施釉机器人虚拟示教技术的研究

发布时间：2017-03-29 23:09

  本文关键词：施釉机器人虚拟示教技术的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：施釉机器人可以代替施釉工人进行作业,可以提高陶瓷产品的质量,已经被广泛应用到陶瓷制品的生产过程中。因此开发出适合施釉机器人示教的虚拟示教方法具有重要意义。针对施釉机器人进行虚拟示教技术的研究,在仿真环境中利用虚拟实现技术,对机器人进行虚拟示教并完成复杂轨迹的规划。使操作人员可以在离线状态下进行示教操作和过程再现,以及完成加工代码的转换。根据运动学原理建立机器人本体的数学模型,并通过齐次坐标变换完成坐标值在坐标系间的映射,最后推导出机器人运动学正解的关系方程。此方程可作为示教软件研发的理论依据。根据虚拟示教的特点,在VS2010的开发环境下,利用标准图形接口Open GL,并使用C语言进行示教系统的开发和三维虚拟模型的建立。示教者可根据陶坯模型的外部轮廓,完成整体的轨迹规划。应用GLUT实用工具库完成包括显示器像素、虚拟环境的灯光、观察角度、环境漫游等三维环境的设置。同时应用GLUI界面库开发出符合示教特点的控制界面。根据施釉机器人本体的结构特点、工作空间绘制三维模型,并且建立示教辅助平面,配合虚拟示教的输入设备,实现人与计算机的交互操作。最终,开发出符合五自由度施釉机器人工作特点的虚拟示教系统,并且针对机器人的示教过程。开发出多种示教模式,可最大程度满足不同陶坯工件的示教要求,并完成适用于使用鼠标进行交互操作的计算方法。虚拟施釉机器人可以完成符合运动学规律的交互运动、多种模式并行示教,能够最大程度满足施釉工艺的要求。规划好的路径利用虚拟实现技术投射在显示器上,经过软件的运动仿真,将示教结果再次展现出来,从而证明示教系统的可行性和计算方法的正确性。
【关键词】：施釉机器人 虚拟示教系统 OpenGL 人机交互 运动仿真
【学位授予单位】：华北理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 引言9-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 机器人在施釉过程中的应用10-14
• 1.1.1 陶瓷施釉技术概述10
• 1.1.2 施釉机器人技术的发展10-14
• 1.2 虚拟示教技术的应用14-16
• 1.2.1 虚拟现实技术的定义15
• 1.2.2 虚拟示教技术的发展15-16
• 1.3 课题主要研究内容16-17
• 第2章 施釉机器人的运动学分析17-25
• 2.1 机器人的位姿17-21
• 2.1.1 机器人位置的描述17
• 2.1.2 机器人姿态的描述17-18
• 2.1.3 齐次坐标变换18-19
• 2.1.4 构建机器人坐标系19-21
• 2.2 施釉机器人运动学正解21-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 施釉机器人示教系统的总体设计25-33
• 3.1 示教系统的基本构成25-26
• 3.2 示教系统软件的设计26-31
• 3.2.1 机器人几何建模模块26-27
• 3.2.2 虚拟示教输入装置27-28
• 3.2.3 计算模块28-29
• 3.2.4 机器人轨迹规划模块29-30
• 3.2.5 三维图形仿真模块30-31
• 3.2.6 界面模块31
• 3.3 本章小结31-33
• 第4章 基于OpenGL的示教仿真软件33-45
• 4.1 基于OpenGL的程序33-34
• 4.1.1 OpenGL及相关库33-34
• 4.1.2 OpenGL程序开发34
• 4.2 OpenGL三维图形绘制基础34-37
• 4.2.1 OpenGL图元34-35
• 4.2.2 OpenGL的三维图形绘制流程35
• 4.2.3 模型变换35-36
• 4.2.4 视点设置36
• 4.2.5 投影变换36-37
• 4.3 基于OpenGL程序的建立37-43
• 4.3.1 施釉机器人模型的建立38-39
• 4.3.2 三维模型的建立39
• 4.3.3 施釉机器人的层次建模39-41
• 4.3.4 场景漫游41-43
• 4.4 本章小结43-45
• 第5章 施釉过程仿真及其实现45-62
• 5.1 人机交互45-50
• 5.1.1 辅助平面的建立45-46
• 5.1.2 屏幕坐标与世界坐标的映射46-47
• 5.1.3 示教臂的拾取47
• 5.1.4 对可旋转辅助平面的操作47-48
• 5.1.5 机械臂的拖动计算48-50
• 5.1.6 实验结果50
• 5.2 基于多种坐标系的路径规划方式50-53
• 5.2.1 工件的圆柱坐标系51-52
• 5.2.2 工件的球面坐标系52-53
• 5.2.3 工件的笛卡尔坐标系53
• 5.3 示教再现53-61
• 5.3.1 复合式组合示教54-55
• 5.3.2 路径与速度55-56
• 5.3.3 采点方式与插补56-59
• 5.3.4 仿真动画59-61
• 5.4 本章小结61-62
• 结论62-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 导师简介67-68
• 作者简介68-69
• 学位论文数据集69

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