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基于NI PXI平臺(tái)實(shí)現(xiàn)針對(duì)無框力矩電機(jī)、空心杯電機(jī)等多類型電機(jī)MCU的快速原型仿真和低成本硬件在環(huán)測試
2025-09-03
NI主控、電機(jī)與機(jī)械部件核心測試方案拆解
主控系統(tǒng)是機(jī)器人的大腦，負(fù)責(zé)其智能與決策，其電機(jī)提供運(yùn)動(dòng)能力的強(qiáng)大肌肉，而其復(fù)雜的機(jī)械部件則構(gòu)成了賦予其結(jié)構(gòu)的堅(jiān)韌骨骼。確保這套“大腦、肌肉與骨骼”系統(tǒng)的安全性、可靠性與最佳性能是重中之重。NI提供靈活、可擴(kuò)展且開放的解決方案，全面賦能機(jī)器人主控、電機(jī)與機(jī)械部件的測試。
無框力矩電機(jī)與空心杯電機(jī)是人形機(jī)器人中關(guān)鍵的執(zhí)行部件，分別應(yīng)用于大關(guān)節(jié)的直接驅(qū)動(dòng)（如肩、肘、髖等）和精細(xì)部位的動(dòng)作控制（如手指、手腕、頭部等）。
前者具有高扭矩和零背隙優(yōu)勢，適用于動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)和平衡控制，后者則以體積小、響應(yīng)快的特點(diǎn)，滿足高精度、輕量化的控制需求。對(duì)這類電機(jī)MCU進(jìn)行硬件在環(huán)（HIL）測試至關(guān)重要，它可以在不依賴真實(shí)電機(jī)的前提下，仿真電機(jī)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，驗(yàn)證控制算法的穩(wěn)定性與魯棒性，確保在異常工況下依然安全可靠運(yùn)行。
用戶反饋仿真電機(jī)時(shí)，市面上各類專有電機(jī)模型仿真軟件許可證昂貴，且不一定適用。因此，許多客戶會(huì)選擇使用Simulink進(jìn)行自定義特殊模型仿真。
圖1：人形機(jī)器人電機(jī)快速原型仿真系統(tǒng)與電機(jī)MCU HIL測試系統(tǒng)架構(gòu)
NI的電機(jī)MCU HIL測試系統(tǒng)允許用戶通過VeriStand將Simulink、C/C++、LabVIEW等不同工具開發(fā)的電機(jī)模型部署在PXI系統(tǒng)上，無需額外采購昂貴的電機(jī)仿真軟件或另搭平臺(tái)，大大節(jié)省成本和加速驗(yàn)證。
用戶如需進(jìn)行快速原型仿真，還可選擇通過 FPGA 將 MCU 算法部署在 PXI 實(shí)時(shí)系統(tǒng)中。通過靈活的配置，用戶可實(shí)現(xiàn)真實(shí)MCU控制真實(shí)電機(jī)，真實(shí)MCU控制仿真電機(jī)（如Simulink電機(jī)模型），仿真MCU控制真實(shí)電機(jī)，仿真MCU控制仿真電機(jī)四種測試模式。
另外，此架構(gòu)也支持域級(jí)多電機(jī)的聯(lián)調(diào)，人形機(jī)器人各部件和系統(tǒng)間的通信大多采用EtherCAT或Ethernet協(xié)議，主控板作為主站與各電機(jī)MCU從站通信，用戶可以在一臺(tái)NI PXI系統(tǒng)上仿真主站信號(hào)，而被測件從站可根據(jù)測試需求配置單個(gè)電機(jī)MCU或域級(jí)多個(gè)電機(jī)MCU。這樣的測試配置方式下，用戶可在同一平臺(tái)下進(jìn)行不同項(xiàng)目的測試。
隨著機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)測試的要求也必會(huì)日益提升。只有通過完善而高效的測試體系，才能確保機(jī)器人在復(fù)雜多變的應(yīng)用場景中始終保持卓越表現(xiàn)。借助NI 的創(chuàng)新測試平臺(tái)，企業(yè)不僅能夠加速產(chǎn)品迭代，還能在安全性與可靠性上贏得更大優(yōu)勢，為人性機(jī)器人行業(yè)的未來發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
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