[发明专利]一种机器人协同作业可视化仿真示教系统和方法

说明书

本发明公开了一种机器人协同作业可视化仿真示教系统，包括图形化编程模块、机器人运动控制模块和三维模型展示模块，其中，图形化编程模块可以接收用户在人机交互界面输入的机器人模型的位姿信息和轨迹信息，并对机器人图形化程序控制指令进行选择、拖拽和连接；机器人运动控制模块适于根据用户输入的位姿信息和轨迹信息对机器人末端的运动轨迹和姿态进行规划；三维模型展示模块适于以三维动画方式对机器人模型的运动轨迹和姿态进行显示。该系统能够对真实场景下的机器人协同动作和加工轨迹进行建模设计、轨迹规划、碰撞检测等仿真分析，实现了多机器人的联动控制，最终生成各个机器人的控制代码。该示教系统能够培养学生对机器人的编程能力，提高教学实训效果。

技术领域

本发明涉及虚拟示教技术领域，具体涉及一种机器人协同作业可视化仿真示教系统和方法。

背景技术

实现智能制造的前提是实现数字-物理空间的精准信息映射，这离不开数字孪生技术的应用和虚拟调试技术的支持。虚拟模型能对物理实体的行为和特征进行仿真和测试，并将优化后的信息反馈给物理世界，实现数字-物理空间的信息交互。在实际应用时，系统会根据不同需求采用工业机器人手持工具或手持工件两种方式实现，有时因为空间限制或成本限制，一个工业机器人工位需要完成多个工序功能，这就要求工业机器人配合快速更换工具实现多种末端执行器自动切换。并且对于自动化装配生产线需要对生产线上的多个机器人进行协同作业，完成产品从上料、加工、装配等一系列操作。

工业机器人通常由用户通过示教器执行预定的动作，并实时显示工业机器人的仿真图像以辅助用户对工业机器人的操作。但是在多机器人协同作业的场景中，会出现产品报废和作业碰撞等问题，为了保证机器人实际作业中的安全性，需要对机器人进行仿真模拟，通过调试达到预设的运行条件再生成每个机器人的控制代码，最后完成真实场景下的协同作业。现有的机器人仿真示教系统对虚实信号的交互以及设备的控制需要通过便携脚本的方式实现，缺乏简单易操作的操作界面，交互性和通用性较差，仿真系统中缺乏完成的工业机器人模型库，不利于对系统进行二次开发和扩展。

因此，需要一种机器人协同作业示教系统和方法，能够通过在虚拟示教系统中调用多种机器人的模型构建与真实环境一致的虚拟环境，通过对机器人的动作轨迹进行规划，使多个机器人完成协同作业，满足自动化生产线运行场景，以解决以上现有技术中存在的问题。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种机器人协同作业可视化仿真示教系统和方法。

根据本发明的一个方面，提供一种机器人协同作业可视化仿真示教系统，包括图形化编程模块、机器人运动控制模块和三维模型展示模块，其中，图形化编程模块可以对机器人图形化程序控制指令进行选择、拖拽和连接并接收用户在交互界面输入的机器人运行参数；机器人运动控制模块可以根据用户输入的机器人运行参数对机器人末端的运动轨迹和机器人姿态进行控制；机器人三维模型展示模块可以以三维动画方式对机器人模型的运动轨迹和姿态进行显示，并显示多个机器人协同作业时的运动轨迹。

本发明提供的虚拟示教系统能够对机器人进行图形化编程，无需手动输入指令，通过对机器人运动轨迹和姿态进行仿真编程，便于实时显示和调整机器人轨迹和姿态，通过存储和执行手动移动机器人获得示教点，实现机器人示教任务和运动仿真。

可选地，在根据本发明的示教系统中，图形化编程模块可以包括模型库单元，图形库单元、编辑单元、参数设置单元，其中，模型库单元提供多个品牌和型号的工业机器人三维模型，图形库单元用于存储图形化程序，编辑单元可以在同一三维环境下导入多个不同的工业机器人，并通过对所述图形化程序进行选择和拖拽对每一个工业机器人进行轨迹和姿态编程；参数设置单元适于对机器人运行参数进行设置，所述运行参数包括位置、姿态、速度、加速度等。

通过导入多个品牌和型号的机器人模型，并采用通用化空间正逆解算算法真实仿真机器人运动过程，可以简化机器人编程过程，统一编程接口，提高应用效率。