一种基于CPS的机器人远程控制系统技术方案

一种基于CPS的机器人远程控制系统，涉及智能制造控制技术领域。本发明专利技术是为了解决传统的工业机器人示教控制方式无法满足智能制造的需求，且缺少在可视化场景的问题。本发明专利技术所述的一种基于CPS的机器人远程控制系统，在具体实际的个性化生产中，结合可视化虚拟环境带来的用户体验提升，不仅提升了机器人控制系统的效率，同时给智能制造领域机器人带来了全新的交互方式。

A remote control system of robot based on CPS

【技术实现步骤摘要】
一种基于CPS的机器人远程控制系统
本专利技术属于智能制造控制

技术介绍
CPS(Cyber-PhysicalSystems，信息物理系统)是实现智能制造的核心，具体来说CPS是处理物理及信息环境的嵌入式系统，其信息端的模型连接一个或多个控制单元，并在人的指导下与现实世界交互，同时收集处理传感器和执行器的数据，而数据处理与其他物理或数字系统之间的交互作用是CPS的基础。也就是说CPS能够改变人与物理世界的交互方式，它是实现计算资源与物理资源的紧密结合与协调的重要环节，而实现CPS的关键就是要实现人、机、物在互联环境下相互感知、理解与融合。在具体的生产实践中，制造业企业的制造模式正在迅速地从大规模生产转向个性化定制生产，工业机器人在大规模生产中已起到了至关重要的作用。而由于现阶段智能工厂不断发展，工业机器人开始运用其自身技术优势，结合微处理器与人工智能，在促进智能制造方面发挥越来越大的作用。而在这样的广泛应用中，通过互联网络实现工业机器人间的互联互通视为提升工业水平的重要一环，机器人的控制研究成为能否成功实现所需要求的最直观体现，机器人的监视研究则成为远程检验机器人运动成功的关键一环。因此，建立基于CPS的机器人远程控制系统，实现工业机器人层面物理系统与信息系统的交互，对智能制造下工业机器人参与具体柔性生产提供了解决方案，为更好地实现人机共融，促进制造业更好转型升级提供重要的理论研究意义与应用价值。现阶段工业机器人的传统控制方式主要是点坐标示教后运用。随着数字化技术的快速发展，传统的机器人示教操作界面或者操作方式已经不能满足用户和未来智能化工厂的交互式操作。人们参与生产更愿意用更简单和可视化程度高的方式去实现控制。而传统的控制方式以外还有离线仿真之类的控制方式，但并没有本质上改变这一问题，也无法满足智能制造各方面的需求，缺少在可视化场景实现个性化定制的交互环境。
技术实现思路
本专利技术是为了解决传统的工业机器人示教控制方式无法满足智能制造的需求，且缺少在可视化场景的问题，现提供一种基于CPS的机器人远程控制系统。一种基于CPS的机器人远程控制系统，包括：建模模块、渲染模块、仿真模块、指令模块和服务器模块；建模模块、用于根据被控机器人所处真实室内环境参数构建机器人所在的物理场景模型，还用于根据被控机器人自身尺寸参数构建机器人三维模型；渲染模块、用于对物理场景模型和机器人三维模型进行渲染；仿真模块、用于将渲染后的物理场景模型和机器人三维模型进行搭建，获得仿真场景；指令模块、用于配置仿真场景下机器人三维模型运动关节的脚本，用于采集模型控制信号、进而控制机器人三维模型进行运动，用于根据仿真场景下机器人模型的运动状态生成字符串命令，该字符串命令用于控制真实场景中的被控机器人进行运动；服务器模块、用于将字符串命令发送至被控机器人控制器的上位机中。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术所述的一种基于CPS的机器人远程控制系统，抛弃了传统控制中以示教作为机器人半闭环控制的特征，而是在具体实际的个性化生产中，实现客户、工厂工人等操作者的可视化操作。同时，考虑到传统控制方式只适合产量较大的单一生产模式，而现阶段正处于小批量、个性化的时代节点，因此，本专利技术结合可视化虚拟环境带来的用户体验提升，不仅提升了机器人控制系统的效率，同时给智能制造领域机器人带来了全新的交互方式。附图说明图1为本专利技术所述的一种基于CPS的机器人远程控制系统的框架图；图2为机器人监视系统原理框图。具体实施方式具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于CPS的机器人远程控制系统，该系统基于机器人物理系统实现。所述机器人物理系统，采用EpsonC4-A901s六自由度机器人实现，该机器人包括若干联动轴和关节，能够实现机器人的旋转和移动；其中控制部分为EpsonRC700控制箱，可运用机器人可识别的SPEL+语言设计Main程序命令机器人动作；机器人还具有夹持型气手指、可控电磁阀及气泵，还配合有自行设计并3D打印的机器人气手指延长件及物料盒，可以实现机器人的运载夹持。一种基于CPS的机器人远程控制系统(即信息系统)包括：建模模块、渲染模块、仿真模块、指令模块和服务器模块；建模模块、用于根据被控机器人(即真实场景中的机器人物理系统)所处真实室内环境参数构建机器人所在的物理场景模型，还用于根据被控机器人自身尺寸参数构建机器人三维模型；所述物理场景模型包括：房屋空间模型及室内所需物体模型。渲染模块、用于对物理场景模型和机器人三维模型进行渲染；渲染模块可使构建模块中得到的模型能够更逼真的在信息系统中展示，同时能够在展示平台上更直观的展示逼真的物理效果及动画渲染，还可对模型进行轴心定位。仿真模块、用于将渲染后的物理场景模型和机器人三维模型进行搭建，获得仿真场景；仿真模块利用Unity3D引擎将渲染后的室内所需物体模型和机器人三维模型按照真实场景搭建在渲染后的房屋空间模型内，从而获得与真实场景一致的仿真场景，并根据其开源的脚本编辑器MonoDevelop，设计关节转动脚本、视角旋转移动脚本、碰撞脚本等必要脚本实现我们所要求的运功基础。Unity3D引擎是开发三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的跨多平台的综合型开发工具，可通过该引擎自带开源的脚本编辑器来提高整体系统的灵活性。指令模块、用于配置仿真场景下机器人三维模型运动关节的脚本，用于采集模型控制信号、进而控制机器人三维模型进行运动，用于根据仿真场景下机器人模型的运动状态生成字符串命令，该字符串命令用于控制真实场景中的被控机器人进行运动；所述模型控制信号为认为设置的，可通过鼠标直接在相应的仿真界面上移动模型，或者通过触屏模式在仿真界面上手指触控模型。服务器模块、通过通信模块将机器人的字符串命令发送至被控机器人控制器的上位机中；具体的，在Unity3D引擎中建立服务器，能够将产生的字符串命令远程传输到机器人控制器前的上位机上。进一步的，本实施方式还采用海康威视的网络摄像头作为硬件设备配合Web服务器，在监控网页上实现对机器人的监视。其中，监视系统表现形式采用B/S(Bower/Server)架构，基于Web实现远程访问和交互。开发环境为Eclipse，Web发布器为ApacheTomcat。具体的技术分为前端技术、后端技术、页面交互技术、底层通信技术。而网络摄像头后端衔接部分包括相机代码模块、转流及调试模块、网络摄像头摄像。如图2所示，其中包括：1)前端技术，采用JSP(JavaServerPages)页面，从而方便调用服务器后台的变量来设置页面内容。结合CSS(CascadingStyleSheets)技术对页面样式进行排版和美化，并使用JavaScript语言实现前端的动态响应；2)后端技术，主要是对页面中展示是各类元素对象的模型描述和方法封装；3)页本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CPS的机器人远程控制系统，其特征在于，包括：建模模块、渲染模块、仿真模块、指令模块和服务器模块；/n建模模块、用于根据被控机器人所处真实室内环境参数构建机器人所在的物理场景模型，还用于根据被控机器人自身尺寸参数构建机器人三维模型；/n渲染模块、用于对物理场景模型和机器人三维模型进行渲染；/n仿真模块、用于将渲染后的物理场景模型和机器人三维模型进行搭建，获得仿真场景；/n指令模块、用于配置仿真场景下机器人三维模型运动关节的脚本，用于采集模型控制信号、进而控制机器人三维模型进行运动，用于根据仿真场景下机器人模型的运动状态生成字符串命令，该字符串命令用于控制真实场景中的被控机器人进行运动；/n服务器模块、用于将字符串命令发送至被控机器人控制器的上位机中。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于CPS的机器人远程控制系统，其特征在于，包括：建模模块、渲染模块、仿真模块、指令模块和服务器模块；
建模模块、用于根据被控机器人所处真实室内环境参数构建机器人所在的物理场景模型，还用于根据被控机器人自身尺寸参数构建机器人三维模型；
渲染模块、用于对物理场景模型和机器人三维模型进行渲染；
仿真模块、用于将渲染后的物理场景模型和机器人三维模型进行搭建，获得仿真场景；
指令模块、用于配置仿真场景下机器人三维模型运动关节的脚本，用于采集模型控制信号、进而控制机器人三维模型进行运动，用于根据仿真场景下机器人模型的运动状态生成字符串命令，该字符串命令用于控制真实场景中的被控机器人进行运动；
服务器模块、用于将字符串命令发送至被控机器人控制器的上位机中。


2.根据权利要求1所述的一种基于CPS的机器人远...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫纪红，吴奇学，张明阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23