虛擬機器人教學平臺設(shè)計方案

1、虛擬機器人教學平臺技術(shù)方案虛擬機器人教學平臺技術(shù)方案目 錄1需求分析 11.1 客戶需求（參考） 11.2 業(yè)務(wù)需求 11.3 功能需求 21.4 非功能需求 32系統(tǒng)總體設(shè)計 32.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 42.2 系統(tǒng)部署 42.3 系統(tǒng)使用流程 52.4 界面設(shè)計 62.5 技術(shù)要求 63系統(tǒng)功能實現(xiàn) 63.1 功能1機器人系統(tǒng)認知： 63.2 功能283.3 功能384關(guān)鍵技術(shù)及解決途徑 95子系統(tǒng)設(shè)計 95.1 功能域195.2 功能域29II虛擬機器人教學平臺技術(shù)方案1 需求分析1.1 客戶需求（參考）本項目擬基于現(xiàn)有先進制造實驗中心智能工廠建設(shè)一門協(xié)作機器人虛擬仿 真課程，基于學科實驗教學

2、的特點，圍繞立德樹人根本任務(wù)，建設(shè)包含眾多機器人 實驗教學資源，為學生提供開放、高效的虛實互動網(wǎng)絡(luò)實驗平臺。包括從機器人認知、 全生產(chǎn)要素建模、機器人正逆運動學、機器人運動規(guī)劃、多機器人協(xié)作、人機協(xié)作在 內(nèi)的機械電子、控制到應用層面的三部分內(nèi)容，具體如下：1 .機器人認知：利用SolidWorks軟件設(shè)計機器人及外圍設(shè)備的三維仿真模 型，建立機器人與外圍設(shè)備的IO接口模型，了解機器人減速機的機械結(jié)構(gòu)，通 過對虛擬部件和設(shè)備的拆解和操作，實現(xiàn)對機器人以及各生產(chǎn)要素建模和的認 知；2 .機器人運動控制和仿真：通過調(diào)整速度及位置參數(shù)的方法熟悉機器人的基 本操作及運動指令操作，通過子函數(shù)編程的方式實現(xiàn)

3、機器人的正逆運動學操作， 通過面向不同實際任務(wù)編程完成機器人軌跡運動仿真；在此過程中，完成工具坐標和工件坐標、碰撞檢測和軌跡追蹤訓練，建立機器 人安全操作空間概念，為協(xié)作機器人引入基礎(chǔ)。3 .協(xié)作機器人應用：建設(shè)面向具體任務(wù)的多機器人協(xié)作、人機協(xié)作綜合虛擬 仿真、創(chuàng)新實踐等內(nèi)容，不僅面向單一固定場景，同時可對不同機器人機械、控制 參數(shù)進行仿真分析和調(diào)節(jié)，實現(xiàn)諸如機器人協(xié)作裝配、人機協(xié)同等，完成實驗項 目的可編程、可調(diào)試及參數(shù)優(yōu)化。1.2 業(yè)務(wù)需求需求：基于現(xiàn)有先進制造實驗中心智能工廠，建設(shè)一門協(xié)作機器人虛擬仿真課 程；要求：基于學科實驗教學的特點，圍繞立德樹人根本任務(wù)，建設(shè)包含眾多機器 人實驗

4、教學資源；目的：為學生提供開放、高效的虛實互動網(wǎng)絡(luò)實驗平臺。1.3 功能需求（一）機器人系統(tǒng)認知：1 使用SolidWorks軟件打開機器人系統(tǒng)的三維仿真模型：包括本體、示 教器、控制器、工件、工具等。可以通過三維仿真模型進行展示。 通過三維仿真模型，了解機器人減速機等機器人本體的內(nèi)部機械結(jié)構(gòu)； 可以對三維仿真模型進行拆解和操作；（二）機器人運動控制和仿真： 機器人的基本操作：設(shè)置機器人坐標系，關(guān)節(jié)坐標系或者笛卡爾坐標系， 然后用鼠標拖動各個關(guān)節(jié)進行運動或者修改末端位置進行控制機器人； 支持簡單的 movel/movej/movec 等運動指令操作； 支持通過子函數(shù)編程的方式，實現(xiàn)正逆運動學算

5、法，并得到驗證；©支持工件坐標系和工具坐標系的轉(zhuǎn)換；（需要配置工件和工件的三維圖 形）；支持碰撞檢測；©支持軌跡追蹤訓練； 支持機器人安全空間查看的功能；其他機器人實驗內(nèi)容： 坐標變換：剛體空間坐標表示、坐標平移、翻轉(zhuǎn)等。 DH參數(shù)：DH參數(shù)的獲取方法、DH參數(shù)的表示、工業(yè)機器人的DH參 數(shù)表示；G 軌跡規(guī)劃：直線規(guī)劃、圓弧規(guī)劃等； 速度規(guī)劃:T型&S型速度規(guī)劃。（三）協(xié)作機器人應用： 面向具體任務(wù)的多機器人協(xié)作：流水線搬運 &碼垛，至少2個機器人。 人機協(xié)作綜合虛擬仿真：支持鼠標拖動末端，實訓編程等； 可對不同機器人機械、控制參數(shù)進行仿真分析和調(diào)節(jié)：支持多

6、種機器人；機器人協(xié)作裝配、人機協(xié)同：支持 23種機器人工作場景。1.4非功能需求 學生管理：學生登錄、學習記錄、考核、實驗報告、考核、平時成績等。實© 驗管理：班級管理、實驗數(shù)據(jù)管理、成績管理、實驗問題討論等；軟 件管理：實驗內(nèi)容修改與升級、軟件升級、問題反饋網(wǎng)絡(luò)部署； 其他：同時支持300人在線學習。2 系統(tǒng)總體設(shè)計系統(tǒng)總體設(shè)計如下圖所示。整個系統(tǒng)分為 3個部分。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器+本地客戶 端+實物機器人系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器：網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器主要是進行客戶信息管理、實驗管理、權(quán)限管理、客戶端管理及登記等。本地客戶端：主要是功能性實現(xiàn)，比如機器人認識、機器人控制與仿真、協(xié) 作機器人的應用等，將這些資

7、源全部打包在客戶端，這樣，客戶在進行 操作的時候?？蛻舳说牟僮魅罩?，返給服務(wù)器。同時，在本地客戶端，可 以通過另外安裝的組件，連接實物機器人系統(tǒng)。實物機器人系統(tǒng)：只能通過本地客戶端和實物機器人系統(tǒng)連接，不支持遠程控制機器人。本地端pc”縮q用軟件遠端移動客戶端看月軟件網(wǎng)絡(luò)眼鐘器用戶中心.貴料管身.客戶 端管理.教搟統(tǒng)計等）,112.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu).機械年#1 一旭偽戰(zhàn)&而中心。'網(wǎng)站|司哥師：京虐俗防耳螂兩境由mLMin不應原養(yǎng)荏實科學生實孫收壽一白朝的電腦.并安裝有支持IEL5 邱加就筋覽器離評EH爆瀏覽制就可民了*麻文體型的喇色糅脆行儲在云”先鬻上.戴拜*單注的 云肥髓S地址

8、就可求居的工業(yè)ft國上虔椒I消關(guān)戰(zhàn) 具忖寓臊值U的網(wǎng)NTh恂百打愛需下教痛笑任 何豈樣制法件.Hi 3便“虛慰防H實驗三堂EDtt型+機墨人數(shù)孥樽理犍械cor I *ru.*in+VI JiHTMLSiaj?C5S«tf+gE口播江+J占va兔ript陶率 n.云鍛構(gòu)m期附室海和堂2.2 系統(tǒng)部署網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，考慮到成本和高校的特殊需求，將服務(wù)器部署在學校實驗室內(nèi), 如果有機器人實驗室，可以部署在一起。需要將服務(wù)器和校園網(wǎng)進行互聯(lián)?？蛻舳耍枰獜姆?wù)器下載到本地運行；2.3 系統(tǒng)使用流程學生使用流程,FfE賽戶畸，衡目史Q安售對應的軟米庵件 T SdlHWorkl老好個用流程：，求迎久閾華生個T隹的中-mu2.4 界面設(shè)計學記或統(tǒng)M考棧內(nèi)容小卜作業(yè)1)件*上性j /討昨2.5技術(shù)要求客戶端：qt服務(wù)器端：LAMP (CentOS + Apache + MySQL )。3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)3.1功能1機器人系統(tǒng)認知:”系統(tǒng)組成展不：3D動畫演不，機挑|機錯人認矢口人系統(tǒng)+折解過程+組裝這程P 鼠標拆解與組裝r杵個部件的名稱,功能等講解機器人系統(tǒng)機器人拆卸3.2功能2示教編程：【noveL、movej > nioveC編程，完成一定的動作子函數(shù)編程：調(diào)用接口執(zhí)行正逆運L動學卜 .工具坐標系和工件坐標：坐標變換L-空間描述人控仿 器動和真