基于OpenGL虚拟流水线机器人作业仿真软件的研究

摘要

机器人应用于工业生产大大提高了工厂的生产效率，因此工业机器人的使用成为当今世界的普遍现象。在工厂生产过程中，针对不同的生产要求，机器人在流水线上作业方案的制定成为工业生产设计师的首要任务与难点。工业机器人仿真软件的开发成为解决这一问题的重要途径，能够很好地改善使用传统方法进行流水线规划及机器人调试的繁琐与低效等弊端。虚拟现实技术在仿真软件中的应用使得在虚拟环境中对流水线以及机器人的作业步骤进行规划成为可能。
　　了解国内外工业机器人仿真软件的现状后，本课题将虚拟现实技术与机器人技术相结合，开发出一款高效的虚拟机器人流水线作业仿真软件。通过一项具体的生产任务，描述搭建仿真软件的具体过程与研究方法：
　　首先，制定仿真软件功能目标，明确软件由虚拟模型模块、运动学分析模块、虚拟机器人运动模块和碰撞检测模块组成，确定各个模块的研究方法，制定软件整体方案。布置一项具有代表性的工业流水线生产任务，对其进行分析并提出解决方案。
　　其次，根据任务解决方案，初步选择各工位上的机器人，并对其进行正逆运动学分析及验证，绘制其工作空间，将之与作业需求的最小工作空间比较，判断机器人选择的合理性，从而完成机器人库中模型的选择。
　　然后，建立所选机器人及其工作空间、流水线以及工件等三维模型，并通过格式转化的方式完成虚拟模型模块的构建；提出由机器人末端始末位姿参数控制其直线运动的轨迹规划算法和Phantom Omni主机器人控制不同虚拟机器人模型运动的主从映射算法，完成两种机器人模型运动控制方案；针对虚拟车间内不同模型，建立基于包围盒的碰撞检测方法，实现机器人与工件碰撞检测功能；利用MFC平台和OpenGL技术搭建虚拟车间环境显示窗口以及控制面板，整合各个模块，实现良好的人机互动，完成仿真软件的建立。
　　最后，针对作业任务，仿真软件模拟解决实际生产任务的整个过程。通过两种机器人运动控制方式制定机器人作业步骤，记录相关参数，完成机器人流水线作业方案动画仿真。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容

第2章 虚拟流水线机器人作业仿真软件的总体设计

2.1 引言

2.2 仿真软件的设计目标

2.3 仿真软件的组成

2.4 仿真软件的基础模块

2.5 仿真软件示例的任务制定及方案分析

2.6 本章小结

第3章 运动学模块的研究

3.1 引言

3.2 FANUC 50iC 5L机器人的运动学分析

3.3 KUKA KR10-SCARA机器人的运动学分析

3.4 Delta机器人的运动学分析

3.5 本章小结

第4章 其他基本模块的研究及仿真软件的建立

4.1 引言

4.2 虚拟模型模块的建立

4.3 碰撞检测模块的建立

4.4 Phantom Omni主机器人与虚拟机器人主从映射的实现

4.5 以键盘输入运动控制方式为基础的机器人轨迹规划的实现

4.6 仿真软件的建立

4.7 本章小结

第5章 虚拟流水线机器人作业仿真

5.1 引言

5.2 车间环境

5.3 流水线及工件设定

5.4 机器人调用与安放

5.5 机器人作业步骤的规划

5.6 作业方案的动画仿真

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果表

致谢