智能制造系统的6R 工业机器人仿真和监控平台建设与应用分析

陶 婕，崔宝光

（陕西工商职业学院，陕西 西安 710119）

6R 工业机器人已经广泛地渗透到社会各个经济领域，成为社会制造生产不可或缺的机械设备。随着人们对智能制造系统要求的提升，要求开发出具有更高仿真性能的工业机器人。而智能制造系统的6R 工业机器人正是当前市场中应用最广泛的工业机器人设备，如何提高智能制造系统的6R工业机器人的仿真技术成为社会各阶层普遍关注的课题之一。本文正是基于对工业机器人的运动学模型等相关理念的研究基础，展开对智能制造系统的6R 工业机器人仿真和监控平台设计和实现应用。本文通过D-H 方法建立起6R 机器人的运动模型，在此基础上利用牛顿-欧拉法理论得到6R 机器人的柔性动力学方正，由此建立起6R 工业机器人的刚柔耦合仿真模型。与此同时，还通过无线通信技术，在6R 工业机器人上构建起远程监控平台，从而展开6R 工业机器人更加高质量、高效率的操作应用。

1 智能制造系统的6R 工业机器人的仿真系统构建

1.1 智能制造系统的6R 工业机器人的简介

随着社会生产力的发展，工业机器人凭借自身的动力和控制能力，能够高效率替代人工展开一系列重复性的生产制造工作，如机械加工、汽车制造等。在传统的人工智能技术下，工业机器人的运动性能可靠性仿真性能并不高，无法完成高精度、高速、高效率的生产制造工作。而基于智能制造系统的6R 工业机器人其拥有6 关节，第一个关节能够实现水平面的旋转运动；两个大的机械臂关节能够实现垂直平面周旋转运动；另外两个小机械臂以及机械腕部关节，使得工业机器人能够实现三维空间上的运动。这意味着6R 工业机器人能够以任意方向拿起物品将其以任意的角度放在制定的位置。可以说，智能制造系统的6R 工业机器人具有更高的应用效应。但同时，对于工业机器人运动强度、运动性能等相关问题的研究可以发现，6R 工业机器人在应用中其运动柔性不高、稳定性不高等仿真技术不佳的情况，因此本文展开对智能制造系统下的工业机器人的仿真和监控平台的设计和实现研究具有重要意义。

1.2 智能制造系统的6R 工业机器人的运动模型分析

智能制造系统的6R 工业机器人运动摆脱了传统工业机器人所具有的刚性较差、应用中稳定性不高等问题。因此有必要展开对智能制造系统的6R 工业机器人的柔性动力学建模，进行相应的模态分析。

1.2.1 智能制造系统的6R 工业机器人模型及坐标系建立

拥有智能制造系统的6R 工业机器人，其模型构建主要是借助三维可视化的CAD 软件实现，其硬件设计主要是由底座、大小臂和手腕组成，还带有6 个可独立活动的腰部、肩部、肘部和腕部关节。

根据D-H 参数法，可以为机器人的各个杆件建立局部坐标系，如图1 所示。

图1 6R 工业机器人的局部坐标系

1.2.2 智能制造系统的6R 工业机器人的运动模型建设

根据对该6R 机器人的各种坐标的整理和分析，可以整理得到整个机器人的D-H 参数情况，通过D-H 参数情况可以直接推算出机器人的正运动学模型。本文以机器人柔度模型确定为例展开具体的分析计算。例如在机器人关节柔度模型设计中，为了达到对工业机器人的末端执行器的精确控制，通过大刚度、高传动精度的减速器（谐波减速器等）同工业机器人进行串联，并且将其连接伺服电机和关节运动。如此达到对末端执行器的位姿的控制调整。另外还有工业机器人的运动柔性臂杆运动学模型、机器人关节角度速度以及执行端速度运动模型建立等。本文不一一阐述。

1.3 智能制造系统的6R 工业机器人的运动仿真技术分析

通过分析设计智能制造系统的6R 工业机器人的运动学模型，进行相应的数值分析和计算之后，需要将其运动过程中的这些运动学算法理论等融合到仿真过程中，从而切实地提高6R 工业机器人的实际应用价值。因此本文主要是采用ADAMS 软件平台进行6R 工业机器人的运动可靠性仿真分析。

ADAMS 软件平台是一种最具权威性的机械系统运动学、动力学仿真分析软件，其能够通过建模、计算的方式，完成对6R 工业机器人的运动柔性、可靠性等仿真分析。在具体的仿真实验中，借助ADAMS 软件展开6R 工业机器人的虚拟样机构建，对工业机器人的各个关键部位进行参数化操作，从而得到所需要的参数化仿真模型，这样就可以实现对6R 工业机器人运动参数设计可靠性、柔性化的仿真分析。最终对大量的仿真数据进行统计处理，编织起符合6R 工业机器人可靠度的计算模块，便于6R 工业机器人的实际操作控制的精准度。

2 智能制造系统的6R 工业机器人的监控平台建设

无线监控系统是6R 工业机器人系统的重要组成模块，通过构建起远程监控系统平台，能够展开对6R 工业机器人的高效运动控制。按照智能制造系统的6R 工业机器人的监控平台应用现状可知，其系统平台设计主要由硬件模块和软件系统组成，具体如下。

2.1 6R 工业机器人监控平台的硬件设计

2.1.1 控制器选择

在智能制造系统中，无论是何种监控系统，其建设和应用都需要依托于各种信息传感器，需要独立的PC 机等硬件设备。本文主要是分析监控系统的控制器设备的建设。控制器直接影响到6R 工业机器人运动的准确性和稳定性，在智能制造系统的6R 工业机器人监控平台中，主要是采用多轴控制器设备，这是一款具有高性能的可编程多轴控制器，具有较高的通信效率。如采用PMAC2-PC104 控制器，其具有可任意设置的I/O 接口，能够接收多个传感器状态信号，实现监控通信的及时性和全面性。

2.1.2 监控平台系统设计

监控平台系统还需要由上位机、无线出网络设备和下位机组成。上位机主要采用无线串口服务器WDS203，下位机为移动机器人和WDS203，只需要利用交叉线就可以将两者的串口连接起来，实现对6R 工业机器人的监控系统应用。无线通信标准主要是选择802.11b 作为标准无线技术，其传输速度较快，且在受到信号干扰等情况下，带宽也可以自动调整到1 mb/s，整体上保证了监控平台信息传输的稳定性和可靠性，更重要的是采用该无线通信标准，其信息有效传输的距离较长，具有较高的兼容性，能够实现远程的信息传输，具有同有线局域网一样的应用优势。

2.2 智能制造系统的6R 工业机器人的监控平台功能模块设计

人机交互的可视化环境主要是指能够搭建起技术人员可监控的影像资料，能够直接观察到工业机器人的各个操作步骤流程。在智能制造系统的6R 工业机器人可视化环境设计中，主要是借助建模软件建立起1∶1 的三维模型，然后在三维模型中，对于机器人的机械臂和末端控制器等的空间位置和运动状态进行直观地描述，如此更加直观地呈现出工业机器人的各个部件之间的运动学关系。展开对工业机器人运动操作时，仅仅需要通过对虚拟的可视化模型进行从属关系、运动属性的参数设置，就可以得到同实际生产制造中相应的运动效果。

3 结束语

综上所述，随着智能信息技术和无线通信技术的进一步发展，机械化同无线通信技术的有机结合，进一步提高6R工业机器人的柔性程度。可以说工业机器人的柔性程度和仿真技术取决于对工业机器人系统的运动学模型的设计和应用，只有运动可靠性较高的6R 工业机器人才能够完成高质量的仿真。因此，展开对6R 工业机械人的仿真和监控平台建设与应用探讨具有现实意义和理论意义。