【摘 要】
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机器人系统一般由机器人执行系统、控制系统及机器人示教系统组成,示教系统是机器人系统进行人机交互的接口。通过示教系统可以查看并修改机器人的位姿信息和参数设置,还能手动控制机器人并进行示教再现操作。本文研究的机器人示教系统基于C/S架构设计,包含机器人示教器和与控制主机交换信息的通信模块。本文研究设计了一种基于Android系统的6自由度机器人示教系统。示教器硬件基于Cortex-A9处理器,搭载An
【基金项目】
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国家重点研发计划“人机互助型冗余灵巧作业机器人关键技术与应用验证（2018YFB1305300）”；
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机器人系统一般由机器人执行系统、控制系统及机器人示教系统组成,示教系统是机器人系统进行人机交互的接口。通过示教系统可以查看并修改机器人的位姿信息和参数设置,还能手动控制机器人并进行示教再现操作。本文研究的机器人示教系统基于C/S架构设计,包含机器人示教器和与控制主机交换信息的通信模块。本文研究设计了一种基于Android系统的6自由度机器人示教系统。示教器硬件基于Cortex-A9处理器,搭载Android操作系统,结合Open GL ES三维图形API和Socket开发了一套机器人虚拟仿真及示教系统。示教软件采用触屏的操控方式,支持Wi-Fi无线网络通讯方式,根据人机工程学原理设计UI界面,提升使用者的用户体验。本文主要研究内容如下:（1）明确在机器人系统中机器人示教系统的功能需求,据此对示教器硬件进行选型。根据CPU体系架构、性能、处理速度、所支持的系统以及GPU性能进行对示教器开发板选型,并选择合适的Wi-Fi、显示屏等模块。综合比较各种嵌入式操作系统优缺点,最终选择了Android系统。在Ubantu系统上编译Uboot引导加载程序、Android操作系统内核与文件系统,移植Android4.4版本操作系统至Itop4412核心板。（2）根据所研究的6自由度机器人构型进行运动学计算和MATLAB仿真。基于D-H参数法建立运动学模型,以求解正逆运动方程。其中逆运动学求解问题分解为位置的逆运动学和姿态的逆运动学问题,分别通过几何法和解析法求解。最后通过MATLAB软件对计算出结果进行仿真验证。（3）对示教软件的应用架构分析,将软件架构分为表示层、业务逻辑层、数据表示层。根据示教系统功能需求,将示教系统分为控制主机Service端和示教器Client端。示教软件根据模块化思想将其分为:Open GL虚拟仿真、示教再现、网络通讯、机器人状态显示等功能模块。并对虚拟仿真模块、示教模块、网络通讯模块几大关键模块的实现原理展开介绍。（4）使用Android Studio工具开发Android机器人示教系统的上位机示教应用软件程序,示教软件包括虚拟仿真、示教再现、远程控制等功能。首先设计了开发人机交互UI界面,实现各个功能模块。通过示教器与控制主机间互相传输数据,获取机器人状态信息。基于Visual Studio开发工具在MFC上搭建服务器端,与客户端进行数据交换。（5）最后利用实验室的6自由度模块化机器人硬件平台进行联调测试,测试结果表明示教软件可以满足示教系统的基本功能需求。
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