基于VR的工业机器人任务仿真与实时监控研究

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虚拟现实(Virtual Reality,简称VR)技术具有很好的交互性和沉浸感,将虚拟现实技术用于工业机器人的路径规划,不仅可以发挥在线示教路径规划方式的现场操作、贴近实际的优势,还可以将离线编程路径规划方式的高效、可重复编程、操作安全性高和可进行复杂路径规划等优点结合起来,从而形成更加高效和简捷的工业机器人路径规划方法。将虚拟现实技术用于监控工业机器人的工作状态,可以实时、同步地显示工业机器人的位姿和各关节的转动角度等工作数据,有效弥补当前工业机器人视频监控的只有影像资料而缺少工作数据的不足,从而达到全面和实时监控机器人工作状态的目的;可以在显示数据的同时将工作数据资料保存,为检查工业机器人工作状态和进行故障诊断提供参考,从而有利于加快故障排除速度,提高生产效率。为此,本文主要进行了两方面研究,一方面是将虚拟现实技术用于工业机器人的路径规划,另一方面是将虚拟现实技术用于工业机器人的实时监控。为实现上述目的,本文主要进行了以下的工作:(1)本文运用开源3D动画制作软件Blender建立虚拟现实环境和用作虚拟现实引擎,选择KUKA-KR16工业机器人作为研究平台,使用SolidWorks对其进行建模并将零件模型导入到虚拟现实环境中,在虚拟现实环境中对零件模型进行了设置和添加了骨头,最终得到了导入到虚拟现实环境中的、绑定了骨骼的KUKA KR16工业机器人模型。(2)本文使用3D打印技术打印了示教模型,并使用旋转电位器作为示教机器人模型的关节,利用关节处的电位器转动产生转角信息。(3)本文使用Arduino控制器读取来自示教机器人模型的角度信息并进行AD转换,将角度数据通过串口发给虚拟现实环境中去。(4)本文编写了Blender控制端的Python控制脚本,通过串口程序pySerial读取来自Arduino的角度数据并依照角度数据驱动虚拟现实环境中机器人模型跟随示教模型同步运动,实现了对虚拟现实环境中工业机器人模型的控制,并且使用机器人教学平台进行了路径规划的实验,然后将工业机器人各关节的角度数据实时地显示出来并保存。(5)本文将旋转电位器邦定到机器人教学平台的关节处,通过机器人教学平台的转动,带动旋转电位器做相对转动并产生角度信息,驱动虚拟现实环境中的机器人模型做同步运动,实时显示并存储工作过程中的角度信息,并且使用机器人教学平台的第3关节进行了实验。最后,由实验结果表明,本研究实现了在Blender虚拟现实环境下对工业机器人运动的控制和监控的目标,显示并存储了可用于路径规划的角度数据,并给出了后续研究的建议。
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