CN112069645A - 一种虚拟工业机器人快速配置方法及*** - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种虚拟工业机器人快速配置方法及***，其中所述方法包括：按照设定规则生成工业机器人的几何模型文件；将所述几何模型文件导入仿真***；按照设定工业机器人标准形式将所述几何模型文件中的各个节点添加到对应的节点组；配置工业机器人的运动学信息，所述运动学信息包括尺寸参数、轴的方向和轴的转动限制角度。通过定义标准工业机器人，简化机器人仿真***中工业机器人的配置过程，降低了机器人配置过程对用户的专业知识需求，缩短了配置时间，从而提高仿真***的易用性。

Description

一种虚拟工业机器人快速配置方法及***

技术领域

本申请实施例涉及工业机器人虚拟仿真领域，具体涉及一种虚拟工业机器人快速配置方法及***。

背景技术

工业机器人出现于20世纪50年代，自工业机器人发明以来，相关的技术取得了巨大发展，工业机器人已经广泛应用于航空、航天、汽车、电子产品、制药、教育等多个领域，是工业生产中的重要支撑设备。当前以工业机器人为代表的新产业革命已经到来，以迅雷不及掩耳之势走进我们的生产、生活，将给人类生产、生活、社会组织模式等带来深刻变革。工业机器人代替人完成复杂的劳动在很多领域改变了传统手工作业的方式，实现了大批量生产与柔性化、个性化制造的结合。

由于串联工业机器人自由度高、柔性大、运动灵活，在完成复杂的工作任务中往往需要虚拟仿真软件的支持。虚拟仿真软件通过在虚拟环境中构建机器人工作***实现工业机器人工作过程的仿真，可在离线的状态下实现机器人运动的可视化，并检查运动中可能出现的各种意外情况，如机器人奇异、机器人与周围设备发生碰撞等，通过在软件端的闭环能够有效减小在线运行过程中发生危险的几率，以及提高机器人编程的效率。

机器人的配置是工业机器人虚拟仿真软件必不可少的一项功能，是将工业机器人的CAD几何设计模型转换为虚拟仿真软件中包含运动学信息的机器人模型的配置过程。现有的仿真软件，无论是针对一般运动机构仿真的通用软件***，还是针对机器人离线编程的专用软件***，机器人的配置过程比较复杂，需要用户对机器人学有较深入的了解，而且配置过程繁琐，需要耗费较长时间。

发明内容

为此，本申请实施例提供一种虚拟工业机器人快速配置方法及***，具有配置过程简单、便于操作等优点。

为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种虚拟工业机器人快速配置方法，所述方法包括：

按照设定规则生成工业机器人的几何模型文件；

将所述几何模型文件导入仿真***；

按照设定工业机器人标准形式将所述几何模型文件中的各个节点添加到对应的节点组；

配置工业机器人的运动学信息，所述运动学信息包括尺寸参数、轴的方向和轴的转动限制角度。

可选地，所述几何模型的坐标原点位于工业机器人底座的中心，所述几何模型中的机器人姿态与设定工业机器人标准形式中的机器人姿态一致；所述几何模型为工业机器人的CAD设计模型，格式包括step、igs、obj和stl。

可选地，所述将所述几何模型文件导入仿真***，包括：

在仿真***中提供模型读取功能，将所述几何模型信息读取到仿真***中并显示于屏幕。

可选地，所述按照设定工业机器人标准形式将所述几何模型文件中的各个节点添加到对应的节点组，包括：

在屏幕上显示的几何模型中通过鼠标选中模型中的几何节点，并将其加入设定工业机器人标准形式中的各节点组中。

可选地，所述运动学信息包括几何模型节点组定义、杆长及轴的定义；

所述配置工业机器人的运动学信息，包括：

在所述仿真***提供的运动学配置功能界面输入工业机器人连杆结构的杆长、每个轴的方向和转动限制角度。

根据本申请实施例的第二方面，提供了一种虚拟工业机器人快速配置***，其特征在于，所述***包括：

几何模型生成模块，用于按照设定规则生成工业机器人的几何模型文件；

几何模型导入模块，用于将所述几何模型文件导入仿真***；

几何模型配置模块，用于按照设定工业机器人标准形式将所述几何模型文件中的各个节点添加到对应的节点组；

运动学信息配置模块，用于配置工业机器人的运动学信息，所述运动学信息包括尺寸参数、轴的方向和轴的转动限制角度。

可选地，所述几何模型的坐标原点位于工业机器人底座的中心，所述几何模型中的机器人姿态与设定工业机器人标准形式中的机器人姿态一致；所述几何模型为工业机器人的CAD设计模型，格式包括step、igs、obj和stl。

可选地，所述几何模型导入模块具体用于：

在仿真***中提供模型读取功能，将所述几何模型信息读取到仿真***中并显示于屏幕。

可选地，所述几何模型配置模块具体用于：

在屏幕上显示的几何模型中通过鼠标选中模型中的几何节点，并将其加入设定工业机器人标准形式中的各节点组中。

可选地，所述运动学信息包括几何模型节点组定义、杆长及轴的定义；

所述运动学信息配置模块具体用于：

在所述仿真***提供的运动学配置功能界面输入工业机器人连杆结构的杆长、每个轴的方向和转动限制角度。

综上所述，本申请实施例提供了一种虚拟工业机器人快速配置方法及***，通过按照设定规则生成工业机器人的几何模型文件，将所述几何模型文件导入仿真***；进一步，按照设定工业机器人标准形式将所述几何模型文件中的各个节点添加到对应的节点组；进一步，配置工业机器人的运动学信息，所述运动学信息包括尺寸参数、轴的方向和轴的转动限制角度。通过定义标准工业机器人，简化机器人仿真***中工业机器人的配置过程，降低了机器人配置过程对用户的专业知识需求，缩短了配置时间，从而提高仿真***的易用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本申请实施例提供的一种虚拟工业机器人快速配置方法流程示意图；

图2为本申请实施例提供的标准工业机器人几何模型节点组定义的实施例示意图；

图3为本申请实施例提供的标准工业机器人连杆和轴的方向定义的实施例示意图；

图4为本申请实施例提供的运动学配置实施例示意图；

图5为本申请实施例提供的一种虚拟工业机器人快速配置***框图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示出了本申请实施例提供的一种虚拟工业机器人快速配置方法流程示意图，所述方法包括如下步骤：

步骤101：按照设定规则生成工业机器人的几何模型文件。

步骤102：将所述几何模型文件导入仿真***。

步骤103：按照设定工业机器人标准形式将所述几何模型文件中的各个节点添加到对应的节点组。

步骤104：配置工业机器人的运动学信息，所述运动学信息包括尺寸参数、轴的方向和轴的转动限制角度。

在一种可能的实施方式中，所述几何模型的坐标原点位于工业机器人底座的中心，所述几何模型中的机器人姿态与设定工业机器人标准形式中的机器人姿态一致；所述几何模型为工业机器人的CAD设计模型，格式包括但不限于step、igs、obj和stl。

在一种可能的实施方式中，在步骤102中，在仿真***中提供模型读取功能，将所述几何模型信息读取到仿真***中并显示于屏幕。

在一种可能的实施方式中，在步骤103中，在屏幕上显示的几何模型中通过鼠标选中模型中的几何节点，并将其加入设定工业机器人标准形式中的各节点组中。

在一种可能的实施方式中，所述运动学信息包括几何模型节点组定义、杆长及轴的定义；在步骤104中，在所述仿真***提供的运动学配置功能界面输入工业机器人连杆结构的杆长、每个轴的方向和转动限制角度。

图2为本申请实施例提供的虚拟工业机器人快速配置方法中标准工业机器人几何模型节点组定义的实施例示意图。如图2所示，本实施例提供的几何模型节点组定义包括：底座、连杆1、连杆2、连杆3、连杆4、连杆5、连杆6，共7个部分。

需要说明的是，虽然几何模型节点组定义中只有7个部分，但每一个模型节点组又可以细分为1个或多个几何模型节点。

在步骤103的几何模型配置中，在仿真软件中同时显示导入的三维几何模型和图2所示几何模型节点组定义的实施例示意图，用户通过鼠标选中三维模型上的几何节点，并将选中的几何节点按图中的定义加入到7个节点组中对应的一个中去，然后隐藏选中的节点；重复选中-加入-隐藏这个过程，直到所有的几何模型节点都加入到对应节点组中。

图3为本申请实施例提供的虚拟工业机器人快速配置方法中标准工业机器人连杆和轴的方向定义的实施例示意图。如图3所示，实施例中的工业机器人共含有6个轴(A1、A2、A3、A4、A5、A6)，图中规定了每个轴转动的正方向，可根据图例说明或根据右手定则判定每个轴转动的正方向。

与图2中的7个节点组相对应，图3中由7段连杆将6个轴相连(图中粗黑色实线，其中，第7段连杆为A6轴后面的部分，由于被遮挡图中未体现)。

为了能够在仿真软件中确定轴的空间位置，图3中定义了6个杆长参数L1、L2、L3、L4、L5、L6，其中，L1为底座中心到A2轴的竖直方向距离，L2为A1轴与A2轴水平方向距离，L3为A2轴与A3轴竖直方向的距离，L4为A3轴与A4轴竖直方向距离，L5为A3轴与A5轴水平方向距离，L6为A5轴与A6轴水平方向距离。通常情况下，这些参数可在机器人说明书中找到。

图4为本申请实施例提供的虚拟工业机器人快速配置方法运动学配置实施例示意图。图中右侧为标准工业机器人杆长和轴的方向定义的示意图，左侧为数据输入部分。左侧数据输入部分包括：

步骤401：长度单位，表示杆长输入数据的单位，可通过单击所显示的单位进行毫米、厘米、分米、米等常用长度单位进行切换。

步骤402：角度单位，表示轴的输入数据的单位，可通过单击所显示的单位进行度、弧度等常用角度单位进行切换。

步骤403：杆长，右侧图中对应示例长度L1～L6的数值，可在对应方框内直接输入数字进行数据输入。

步骤404：方向，轴的正向，空心圆圈表示所配置的机器人轴的方向与右侧图中标准机器人定义中规定的轴的方向相反，实心圆圈表示所配置的机器人轴的方向与右侧图中标准机器人定义中规定的轴的方向相同，可通过单击圆圈切换圆圈的空心/实心状态。

步骤405：轴限，每个轴的转动角度限制，可在对应方框内输入数字进行数据输入，上面方框内表示上限，下面方框内表示下限，如果没有限制则填入数字0。

步骤406：初值，机器人在右侧图示姿态下每个轴的实际转动角度，可在方框内输入数值。

综上所述，本申请实施例提供的虚拟工业机器人快速配置方法，通过按照设定规则生成工业机器人的几何模型文件；将所述几何模型文件导入仿真***；按照设定工业机器人标准形式将所述几何模型文件中的各个节点添加到对应的节点组；配置工业机器人的运动学信息，所述运动学信息包括尺寸参数、轴的方向和轴的转动限制角度。通过定义标准工业机器人，简化机器人仿真***中工业机器人的配置过程，降低了机器人配置过程对用户的专业知识需求，缩短了配置时间，从而提高仿真***的易用性。

基于相同的技术构思，本申请实施例还提供了一种虚拟工业机器人快速配置***，如图5所示，所述***包括：

几何模型生成模块501，用于按照设定规则生成工业机器人的几何模型文件。

几何模型导入模块502，用于将所述几何模型文件导入仿真***。

几何模型配置模块503，用于按照设定工业机器人标准形式将所述几何模型文件中的各个节点添加到对应的节点组。

运动学信息配置模块504，用于配置工业机器人的运动学信息，所述运动学信息包括尺寸参数、轴的方向和轴的转动限制角度。

在一种可能的实施方式中，所述几何模型的坐标原点位于工业机器人底座的中心，所述几何模型中的机器人姿态与设定工业机器人标准形式中的机器人姿态一致；所述几何模型为工业机器人的CAD设计模型，格式包括step、igs、obj和stl。

在一种可能的实施方式中，所述几何模型导入模块502具体用于：在仿真***中提供模型读取功能，将所述几何模型信息读取到仿真***中并显示于屏幕。

在一种可能的实施方式中，所述几何模型配置模块503具体用于：在屏幕上显示的几何模型中通过鼠标选中模型中的几何节点，并将其加入设定工业机器人标准形式中的各节点组中。

在一种可能的实施方式中，所述运动学信息包括几何模型节点组定义、杆长及轴的定义；所述运动学信息配置模块504具体用于：在所述仿真***提供的运动学配置功能界面输入工业机器人连杆结构的杆长、每个轴的方向和转动限制角度。

本说明书中上述方法的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本发明方法的操作，但这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

虽然本申请提供了如实施例或流程图的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的手段可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的装置或客户端产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境，甚至为分布式数据处理环境)。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、产品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、产品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，并不排除在包括所述要素的过程、方法、产品或者设备中还存在另外的相同或等同要素。

上述实施例阐明的单元、装置或模块等，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现，也可以将实现同一功能的模块由多个子模块或子单元的组合实现等。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

本领域技术人员也知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现控制器以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得控制器以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等的形式来实现相同功能。因此这种控制器可以被认为是一种硬件部件，而对其内部包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构。或者甚至，可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

本申请可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构、类等等。也可以在分布式计算环境中实践本申请，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，移动终端，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本申请可用于众多通用或专用的计算机***环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器***、基于微处理器的***、置顶盒、可编程的电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何***或设备的分布式计算环境等等。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种虚拟工业机器人快速配置方法，其特征在于，所述方法包括：

按照设定规则生成工业机器人的几何模型文件；

将所述几何模型文件导入仿真***；

按照设定工业机器人标准形式将所述几何模型文件中的各个节点添加到对应的节点组；

配置工业机器人的运动学信息，所述运动学信息包括尺寸参数、轴的方向和轴的转动限制角度。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述几何模型的坐标原点位于工业机器人底座的中心，所述几何模型中的机器人姿态与设定工业机器人标准形式中的机器人姿态一致；所述几何模型为工业机器人的CAD设计模型，格式包括step、igs、obj和stl。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述几何模型文件导入仿真***，包括：

在仿真***中提供模型读取功能，将所述几何模型信息读取到仿真***中并显示于屏幕。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照设定工业机器人标准形式将所述几何模型文件中的各个节点添加到对应的节点组，包括：

在屏幕上显示的几何模型中通过鼠标选中模型中的几何节点，并将其加入设定工业机器人标准形式中的各节点组中。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动学信息包括几何模型节点组定义、杆长及轴的定义；

所述配置工业机器人的运动学信息，包括：

在所述仿真***提供的运动学配置功能界面输入工业机器人连杆结构的杆长、每个轴的方向和转动限制角度。

6.一种虚拟工业机器人快速配置***，其特征在于，所述***包括：

几何模型生成模块，用于按照设定规则生成工业机器人的几何模型文件；

几何模型导入模块，用于将所述几何模型文件导入仿真***；

几何模型配置模块，用于按照设定工业机器人标准形式将所述几何模型文件中的各个节点添加到对应的节点组；

运动学信息配置模块，用于配置工业机器人的运动学信息，所述运动学信息包括尺寸参数、轴的方向和轴的转动限制角度。

7.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述几何模型的坐标原点位于工业机器人底座的中心，所述几何模型中的机器人姿态与设定工业机器人标准形式中的机器人姿态一致；所述几何模型为工业机器人的CAD设计模型，格式包括step、igs、obj和stl。

8.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述几何模型导入模块具体用于：

在仿真***中提供模型读取功能，将所述几何模型信息读取到仿真***中并显示于屏幕。

9.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述几何模型配置模块具体用于：

在屏幕上显示的几何模型中通过鼠标选中模型中的几何节点，并将其加入设定工业机器人标准形式中的各节点组中。

10.如权利要求6所述的***，其特征在于，所述运动学信息包括几何模型节点组定义、杆长及轴的定义；

所述运动学信息配置模块具体用于：

在所述仿真***提供的运动学配置功能界面输入工业机器人连杆结构的杆长、每个轴的方向和转动限制角度。

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