[发明专利]一种基于增强现实技术的工业机器人操作和演示系统

权利要求书

1.一种基于增强现实技术的工业机器人操作和演示系统，其特征在于，包括增强现实设备和控制系统，所述控制系统和增强现实设备通过无线通信单元连接；所述控制系统中包括指令输入单元、指令读取单元、操作模拟单元、和指令处理输出单元，所述增强现实设备包括机器人数模处理单元、指令接收单元、指令处理单元、机器人运动单元和显示单元；

所述指令输入单元用于导入机器人操作和演示指令；所述指令读取单元用于编译出所述机器人操作和演示指令中的程序信息，所述操作模拟单元用于将编译出的程序信息进行整合后通过机器人运动算法进行运算，所述指令处理输出单元用于将经过运算后的指令信号转化成传输信号后输出至所述增强现实设备；

所述机器人数模处理单元用于根据机器人实物建立数字模型，再对数字模型进行优化得到虚拟机器人模型；所述指令接收单元用于接收所述控制系统发出的指令信号，所述指令处理单元用于读取该指令信号，并运行机器人运动算法和路径规划算法进行计算，再将计算结果输入至机器人运动单元，所述机器人运动单元根据输入结果在所述虚拟机器人模型上做出运动变化，并在所述显示单元上进行显示；

所述指令输入单元中包括程序输入单元和姿态控制按钮，通过所述程序输入单元设置运动模式，通过所述姿态控制按钮来控制虚拟机器人运动；

所述指令读取单元编译所述机器人操作和演示指令中的程序信息的过程包括：将指令分离出点名称、运动模式、运动速度，再去通过名称从点库里找到相应运动点，并将这些信息发送至所述操作模拟单元；

还包括物理机器人和机器人控制柜，所述机器人控制柜与所述控制系统连接，通过所述控制系统编译导出虚拟机器人运行文件，导入所述机器人控制柜来控制所述物理机器人进行与虚拟机器人模拟结果相同的运动；

所述机器人运动算法采用六轴机械臂逆运动算法，所述六轴机械臂逆运动算法包括如下步骤：

(1)设定运动参数：设定数模机械臂六轴旋转点分别为J1，J2，J3，J4，J5，J6，且该六轴旋转点处于同一平面上，J1沿Y轴旋转，J2，J3，J5沿Z轴旋转，J4，J6沿X轴旋转；

假设J1，J2，J3，J4，J5，J6均在相连旋转轴的运动坐标系上，设定垂直于J1旋转轴的平面上，J1和J2间的距离为L12；设定垂直于J2的旋转轴的平面上，J2和J3的距离为L23；设定J3与J4之间距离为L34；设定垂直于J3旋转轴，J3和J5的距离为L35；设定垂直于J5旋转轴，J5和J6的距离为L56；

设定机械臂末端姿态点；

(2)设定机械臂末端姿态点的空间位置坐标Pxyz及空间概念角度坐标Rxyz；

(3)设定J1’、J2’、J3’、J4’、J5’、J6’为J1，J2，J3，J4，J5，J6的模拟位置点；J1’的空间位置坐标为已知量P1xyz，与空间坐标原点重合，由Pxyz和Rxyz得到J6’的旋转空间角度坐标R6xyz＝Rxyz，J6’的空间位置坐标为P6xyz＝Pxyz；再由R6xyz，根据步骤(1)中旋转点之间的距离进行平移处理，依次得到R1xyz、R2xyz、R3xyz、R5xyz和R4xyz。

2.根据权利要求1所述的基于增强现实技术的工业机器人操作和演示系统，其特征在于，所述控制系统还包括存储单元，用于将包括机器人运动程序、机器人模型、机器人运动参数进行存储。

3.根据权利要求1所述的基于增强现实技术的工业机器人操作和演示系统，其特征在于，所述增强现实设备还包括反馈单元，所述反馈单元用于将所述虚拟机器人模型的运动结果通过所述无线通信单元反馈至所述控制系统。

4.根据权利要求3所述的基于增强现实技术的工业机器人操作和演示系统，其特征在于，所述反馈单元包括运动效果的视觉反馈、程序是否运行结束、干涉反馈、奇异点反馈和程序错误反馈。

5.根据权利要求1所述的基于增强现实技术的工业机器人操作和演示系统，其特征在于，所述机器人数模处理单元对数字模型进行优化包括：根据不同的色彩和材质对模型进行切割、模型格式的转换和数模结构切面优化。

6.根据权利要求1所述的基于增强现实技术的工业机器人操作和演示系统，其特征在于，所述路径规划算法包括PTP、LIN、CIRC、样条曲线的运动模式下的路径规划。