机器人离线编程系统模块化平台的设计与实现

发布时间：2017-09-16 14:43

  本文关键词：机器人离线编程系统模块化平台的设计与实现

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【摘要】：国内现阶段已经产生了大量对机器人离线边城技术的研究,例如针对喷涂离线编程系统,水切割离线编程和焊接离线编程系统等,并且有些已经可以进入实际生产应用。许多国内研究者开发机器人离线编程系统的方法都是在CAD软件基础上作二次开发。由于缺乏一个能够为开发者提供最基本、最通用功能的机器人离线编程系统平台,国内研究者选择在昂贵的CAD软件上,针对具体工业应用开发对应离线编程软件。这种开发方法不仅需要开发者具备较为全面的机器人知识,而且CAD软件本身的局限性导致了在进行后续开发时受到诸多限制。因此,本文开发了一款模块化、可扩展的机器人离线编程系统基础平台,使得用户可以在此平台基础上,专注于对所需工业应用相关功能的开发或扩展。为实现上述可扩展机器人离线编程系统基础平台,首先,本文分析了两种结构灵活,可扩展性强的软件架构,并比较其各自的优缺点。针对离线编程软件的具体需求,确定了以插件式系统作为软件整体结构实现。在利用Qt开发框架中的插件机制实现软件插件系统的基础上,采用观察者模式,避免模块或者插件间的直接相互调用,降低模块间耦合性,减轻插件间的互依赖性。接下来,本文将整个离线编程系统分割为几个最基本的核心模块,分别以插件的形式实现各个核心模块。主要模块有三维显示、虚拟示教器、虚拟控制器和作业下载等。结合OpenGL和VRML实现机器人模型的三维显示；以真实示教器为背景,增加透明按钮作为虚拟示教器；通过封装与真实机器人控制器中完全一样的算法,实现虚拟控制器;作业下载模块利用机器人控制器提供的接口,实现将系统生成的机器人作业下载至真实机器人控制器当中。通过这些插件模块的相互协作,完成离线编程。当前,有多种机器人语言出现在实际工业应用场景中,为了增强软件的通用性,本文将机器人语言解释器实现为单独模块,使得用户可以根据实际情况进行替换。具体以INFORM Ⅲ机器人语言作为系统默认编程语言,并且选择了其常用的指令集开发了机器人语言解释器。整个机器人语言解释器分为词法解析器和语法解析器,通过取送词法单元完成机器人作业文件的解析。分析INFORM Ⅲ机器人语法,并给出其对应的文法表示。以文法作为规则输入,利用FlexBison生成工具实现词法分析器和语法分析器。最后,本文以实验室里的ER-16机器人为仿真对象,在自主开发的机器人离线编程系统基础平台上,利用虚拟示教器进行虚拟示教并编写出对应机器人作业文件。在进行仿真验证之后,将系统生成的作业文件下载至真实机器人控制器中,验证离线编程系统基本功能的有效性。并且根据实验室多机器人和控制器两个方向的科研需求,分别开发搭建了多机器人运动学三维仿真系统和机器人半物理仿真实验平台,有效地说明了本文开发的机器人离线编程系统平台结构灵活,扩展性强,实现了研究制定的目标。
【关键词】：Qt 离线编程 三维仿真 机器人语言解释器 Flex&Bison
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP242
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 课题研究现状12-17
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-16
• 1.2.3 研究存在的主要问题与本文的解决方法16-17
• 1.3 论文主要内容和组织结构17-19
• 1.3.1 论文主要内容17
• 1.3.2 论文组织结构17-19
• 第二章 离线编程系统平台的结构设计与实现19-27
• 2.1 系统结构设计方案的分析与选择19-21
• 2.1.1 基于分布式系统的设计方案19-20
• 2.1.2 基于插件式系统的设计方案20-21
• 2.2 基于插件式系统的架构设计与实现21-23
• 2.2.1 机器人离线编程系统的层次和架构设计21-22
• 2.2.2 基于Qt框架插件机制的实现22-23
• 2.3 基于观察者模式的插件间解耦分析与实现23-25
• 2.3.1 观察者模式介绍23-24
• 2.3.2 基于Boost库的观察者模式实现24-25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 离线编程系统核心插件与模块27-43
• 3.1 离线编程系统三维显示模块27-30
• 3.1.1 VRML介绍27
• 3.1.2 OpenGL介绍27-28
• 3.1.3 三维显示模块的实现28-30
• 3.2 离线编程虚拟控制器插件30-34
• 3.2.1 改进S型曲线速度控制算法30-31
• 3.2.2 关节坐标系下的运动轨迹插补31-32
• 3.2.3 直线运动轨迹插补32-33
• 3.2.4 圆弧运动轨迹插补33-34
• 3.3 离线编程系统虚拟示教器插件34-40
• 3.3.1 虚拟示教器用户界面设计35-36
• 3.3.2 示教器插件具体实现36-39
• 3.3.3 离线编程系统自定义UI元素的插件实现39-40
• 3.4 离线编程系统作业下载插件40-42
• 3.5 本章小结42-43
• 第四章 离线编程系统机器人语言解释器的设计与开发43-55
• 4.1 工业机器人编程语言介绍43-46
• 4.2 离线编程系统机器人语言解释器整体架构46
• 4.3 机器人语言词法分析器46-49
• 4.3.1 词法分析器介绍46-47
• 4.3.2 词法分析器生成工具Flex47-48
• 4.3.3 词法分析器的实现48-49
• 4.4 机器人语言语法分析器49-54
• 4.4.1 语法分析器介绍49-50
• 4.4.2 INFORM Ⅲ语法的文法表示50-51
• 4.4.3 语法分析器生成工具Bison51-52
• 4.4.4 语法分析器的实现52-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 离线编程系统基础平台的实验验证55-63
• 5.1 离线编程基础功能的验证55-60
• 5.1.1 实验平台以及实验对象介绍55-56
• 5.1.2 机器人虚拟示教编程56-58
• 5.1.3 物理机器人实验验证58-60
• 5.2 离线编程系统可扩展性验证60-62
• 5.2.1 多机器人运动学三维仿真系统的搭建61
• 5.2.2 机器人半物理仿真系统的搭建61-62
• 5.3 本章小结62-63
• 第六章 总结与展望63-65
• 6.1 论文总结63
• 6.2 论文展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-69
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果69

【参考文献】

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