【摘 要】
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随着智能制造和信息化转型等相关政策的提出,数字孪生技术的应用也越来越广泛,例如智慧城市、智能工厂等。此外由于喷涂机器人作业环境恶劣,因此影响传统视觉对喷涂过程进行监控的效果。而数字孪生中数据交互技术方便远程对物理对象进行监控。针对这一问题,本文基于数字孪生技术研究并实现了一套离线编程系统。通过将数字孪生技术应用于喷涂机器人离线编程,达到既可以根据喷涂工艺离线编程,也可以利用虚实机器人实时随动远程监
【基金项目】
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国家重点研发计划“智能机器人”专项（2017YFB1303900）:喷涂机器人技术及在家具行业的示范作用；
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随着智能制造和信息化转型等相关政策的提出,数字孪生技术的应用也越来越广泛,例如智慧城市、智能工厂等。此外由于喷涂机器人作业环境恶劣,因此影响传统视觉对喷涂过程进行监控的效果。而数字孪生中数据交互技术方便远程对物理对象进行监控。针对这一问题,本文基于数字孪生技术研究并实现了一套离线编程系统。通过将数字孪生技术应用于喷涂机器人离线编程,达到既可以根据喷涂工艺离线编程,也可以利用虚实机器人实时随动远程监控喷涂程序执行过程,并反馈指导离线编程工作的目的。具体研究内容如下:1.建立数字孪生在喷涂机器人离线编程中的五维模型,并以此得到离线编程系统的工作原理和实现方案,其中:喷涂机器人为物理实体维;虚拟机器人为数字孪生体维;系统图形界面为服务维;系统执行中文件和数据为数据维;系统与机器人控制器之间的通信硬件和软件为数据连接通信维。2.基于DH参数法分析喷涂机器人正运动学方程,得到机器人末端位姿的计算表达式。基于pieper型机器人求解析解法得到逆运动学八组解析解,并基于加权最小行程法分析得出在轨迹规划中逆运动学最优解算法,最后基于五次多项式算法分别在关节空间和笛卡尔空间进行轨迹规划分析,为后续离线编程系统的研究与实现做理论铺垫。3.通过离线编程中数字孪生五维模型研究并实现系统虚拟仿真环境和图形交互界面,得到离线编程系统的主体框架。再对离线编程系统运行必需关键程序进行研究和实现,基于程序的功能研究程序的执行算法和数据结构,并根据C#语法实现程序代码的转换,得到可运行的离线编程系统,为后续离线编程测试和虚实机器人实时随动实验做准备。4.利用本文离线编程系统编写测试程序并在虚拟机器人上模拟仿真,从而测试系统离线编程功能。搭建虚实机器人实时随动实验平台,将离线编程测试程序在实验机器人上执行,实验结果显示测试程序执行时虚实机器人可实时随动,通过分析采集的虚实机器人关节角度数据,并统计相同时刻虚实机器人关节角度偏差,以及虚实机器人位姿相等时的时间偏差,在数值层面验证虚实机器人实时随动满足对喷涂过程的远程监控。
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