2自由度球板系统
2自由度球平衡器

2自由度球板系统

      2自由度球板系统是基于视觉控制的实验装置，利用视觉传感器，分析球在平板上的位置，适用于教授中级到高级的控制理论。学生可以将球杆实验的学习经验应用到球板系统中。学习并设计一个控制系统使自由滚动的球能够平衡在板上特定的位置，或者沿一定的轨迹滚动。
      2自由度球板系统利用视觉传感器确定小球的位置，可以平衡在平板上自由运动的小球。板绕x轴和y轴的旋转由两个电机驱动，视觉传感器得到小球在板上的位置后反馈给控制系统，控制系统采用一定的控制策略控制板在x轴和y轴方向的转角，达到对小球在板上平衡位置和运动轨迹的控制。
 
工作原理
      球板模块包含一个提供球自由移动的金属板，两台旋转伺服基础单元（SRV02），金属板到伺服底座间使用二自由度环进行连接，通过控制伺服齿轮的运动可以使金属板按任意方向转动，更改金属板的倾斜角度来控制小球平衡位置。
      数字摄像机安装在球板系统上方，使用高性能的图像采集卡可以实时抓取小球在平板上的位置坐标信息传输到PC端上，使小球跟踪任意轨迹运动，或使被抛到金属板上的小球保持平衡。
 
系统组成 
组件
描述
设备
2个Servo Base Unit (SRV02)
球板模块
控制器设计环境
基于MATLAB/Simulink的QUARC软件
文件资料
ABET标准的教师和学生手册
用户手册，快速启动指南
实时运行环境
Microsoft Windows®
数据采集卡
Quanser Q2-USB
功率放大器
Quanser VoltPAQ-X2
完整的动态模型
完整的动态模型
Simulink预设控制器
 
系统详述 

课程内容设置
建模课题                                    控制课题
线性化                                        PID
第一原理模块推导                       多回路
第一原理求解                              传感器控制分析
传递函数  
                       
特点
  • 底盘使用耐用的塑料精密制造
  • 板安装在一个二自由度的万向节上，可以在两轴间自由旋转；
  • 高分辨率光电编码器精确的测量平板在二维平面的位置；
  • 高分辨率，高帧率的CCD数码摄像机，FireWire连接可以快速实时感应物体在二维平面的位置；
  • 提供Quaner图像处理软件和Simulink模块库支持；
  • 模块易于安装到SRV02上；
  • 易于连接的线缆和连接器；
  • 完全兼容MATLAB/Sumulink；
  • 全面的系统模块文件以及MATLAB，Sinmulink和Maple的参数设置；
  • 开放结构设计，可以自己设计控制器。

设备参数
参    数
值
单    位
设备尺寸
41.75×41.75
cm
相机高度
69.5
cm
平板尺寸
27.5×27.5
cm
杠杆臂长度
9.7
cm
支撑臂长度
14.6
cm
摄相机规格
IIDC1394-based
v1.31
摄相机标准分辨率
640×480
 
摄相机帧率（全分辨率，Y8格式）
30
FPS
摄像机像素格式
Y8 BGR格式