机器人硬件在环系统原理分析

Hardware-in-the-loop

一 概述

本文以机器人为主要研究对象，但是机器人属于典型的机电一体化设备。因而所叙述内容也与其他机电一体化设备的原理类似。

一方面，机器人一般由Monitor-controller-Robot body组成。机器人系统依赖于控制器硬件、机器人本体硬件等。在实际的机器人研发和使用过程中需要对控制器进行综合性测试，对本体进行功能测试以及极限性能测试。最好的情况是将机器人本体和控制器硬件和软件进行真实的测试。但是实际的机器人研发过程中无法做到多个复杂系统联合测试，因而有必要研发机器人的半实物仿真系统。机器人在研发前需要设计其实验验证系统，目前的实验系统主要包含以下几种：

• 全数值仿真系统
• 实时仿真系统
• 控制器在环实时仿真系统
• 机器人本体在环实时仿真系统
• 机器人本体实验

Hardware in the loop

另一方面操作者在使用特殊类型机器人或者机电一体化设备过程中，操作者需要一些辅助系统来进行训练和引导。因而有必要研发实际系统的仿真模拟器来辅助操作者的训练。

flying simulator

机器人或机电一体化设备的硬件在环系统不仅仅是针对某一特定的环节，而是针对机器人的整个系统的各个部分。机器人的机电一体化设备任何一个关键部位都可以用来做为真实的部件参与硬件在环系统。、

机器人硬件在环系统

2 商业化硬件在环系统

RT-LAB是由加拿大Opal-RT Technologies推出的一套工业级的系统实时仿真平台软件包。通过应用这 种开放，可扩展的实时平台。通过RT-LAB，工程师可以直接将利用MATLAB/Simulink建立的动态系统数学模型应用于实时仿真、控制、测试以及其它相关领域。RT-LAB是一种全新的基于模型的工程设计应用平台。工程师可以在一个平台上实现工程项目的设计，实时仿真，快速原型与硬件在回路测试的全套解决方案。RT-LAB 是一个分布式实时平台 ，它能够在很短的时间内、以很低的花费，通过对进行工程仿真或者是对实物在回路的实时系统建立动态模型。

RT-LAB与MATLAB /Simulink®完全集成，使Simulink模型可以与现实世界进行实时交互。这使RT-LAB成为工程师快速实时开发和验证其应用程序的理想选择，而无需考虑其复杂性。作为一个多域平台，RT-LAB为电力系统，电力电子，航空航天和汽车行业提供灵活且可扩展的解决方案。

RTlab

电机控制

基于RT_LAB的电机仿真控制

机器人硬件在环仿真系统主要用于机电一体化辅助开发，其可以大大加速机电一体化开发和测试的流程。使得在机电一体化设备的调试过程中不需要进行实物测试，但是由于仿真器具有实物所有的接口，其中具有模拟机电一体化设备的动力学以及通信接口和协议，因而使得机器人模拟更加方便。