[發明專利]一種工業機器人數字孿生系統仿真方法及裝置

在審

• 申請號: 201810679938.9
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN108724190A
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 韓九強;楊若琪;鄭輯光;呂紅強
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 段俊濤

1.一種工業機器人數字孿生系統仿真方法，其特征在于，所述工業機器人為六軸工業機器人，將其虛擬仿真與真機運行結合在一起組成孿生系統，包括：

利用計算機實現工業機器人的虛擬控制，搭建與實際環境相一致的虛擬三維場景，通過運動學仿真方法模擬工業機器人的整個運動過程，進行可達點以及碰撞點檢測；

在工業機器人末端安裝由相機和線結構光發射器組成的視覺感知單元，利用視覺感知單元采集圖像，通過線結構光幾何三角3D數據獲取模型、工業機器人目標三維測量模型得到目標的三維信息；

最終，工業機器人按照視覺感知單元的三維信息完成指定的工作任務。

2.根據權利要求1所述工業機器人數字孿生系統仿真方法，其特征在于，所述工業機器人的虛擬控制方法是：確定所述工業機器人的連桿坐標系和連桿參數，利用D-H法建立機器人關節動力學模型，依據該模型，在工業機器人的各個關節處建立參考坐標系，相鄰關節坐標系之間的轉換關系已知，末端執行器的坐標系相對于基坐標系的轉換矩陣為一系列相鄰連桿坐標系轉換矩陣的乘積，確定機器人正逆運動學求解。

3.根據權利要求1所述工業機器人數字孿生系統仿真方法，其特征在于，所述虛擬三維場景的搭建是在虛擬環境下導入機器人模型、工件模型的STEP標準文件，通過校準操作保證與實際物理環境的一致性。

4.根據權利要求1所述工業機器人數字孿生系統仿真方法，其特征在于，所述運動學仿真方法是對以下三種運動指令進行翻譯、解析和執行，確定路徑中的多組關節角，得到工業機器人各關節所在位置，實現虛擬運動：

(1)關節空間運動MOVJ：應用逆運動學得到目標位姿的各個關節角，采用三次多項式插值的方法計算機器人運動過程中每個時刻的關節角；

(2)笛卡爾空間直線運動MOVL：采用笛卡爾空間直線插補算法，計算起始點和終點之間多個點的位姿，逆運動學求解關節角；

(3)笛卡爾空間圓弧運動MOVC：將空間圓弧轉換為平面圓弧，在平面上進行圓弧插補，獲得機器人基坐標系下的空間位置插補點以及姿態插補點，逆運動學求解關節角。

5.根據權利要求1所述工業機器人數字孿生系統仿真方法，其特征在于，所述可達點檢測是在虛擬運動過程中，依據工業機器人的六個關節的運動限制范圍，如果某個末端位姿通過逆運動學求解得到的關節角超過了限制，認為該位置不可達，所述運動限制范圍從廠家提供的工業機器人機械使用維護手冊上獲取。

6.根據權利要求1所述工業機器人數字孿生系統仿真方法，其特征在于，所述碰撞檢測的方法：先建立AABB層次包圍盒樹，然后對AABB包圍盒樹進行RAPID多邊形碰撞檢測，隨著仿真過程中機械臂位姿的不斷變化，通過平移操作(x,y,z)^T→(x,y,z)^T+A和旋轉操作(x,y,z)^T→R*(x,y,z)^T更新AABB包圍盒8個頂點的位置，組成新的包圍盒，再進行碰撞檢測，直到機器人停止運動；其中，(x,y,z)是一個點的三維坐標，T表示矩陣的轉置，A是3*1的平移矩陣，R是3*3的旋轉矩陣。