CN108544478A - 便携式机器人虚拟实操设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及本发明涉及一种便携式机器人虚拟实操设备，属于机器人教学设备领域，主要组成：便携箱、示教器、虚拟实操控制盒和机器人虚拟仿真软件。便携箱承装示教器及虚拟实操控制盒，便于携带和运输；机器人虚拟仿真软件构建机器人应用虚拟场景，虚拟机器人代替实际机器人本体，再现实际机器人的运动；用户使用示教器进行机器人操作与编程，虚拟实操控制盒接收示教器输出的数据，其虚拟控制系统进行数据解析，调用仿真软件API中的指令，控制虚拟机器人的运动，实现虚拟机器人与虚拟场景中对象的交互。本发明开发了一种轻量便携、经济实用且教学场景多样化的机器人教学设备，采用虚实结合的方式，极大地降低了机器人教学成本，并有效地避免了由误操作导致的设备损坏或人员伤亡。
Description
技术领域
本发明涉及一种轻量便携、经济实用且教学场景多样化的机器人教学设备，具体是便携式机器人虚拟实操设备。
背景技术
随着中国经济飞速发展、工业4.0以及智能制造概念的普及，工业机器人在国内得到飞速发展，工业机器人相关人才的需求非常迫切。所以，国内高职院校开始投入大量的人力和物力建设工业机器人相关专业和购买机器人实训设备，来培养工业机器人相关人才。
目前，国内高职院校主要通过机器人实训设备进行机器人教学，但是机器人实训设备普遍比较昂贵，所以，学校无法购买充足的机器人实训设备以供学生练习与掌握机器人操作与编程；并且为避免误操作引起设备损坏及人员伤亡，老师在机器人教学时通常要求学生按照指定的步骤在规定范围内做一些简单的操作与编程练习，大大降低了学生的积极性和学习效果。
发明内容
本发明提供一种轻量化、便携式、经济型的机器人教学设备，其目的是解决机器人实训设备价格昂贵、空间占用大、不便移动的问题，弥补机器人教学领域教学设备资源缺乏的现状。
一种便携式机器人虚拟实操设备，所述便携式机器人虚拟实操平台，主要组成：便携箱、示教器、虚拟实操控制盒和机器人虚拟仿真软件。便携箱承装示教器及虚拟实操控制盒，便于拆装，便于携带；机器人虚拟仿真软件构建机器人应用虚拟场景，虚拟机器人代替实际机器人本体，再现实际机器人的运动；用户使用示教器进行机器人操作与编程，虚拟实操控制盒接收示教器输出的数据，虚拟控制系统进行数据解析，调用仿真软件API中的指令，控制虚拟机器人的运动，实现虚拟机器人与虚拟场景中对象的交互。
在其中一个优选实施方式中，所述便携式机器人虚拟实操设备采用轻量化、便携式的设计思想，便携箱承装示教器、虚拟实操控制盒和相应的线缆，且便携箱为带拉杆的防尘、防水、防撞的安全箱，便于携带和运输；同时，便携式机器人虚拟实操设备采用硬件和软件分离的方式，便携箱承装设备硬件，而机器人虚拟仿真软件直接安装在用户电脑上，只需用户电脑和虚拟实操控制盒连接通讯，用户便可使用机器人虚拟实操设备。
在其中一个优选实施方式中，示教器和虚拟实操控制盒之间采用TCP/IP协议进行数据通讯。用户使用示教器进行机器人操作与编程时，示教器将向虚拟实操控制盒输出相应的数据，主要包括机器人的当前位置和信号状态；虚拟实操控制盒的虚拟控制系统进行数据解析，进而虚拟控制系统调用仿真软件API中的指令，控制虚拟机器人的运动，并实现虚拟机器人与虚拟场景中对象的交互。
在其中一个优选实施方式中，机器人虚拟仿真软件支持国内外主流机器人品牌的机器人仿真；支持导入不同格式的三维数模构建机器人应用虚拟场景；开放API功能，支持机器人虚拟仿真软件和外部设备的通讯和交互。
在其中一个优选实施方式中，采用虚实结合的方式，即真实示教器结合虚拟机器人，虚拟机器人代替实际机器人本体，再现实际机器人的运动，且虚拟机器人可以和虚拟场景中对象进行交互；用户使用实际示教器进行机器人操作与编程，控制虚拟场景中虚拟机器人的运动，更换不同的机器人应用虚拟场景，可以实现不同机器人应用的教学和实训的目的。
便携箱承装示教器及虚拟实操控制盒，便于拆装，便于携带；机器人虚拟仿真软件构建机器人应用虚拟场景，虚拟机器人代替实际机器人本体，再现实际机器人的运动；用户使用示教器进行机器人操作与编程，虚拟实操控制盒接收示教器输出的数据，虚拟控制系统进行数据解析，调用仿真软件API中的指令，控制虚拟机器人的运动，实现虚拟机器人与虚拟场景中对象的交互。
附图说明
图1为本发明一优选实施方式中的便携式机器人虚拟实操设备的效果图；
图2为本发明一优选实施方式中的便携式机器人虚拟实操设备的原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
结合图1及图2所示，本实施方式公开了一种便携式机器人虚拟实操设备，所述便携式机器人虚拟实操平台，主要组成：便携箱、示教器、虚拟实操控制盒和机器人虚拟仿真软件。便携箱承装示教器及虚拟实操控制盒，便于拆装，便于携带；机器人虚拟仿真软件构建机器人应用虚拟场景，虚拟机器人代替实际机器人本体，再现实际机器人的运动；用户使用示教器进行机器人操作与编程，虚拟实操控制盒接收示教器输出的数据，虚拟控制系统进行数据解析，调用仿真软件API中的指令，控制虚拟机器人的运动，实现虚拟机器人与虚拟场景中对象的交互。
优选地，所述便携式机器人虚拟实操设备采用轻量化、便携式的设计思想，便携箱承装示教器、虚拟实操控制盒和相应的线缆，且便携箱为带拉杆的防尘、防水、防撞的安全箱，便于携带和运输；同时，便携式机器人虚拟实操设备采用硬件和软件分离的方式，便携箱承装设备硬件，而机器人虚拟仿真软件直接安装在用户电脑上，只需用户电脑和虚拟实操控制盒连接通讯，用户便可使用机器人虚拟实操设备。
优选地，示教器和虚拟实操控制盒之间采用TCP/IP协议进行数据通讯。用户使用示教器进行机器人操作与编程时，示教器将向虚拟实操控制盒输出相应的数据，主要包括机器人的当前位置和信号状态；虚拟实操控制盒的虚拟控制系统进行数据解析，进而虚拟控制系统调用仿真软件API中的指令，控制虚拟机器人的运动，并实现虚拟机器人与虚拟场景中对象的交互。
优选地，机器人虚拟仿真软件支持国内外主流机器人品牌的机器人仿真；支持导入不同格式的三维数模构建机器人应用虚拟场景；开放API功能，支持机器人虚拟仿真软件和外部设备的通讯和交互。
优选地，采用虚实结合的方式，即真实示教器结合虚拟机器人，虚拟机器人代替实际机器人本体，再现实际机器人的运动，且虚拟机器人可以和虚拟场景中对象进行交互；用户使用实际示教器进行机器人操作与编程，控制虚拟场景中虚拟机器人的运动，更换不同的机器人应用虚拟场景，可以实现不同机器人应用的教学和实训的目的。
便携箱承装示教器及虚拟实操控制盒，便于拆装，便于携带；机器人虚拟仿真软件构建机器人应用虚拟场景，虚拟机器人代替实际机器人本体，再现实际机器人的运动；用户使用示教器进行机器人操作与编程，虚拟实操控制盒接收示教器输出的数据，虚拟控制系统进行数据解析，调用仿真软件API中的指令，控制虚拟机器人的运动，实现虚拟机器人与虚拟场景中对象的交互。
便携式机器人虚拟实操设备主要组成：便携箱、示教器、虚拟实操控制盒和机器人虚拟仿真软件。如图1所示，便携式机器人虚拟实操设备采用轻量化、便携式的设计思想，便携箱承装示教器、虚拟实操控制盒和相应的线缆，且便携箱为带拉杆的防尘、防水、防撞的安全箱，便于携带和运输；同时，便携式机器人虚拟实操设备采用硬件和软件分离的方式，便携箱承装设备硬件，而机器人虚拟仿真软件直接安装在用户电脑上，只需用户电脑和虚拟实操控制盒连接通讯，用户便可使用机器人虚拟实操设备。
如图2所示，便携式机器人虚拟实操设备采用虚实结合的方式，即真实示教器结合虚拟机器人，虚拟机器人代替实际机器人本体，再现实际机器人的运动，且虚拟机器人可以和虚拟场景中对象进行交互；用户使用实际示教器进行机器人操作与编程，控制虚拟场景中虚拟机器人的运动，更换不同的机器人应用虚拟场景，可以实现不同机器人应用的教学和实训的目的。示教器和虚拟实操控制盒之间采用TCP/IP协议进行数据通讯。用户使用示教器进行机器人操作与编程时，示教器将向虚拟实操控制盒输出相应的数据，主要包括机器人的当前位置和信号状态；虚拟实操控制盒的虚拟控制系统进行数据解析，进而虚拟控制系统调用API中的指令，控制虚拟机器人的运动，并实现虚拟机器人与虚拟场景中对象的交互。
基于上述结构设计和虚拟控制系统，本发明实现了一种轻量便携、经济安全、不限空间、教学场景多样的机器人虚拟实操教学设备，其有益效果具体如下：
1轻量便携：本发明实质是一种便携式机器人虚拟实操培训设备。机器人虚拟仿真软件模拟真实机器人应用场景，替代传统的机器人实训教学工作站，外观结构的旅行箱式设计显著降低了占地空间限制轻便易携带，提高教学的灵活性和效率。
2价格低廉：本发明采用实际机器人示教器和虚拟实操控制盒，结合机器人虚拟仿真软件代替实际机器人本体的形式，解决传统机器人实训工作站价格昂贵的缺点，降低机器人教学设备资金投入，弥补机器人教学领域教学设备缺乏的现状，让高职院校借助该设备可以投入较低的成本，使更多的学生练习与掌握机器人的操作与编程。
3场景多样：得益于本发明的虚拟仿真技术应用，可以在机器人虚拟仿真软件中搭建工业机器人的各类型虚拟应用场景，如搬运、打磨、雕刻、铣削、喷涂、焊接等应用，再现真实工业机器人应用场景。
4安全性高：传统机器人实训工作站机器人教学时，学生的误操作会引发设备故障或损坏，甚至威胁人身安全，具有很大的安全隐患。本发明应用虚拟仿真软件搭建机器人虚拟工作站，避免由于误操作导致设备损坏和人员伤亡的情况，安全性极高，非常适合机器人教学和实训。
以上内容描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明所限定的精神和范围内，从形式上和细节上对本发明所做出的变化，均在本发明权利要求所保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (5)
1.一种便携式机器人虚拟实操设备，其特征在于：所述便携式机器人虚拟实操平台，主要组成：便携箱、示教器、虚拟实操控制盒和机器人虚拟仿真软件。便携箱承装示教器及虚拟实操控制盒，便于拆装，便于携带；机器人虚拟仿真软件构建机器人应用虚拟场景，虚拟机器人代替实际机器人本体，再现实际机器人的运动；用户使用示教器进行机器人操作与编程，虚拟实操控制盒接收示教器输出的数据，虚拟控制系统进行数据解析，调用仿真软件API中的指令，控制虚拟机器人的运动，实现虚拟机器人与虚拟场景中对象的交互。
2.根据权利要求1所述的便携式机器人虚拟实操设备，其特征在于：所述便携式机器人虚拟实操设备采用轻量化、便携式的设计思想，便携箱承装示教器、虚拟实操控制盒和相应的线缆，且便携箱为带拉杆的防尘、防水、防撞的安全箱，便于携带和运输；同时，便携式机器人虚拟实操设备采用硬件和软件分离的方式，便携箱承装设备硬件，而机器人虚拟仿真软件直接安装在用户电脑上，只需用户电脑和虚拟实操控制盒连接通讯，用户便可使用机器人虚拟实操设备。
3.根据权利要求1所述的便携式机器人虚拟实操设备，其特征在于：示教器和虚拟实操控制盒之间采用TCP/IP协议进行数据通讯。用户使用示教器进行机器人操作与编程时，示教器将向虚拟实操控制盒输出相应的数据，主要包括机器人的当前位置和信号状态；虚拟实操控制盒的虚拟控制系统进行数据解析，进而虚拟控制系统调用仿真软件API中的指令，控制虚拟机器人的运动，并实现虚拟机器人与虚拟场景中对象的交互。
4.根据权利要求1所述的便携式机器人虚拟实操设备，其特征在于：机器人虚拟仿真软件支持国内外主流机器人品牌的机器人仿真；支持导入不同格式的三维数模构建机器人应用虚拟场景；开放API功能，支持机器人虚拟仿真软件和外部设备的通讯和交互。
5.根据权利要求1所述的便携式机器人虚拟实操设备，其特征在于：采用虚实结合的方式，即真实示教器结合虚拟机器人，虚拟机器人代替实际机器人本体，再现实际机器人的运动，且虚拟机器人可以和虚拟场景中对象进行交互；用户使用实际示教器进行机器人操作与编程，控制虚拟场景中虚拟机器人的运动，更换不同的机器人应用虚拟场景，可以实现不同机器人应用的教学和实训的目的。
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