一种基于虚拟现实的工业机器人仿真与实时控制系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于虚拟现实的工业机器人仿真与实时控制系统；旨在开发一款关于典型六自由度串联工业机器人的虚拟仿真系统和真实的工业机器人通过总线通信；本仿真系统能够让使用者在电脑中的虚拟仿真系统完成对虚拟机器人的运动控制和操作，并通过设计的PLC数据通讯系统与机器人控制器实现运动指令、运动状态消息传输；在电脑端的虚拟仿真系统编写机器人程序通过以太网将命令传输到机器人控制柜，电脑端虚拟系统的机器人与真实机器人同时按照规定指令运动，虚拟系统可以实时监控机器人的运动情况，将虚拟现实仿真系统与工业机器人手臂通过总线通信实现互连，实现了二者优势的有机结合；使得仿真系统能够更方便地应用于实际生产以及能够做到真正的虚拟和现实的结合，将对工业生产的可视化操控与实时监控具有重大意义。

Simulation and real time control system of industrial robot based on virtual reality

The invention provides an industrial robot simulation and real-time control system based on virtual reality, aiming at developing a virtual simulation system for typical six-degree-of-freedom serial industrial robots and real industrial robots communicating through bus, and the simulation system can enable users to complete the virtual simulation system in the computer. The motion control and operation of the virtual robot are realized by the designed PLC data communication system and the robot controller. The robot program is written in the computer-side virtual simulation system and transmitted to the robot control cabinet through the ethernet. The robot and the reality of the computer-side virtual system are realized by the robot program. The real robot moves at the same time according to the prescribed instructions, and the virtual system can monitor the motion of the robot in real time. The virtual reality simulation system and the industrial robot arm are interconnected by bus communication, which realizes the organic combination of the advantages of the two. It makes the simulation system more convenient to be applied in actual production and can be done. The real combination of virtual and reality will be of great significance to the visual control and real-time monitoring of industrial production.

【技术实现步骤摘要】
一种基于虚拟现实的工业机器人仿真与实时控制系统
本专利技术涉及一种机器人控制系统，具体涉及一种基于虚拟现实的工业机器人仿真与实时控制系统。
技术介绍
随着“工业4.0”和“中国制造2025”等概念的相继提出，以及劳动力成本的提高，自动化生产线和“机器换人”等策略成为工厂发展的首选；越来越多的工业机器人代替了原本的工人出现在工厂生产的各个环节；根据国际机器人联盟公布的数据，中国已经连续3年成为全球工业机器人的最大市场，截至2015年，中国机器人市场份额占全球市场的27%，并且预计到2019年，中国多用途工业机器人的年出货量将达到16万台，由于工业机器人应用的爆发式增长，工业机器人领域的高端技能型人才也变得供不应求；很多企业不惜花重金送员工去机器人生产厂家进行机器人技能的相关培训；与工业机器人专业人才需求量的巨大增长相比，国内工业机器人技术技能人才的培养却面临着严峻的挑战。伴随着计算机软、硬件技术的飞跃，虚拟现实系统的发展及完善在不断地发展，虚拟现实技术取得了卓越成就，并被广泛应用在实际系统中，其应用领域也在不断扩大；随着智能制造的向前发展和虚拟现实技术的不断成熟和进步，虚拟现实必将逐步深入工业应用，基于虚拟现实技术开发的机器人临场感仿真平台就是最好的应用，机器人临场感仿真就是基于虚拟现实开发机器人仿真平台。OPC技术是一种广泛应用于工业自动化数据传输，OPC协议为工业自动化软件面向对象开发提供了统一的标准，OPC架构与下列硬件平台兼容：PC硬件、基于云的服务器、PLC和微控制器；这些操作系统兼容：微软Windows，苹果OSX、Android和所有的Linux发行版；因此，不论过程中采用基于PC开发的任何软件，OPC都能够提供通用的接口以用于各种过程设备之间的数据通讯；但是由于目前越来越多的机器人的软件和设备之间采用不同的通讯协议，导致它们之间的直接通讯一直不尽人意；因此，有必要提供一种机器人控制系统，具体涉及一种基于虚拟现实的工业机器人仿真与实时控制系统解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供开发一款关于典型六自由度串联工业机器人的系统仿真系统和真实的工业机器人通过总线通信，实现虚拟系统对真实系统的运动控制与可视化监控，为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种基于虚拟现实的工业机器人仿真与实时控制系统，包括：Unity虚拟仿真系统(11)、PLC数据通讯系统、FANUC机器人；Unity虚拟仿真系统（11）包括：虚拟示教器（111）、运动控制模块（112）、I/O接口（113）、三维模型（114）；PLC数据通讯系统包括：OPC服务器（12）、PLC数据网关（13）、PLC控制器（2）、PLC以太网主站模块（3）、以太网交换机（6）；FANUC机器人包括：FANUC机器人控制器（4）、FANUC机器人本体（5）。进一步的，所述Unity虚拟仿真系统（11）的虚拟示教器（111）将运动指令发送给所述运动控制模块（112），所述运动控制模块（112）将数据发送给所述I/O接口（113），所述I/O接口（113）将全部输出信息发送到所述三维模型（114）。进一步的，所述Unity虚拟仿真系统（11）通过套字节程序实现所述OPC服务器（12）发送Unity仿真变量和接收PLC输出信号；所述OPC服务器（12）可以直接与所述PLC数据网关（13）实现发送Unity输入信号和接收PLC输出信号；所述PLC数据网关（13）通过以太网与所述PLC控制器（2）和所述PLC以太网主站模块（3）实现数据传输与反馈；所述PLC控制器（2）和所述PLC以太网主站模块（3）通过以太网实现与所述FANUC机器人控制器（4）之间运动指令、I/O信号、警告信号信息传输与反馈。进一步的，所述Unity虚拟仿真系统（11）发送运动指令到所述FANUC机器人控制器（4），所述三维模型（114）与所述FANUC机器人本体（5）接收到的运动指令，驱动模型和FANUC机器人运动到指定位姿。本专利技术的有益效果是：本专利技术是一种基于虚拟现实的工业机器人仿真与实时控制系统，系统分为两大部分，包括：基于Unity的工业机器人虚拟仿真系统和工业机器人实时控制系统；所述Unity虚拟仿真系统(11)在Unity3d虚拟现实引擎里进行搭建，该虚拟仿真系统可以实现真实机器人程序的编写与解析，并且以套字节模块、OPC、以太网为基础，建立虚拟仿真系统、PLC以及FANUC机器人之间的通讯连接，通过套字节数据通讯模块采集在虚拟仿真系统内构建的机器人程序指令，通过所述OPC服务器（12）传输采集的信号，传输到所述PLC控制器（2），通过以太网传输数据，实现与机器人的数据实时通讯；由此实现了所述Unity虚拟仿真系统(11)与所述机器人控制器（4）的直接通讯，而且能在虚拟系统控制真实机器人的运动，实现电脑端的可视化控制与实时监控，不仅提高了实时性，而且使机器人的诊断与维护更加方便；并且本专利技术机器人控制系统应用于工业领域，简单方便灵活，具有更大的实用价值。附图说明：图1是本专利技术的系统框图。图2是本专利技术的Unity虚拟仿真系统框图。图3是本专利技术的实物通讯连接示意图。图中：1、电脑，2、PLC控制器，3、PLC以太网主站模块，4、FANUC机器人控制器，5、FANUC机器人本体，6、以太网交换机，11、Unity虚拟仿真系统，12、OPC服务器，13、PLC数据网关，111、虚拟示教器，112、运动控制模块，113、I/O接口，114、三维模型。具体实施方式：下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。请参阅图1-3，本专利技术提供一种技术方案：一种基于虚拟现实的工业机器人仿真与实时控制系统，包括：Unity虚拟仿真系统、PLC数据通讯系统、FANUC机器人；Unity虚拟仿真系统（11）包括：电脑（1）、虚拟示教器（111）、运动控制模块（112）、I/O接口（113）、三维模型（114）；PLC数据通讯系统包括：OPC服务器（12）、PLC数据网关（13）、PLC控制器（2）、PLC以太网主站模块（3）、以太网交换机（6）；FANUC机器人包括：FANUC机器人控制器（4）、FANUC机器人本体（5）。所述电脑（1）、PLC控制器（2）、PLC以太网主站模块（3）、FANUC机器人控制器（4）和以太网交换机（6）之间通过以太网网线相互通讯连接。请参阅图1-3，本专利技术中所述的Unity虚拟仿真系统（11）是应用Unity3d虚拟现实引擎完成开发，Unity虚拟仿真系统（11）整个系统分为虚拟示教器（111）、运动控制模块（112）、I/O接口（113）、三维模型（114）四大模块；所述虚拟示教器（111）依照真实FANUC机器人示教器开发的虚拟示教器，所述虚拟示教器（111）功能主要包括机器人程序的创建、修改、删除，机器人运动指令的发送功能；所述虚拟示教器（111）创建机器人运动程序，创建完成后进行机器人程序的解释，将解释过的机器人程序发送到所述运动控制模块（112），所述运动控制模块（112）通过程序算法计算创建的机器人程序所要到的位姿点，并进行相应的轨迹规划计算。请参阅图1-3，本专利技术中所述Unity虚拟仿真系统（1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于虚拟现实的工业机器人仿真与实时控制系统，其特征在于：所述的工业机器人仿真与实时控制系统，包括：Unity虚拟仿真系统(11)、PLC数据通讯系统、FANUC机器人；Unity虚拟仿真系统（11）包括：电脑（1）、虚拟示教器（111）、运动控制模块（112）、I/O接口（113）、三维模型（114）；PLC数据通讯系统包括：OPC服务器（12）、PLC数据网关（13）、PLC控制器（2）、PLC以太网主站模块（3）、以太网交换机（6）；FANUC机器人包括：FANUC机器人控制器（4）、FANUC机器人本体（5）。

【技术特征摘要】
1.一种基于虚拟现实的工业机器人仿真与实时控制系统，其特征在于：所述的工业机器人仿真与实时控制系统，包括：Unity虚拟仿真系统(11)、PLC数据通讯系统、FANUC机器人；Unity虚拟仿真系统（11）包括：电脑（1）、虚拟示教器（111）、运动控制模块（112）、I/O接口（113）、三维模型（114）；PLC数据通讯系统包括：OPC服务器（12）、PLC数据网关（13）、PLC控制器（2）、PLC以太网主站模块（3）、以太网交换机（6）；FANUC机器人包括：FANUC机器人控制器（4）、FANUC机器人本体（5）。2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟现实的工业机器人仿真与实时控制系统，其特征在于：所述Unity虚拟仿真系统（11）的虚拟示教器（111）将运动指令发送给所述运动控制模块（112），所述运动控制模块（112）将关节数据发送给所述I/O接口（113），所述I/O接口（113）将全部输出信息发送到所述三维模型（114）。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：付鹏强，贲飞，崔楠，王义文，周丽杰，王秀瑞，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23