制造環(huán)境中工業(yè)機器人的仿真

1、制造環(huán)境中工業(yè)機器人的仿真、控制和遠程(因特網(wǎng))通信 本論文的焦點是在遠程通信方面和機器人工作站的形象化，或者是借助連到機器人工作站的PC機，或者是經(jīng)由因特網(wǎng)上的Web瀏覽器。所具有的在線能力、機器人工作站臺的直觀顯示與對其控制一起，特別是通過因特網(wǎng) (Internet)對其控制，有著很大的優(yōu)點。這使得工業(yè)設備(編入機器人工作站)的管理者能監(jiān)督、控制和在線直接觀察諸機器人單元的狀態(tài)及當前的動作，管理者不需附加設備只憑借PC機和Internet連接，由他的辦公室就可方便地做到這一點。  對于這個設計，利用一臺ABB公司IRB 2400型工業(yè)機器人運行于工作站中，與裝配部分、物料搬運部分

2、和生產(chǎn)設備部分結合在一起。這整個的工作站是通過PC機上的線框圖來仿真的。該PC機經(jīng)由與機器人兼容的快速串行鏈接(RSL)被連接到機器人控制器。這個鏈接允許PC機控制在線的機器人和工作站。VB（Visual BASIC)程序的仿真部分被轉換成網(wǎng)絡頁面上的Java語言applet程序。這個applet程序上網(wǎng)絡服務器通信，然后與運行仿真軟件包的PC機通信。這樣就經(jīng)由Internet網(wǎng)建立了控制。在專家系統(tǒng)中已為具體的工作站設備建立和利用一些原則，以允許工作站去完成一系列確定了的制造動作。該專家系統(tǒng)按照Internet網(wǎng)上允許的用戶附加數(shù)值到工作站的控制程序，去完成工作站中的一定動作，不需要任何的機

3、器人詳細編程語言(DPL)或者專門的計算機編程語言(CPL)方面的知識。 設計階段  該設計的第一階段是IRB 2400型機器人的軟件仿真開發(fā)，包括經(jīng)由快速串行鏈接(RSL)的來自PC機的對于機器人的在線控制。設計的第二階段將第一階段與仿真中的生產(chǎn)設備、物料搬運和裝配集成起來，并給出一個實驗性的工作站設備與仿真中的專家系統(tǒng)集成。設計的第三階段是經(jīng)由Internet網(wǎng)控制，合并網(wǎng)絡服務器和Java語言applet軟件。不同設計階段的布置如圖1所示。 圖1 各設計階段和組成軟件開發(fā) 在第一階段，編程語言VB用來支持快速編程開發(fā)（RPD），它與連接機器人和PC

4、機的快速串行鏈接（RSL）相兼容。仿真軟件的主頁如圖2所示。 圖2 仿真軟件的主頁實際的機器人工作站如圖3所示。 圖3 實際的機器人工作站機器人的運行程序使用了與C語言非常相似的快速編程語言(RPL)。  在PC機上建立的表示機器人的三維線框圖包含它的所有運動范圍。用該鏈接，機器人能被在線控制。仿真中包含如下功能:·自動程序的生成 ·隱含線的移動 ·從任一位置觀察 ·防碰撞系統(tǒng) ·全逆運動學轉換 ·容易附加任何別的被仿真設備到該環(huán)境中 ·

5、;在仿真中移動被仿真的各部分能力 ·接收來自機器人的出錯信息 ·讀出機器人的位置和狀態(tài) 使用幾何方法得到逆運動學解。  在系統(tǒng)開發(fā)時，主要目標之一是使PC機的控制能力達到最大，PC機能以快速而有效的途徑，以盡可能少的數(shù)據(jù)轉換與機器人控制器通信。  第二種方法涉及由PC機修改在機器人控制器上運行的存在于RPL語言中的某些持續(xù)變量。在含有這些變量的程序于機器人控制器上運行時，RPLBAO保證能修改這些持續(xù)變量。  因此，對于其中僅含一條機器人位置指令的RPL，該位置變量被定義為是不變的并被反復執(zhí)行，機器人可以由PC機改

6、變這個持續(xù)變量來被定位。當執(zhí)行這種控制方法時，所產(chǎn)生的機器人響應時間為0.3秒，這比之第一種方法是快得多了。 軟件/硬件集成  第二階段中，機器人工作站的組成部分即生產(chǎn)設備、物料搬運和裝配被建立并實際構成。結合進這些設備的各種傳感器提供準確的信息以及工作站的狀態(tài)。傳感器輸入到并進入PC機上的專家系統(tǒng)，以智能地確定為完成確定任務的工作站中機器人的動作。將用于該設備的實際零件和目標提供給專家系統(tǒng)以驅動機器人。在這個設備中，為了從中選擇而將各種編制的機器人路徑和動作提供給專家系統(tǒng)。對于專家系統(tǒng)，具體的設備目標是從四個給定的未加工零件中產(chǎn)生兩個被正確加工和裝配的零件。專家系統(tǒng)的原則

7、基礎構成有些涉及機器人工作站中諸傳感器和條件的任何可能的組合。因此，該專家系統(tǒng)能在任何情況下被啟動，并在任何配置下用機器人工作站朝著其目標開始工作。上述能力對工作站的智能作出極大貢獻，尤其是在由Internet網(wǎng)控制時。專家系統(tǒng)軟件編制從B.Sawyer的書用Pascal語言編制專家系統(tǒng)中可獲得。由于這個軟件最初是用Pascal語言寫的，所以提出了用VB語言的集成課題。然而，用Pascal語言為開發(fā)Windows應用的面向目標的圖形工具集Delphi已被用于建立專家系統(tǒng)，動態(tài)鏈接庫(DDL)會并入VB語言仿真軟件。 遠程（Internet網(wǎng)）控制  第三階段通過Intern

8、et網(wǎng)集成并控制機器人工作站。圖4表示出機器人工作站/Internet網(wǎng)通信的概略布局。 圖4 機器人工作站/Internet網(wǎng)通信概略布局 Internet網(wǎng)頁瀏覽器與網(wǎng)頁服務器以通常的方式進行通信。運行于網(wǎng)絡頁面的Java語言之a(chǎn)pplet程序作為對機器人工作站的用戶接口。該applet與Java服務器通信，Java服務器運行在與長崎網(wǎng)絡服務器一樣的PC機上。  通過微軟(Microsoft)公司的共享文件對Diesel公司的PC機進行通信，對長琦的PC機Java服務器使用兩個為Diesel PC機共享的文件。  一個文件用來連續(xù)監(jiān)控指示來自Diesel PC

9、機響應的變化；而另一個文件用于寫入來自用戶的響應。在Diesel PC機方面，兩個文件對仿真程序是以相反的方式被處理，該仿真程序與包含所有控制和仿真軟件的機器人控制器通信。上述解決方法的被采用，是因為涉及連接的PC機，RSL截斷了任何控制規(guī)約(TCP)和用戶圖解規(guī)約(UDP)的傳輸。這就使得采用單獨的網(wǎng)絡服務器成為必須。然而，RSL仍然允許PC機與網(wǎng)絡上的其他PC機共享文件。這種方法用來開發(fā)系統(tǒng)并利用Diesel PC機上兩個共享文件與長崎的PC機通信。如果RSL不與各種網(wǎng)絡連接接口，則Java服務器能被集成到用VB語言寫的仿真軟件中。這也允許網(wǎng)絡服務器運行在同樣的PC機上(Diesel公司)

10、，而不管附加的PC機(長崎的)之需要。  VB語言仿真軟件中表示線框圖的同樣方法被用在Java語言applet程序中。因此，VB仿真的具體零件轉移到Java，在Internet網(wǎng)顯示同樣的線框圖。按照由網(wǎng)絡瀏覽器所觀察到的Java applet見圖5所示。  所開發(fā)的applet程序僅作為Internet網(wǎng)用戶的一個接口；不過用let程序來完成純粹的/必需程序來進行的applet程序僅僅作為一個接口,在發(fā)送用戶請求和命令到VB仿真程序時，用于接收仿真程序和最新信息。下列命令/動作能被Internet網(wǎng)用戶完成: ·機器人的直接控制 ·

11、通過預先編程的路徑控制機器人 ·專家系統(tǒng)的運行 ·操縱零件 ·評價和結論  為了按照預測來檢驗系統(tǒng)的執(zhí)行情況，進行了兩種類型的測試。第一種測試涉及在連到機器人控制器的PC機上的仿真軟件包之評價，被認為是局部測試。第二種測試是通過Internet網(wǎng)由Java applet 來完成的，被稱之為Internet網(wǎng)測試。局部測試在與實際機器人工作站有直觀接觸時完成。測試中所包含的所有任務都已完成。所完成的Internet 網(wǎng)測試與實際的機器人工作站沒有直觀接觸。該測試表明對實際機器人工作站提供足夠信息的三維仿真，允許用戶成功地表演并完成所有的任務。在兩種測試中，該專家系統(tǒng)都成功地完成了生產(chǎn)加工和裝配各種零件的任務。 結論  最后，遠程的在線三維接口成功地使得遠程用戶能與機器人工作站相互作用，在線接收各種機器人和零件位置與狀態(tài)的反饋。成功地達到無直觀接觸。為了在接收來自用戶的單條命令或指令時完成詳細的操作，機器人工作站裝備了專家系統(tǒng)。為了克服機器人工作站中出現(xiàn)的不確定性，也實行有限的推理。本文中提出的具體實驗設備是作為更一般概念的一個典型例子。由于附加了更多的人造部件(專家