通過Murtaza Bohra

無人系統工程師| Quanser Consulting Inc.

過去，我們已經與許多手臂制造商合作，例如Kinova，KUKA或Denso。通過快速控制原型軟件QUARC的開放式體系結構，您可以在Simulink中使用這些設備，設計自己的算法或控制技術，并在硬件上實時進行驗證。我們還為這些操縱者供了基于經典教學主題的有效課程。

但是，大約一年前，我們感到有必要設計自己的機械手，該機械手將針對當今的教學需求和研究趨勢進行優化。作為QArm機械手的學術負責人，我有機會重新考慮了我們開發串行操縱器課程的方式。在這篇博客中，我想談談QArm，我們對課程內容所做的工作以及它如何適合您的學術生活。同時，我還要感謝參與此過程的所有同事。

一年級和二年級教學

當我在2008年開始我的本科工程學項目時，我們的期望與現實之間的脫節顯而易見。我們開始接受教育，熱衷于修補，并將理論應用于工業應用。但是，該課程是為基于理論的傳統講座和課程而設計的。一些實驗室讓我們分析了經典的實驗，例如用飛機來測量重力或光電效應。盡管我贊賞這些實驗的簡單性以及它們所代表的意義，但它們并沒有幫助我們了解我們所學的知識將如何應用于現代世界。

相反，想象一下能夠對復雜的，用戶友好的操縱器使用高級任務，這些任務專注于與行業相關的問題，例如自動回收分類，并解決子問題，例如取放或任務調度。

使用QArm界攜手進行拾取和放置任務及其虛擬版本

就在形成工程學的年代，學生項目可以包括基于互連系統的高級多代理競爭/協作，而無需深入理論。最近，麥克馬斯特大學決定這樣做?？紤]到大流行和安全方面的問題，他們決定暫時繼續使用我們的虛擬QArm（用于虛擬實驗室）。但是計劃是一旦條件改善，將使用硬件復制該項目。

不過，重要的是，麥克馬斯特的學生可以訪問圍繞現代應用程序構建的現代課程。我的同事Simon Whitmell，Arman Molki和Derek Wight在2020年秋季學期的所有時間里，為適應不同層次的復雜性和學生背景的多個用戶層開發了級聯內容，發揮了重要作用。

使用智能系統分類回收廢品

三年級和四年級教學

進入第三年和第四年，課程將深入研究機械手特有的理論，而QArm幾乎不需要修改就可以完全適合現有課程。QArm附帶了一系列針對課程主題的實驗室，例如正向/逆向運動學，微分運動學，靜力學，奇異性識別和動力學。

作為開發此內容的學術負責人，我想確保學生了解這些概念與工業應用之間的關系。因此，每個實驗室都通過與焊接，組裝，噴漆，碼垛，有效載荷轉移等與行業相關的應用來授課，例如引線，示教器，工具操縱，負載平衡和視覺伺服。

我與我的同事Thomas Zhang一起花費了許多時間來討論這些實驗室中的概念總結，實驗室程序和整體工作流程，以確保“ aha”時刻不僅是摘要活動，而且是持續的經驗。該圖片演示了在依次向關節施加小速度命令時，最終效果如何在Y方向（示波器的藍線）中失去自由度。將奇異性形象化使我想向學生提供這種體驗，我很高興我們做到了。請注意，所有實驗室都可以部署到QArm及其數字孿生QLabs Virtual QArm。

QArm上的奇異性識別

虛擬QArm上的奇異性識別

為了贊美這一切，我的同事Andrew Jerabak和Filip Vranes希望確保學生不只是從遠處使用QArm。他們希望給他們與這些機械手進行交互的個人體驗，從而增強他們的體驗。在使手臂感覺平緩的同時，學生和手臂本身的安全至關重要。多虧了他們，QArm結合了強大的執行器和低慣性連桿。通過位置/速度/加速度限制和安全操作扭矩，執行器具有多種安全等級，可讓您以位置模式操作機械臂，以實現安全的教學應用。同時，鏈接是碳纖維骨架，表面看起來像人的手臂，而不是終結者。

研究生研究

您可以探索有關基于數字雙胞胎的容錯，cobot/協作機器人技術，多代理通信/網絡安全和智能系統的研究主題。研究應用程序及其需求因團隊和項目而異。我的同事Heidi Wight希望為研究團隊提供多種選擇，并著重設計了突破性PCB：提高可擴展性和連接性。由于她的努力，您可以通過大量的模擬和數字I / O引腳（USART，UART，SPI和I2C）以及3.3V，5V和12V電源引腳將附加的傳感器/執行器連接到末端執行器，所有這些都可以以緊湊的形式提供。

Filip Vranes在公開QArm的開放式結構PWM和當前操作模式方面也起到了一定的作用，以便研究人員可以開發和探索自己的控制策略。Jason Desouza設計了一個基于肌腱的抓具，帶有兩個鉸接的手指，可實現5點接觸的抓握，使它可以輕松地圍繞多種形狀的對象折疊。他想確保手臂可以長時間工作。他不僅提供了“安全”低端編號的有效載荷和操作時間，還花費了額外的時間來測試各種操作條件下的機械臂。根據操作軌跡，您可以無限期地將手臂與最大250克的有效載荷配合使用，對于最大500克的有效載荷可以使用20到30分鐘，對于最大750克的有效載荷可以長達10-15分鐘。瓶頸當然是執行器中的熱量，這需要休息一段時間，但是，750克絕不是笑話。

觸手可及并隨時掌握

由一群熱衷于改善工程學教育，同時滿足定制研究需求的工程師團隊帶給您的，您可以知道我們對此花費了多少心思。由于我的同事Peter Martin的理智，這使之成為可能，由于他的調解和洞察力，我們其他人可以將我們的個人議程并排在一起，形成單一的體驗。QArm現在可以使用了，我已經迫不及待想聽聽您對此的看法。

原文鏈接：https://www.quanser.com/blog/qarm-within-your-reach-and-ready-to-grasp/