基于中間件和虛擬現(xiàn)實的異構(gòu)機器人作業(yè)系統(tǒng)研究.pdf

1、當前，在機器人技術(shù)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(gòu)件之間的可重用與互操作，不適應(yīng)多種異構(gòu)機器人生產(chǎn)線的組成。目前，要想實現(xiàn)多種異構(gòu)機器人生產(chǎn)線，在國內(nèi)外實際應(yīng)用中均存在大量的重復(fù)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(yīng)用，因此急需開展機器人標準化、模塊化體系結(jié)構(gòu)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(gòu)化，即實現(xiàn)不同平臺、不同控制方式、不同作業(yè)形式的設(shè)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(yīng)用急需解決的瓶頸問題。 中間件(Middleware)技術(shù)是解決機器人標準化模塊化設(shè)計、消除機器人系統(tǒng)異構(gòu)性問題的優(yōu)先選擇，是今后機器人技術(shù)的核心與基礎(chǔ)，需要國家級的戰(zhàn)略規(guī)劃與指導(dǎo)，它在國內(nèi)機器人領(lǐng)域的研究應(yīng)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(shè)

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(shè)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(shè)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(shù)水平和豐富的實踐經(jīng)驗。因此，實現(xiàn)機器人(或外圍設(shè)備)作業(yè)程序管控集中化、可視化以及多機器人(或設(shè)備)的協(xié)調(diào)作業(yè)控制，是非常必要的。虛擬現(xiàn)實技術(shù)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(yīng)用的問題和要求，跟進機器人技術(shù)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(yīng)用，研究并實現(xiàn)基于中間件和虛擬現(xiàn)實技術(shù)的分布式異構(gòu)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(shù)規(guī)范與標準服務(wù)，采用ACE/TAO，設(shè)計并實現(xiàn)分布式異構(gòu)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(shè)計了應(yīng)用方案；分

5、析了CORBA多POA設(shè)計，測試了POA/Servant的配置性能。 2)針對異構(gòu)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(wù)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(shè)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?qū)ο蠓椒ㄍ瓿闪薕penGL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(xué)模型，推導(dǎo)出了機器人運動

6、學(xué)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(shè)計提供機器人的運動學(xué)控制。設(shè)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(yīng)用的異構(gòu)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(gòu)設(shè)計并實現(xiàn)了分布式異構(gòu)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(yīng)用環(huán)境的異構(gòu)性，兩層架構(gòu)設(shè)計具有良好的敏捷適應(yīng)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(shù)，實現(xiàn)了仿真系統(tǒng)內(nèi)核設(shè)計和機器人虛擬裝配作業(yè)系統(tǒng)，進而面向關(guān)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(shù)在機器人領(lǐng)域各方面的應(yīng)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(shè)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