通过Murtaza Bohra

无人系统工程师| Quanser Consulting Inc.

过去，我们已经与许多手臂制造商合作，例如Kinova，KUKA或Denso。通过快速控制原型软件QUARC的开放式体系结构，您可以在Simulink中使用这些设备，设计自己的算法或控制技术，并在硬件上实时进行验证。我们还为这些操纵者供了基于经典教学主题的有效课程。

但是，大约一年前，我们感到有必要设计自己的机械手，该机械手将针对当今的教学需求和研究趋势进行优化。作为QArm机械手的学术负责人，我有机会重新考虑了我们开发串行操纵器课程的方式。在这篇博客中，我想谈谈QArm，我们对课程内容所做的工作以及它如何适合您的学术生活。同时，我还要感谢参与此过程的所有同事。

一年级和二年级教学

当我在2008年开始我的本科工程学项目时，我们的期望与现实之间的脱节显而易见。我们开始接受教育，热衷于修补，并将理论应用于工业应用。但是，该课程是为基于理论的传统讲座和课程而设计的。一些实验室让我们分析了经典的实验，例如用飞机来测量重力或光电效应。尽管我赞赏这些实验的简单性以及它们所代表的意义，但它们并没有帮助我们了解我们所学的知识将如何应用于现代世界。

相反，想象一下能够对复杂的，用户友好的操纵器使用高级任务，这些任务专注于与行业相关的问题，例如自动回收分类，并解决子问题，例如取放或任务调度。

使用QArm界携手进行拾取和放置任务及其虚拟版本

就在形成工程学的年代，学生项目可以包括基于互连系统的高级多代理竞争/协作，而无需深入理论。最近，麦克马斯特大学决定这样做。考虑到大流行和安全方面的问题，他们决定暂时继续使用我们的虚拟QArm（用于虚拟实验室）。但是计划是一旦条件改善，将使用硬件复制该项目。

不过，重要的是，麦克马斯特的学生可以访问围绕现代应用程序构建的现代课程。我的同事Simon Whitmell，Arman Molki和Derek Wight在2020年秋季学期的所有时间里，为适应不同层次的复杂性和学生背景的多个用户层开发了级联内容，发挥了重要作用。

使用智能系统分类回收废品

三年级和四年级教学

进入第三年和第四年，课程将深入研究机械手特有的理论，而QArm几乎不需要修改就可以完全适合现有课程。QArm附带了一系列针对课程主题的实验室，例如正向/逆向运动学，微分运动学，静力学，奇异性识别和动力学。

作为开发此内容的学术负责人，我想确保学生了解这些概念与工业应用之间的关系。因此，每个实验室都通过与焊接，组装，喷漆，码垛，有效载荷转移等与行业相关的应用来授课，例如引线，示教器，工具操纵，负载平衡和视觉伺服。

我与我的同事Thomas Zhang一起花费了许多时间来讨论这些实验室中的概念总结，实验室程序和整体工作流程，以确保“ aha”时刻不仅是摘要活动，而且是持续的经验。该图片演示了在依次向关节施加小速度命令时，最终效果如何在Y方向（示波器的蓝线）中失去自由度。将奇异性形象化使我想向学生提供这种体验，我很高兴我们做到了。请注意，所有实验室都可以部署到QArm及其数字孪生QLabs Virtual QArm。

QArm上的奇异性识别

虚拟QArm上的奇异性识别

为了赞美这一切，我的同事Andrew Jerabak和Filip Vranes希望确保学生不只是从远处使用QArm。他们希望给他们与这些机械手进行交互的个人体验，从而增强他们的体验。在使手臂感觉平缓的同时，学生和手臂本身的安全至关重要。多亏了他们，QArm结合了强大的执行器和低惯性连杆。通过位置/速度/加速度限制和安全操作扭矩，执行器具有多种安全等级，可让您以位置模式操作机械臂，以实现安全的教学应用。同时，链接是碳纤维骨架，表面看起来像人的手臂，而不是终结者。

研究生研究

您可以探索有关基于数字双胞胎的容错，cobot/协作机器人技术，多代理通信/网络安全和智能系统的研究主题。研究应用程序及其需求因团队和项目而异。我的同事Heidi Wight希望为研究团队提供多种选择，并着重设计了突破性PCB：提高可扩展性和连接性。由于她的努力，您可以通过大量的模拟和数字I / O引脚（USART，UART，SPI和I2C）以及3.3V，5V和12V电源引脚将附加的传感器/执行器连接到末端执行器，所有这些都可以以紧凑的形式提供。

Filip Vranes在公开QArm的开放式结构PWM和当前操作模式方面也起到了一定的作用，以便研究人员可以开发和探索自己的控制策略。Jason Desouza设计了一个基于肌腱的抓具，带有两个铰接的手指，可实现5点接触的抓握，使它可以轻松地围绕多种形状的对象折叠。他想确保手臂可以长时间工作。他不仅提供了“安全”低端编号的有效载荷和操作时间，还花费了额外的时间来测试各种操作条件下的机械臂。根据操作轨迹，您可以无限期地将手臂与最大250克的有效载荷配合使用，对于最大500克的有效载荷可以使用20到30分钟，对于最大750克的有效载荷可以长达10-15分钟。瓶颈当然是执行器中的热量，这需要休息一段时间，但是，750克绝不是笑话。

触手可及并随时掌握

由一群热衷于改善工程学教育，同时满足定制研究需求的工程师团队带给您的，您可以知道我们对此花费了多少心思。由于我的同事Peter Martin的理智，这使之成为可能，由于他的调解和洞察力，我们其他人可以将我们的个人议程并排在一起，形成单一的体验。QArm现在可以使用了，我已经迫不及待想听听您对此的看法。

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