一种基于虚拟仿真体验的机器人示教方法及系统

本发明涉及机器人示教技术领域，尤其涉及一种基于虚拟仿真体验的机器人示教方法及系统。

背景技术：

在自动化生产线中，机器人必不可少。机器人成本高，很难按需提供人均1台进行机器人示教训练，在学校学生学习机器人示教训练存在该问题更为严重；机器人示教过程存在操作者实际操作机器人会出现作业碰撞等，存在安全事故隐患而危险高等限制，制约了机器人示教熟练程度提高。

技术实现要素：

为了克服现有机器人成本高，很难按需提供人均1台进行机器人示教训练，在学校学生学习机器人示教训练存在该问题更为严重；机器人示教过程存在操作者实际操作机器人会出现作业碰撞等，存在安全事故隐患而危险高等限制，制约了机器人示教熟练程度提高等缺陷，本发明提供一种基于虚拟仿真体验的机器人示教方法及系统，通过漫游、交互等方式，在自动化生产线虚拟环境中，实现机器人示教交互操作体验。

本发明具体解决其技术问题所采用的技术解决方案是：本发明所提供的一种基于虚拟仿真体验的机器人示教方法及系统，包括示教前准备、机器人手爪选择、示教及示教点记录、示教轨迹规划作业避障评判、示教轨迹规划路径距离合理性评价、机器人示教虚拟仿真系统开始操作、虚拟示教参数信息显示；机器人示教记录示教点机器人原点，作业临近点，作业开始点，作业结束点，作业规避点；虚拟机器人示教操作以生产齿轮泵为加工对象，布置3个加工工位，分别为轴加工、齿轮加工和泵体加工，1个装配工位，轴加工完毕放置到周转箱，齿轮和泵体加工完毕后，由输送线传输至齿轮泵装配工位，最后齿轮泵码放至仓储货架上，整个虚拟自动化生产过程中每个工位布置了2台机器人，共8台机器人，需要完成机器人虚拟示教，基于虚拟仿真体验的机器人示教方法及系统，具体流程如下：

步骤一：开始，根据实际生产需求进行虚拟场景、加工机床装置、输送线及周转装置、操作工作台、仓储货架、机器人本体、机器人手爪和虚拟示教器建模、参数设置和工位布置，搭建有机器人作业的虚拟自动化生产现场；

步骤二：示教前准备，示教器认知，示教器又叫示教编程器，是人机交互接口，由电缆与机器人控制系统相连的手持式操、作设备；示教器具有机器人手动操纵、编辑和运行程序、参数配置以及监控等功能，是最常用的机器人控制装置；在示教过程中示教器将控制机器人的全部动作，并将其全部信息送入控制器的存储器中，是一个专用的智能终端；检查虚拟示教器各个按键是否正常；

步骤三：机器人手爪选择，根据机器人作业对象，选择机器人手爪并安装至机器人本体的作业前端；

步骤四：示教及示教点记录，机器人示教器选择示教模式，利用机器人示教器手动操作机器人各关节运动，使机器人末端工具中心点分别运动至各示教点机器人原点21，作业临近点22，作业开始点23，作业结束点24，作业规避点25，并调整末端执行器的姿态至所需姿态，记录各程序点位姿，根据加工工艺要求选择相邻两点之间的插补形式，编制机器人运动程序并设置运动参数，示教器记录示教点；

步骤五：示教轨迹规划作业避障评判，机器人示教器选择回放模式，按动启动按钮，利用虚拟现实碰撞原理，若满足机器人示教回放过程中未产生碰撞，满足示教轨迹规划作业避障要求，继续往下执行，否则示教轨迹规划作业避障达不到要求，跳转至步骤四；

步骤六：示教轨迹规划路径距离合理性评价，示教轨迹规划路径距离是机器人末端工具中心经过机器人原点21、作业临近点22、作业开始点23、作业结束点24、作业规避点25，回到机器人原点21的封闭实际作业轨迹路径总和，对比系统中存储的参考示教轨迹规划路径距离，若示教轨迹规划路径距离大于系统中存储的参考示教轨迹规划路径距离，则跳转至步骤四，否则继续往下执行；

步骤七：机器人示教虚拟仿真系统开始操作，依次完成自动化生产线中每台机器人的虚拟示教，满足整个虚拟自动化生产线中机器人作业需求，在整个虚拟自动化生产开始时，机器人示教虚拟仿真系统开始操作，周而复始工作，使用虚拟现实技术下虚拟仿真系统的头盔、手柄控制器，漫游、交互体验在整个虚拟自动化生产虚拟环境中；

步骤八：虚拟示教参数信息显示，机器人示教的结果不唯一，作业过程显示机器人的关节和记录点位姿信息、末端工具中心运动速度；

步骤九：结束，整个虚拟自动化生产完成任务时，基于虚拟仿真体验的机器人示教系统停止运行。

本发明的有益效果是，采用基于虚拟仿真体验的机器人示教方法及系统，解决了机器人成本高，很难按需提供人均1台进行机器人示教训练，在学校学生学习机器人示教训练存在该问题更为严重；机器人示教过程存在操作者实际操作机器人会出现作业碰撞等，存在安全事故隐患而危险高等限制，制约了机器人示教熟练程度提高等问题。它概念简单，实现方便，鲁棒性高，适应于自动化生产中机器人示教方法及系统的虚拟现实技术的现实需求。

附图说明

图1为本发明基于虚拟仿真体验的机器人示教方法及系统的流程图；

图2为本发明基于虚拟仿真体验的机器人示教方法及系统的示教点示意图；

图3为本发明基于虚拟仿真体验的机器人示教方法及系统的虚拟机器人示教操作局部截图。

图中21.机器人原点，22.作业临近点，23.作业开始点，24.作业结束点，25.作业规避点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步地说明：

本发明所提供的一种基于虚拟仿真体验的机器人示教方法及系统，包括示教前准备、机器人手爪选择、示教及示教点记录、示教轨迹规划作业避障评判、示教轨迹规划路径距离合理性评价、机器人示教虚拟仿真系统开始操作、虚拟示教参数信息显示；机器人示教记录示教点机器人原点21，作业临近点22，作业开始点23，作业结束点24，作业规避点25；虚拟机器人示教操作以生产齿轮泵为加工对象，布置3个加工工位，分别为轴加工、齿轮加工和泵体加工，1个装配工位，轴加工完毕放置到周转箱，齿轮和泵体加工完毕后，由输送线传输至齿轮泵装配工位，最后齿轮泵码放至仓储货架上，整个虚拟自动化生产过程中每个工位布置了2台机器人，共8台机器人，需要机器人完成虚拟示教，基于虚拟仿真体验的机器人示教方法及系统，具体流程如下：

步骤一：开始，根据实际生产需求进行虚拟场景、加工机床装置、输送线及周转装置、操作工作台、仓储货架、机器人本体、机器人手爪和虚拟示教器建模、参数设置和工位布置，搭建有机器人作业的虚拟自动化生产现场；

步骤二：示教前准备，示教器认知，示教器又叫示教编程器，是人机交互接口，由电缆与机器人控制系统相连的手持式操、作设备；示教器具有机器人手动操纵、编辑和运行程序、参数配置以及监控等功能，是最常用的机器人控制装置；在示教过程中示教器将控制机器人的全部动作，并将其全部信息送入控制器的存储器中，是一个专用的智能终端；检查虚拟示教器各个按键是否正常；

步骤三：机器人手爪选择，根据机器人作业对象，选择机器人手爪并安装至机器人本体的作业前端；

步骤四：示教及示教点记录，机器人示教器选择示教模式，利用机器人示教器手动操作机器人各关节运动，使机器人末端工具中心点分别运动至各示教点机器人原点21，作业临近点22，作业开始点23，作业结束点24，作业规避点25，并调整末端执行器的姿态至所需姿态，记录各程序点位姿，根据加工工艺要求选择相邻两点之间的插补形式，编制机器人运动程序并设置运动参数，示教器记录示教点；

步骤五：示教轨迹规划作业避障评判，机器人示教器选择回放模式，按动启动按钮，利用虚拟现实碰撞原理，若满足机器人示教回放过程中未产生碰撞，满足示教轨迹规划作业避障要求，继续往下执行，否则示教轨迹规划作业避障达不到要求，跳转至步骤四；

步骤六：示教轨迹规划路径距离合理性评价，示教轨迹规划路径距离是机器人末端工具中心经过机器人原点21、作业临近点22、作业开始点23、作业结束点24、作业规避点25，回到机器人原点21的封闭实际作业轨迹路径总和，对比系统中存储的参考示教轨迹规划路径距离，若示教轨迹规划路径距离大于系统中存储的参考示教轨迹规划路径距离，则跳转至步骤四，否则继续往下执行；

步骤七：机器人示教虚拟仿真系统开始操作，依次完成自动化生产线中每台机器人的虚拟示教，满足整个虚拟自动化生产线中机器人作业需求，在整个虚拟自动化生产开始时，机器人示教虚拟仿真系统开始操作，周而复始工作，使用虚拟现实技术下虚拟仿真系统的头盔、手柄控制器，漫游、交互体验在整个虚拟自动化生产虚拟环境中；

步骤八：虚拟示教参数信息显示，机器人示教的结果不唯一，作业过程显示机器人的关节和记录点位姿信息、末端工具中心运动速度；

步骤九：结束，整个虚拟自动化生产完成任务时，基于虚拟仿真体验的机器人示教系统停止运行。

每当需要确定基于虚拟仿真体验的机器人示教方法及系统时，先根据实际生产需求进行虚拟场景、加工机床装置、输送线及周转装置、操作工作台、仓储货架、机器人本体、机器人手爪和虚拟示教器建模、参数设置和工位布置，搭建有机器人作业的虚拟自动化生产现场；再完成示教前准备和机器人手爪选择安装，机器人示教器选择示教模式，利用机器人示教器手动操作机器人各关节运动，使机器人末端工具中心点示教和记录各示教点机器人原点21，作业临近点22，作业开始点23，作业结束点24，作业规避点25，每台机器人同时满足示教轨迹规划作业避障评判和示教轨迹规划路径距离合理性评价要求下，在整个虚拟自动化生产开始时，机器人示教虚拟仿真系统开始操作，周而复始工作，使用虚拟现实技术下虚拟仿真系统的头盔、手柄控制器，漫游、交互体验整个虚拟自动化生产现场。