The persistent challenge in scaling authentic manipulator education within university laboratories is a structural dichotomy: commercial digital twins are often cost-prohibitive and rigidly scripted, whereas open-source robotics middleware (ROS) imposes steep technical and syntax barriers for novices. To resolve this logistical and educational friction, this Work-in-Progress (WiP) paper proposes a scalable four-tier communication architecture tailored for sustainable robotic curricula. Rather than focusing on software application design, our study examines the underlying data exchange mechanisms required to bridge visual conceptual environments with physical robotic endpoints, utilizing the Graphical Open-Source Platform (GOSP) as a foundational instantiation. This WiP details the framework's technical integration of 3D visual armature modeling with a robust ROS middleware backend, emphasizing the serialization, routing, and encapsulation of intricate communication routines. Preliminary sim-to-real validation using multi-axis spatial trajectories confirms that encapsulating these communication pipelines provides a sufficient fidelity hardware-agnostic pathway. By bridging virtual design and physical execution, this architectural blueprint offers a viable infrastructure for engineering education.


翻译:在高校实验室中推广真实的机械臂教育始终面临结构性难题:商业数字孪生系统往往成本高昂且脚本固化,而开源机器人中间件(ROS)对初学者设置了陡峭的技术与语法门槛。为解决这一教学与工程实践中的矛盾,本项进展中工作(WiP)提出一种专为可持续机器人课程设计的可扩展四层通信架构。不同于聚焦软件应用设计,本研究重点考察连接可视化概念环境与物理机器人终端所需的基础数据交换机制,并以图形化开源平台(GOSP)作为基础实例化载体。该WiP详细阐述了框架中三维可视化臂架建模与稳健ROS中间件后端的技术集成路径,着重分析复杂通信例程的序列化、路由与封装机制。基于多轴空间轨迹的初步仿真到现实验证表明,通过封装通信管道可获得足够保真度的硬件无关路径。该架构蓝图通过桥接虚拟设计与物理执行,为工程教育提供了可行的基础设施方案。

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