本文關(guān)鍵詞：機器人離線編程系統(tǒng)模塊化平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：國內(nèi)現(xiàn)階段已經(jīng)產(chǎn)生了大量對機器人離線邊城技術(shù)的研究,例如針對噴涂離線編程系統(tǒng),水切割離線編程和焊接離線編程系統(tǒng)等,并且有些已經(jīng)可以進入實際生產(chǎn)應(yīng)用。許多國內(nèi)研究者開發(fā)機器人離線編程系統(tǒng)的方法都是在CAD軟件基礎(chǔ)上作二次開發(fā)。由于缺乏一個能夠為開發(fā)者提供最基本、最通用功能的機器人離線編程系統(tǒng)平臺,國內(nèi)研究者選擇在昂貴的CAD軟件上,針對具體工業(yè)應(yīng)用開發(fā)對應(yīng)離線編程軟件。這種開發(fā)方法不僅需要開發(fā)者具備較為全面的機器人知識,而且CAD軟件本身的局限性導(dǎo)致了在進行后續(xù)開發(fā)時受到諸多限制。因此,本文開發(fā)了一款模塊化、可擴展的機器人離線編程系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺,使得用戶可以在此平臺基礎(chǔ)上,專注于對所需工業(yè)應(yīng)用相關(guān)功能的開發(fā)或擴展。為實現(xiàn)上述可擴展機器人離線編程系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺,首先,本文分析了兩種結(jié)構(gòu)靈活,可擴展性強的軟件架構(gòu),并比較其各自的優(yōu)缺點。針對離線編程軟件的具體需求,確定了以插件式系統(tǒng)作為軟件整體結(jié)構(gòu)實現(xiàn)。在利用Qt開發(fā)框架中的插件機制實現(xiàn)軟件插件系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,采用觀察者模式,避免模塊或者插件間的直接相互調(diào)用,降低模塊間耦合性,減輕插件間的互依賴性。接下來,本文將整個離線編程系統(tǒng)分割為幾個最基本的核心模塊,分別以插件的形式實現(xiàn)各個核心模塊。主要模塊有三維顯示、虛擬示教器、虛擬控制器和作業(yè)下載等。結(jié)合OpenGL和VRML實現(xiàn)機器人模型的三維顯示；以真實示教器為背景,增加透明按鈕作為虛擬示教器；通過封裝與真實機器人控制器中完全一樣的算法,實現(xiàn)虛擬控制器;作業(yè)下載模塊利用機器人控制器提供的接口,實現(xiàn)將系統(tǒng)生成的機器人作業(yè)下載至真實機器人控制器當中。通過這些插件模塊的相互協(xié)作,完成離線編程。當前,有多種機器人語言出現(xiàn)在實際工業(yè)應(yīng)用場景中,為了增強軟件的通用性,本文將機器人語言解釋器實現(xiàn)為單獨模塊,使得用戶可以根據(jù)實際情況進行替換。具體以INFORM Ⅲ機器人語言作為系統(tǒng)默認編程語言,并且選擇了其常用的指令集開發(fā)了機器人語言解釋器。整個機器人語言解釋器分為詞法解析器和語法解析器,通過取送詞法單元完成機器人作業(yè)文件的解析。分析INFORM Ⅲ機器人語法,并給出其對應(yīng)的文法表示。以文法作為規(guī)則輸入,利用FlexBison生成工具實現(xiàn)詞法分析器和語法分析器。最后,本文以實驗室里的ER-16機器人為仿真對象,在自主開發(fā)的機器人離線編程系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺上,利用虛擬示教器進行虛擬示教并編寫出對應(yīng)機器人作業(yè)文件。在進行仿真驗證之后,將系統(tǒng)生成的作業(yè)文件下載至真實機器人控制器中,驗證離線編程系統(tǒng)基本功能的有效性。并且根據(jù)實驗室多機器人和控制器兩個方向的科研需求,分別開發(fā)搭建了多機器人運動學三維仿真系統(tǒng)和機器人半物理仿真實驗平臺,有效地說明了本文開發(fā)的機器人離線編程系統(tǒng)平臺結(jié)構(gòu)靈活,擴展性強,實現(xiàn)了研究制定的目標。
【關(guān)鍵詞】：Qt 離線編程 三維仿真 機器人語言解釋器 Flex&Bison
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TP242
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-19
• 1.1 研究背景和意義11-12
• 1.2 課題研究現(xiàn)狀12-17
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 研究存在的主要問題與本文的解決方法16-17
• 1.3 論文主要內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)17-19
• 1.3.1 論文主要內(nèi)容17
• 1.3.2 論文組織結(jié)構(gòu)17-19
• 第二章 離線編程系統(tǒng)平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)19-27
• 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的分析與選擇19-21
• 2.1.1 基于分布式系統(tǒng)的設(shè)計方案19-20
• 2.1.2 基于插件式系統(tǒng)的設(shè)計方案20-21
• 2.2 基于插件式系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)21-23
• 2.2.1 機器人離線編程系統(tǒng)的層次和架構(gòu)設(shè)計21-22
• 2.2.2 基于Qt框架插件機制的實現(xiàn)22-23
• 2.3 基于觀察者模式的插件間解耦分析與實現(xiàn)23-25
• 2.3.1 觀察者模式介紹23-24
• 2.3.2 基于Boost庫的觀察者模式實現(xiàn)24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-27
• 第三章 離線編程系統(tǒng)核心插件與模塊27-43
• 3.1 離線編程系統(tǒng)三維顯示模塊27-30
• 3.1.1 VRML介紹27
• 3.1.2 OpenGL介紹27-28
• 3.1.3 三維顯示模塊的實現(xiàn)28-30
• 3.2 離線編程虛擬控制器插件30-34
• 3.2.1 改進S型曲線速度控制算法30-31
• 3.2.2 關(guān)節(jié)坐標系下的運動軌跡插補31-32
• 3.2.3 直線運動軌跡插補32-33
• 3.2.4 圓弧運動軌跡插補33-34
• 3.3 離線編程系統(tǒng)虛擬示教器插件34-40
• 3.3.1 虛擬示教器用戶界面設(shè)計35-36
• 3.3.2 示教器插件具體實現(xiàn)36-39
• 3.3.3 離線編程系統(tǒng)自定義UI元素的插件實現(xiàn)39-40
• 3.4 離線編程系統(tǒng)作業(yè)下載插件40-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第四章 離線編程系統(tǒng)機器人語言解釋器的設(shè)計與開發(fā)43-55
• 4.1 工業(yè)機器人編程語言介紹43-46
• 4.2 離線編程系統(tǒng)機器人語言解釋器整體架構(gòu)46
• 4.3 機器人語言詞法分析器46-49
• 4.3.1 詞法分析器介紹46-47
• 4.3.2 詞法分析器生成工具Flex47-48
• 4.3.3 詞法分析器的實現(xiàn)48-49
• 4.4 機器人語言語法分析器49-54
• 4.4.1 語法分析器介紹49-50
• 4.4.2 INFORM Ⅲ語法的文法表示50-51
• 4.4.3 語法分析器生成工具Bison51-52
• 4.4.4 語法分析器的實現(xiàn)52-54
• 4.5 本章小結(jié)54-55
• 第五章 離線編程系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺的實驗驗證55-63
• 5.1 離線編程基礎(chǔ)功能的驗證55-60
• 5.1.1 實驗平臺以及實驗對象介紹55-56
• 5.1.2 機器人虛擬示教編程56-58
• 5.1.3 物理機器人實驗驗證58-60
• 5.2 離線編程系統(tǒng)可擴展性驗證60-62
• 5.2.1 多機器人運動學三維仿真系統(tǒng)的搭建61
• 5.2.2 機器人半物理仿真系統(tǒng)的搭建61-62
• 5.3 本章小結(jié)62-63
• 第六章 總結(jié)與展望63-65
• 6.1 論文總結(jié)63
• 6.2 論文展望63-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-69
• 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文和科研成果69

【參考文獻】

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中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 戴雷;六軸機器人離線編程與仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D];武漢科技大學;2015年

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本文編號：863694