软件，所述仿真软件内运行有虚拟机器人，所述虚拟机器人由所述电脑端以及所述控制器控制。
2.根据权利要求1所述的控制技术原理教学装置，其特征在于，所述控制器为工业控制器。
3.根据权利要求1所述的控制技术原理教学装置，其特征在于，所述教学装置还包括实体机器人，所述电脑端通过所述控制器控制所述实体机器人。
4.根据权利要求3所述的控制技术原理教学装置，其特征在于，所述实体机器人为工业机器人。
5.根据权利要求4所述的控制技术原理教学装置，其特征在于，所述工业机器人为DELTA机器人。
6.根据权利要求4所述的控制技术原理教学装置，其特征在于，所述工业机器人为选择顺应性装配机器手臂。
7.根据权利要求4所述的控制技术原理教学装置，其特征在于，所述工业机器人为6轴机器人。
8.根据权利要求1所述的控制技术原理教学装置，其特征在于，还包括示教器，所述示教器与所述电脑端连接。
9.根据权利要求1所述的控制技术原理教学装置，其特征在于，所述电脑端包括有存储器，所述存储器内存储有学习工具包。
10.根据权利要求1所述的控制技术原理教学装置，其特征在于，所述电脑端包括有存储器，所述存储器内存储有学习教程。
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| CN105549417A (zh) * | 2015-12-10 | 2016-05-04 | 南京熊猫电子股份有限公司 | 一种机器人教学系统及其方法 |
| CN107291016A (zh) * | 2017-07-31 | 2017-10-24 | 深圳市鸿栢科技实业有限公司 | 一种应用于工业机器人的控制系统 |
| CN107511835A (zh) * | 2017-10-18 | 2017-12-26 | 佛山市南方数据科学研究院 | 一种手把手仿人示教机器人系统 |
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