【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及大型滾動(dòng)型刀具更換，具體涉及一種盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法。
技術(shù)介紹
1、目前在大型滾動(dòng)型刀具更換方面，主要還是依靠人工和一些輔助工具，其過(guò)程繁瑣，不便。為了減少人工成本，在更換刀具過(guò)程中引入專用機(jī)械臂，通過(guò)視覺(jué)定位等方式，完成機(jī)械臂對(duì)大型滾動(dòng)型刀具的自主更換。由于使用機(jī)器人對(duì)盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行換刀任務(wù)時(shí)要考慮突發(fā)障礙與實(shí)際障礙，根據(jù)盾構(gòu)機(jī)實(shí)際換刀抓取位置進(jìn)行機(jī)器人軌跡規(guī)劃，為機(jī)器人輸出最優(yōu)運(yùn)動(dòng)路徑結(jié)果。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、針對(duì)大型滾動(dòng)型刀具更換中對(duì)成本高、效率低、準(zhǔn)確度低、安全性差的問(wèn)題，提出了一種盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法。
2、利用虛擬仿真平臺(tái)對(duì)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行模擬驗(yàn)證，給出最優(yōu)運(yùn)動(dòng)規(guī)劃結(jié)果，同時(shí)對(duì)設(shè)備運(yùn)行信息進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)。
3、本專利技術(shù)的技術(shù)方案為：
4、一種盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，通過(guò)以下流程實(shí)現(xiàn)：
5、運(yùn)動(dòng)仿真：讓用戶在虛擬環(huán)境下設(shè)計(jì)機(jī)器人起始和終止位姿，完成機(jī)器人的路徑規(guī)劃，在機(jī)器人實(shí)際工作之前檢驗(yàn)路徑的安全性，運(yùn)用碰撞檢測(cè)技術(shù)提前發(fā)現(xiàn)路徑中的碰撞點(diǎn)；
6、三維可視化監(jiān)控：對(duì)機(jī)器人運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控并三維展示，這些狀態(tài)包括機(jī)器人各軸的速度、加速度、角度；
7、運(yùn)行狀態(tài)重現(xiàn)：將機(jī)器人運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，用戶通過(guò)輸入歷史時(shí)間節(jié)點(diǎn)，重現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)；
8、具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：
9、步驟s1：首先基于虛擬仿真平臺(tái)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)的所有需求均可通過(guò)界面進(jìn)行直
10、步驟s2：將對(duì)應(yīng)的盾構(gòu)機(jī)自動(dòng)換刀機(jī)器人及刀具空間位姿模擬機(jī)構(gòu)的模型導(dǎo)入到虛擬仿真平臺(tái)中，在虛擬平臺(tái)中建立完全對(duì)應(yīng)實(shí)際物體和空間布局的等比例環(huán)境模型；
11、步驟s21：對(duì)虛擬環(huán)境中的機(jī)器人的關(guān)節(jié)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，通過(guò)虛擬仿真平臺(tái)輸入各關(guān)節(jié)對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)到指定位置，為機(jī)器人孿生模型設(shè)計(jì)示教點(diǎn)；
12、步驟s22：選擇軌跡規(guī)劃的模式，根據(jù)用戶設(shè)計(jì)的示教點(diǎn)，利用機(jī)器人正逆解和軌跡規(guī)劃算法對(duì)機(jī)器人進(jìn)行軌跡規(guī)劃，得到規(guī)劃序列，其中軌跡規(guī)劃算法以腳本形式寫入虛擬仿真平臺(tái)中，利用虛擬仿真平臺(tái)中的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行插值進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)；
13、步驟s23：進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析和碰撞檢測(cè)，利用虛擬環(huán)境對(duì)規(guī)劃結(jié)果進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，在仿真過(guò)程中調(diào)用碰撞檢測(cè)算法；
14、步驟s24：在仿真過(guò)程中如果檢測(cè)到碰撞，進(jìn)行碰撞提示，碰撞檢測(cè)通過(guò)基于包圍盒的技術(shù)實(shí)現(xiàn)；
15、步驟s25：對(duì)末端軌跡進(jìn)行跟蹤，直觀地展示運(yùn)動(dòng)軌跡，同時(shí)輸出規(guī)劃結(jié)果，控制物理實(shí)體，進(jìn)而把結(jié)果導(dǎo)入控制器去控制實(shí)體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)；
16、步驟s3：利用虛擬仿真平臺(tái)建立虛擬系統(tǒng)，將孿生數(shù)據(jù)映射到虛擬系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)虛擬系統(tǒng)和物理實(shí)體的同步，使虛擬系統(tǒng)中的三維模型和真實(shí)設(shè)備同步運(yùn)行，同時(shí)對(duì)設(shè)備運(yùn)行信息進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)，通過(guò)邏輯層腳本的控制，在每一幀中更新模型屬性，使模型跟隨真實(shí)設(shè)備同步運(yùn)動(dòng)，同時(shí)顯示出當(dāng)前設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)；
17、步驟s4：對(duì)于服務(wù)器端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，一方面作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)映射到模型，驅(qū)動(dòng)模型運(yùn)動(dòng)，另一方面存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，作為查詢歷史工作狀態(tài)時(shí)的數(shù)據(jù)來(lái)源；系統(tǒng)采用c/s架構(gòu)，即由客戶端和服務(wù)器端構(gòu)成，機(jī)器人控制器作為服務(wù)器端，虛擬仿真平臺(tái)建立的仿真監(jiān)控系統(tǒng)作為客戶端；利用socket實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端和客戶端之間的通信；
18、選擇數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平臺(tái)，在虛擬仿真平臺(tái)中加載數(shù)據(jù)庫(kù)插件，開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)庫(kù)操作類sql類，將數(shù)據(jù)庫(kù)的連接、關(guān)閉、增刪改查操作封裝為方法。
19、優(yōu)選的，虛擬仿真平臺(tái)為unity3d軟件。
20、優(yōu)選的，數(shù)據(jù)庫(kù)為mysql數(shù)據(jù)庫(kù)。
21、進(jìn)一步的，步驟s1中，界面包括監(jiān)控啟動(dòng)面板、運(yùn)行狀態(tài)重現(xiàn)面板、運(yùn)動(dòng)仿真面板和數(shù)據(jù)顯示面板。
22、進(jìn)一步的，步驟s22中，軌跡規(guī)劃算法以腳本形式寫入虛擬仿真平臺(tái)中，利用虛擬仿真平臺(tái)中的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行插值進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)；其中，關(guān)節(jié)空間插補(bǔ)通過(guò)利用mathf.lerp實(shí)現(xiàn)，其返回值為一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)；直線插補(bǔ)用vector3.lerp實(shí)現(xiàn)，其返回值為一個(gè)三維向量；通過(guò)在每幀的動(dòng)畫中，即在update()方法中通過(guò)改變time的值從而改變返回值，進(jìn)而改變各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角形成連續(xù)動(dòng)畫。
23、進(jìn)一步的，步驟s22中，軌跡規(guī)劃的模式包括關(guān)節(jié)規(guī)劃、直線規(guī)劃、圓弧規(guī)劃三種方式。
24、進(jìn)一步的，步驟s24中，碰撞檢測(cè)通過(guò)基于包圍盒的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具體為：
25、步驟s241通過(guò)求出檢測(cè)對(duì)象的aabb包圍盒，作為樹的根節(jié)點(diǎn)；
26、步驟s242，找包圍盒最長(zhǎng)的一個(gè)軸，以這個(gè)軸的中點(diǎn)作為分裂點(diǎn)，過(guò)分裂點(diǎn)做一個(gè)垂直于分裂軸的平面，即為分裂平面，按照分裂平面將模型的三角面片分為兩個(gè)子集，對(duì)于位于分裂平面上的三角形，將其分到三角形較少的集合中；
27、步驟s243，為劃分好的集合構(gòu)建包圍盒，作為父節(jié)點(diǎn)的左右子節(jié)點(diǎn)，并重復(fù)步驟s242和步驟s243的過(guò)程。
28、進(jìn)一步的，步驟s3中，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包括每個(gè)軸的控制值、電機(jī)操作模式、電機(jī)實(shí)際位置、關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)速度、關(guān)節(jié)加速度、關(guān)節(jié)力矩。
29、本專利技術(shù)的有益效果在于：
30、1、本專利技術(shù)通過(guò)搭建孿生數(shù)據(jù)映射，提高虛擬平臺(tái)與機(jī)器人實(shí)物而定同步性，可使機(jī)械臂空間信息捕獲精度≤0.5mm。
31、2、本專利技術(shù)采用混合層次包圍盒構(gòu)建模型，有效的降低了檢測(cè)所需平均時(shí)間。
32、3、本專利技術(shù)采用全系統(tǒng)流程方案，在仿真的基礎(chǔ)上提供狀態(tài)重現(xiàn)和三維可視化監(jiān)控，便于后續(xù)對(duì)碰撞情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
33、4、充分模擬驗(yàn)證機(jī)器人換刀的路徑規(guī)劃，為機(jī)器人輸出最優(yōu)運(yùn)動(dòng)路徑結(jié)果，提高機(jī)器人換刀過(guò)程中的安全性和效率。
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1.一種盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，其特征在于，通過(guò)以下流程實(shí)現(xiàn)：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，其特征在于，虛擬仿真平臺(tái)為Unity3D軟件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，其特征在于，數(shù)據(jù)庫(kù)為MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，其特征在于，步驟S1中，界面包括監(jiān)控啟動(dòng)面板、運(yùn)行狀態(tài)重現(xiàn)面板、運(yùn)動(dòng)仿真面板和數(shù)據(jù)顯示面板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，其特征在于，步驟S22中，軌跡規(guī)劃算法以腳本形式寫入虛擬仿真平臺(tái)中，利用虛擬仿真平臺(tái)中的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行插值進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)；其中，關(guān)節(jié)空間插補(bǔ)通過(guò)利用Mathf.Lerp實(shí)現(xiàn)，其返回值為一個(gè)浮點(diǎn)數(shù)；直線插補(bǔ)用Vector3.Lerp實(shí)現(xiàn)，其返回值為一個(gè)三維向量；通過(guò)在每幀的動(dòng)畫中，即在Update()方法中通過(guò)改變time的值從而改變返回值，進(jìn)而改變各關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角形成連續(xù)動(dòng)畫。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，其特征在于，步驟
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，其特征在于，步驟S24中，碰撞檢測(cè)通過(guò)基于包圍盒的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具體為：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，其特征在于，步驟S3中，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)包括每個(gè)軸的控制值、電機(jī)操作模式、電機(jī)實(shí)際位置、關(guān)節(jié)角度、關(guān)節(jié)速度、關(guān)節(jié)加速度、關(guān)節(jié)力矩。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，其特征在于，通過(guò)以下流程實(shí)現(xiàn)：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，其特征在于，虛擬仿真平臺(tái)為unity3d軟件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，其特征在于，數(shù)據(jù)庫(kù)為mysql數(shù)據(jù)庫(kù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，其特征在于，步驟s1中，界面包括監(jiān)控啟動(dòng)面板、運(yùn)行狀態(tài)重現(xiàn)面板、運(yùn)動(dòng)仿真面板和數(shù)據(jù)顯示面板。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盾構(gòu)機(jī)換刀的虛擬仿真平臺(tái)驗(yàn)證方法，其特征在于，步驟s22中，軌跡規(guī)劃算法以腳本形式寫入虛擬仿真平臺(tái)中，利用虛擬仿真平臺(tái)中的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行插值進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)；其中，關(guān)節(jié)空間插補(bǔ)通過(guò)利用mathf.ler...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周梅杰，王立剛，王青山，付仕凱，黃志鵬，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：上海機(jī)器人產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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