[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

说明书

本发明提供一种基于增强现实技术的工业机器人操作和演示系统，包括增强现实设备和控制系统，控制系统和增强现实设备通过无线通信单元连接；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，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。本发明采用增强现实技术，将机器人以虚拟数字影像的方式呈现在现实空间内，极大地降低了使用机器人的试错成本、展示时运输成本、操作练习时的设备成本和危险性。

技术领域

本公开涉及智能制造技术领域，尤其涉及一种基于增强现实技术的工业机器人操作和演示系统。

背景技术

随着社会需求的增长和工业制造业的技术发展，传统制造业向着数字化的智能制造的转变已成全球大趋势。但是目前的机器人操作和演示还存在很多不便之处。首先是成本，工业机器人体积和重量都很大，对于设备的采购、运输及维修的巨额成本使得机器人教学难以推广。

其次是安全问题，虽然机器人已经设计有一些安全系统和设备来保护使用者，但是庞大的体积、力量和速度，对于新手操作还是有一定危险性，如编程时考虑不周，遇到奇点失控，和周围设备物理碰撞导致零件损坏飞溅等，都会造成意外。另外，传统的机器人操作和演示也会采用电脑模拟器，但是使用键盘鼠标和显示器，不管是从视觉上还是操作方式上，都与实际机器人操作有很大区别，因此还存在效率低且效果不佳的问题。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供一种基于增强现实技术的工业机器人操作和演示系统，该系统利用增强现实技术优化现有工业机器人操作和应用流程，用数字模拟替代原本制造生产过程中的高成本和高危险部分，实现数字模拟和实际使用的无缝连接，模拟结果可以直接应用于实际，或与实际操作协同使用。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于增强现实技术的工业机器人操作和演示系统，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。

进一步地，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：

(2)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，且该六个点处于同一平面上，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；

(4)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；