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基于虚拟仿真技术的辅助维修机器人设计 摘要：利用机器人虚拟仿真技术，可使检修人员在系统离线状态下对机器人进行编程，并以三维图形方式显示出机器人实际运行轨迹，这样通过离线编程平台进行新系统的测试，既避免了应用上的风险，保证了机器人系统的安全性，同时又降低了新程序应用的测试成本，并可以作为培训系统供检修人员进行虚拟操作使用。 关键词：虚拟仿真 离线编程 机器人； Design of Assistant Maintenance Robot Based on Virtual Simulation Technology Abstract: Using robot virtual simulation technology helps the maintenance person program the robot while the system is off-line. This shows the actual operation of the robot in 3D graphics and is done through the offline programming platform for testing of new system. This reduces both the risk of application and ensures the safety of the robot system and the cost of testing new applications. As a result, this can be used as a training system for maintenance personnel for virtual operation . Key words: Virtual simulation，Offline programming, robot 1、引言 在实际设备运行过程中存在许多影响正常生产状态的因素，而如何优化生产过程，减少这些因素所造成的损失，而仿真技术可以将设备放在一个虚拟环境中，通过对已出现或未知的问题进行模拟，为找出解决此类问题提供了便捷的方法，这样不仅可以减少检修时间，保证生产的正常，也可以保证操作安全。而机器人离线技术的出现以及虚拟仿真技术的发展，正是应这样的要求，不仅可以将人从危险和恶劣的环境中解脱出来，也可以解决远程控制中的通信延时问题，同时利用机器人仿真技术可直观显示出机器人实际运行轨迹，而且不占用机器人作业时间，有利于提高经济效益。 2、仿真基本理论 机器人仿真技术分为两大类：第一大类是设计机器人时所必须具有的结构分析和运动分析仿真包括：(1)机器人的物理特性，比如形状等；(2)是机器人的动态特性，比如加速度、速度等，这需要参考机器人本身的动力学方程，而这个方程用来描述机器人的运动轨迹和特性。 机器人仿真技术分为两大类：第一大类是设计机器人时所必须具有的结构分析和运动分析仿真包括：(1)机器人的物理特性，比如形状等；(2)是机器人的动态特性，比如加速度、速度等，这需要参考机器人本身的动力学方程，而这个方程用来描述机器人的运动轨迹和特性。 2.1机器人结构仿真 机器人的结构仿真主要是对机器人进行物理特性仿真，在虚拟环境中是以三维实体模型表现的，可以用市面上较常用的Pro/E、UG、CATIA等三维设计软件进行建模。 2.2机器人运动学仿真 机器人的运动学仿真是通过对建立的的函数模型，然后利用ADMAS、Matlab等专业软件对模型进行运动分析，例如图1.1为一台串联六自由度关节式机器人。 图1.1 两个相邻坐标系i与i-1间的齐次变换矩阵(i=1,2,3…,6)为 其中:ai-1为杆长；di为杆件偏距；?i为关节变量。经运动学整解，可得到机器人末端的位姿，而已知机器人末端的位姿，经过运动学反解可求得对应六个关节的角度，这样就可利用仿真系统在关节空间中控制机器人的各种位姿。 2.3机器人控制系统仿真 1） 单关节PID控制； 2） 分解运动的速度控制； 3） 分解运动的加速度控制； 4） 计算力矩控制； 5） 最优控制； 6） 解耦控制； 7） 自适应控制； 8） 变结构控制； 9） 多机器人协调控制； 10） 柔性运动控制等； 对机器人控制系统的仿真的重点是如何让机器人根据传感器传回来的数据模拟出实际的运动轨迹,并可以对急停装置、连锁等)、驱动控制、系统输入输出、传感器跟踪等状态实施仿真。 图1.2一台六自由度机器人的控制系统图 3、 虚拟仿真系统简介 现场使用的虚拟系统包括如下内容： 1） 三维虚拟软件系统； 2） 机器人虚拟模型，软件接口（主要将现有设备的运行参数返回给虚拟系统）； 3） 仿真系统与控制界面的交互控制，包