智能制造系統的6R 工業機器人仿真和監控平臺

崔岳

（廊坊職業技術學院，河北 廊坊 065000）

科學技術迅猛發展，使工業機器人交互性得到提高。就6R 工業機器人來說，構建機器人運動學模型，應用矢量積法推導雅克比矩陣，為仿真與監控數據可視化打下扎實基礎。仿真環境既可以更加真實地模擬制造過程，也將用于人機交互從而使制造過程共融性得到提升。所以需要加強6R 工業機器人仿真和監控工作力度。基于此，研究智能制造系統的6R 工業機器人仿真和監控具有現實意義。

1 仿真和監控平臺的搭建

在進行機器人仿真過程中主要涵蓋了以下三個部分，分別為監控通信接口、控制命令編制以及可視化環境。

1.1 仿真和監控的可視化環境

為了給機器人建立l:1 的三維模型需要應用建模軟件。機器人屬于一個綜合系統，內部零件結構與裝配較為繁雜，而且由諸多零件組成。本文研究的仿真與監控可視化環境指的是機器人空間位置與動態，與內部零件細節沒有直接聯系，所以建模過程中需依據獨立準則與運動之間的關聯將機器人分成各種運動部件，構建相應的部件模型。具體內容如圖1所示。

圖1 機器人的部件模型分類

通過對圖1 進行觀察可以得出，機器人每個部件之間都存在著從屬關系，在對這種關系進行描述過程中可以使用層次結構法，在確定的環境中明確方向屬性和定位。在模型運動關系方面來講，不光需要確定以上因素，還需要根據從屬關系找出運動屬性，這樣才能保障可視化環境達到理想的設計目的。

1.2 監控的通信結構和接口

在機器人控制系統中，使用了開放網絡系統和免費資源網絡，建立了穩定的監控通信程序，具體情況如圖2 所示。通過觀察圖2 可以看出，KUAVARPROXY 屬于一種非常特殊的服務器，并且還是一種良好的通信開發包，其功能是實現和機器人的讀寫操作，便于為上級客戶端通信。JopenShowVar是開發包的通信類，借助調取其中函數達到和服務器KUKAVARPROXY 通信的效果。與此同時，由于開發包通信類是應用Java 語言實現，而Java 語言比C ＋＋語言計算能力弱一些，在解決數據方面。但是機器人的虛擬監督控制與實時解決海量數據有直接關系，并且應通過實現渲染體現出機器人的軌跡與運行狀態。在這種情況下，為了保障虛擬監督和控制具有完善性和實時性，就需要合理應用監控系統，在這個過程中需要配合兩臺計算機，合理完成數據轉換，使用C語言進行開發。第二臺計算機的作用是完成遠程操控，將渲染情況展示在可視化環境中。

與此同時為確保其結果需應用C ＋＋語言和OpenGL 圖形接口。

圖2 機器人監控的通信結構

1.3 控制指令的編譯和運行

在一般情況下，控制指令編譯和機器人仿真之間有著直接聯系。本文在研究過程中使用的控制系統包含了SRC 程序、DAT 文件以及程序資源等。在SRC 程序中涵蓋了數據變量使用、條件判斷以及函數調配。還需要使用文件變量方式完成改變幅值，將DAT 文件作為主要的運行依據。在這種情況下一定要通過控制文件的方法完成機器人指令控制和編譯。在仿真的準備階段，需要將控制指令和信息傳遞到結構體系中，只有這樣才能保障系統運行質量。在進行代碼編譯過程中，需要借助機器人指令完成重要標識提取和識別。在機器人指令中得到重要的信息，通過這種方法能夠確定重要位置，確定執行端工具有著良好的運動狀態。一定要在可視化環境中明確控制信息的用途，這樣才能完成機器人仿真。控制機器人模型中可以使用PID 完成應用控制，這樣才能為仿真控制器提供良好的基礎模式。

2 實驗驗證

為驗證以上內容的準確度，應用C++語言、Java 語言和矩陣運算軟件包Eigen 3.2.5 等，便于開發完成機器人仿真與監控系統。

2.1 仿真和運行實例對比

如圖3 所示，即典型的控制指令，仿真平臺上的仿真效果與機器人實際運行結果相比，這種指令可以完成機器人整個過程的程序編寫，仿真效果中也能展示出字符過度軌跡，這樣才能讓運行結果具有良好的仿真能力，仿真過度時也要繪制時間節點，使用的仿真對比方法需要具有及時轉變和縮放等特點。對圖3 中指令結果和仿真情況進行比較可以得出，運行情況和仿真之間有著軌跡相同的特征，從而也得出了運動學模型、程序模塊與雅克比矩陣具有真實、可靠與準確的特點。

圖3 機器人仿真與運行實例

2.2 監控測試

依照圖2 了解到監控通信結構，是連接機器人網絡化的監督控制硬件平臺，如圖4 所示。

圖4 監控機器人的硬件平臺

為了能夠確保網絡通信具有安全性和穩定性，那么就要對IP 進行固定，對通信端口也要實施設置。借助機器人端口的情況下固定面板安裝情況，對于機器人通信協議也要從新進行設置，具體情況如圖5 所示。另外，還要設置遠程操作固定IP，以保證IP 地址和機器人IP 地址屬于相同子網，提升系統綜合性能，遠程計算IP 設置如圖6。

圖4 中的硬件平臺所運行系統的所有監控模塊，可從中了解到機器人監控效果與數據。遠程計算機2 上的虛擬監控可視化環境能直觀的體現出機器人的位置姿態，而且還編制出機器人執行端的運行軌跡。而遠程計算機1 可以完成監控數據在機器人與虛擬監控端的傳輸，大約為5ms，其中消耗最多的不超過20ms。由此驗證得知實現監控系統一方面要有形象直觀的人機界面，另一方面還要具備很好的實時性。

圖5 機器人的網絡配置

圖6 遠程計算機的IP 設置

3 結語

綜上所述，本文通過對仿真和監控平臺的搭建展開深入研究，并在此基礎上詳細分析實驗驗證，其中包括仿真和運行實例對比和監控測試等兩方面，旨在為智能制造系統的6R工業機器人仿真和監控工作得到有效保證。