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基于虚拟现实的工业机器人仿真系统的研究与开发的开题报告
一、研究背景与意义
工业机器人是现代化生产中不可缺少的设备之一，在汽车、电子、塑料制品等行业广泛应用。仿真技术可以对机器人进行模拟，以帮助设计人员更好地了解机器人的工作原理和流程。而虚拟现实技术则可以为机器人提供更为逼真的模拟环境，使得设计人员能够更全面地了解机器人工作的细节及不同操作状态下的方法。因此，基于虚拟现实的工业机器人仿真系统的研究和开发对于提高机器人设计效率和普及虚拟现实技术具有重要意义。
二、研究内容和思路
本文主要研究基于虚拟现实的工业机器人仿真系统的实现方法和技术细节，并探讨该系统的应用场景。研究的主要内容如下：
1.开发工业机器人虚拟模型，包括机械结构、电子元件、传感器等。
2.设计基于虚拟现实的机器人操作界面，模拟不同阶段机器人的各项操作，包括机械臂自动采集与重定位、自动化化工任务、质检、装配等。
3.开发虚拟现实场景制作工具，通过该工具设计不同的工作场景，包括机器人工作区域、不同障碍物、光线等。
4.实现与调试仿真系统，通过集成虚拟现实技术和工业机器人控制器，模拟工业机器人在不同场景下的实际操作。
5.进行系统测试和评估，测试系统成果的有效性和可靠性。
三、研究意义
1.提升机器人设计效率。该系统可以通过虚拟现实技术模拟机器人的不同操作过程和细节，帮助设计人员更好地理解机器人的工作原理和流程。
2.普及虚拟现实技术。通过该系统的实现和推广，可以让更多的人了解虚拟现实技术，促进虚拟现实技术的应用和发展。
3.省去实际操作条件限制。利用虚拟现实技术，可以不受现场条件限制，模拟不同操作环境和操作场景，为培训机器人操作技术提供更多便利。
四、研究难点和解决方案
1.工业机器人的精细建模。建立逼真的工业机器人模型需要涉及多个领域知识，包括机械设计、电子设计等，需要进行系统的结合和梳理。
解决方案：通过如基于CAD构件的模型推导等途径进行建模，针对机器人的各个部件，利用实验数据、CAD模型数据等切入建模，重点处理机械结构、电子开关、温度传感等元素的模拟。
2.虚拟现实的场景制作。制作虚拟现实环境需要对光影、场景、模型等多个方面进行把控，并且要求制作出的模拟场景相对应的物理特性、空气压力等无法得到参量的再现。
解决方案：采用有限元意义下的仿真方法，比如计算流体动力学（CFD），计算机视觉等领域，将计算建模技术的应用来辅助制作出符合要求的虚拟现实场景。
3.系统集成和交互设计。在虚拟现实系统和工业机器人控制器的集成上，需要处理好两个平台之间的交互设计。
解决方案：采用OpenHaptics等框架，能够将机器人操作手感交互的力反馈集成到虚拟现实系统中，增加人-machine的交互沟通。
五、预期实现成果
通过以上的研究和探索，预期能够实现一套基于虚拟现实的工业机器人仿真系统，该系统较好地完成了工业机器人的整合、控制与人机交互、制作符合要求的物理模拟环境等技术挑战的解决方案，能够促进工业机械产品的质量控制和提高操作人员的培训效率。