机器人虚拟示教编程系统的设计及研究

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1、·现代设计与制造·张爱云张秋菊机器人虚拟示教编程系统的设计及研究!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!机器人虚拟示教编程系统的设计及研究张爱云，张秋菊（江南大学机械工程学院，江苏无锡!"#$%&）摘要：介绍了一种新型的机器人虚拟示教编程方法，该方法结合了机器人示教编程和离线编程的特点，利用虚拟现实技术，在离线编程的基础上引入示教再现的功能。这将增进机器人编程的可操作性和直观性，从而有利于机器人技术在实际生产中的应用与

2、推广。关键词：机器人；虚拟示教；编程；设计及研究中图分类号：!"#$#%&文献标识码：’文章编号："%’!("%"%（!$$&）$&($$’)($&机器人作为一种可编程的自动化装置在现代生产中员通过相应的人机接口在计算机屏幕上引导虚拟机器人，得到了广泛的应用。随着机器人应用数量的增多，机器人产生机器人作业轨迹，进而生成机器人运动程序并可进行工作任务的编程就成为一个重要的问题，机器人系统的编仿真与优化，这无疑将大大地增强机器人离线编程的可操程能力在很大程度上决定了机器人实用功能的灵活性和作性和用户界面的友好性

3、，使得机器人编程更加方便简智能化程度［"］。机器人编程方式通常可分为两种方式：在单，有利于推动机器人技术在实际生产中的应用与推广。线示教编程和离线编程。机器人示教编程简单直接，目前在国内外生产中应用的机器人系统大多为示教再现型的，(机器人虚拟示教编程系统的基本构成但他在实际生产中存在如下的技术缺陷（："）编程占用机机器人虚拟示教编程系统的基本思想是利用计算器人的作业时间（；!）很难实现复杂的机器人运动轨迹；机三维几何图形学构造虚拟机器人及其工作环境，在虚（&）编程质量取决于编程者的经验，且编程者处于机器人拟

4、模型中引入机器人机构和场景，并对机器人的行为及工作空间的危险环境中（；#）机器人系统是一个相对独立其与场景的交互加入约束条件，使之更自然、真实。同的单元，难与其他系统（如*+,／*+-系统）或生产过程实时操作者能够利用一定的虚拟示教输入装置等设备操现无缝集成［"!&］。而机器人离线编程技术由于其具有编纵机器人在场景中运动，而且可以选择不同的观察角程不影响机器人工作并可通过仿真试验程序以及能够实度，从不同的侧面观察机器人的运动情况。在整个虚拟现复杂运动轨迹的编程等诸多优点，已经成为机器人研究示教过程中，操作者

5、面向虚拟环境，通过相应的人机接领域的一大热点。国内外都已经开发研制出一些较为成口在虚拟场景中引导机器人的末端执行器，进行虚拟的熟的机器人离线编程软件［"，#!%］，如以色列./01234567公在线示教，产生机器人作业轨迹，并由此生成机器人语司")8%年推出的9:;*+,机器人计算机辅助设计及仿［#］言程序，同时进行相应的动态仿真与优化，传送给机器真，在我国设在哈尔滨工业大学机器人研究所的国家人执行。8%&智能机器人机构网点开放实验室于"))"年开发了机［=］机器人虚拟示教编程系统的基本构成如图"所示。器人

6、机构仿真系统9<<。与示教在线编程相比较，机器人离线编程系统对操作人员要求比较高，需具备专门的机器人知识和程序设计的能力，使用也不太方便，尤其是对机器人作业任务的描述不能简单直接。本文结合了这两种机器人编程方式的特点，提出了一种新型的机器人编程方法：基于虚拟现实技术的机器人虚拟示教编程，即在机器人离线编程系统中引入示教再现的功能，使得操作人图"机器人虚拟示教编程系统收稿日期：!$$!($’($!作者简介：张爱云（")’%(），女，山西五台人，江南大学硕士研究生，主要从事机电一体化以及机器人虚拟示教方面的研究

7、工作。’)D((8年8月中国制造业信息化第8D卷第8期!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!机器人虚拟示教编程系统的关键技术人各关节转角和结构参数，求末端执行器相对于参考坐标系的位姿，显然机器人结构不同，其正解也不同。本一个完整的机器人虚拟示教编程系统包括!大模文是针对日本的:>?>@0,型空间开链结构机器人，求解块：机器人几何建模、虚拟示教输入装置即人机接口、机其正问题的。首先为各个杆件建立一个坐标系，那么任器人

8、运动学计算、机器人轨迹规划、三维动画仿真、机器意两相邻杆件的位置关系可由这两杆件上的坐标系的人加工程序自动生成等。现分别对各大模块介绍如下。变换关系决定。根据9AB法则，两坐标系的变换关系!"#机器人几何建模可由C个参数!!"!"!#!来决定，并且由此得到相应的变机器人几何建模指两个方面：机器人的几何实体建换矩阵，通过变换矩阵相乘即可得到机器人的正解。机模和工作环境的几何建模。该几何模型与一般三维图器人反解是已知