机器人技术三维虚拟实验教学系统简介

软件的目的意义:

目前,现实中的机器人技术实验存在以下局限性:

1、硬件依存性较强,只能在特定实验室进行;

2、仪器设备数量有限,无法满足学生独立进行实验的需求;

3、部分实验具有一定危险性;

机器人技术三维虚拟实验教学系统主要包含以下4个实验:

1.机器人构型虚拟实验

2.工业机器人自动化生产线虚拟实验

3.大尺寸工业机器人测量虚拟实验

4.机器人构型虚拟实验-zSpace版

机器人构型虚拟实验

系统提供10个典型机器人的三维建模重构:

1)    包括kuka机器人,ABB机器人等;

2)    模型都是按照真实比例1:1建模,细节达到每一个螺丝都清晰可见;

3)    模型效果达到真实的实物效果;

4)    模型须经过优化处理,在保证仿真细节效果的同时,须做好面数控制,满足实时仿真的要求;

5)    系统左侧放置各机器人的构型部件;

6)    用户可自由选择任一机器人进行组装;

7)    对于并联机器人,要求组装无先后顺序;

kuka机器人模型

ABB机器人模型

工业机器人自动化生产线虚拟实验

传统实验教学中,受物流生产线占用场地大、机器人成本高、工作的生产线不能预停,等限制,学生只能观看在特定的环境下生产线的工作流程,缺乏对自动化生产线工件传送系统和控制系统较好的认识。运用虚拟仿真技术较好地解决了上述问题。

该实验使用3D建模模拟了一条完整的现代自动化的生产线的场景,其中包含六自由度的工业机器人、运输装置等,在该实验环境中,用户可以自由在场景中漫游,通过视角的切换观察实验中的场景元素,系统以三维动画的形式展现物料运送与装配过程。

装配仿真模块中,系统支持展示其中各部件的介绍及工作状态下的运动状态,同时可以观察机械臂装配和螺母拧紧模组之间的组合运动。

装配模块由机械臂装配和螺母拧紧模组组成,机械臂装配模块包括气爪、夹具,螺母拧紧模组包括螺母送料结构、拧紧轴、螺母。虚拟组装软件配备丰富的机械工具箱,学生需要选择正确的工具进行相关组装操作,针对主要部件,组装细节要求到每一个螺栓。实验过程中,用户可以对各零件进行360°自由观察。

零部件由机械臂夹取,螺母拧紧模组固定,两个模块通过组合运动完成装配。机械臂上装有防碰撞传感器足以完成正常的搬运,装配。螺母拧紧模组基于三坐标移动,也可以完成正常的装配。

实验分为自动和手动两种实验模式:在手动模式下,点击鼠标拣选机器人,机器人通过红外探测装置对可扫描的区域内货物进行扫描。

机器人红外探测扫描货物

检测系统得到信号并做出处理,识别是否为可疑货物,然后做出捡捻或通过的反馈动作。发现可疑货物,机器人准备将其隔离。检测机器人件可疑货物搬运至隔离区。货物检测通过后,传送到的识别区域,物流机器人通过信号捕捉判别传送带上是否有货物到来需要抓取,物流机器人检测到货物,准备抓取货物。物流机器人根据预设轨迹,将货物转移至下一级传送带。

机器人将货物转移至下一级

货物传送至下料区后,搬运机器人通过预设的运动轨迹将货物搬运到运输车。运输机器人通过预设的运动轨迹指令自动做出相对应的运动,将货物输送到仓储区,完成完整的自动生产线流程。

机器人驾驶运输车

机器人将货物输送到仓储区,存放至仓储区预设位置。演示模式下,系统自动播放该生产线工作的完整流程。拖动机械臂底座,可实现手动模式抓取货物,并将货物传送至下一级传送带。

大尺寸工业机器人测量虚拟实验

该实验系统采用三维仿真技术,系统以工业机器人为运动机构,通过规划机器人的运动轨迹,控制末端线结构光传感器构造特征并采集处理数据,通过得到的物体表面三维点云数据,构建出三维数模。本实验模拟了工业机器人柔性视觉测量系统的测量过程,实现了物体三维形貌的数据采集以及重构,有利于学生了解整个系统的测量原理和测量过程。

传统的实物实验教学中:1.受实验设备体积大、占用场地大、实验设备成本高的限制,无法满足实际实验教学中学生动手操作实验的需求。2.因操作不当会威胁到学生人身安全,实验设备损坏等问题

详细的实验操作截图如下:

做实验前,先对实验设备进行基础认识:

机器人构型虚拟实验-zSpace版

本系统是针对各类院校机械专业配套开发的虚拟实验软件,能模拟真实实验中用到的器材和设备,提供与真实实验相似的实验环境。为保证系统的交互性和扩展性,该系统采用国际领先的Unity3D引擎开发而成。

系统采用独有的头部跟踪立体显示仿生技术,使立体图像始终保持与体验者真实视觉角度保持一致,这就大大增强3D立体沉浸体验感。

用户结合交互式触笔,操作UI菜单,点选工作原理菜单进行互动学习,触笔发射出的射线碰到实验设备部件时能够高光显示并能够显示其设备名称,系统以三维动画配合文字/语音介绍的方式,展现设备的工作原理,同时支持用户对其进行360°自由观察。

交互式触笔示意图

Zspace版机器人构型实验包括对10种典型机器人的三维组装,包括kuka机器人,ABB机器人等;模型都是按照真实比例1:1建模,细节达到每一个螺丝都清晰可见,通过触笔发射射线识别构型部件,并通过调整触笔方向可对机器人进行组装。

系统服务器端用户分为学生、教师、教务管理员和系统管理员四种角色,不同角色拥有不同权限。

学生:选课、选择实验、开展实验、接受实验指导、在线提交实验报告、保存和提交实验结果、查询实验成绩和批语。

教师:典型实验库维护、发布实验、安排实验、批改实验报告、系统指导、统计并发布学生的实验成绩和批语。

教务管理员:课程计划、开课计划、选课日期设置、开课审核、开课查询。

统管理员:用户管理、分组管理、角色管理、权限管理、系统维护等。

性能指标

支持同时在线用户数1万人以上,经测试,系统运行稳定,不限终端用户数,完全能满足日常教学使用。

服务器运行环境

操作系统:WindowsServer,Linux/UnixServer

Web服务器:Tomcat6.0,JDK6.0

数据库:MySQL

客户端运行环境

操作系统:AllWindows系列

相关信息:

研制单位:北京邮电大学北京润尼尔网络科技有限公司

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