[发明专利]基于Python的桌面级机器人离线编程仿真系统

摘要

一种基于Python的桌面级机器人离线编程仿真系统，包括用户交互模块、模型管理模块、运动轨迹规划模块、离线编程模块、机器人仿真与后置处理器模块、机器人运动模块；用户交互模块通过向模型管理模块，运动轨迹规划模块，离线编程模块发送控制指令，给仿真与后置处理器模块提供所需的全部数据；机器人运动模块根据仿真与后置处理器模块发送的控制命令来实现相应操作；首先通过用户交互模块激活模型管理模块，并导入桌面机器人3D模型，运动轨迹规划模块根据加工需要，规划运动轨迹。离线编程模块把规划的运动轨迹转化为Python编程语言，仿真与控制模块完成运动仿真并通过后置处理器生成机器人可执行代码，输出给机器人运动模块。

主权项

一种基于Python的桌面机器人离线编程仿真系统，其特征在于：所述的离线编程仿真系统依次包括用户交互模块、模型管理模块、运动轨迹规划模块、离线编程模块、仿真与后置处理器模块、机器人运动模块；用户交互模块通过向模型管理模块，运动轨迹规划模块，离线编程模块发送控制指令，给仿真与后置处理器模块提供所需的全部数据；机器人运动模块根据仿真与后置处理器模块发送的控制命令来实现相应操作；各模块的具体构成是：1)用户交互模块，是一个良好的人机交互和机器人控制界面；用户交互模块接受来自用户输入的触发信号后，分别激活模型管理模块，运动轨迹规划模块，离线编程模块；用户在该模块上点击各模块的操作命令，以网络通信的方式向模型管理模块，运动轨迹规划模块和离线编程模块发送任务操作指令；用户交互模块通过串口通讯方式，接受来自机器人运动模块的关节角度信息；2)模型管理模块，用于导入机器人3D模型并建立相应的参考坐标系；模型管理模块接受来自用户交互模块的激活命令时，进入执行状态；获取来自用户交互模块的操作指令后，在用户操作系统的指定文件夹中导出机器人3D模型到模型管理模块，同时根据用户输入的坐标设置要求，设置机器人3D模型的基坐标系位置和各关节坐标系相对位置，建立机器人模型的工作空间，添加各关节的调试控件，最后把设置好的机器人3D模型通过网络通信发送给仿真与后置处理器模块，同时把模型的各坐标参数发送给运动轨迹规划模块；3)运动轨迹规划模块，接受来自模型管理模块中的机器人3D模型的基坐标系位置参数，各关节轴的相对位置参数；分析桌面机器人末端执行器在空间中的瞬时位置和姿态，使用D‑H参数建模机制，建立机器人每个连杆在各关节处的笛卡尔坐标系，使用正运动学公式求解末端执行器相对固定参考坐标系的位置和姿态，获得机器人运动轨迹，使用笛卡尔轨迹规划算法优化轨迹曲线，基于机器人逆运动学知识，把轨迹曲线转化为机器人关节参数数组；最后把该串机器人关节参数发送给离线编程模块；4)离线编程模块，，接受来自运动轨迹规划模块的机器人关节参数数组，首先对该数组进行类型分析，根据Python内核指令调用RoboDK动态函数库，把关节参数数组直接转化为Python编程代码，添加脚本头部和运行主函数后，通过网络通讯的方式把生成的Python脚本发送给机器人仿真与后置处理器模块；5)仿真与后置处理器模块，接受分别来自模型管理模块的机器人3D模型文件，运动轨迹规划模块的机器人末端执行器运行曲线参数以及离线编程模块的机器人仿真运行脚本后，仿真与后置处理器模块等待以上各模块传输完各自的参数内容后，自动运行机器人仿真程序；先对运动轨迹规划模块接受的运行轨迹和离线编程模块接受的机器人末端执行器运行曲线指令串进行时间轴匹配和优化，并把优化结果发送给后置处理器程序；后置处理器程序根据匹配的机器人规格和RoboDK中机器人D‑H参数库，把仿真程序直接转化为实际机器人可执行代码，通过USB有线传输的方式发送给机器人运动模块；6)机器人运动模块，通过USB有线传输方式，接受来自仿真与后置处理器模块输出的机器人可执行代码脚本，并把代码设置成执行队列的形式，控制机器人执行运行任务，同时把机器人运行参数，机器人各关节角运动参数，实际机器人发生碰撞时反馈回来的故障信息参数发送给用户交互模块。