基于中間件和虛擬現(xiàn)實的異構機器人作業(yè)系統(tǒng)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、當前,在機器人技術方面還不存在統(tǒng)一標準,也沒有形成專業(yè)化配套與產(chǎn)業(yè)鏈分工,很難實現(xiàn)各種功能構件之間的可重用與互操作,不適應多種異構機器人生產(chǎn)線的組成。目前,要想實現(xiàn)多種異構機器人生產(chǎn)線,在國內(nèi)外實際應用中均存在大量的重復性開發(fā)工作,成本高,周期長,制約了機器人產(chǎn)品的廣泛應用,因此急需開展機器人標準化、模塊化體系結構的研究工作。 工廠自動化、集成計算機制造系統(tǒng)、柔性制造與敏捷制造對機器人生產(chǎn)作業(yè)的管控提出越來越高的要求,消除生產(chǎn)管

2、控現(xiàn)場的異構化,即實現(xiàn)不同平臺、不同控制方式、不同作業(yè)形式的設備資源的有效配合與整合,已經(jīng)成為生產(chǎn)制造和機器人應用急需解決的瓶頸問題。 中間件(Middleware)技術是解決機器人標準化模塊化設計、消除機器人系統(tǒng)異構性問題的優(yōu)先選擇,是今后機器人技術的核心與基礎,需要國家級的戰(zhàn)略規(guī)劃與指導,它在國內(nèi)機器人領域的研究應用總體處于初始階段。 另一方面,在自動化生產(chǎn)線中,當作業(yè)對象(產(chǎn)品)變化時,生產(chǎn)線中的每臺機器人和數(shù)控設

3、備的功能會隨之變化,這就要求每臺機器人的作業(yè)需要重新示教,每臺數(shù)控設備需要重新編程,并需要運行示教作業(yè)或編制的程序進行實際驗證。單臺設備的示教、編程以及整條生產(chǎn)線的運行驗證占去了大量的生產(chǎn)時間,降低了生產(chǎn)效率,而且還要求操作人員具有很高的技術水平和豐富的實踐經(jīng)驗。因此,實現(xiàn)機器人(或外圍設備)作業(yè)程序管控集中化、可視化以及多機器人(或設備)的協(xié)調作業(yè)控制,是非常必要的。虛擬現(xiàn)實技術是解決可視化人機交互和作業(yè)仿真驗證的優(yōu)秀選擇。

4、本論文針對制造企業(yè)及機器人應用的問題和要求,跟進機器人技術模塊化、標準化發(fā)展趨勢,綜合虛擬制造、監(jiān)控、示教、仿真等機器人應用,研究并實現(xiàn)基于中間件和虛擬現(xiàn)實技術的分布式異構機器人作業(yè)系統(tǒng)。 論文主要研究內(nèi)容如下: 1)深入研究中間件技術規(guī)范與標準服務,采用ACE/TAO,設計并實現(xiàn)分布式異構機器人互操作系統(tǒng)。為充分優(yōu)化機器人互操作系統(tǒng)實時性能,分析了CORBAPOA運行策略,劃分了策略組合并針對每個組合設計了應用方案;分

5、析了CORBA多POA設計,測試了POA/Servant的配置性能。 2)針對異構機器人定義中間件接口模塊,進行了IDL接口封裝,并分別在機器人互操作系統(tǒng)的服務器端和客戶端完成了對接口的具體實現(xiàn)與測試驗證。 3)設計并實現(xiàn)了基于中間件的機器人仿真內(nèi)核系統(tǒng),使用面向對象方法完成了OpenGL的C++類封裝。進而研究了虛擬裝配作業(yè)系統(tǒng),實現(xiàn)了機器人虛擬自動裝配。 4)研究了六自由度機器人運動學模型,推導出了機器人運動

6、學的正解和逆解算法,為工業(yè)機器人作業(yè)仿真系統(tǒng)的設計提供機器人的運動學控制。設計并實現(xiàn)了基于中間件和虛擬現(xiàn)實的工業(yè)機器人作業(yè)仿真系統(tǒng)和的移動機器人作業(yè)仿真系統(tǒng)。采用時延Petri網(wǎng)研究了機器人生產(chǎn)線作業(yè)工序規(guī)劃驗證問題。 論文工作創(chuàng)新點主要有: 1.針對機器人工業(yè)現(xiàn)場應用的異構性,在國內(nèi)較早開展基于中間件的機器人標準化模塊化研究,首次提出了機器人中間件系統(tǒng)的兩層架構設計并實現(xiàn)了分布式異構機器人互操作系統(tǒng)。試驗表明該系統(tǒng)有效

7、消除了機器人本體和應用環(huán)境的異構性,兩層架構設計具有良好的敏捷適應性、可擴展性與可移植性。 2.首次基于中間件和虛擬現(xiàn)實技術,實現(xiàn)了仿真系統(tǒng)內(nèi)核設計和機器人虛擬裝配作業(yè)系統(tǒng),進而面向關節(jié)型機器人和移動機器人,以作業(yè)編輯管理和仿真為主,研究了機器人本體和生產(chǎn)線作業(yè)系統(tǒng),系統(tǒng)的體現(xiàn)了中間件技術在機器人領域各方面的應用價值。 3.提出了“基于中間件的移動機器人分布式動態(tài)作業(yè)編輯”設計,分離了移動機器人作業(yè)核心邏輯與作業(yè)執(zhí)行框架

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