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工业机器人应用系统虚拟仿真技术的研究

史秋雨  
【摘要】:随着“制造强国战略”的提出,工业机器人作为智能制造关键设备在工业生产中扮演着重越来越重要的角色,社会对机器人技术人才的需求量也急剧增加,基于这种现状,许多高校都开设了机器人相关课程,然而用于高校教学的工业机器人数量远不能满足学生学习需求,严重影响了高校开设工业机器人教学的质量。本课题开发了工业机器人应用系统虚拟仿真平台,详细介绍了工业机器人应用系统虚拟仿真平台设计全过程,综合了工业机器人技术、建模技术、虚拟仿真、数字孪生与OPC UA技术,主要研究内容如下:首先设计出一个工业机器人应用系统,满足用户多层次、多角度认识和掌握工业机器人及其应用。以六角工作台为基础,对工业机器人应用系统中的码垛、打磨、视觉、装配和仓储典型应用进行模块化结构设计。接着介绍工业机器人应用系统的工艺仿真,分别设计码垛、打磨、视觉、装配和仓储五种应用的工艺流程,借助Robot Studio离线编程与仿真软件搭建仿真系统。通过仿真验证了该方案的可行性,最后将优化后的程序导入定制的工业机器人应用系统中并调试成功。然后开发出一套工业机器人应用系统虚拟仿真平台,对该平台的研究也是本课题的核心。基于Unity 3D虚拟现实引擎,搭建虚拟场景。为实现更加逼真的虚拟仿真效果,对游戏对象进行实时碰撞检测、对UI界面进行屏幕自适应处理,同时设计了丰富的操控功能。为多层次、多角度适用于教学需求,通过OPC UA协议实现工业机器人与PC端的通信从而实现真实工业机器人与虚拟工业机器人同步运动。最后通过离线交互测试和在线示教测试验证该平台服务于高校工业机器人教学的可行性。基于数字孪生完成了工业机器人应用系统虚拟仿真平台的研发。平台主要实现的功能有:借助人机交互服务于工业机器人教学,实现模型展示、结构展示、五种应用动画演示和教程测试;示教器控制真实工业机器人动作,同时实现工业机器人同步动作,两者具有实时性、一致性。该平台服务于高校工业机器人教学,将可视化操控应用于工业生产中,具有良好的应用价值和广阔的发展前景。


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