基于UR5多协作机器人的数字孪生系统研究
基于UR5多协作机器人的数字孪生系统研究(任务书,开题报告,论文13000字)
摘要
随着信息技术的快速发展，世界各国相继提出“工业4.0”和“中国制造2025”等概念，这标志着一场以“智能制造”为核心的第四次工业革命在国内外席卷开来，传统制造业将在新一代互联网、物联网技术的作用下向智能化迈进，这对提高制造业的国际竞争力，深化产业结构改革具有举足轻重的意义。数字孪生技术是实现“智能制造”的关键技术之一，该技术通过利用物理模型、传感器监控、运行历史记录等数据，完成从现实空间到虚拟数字空间的镜像映射，从而在装备的全生命周期过程反映并控制实体装备的行为。
本文以UR5多协作机器人为研究对象，通过构建数字孪生平台实时监测UR5多协作机器人的运动状态，并显示在网络平台上。本文的研究内容归纳如下：
1.分析数字孪生的原理以及设计需求，确定数字孪生平台的设计方案。
2.研究UR5机器人的物理参数，绘制机器人的三维模型。
3.以UR5机器人的运动逻辑为基础，编写每一个机械臂关节模型的脚本，规定其运动方式，拟合实际机器人。
4.构建面向用户实现实时监测机器人数据的网站。 [版权所有：http://DOC163.com]
5.载入UR5机器人模型，从而实现以网络平台为载体完成对机器人的实时监控。
6.编写通信协议，实现机器人与网络平台之间的数据传输。
关键词：UR5多协作机器人；数字孪生；Web开发；TCP/IP协议
Abstract
With the rapid development of information technology, countries around the world have put forward some concepts, such as "Industry 4.0" and "Made in China 2025", which marks the fourth industrial revolution centered on "smart manufacturing" at home and abroad. The traditional manufacturing industry will move toward intelligentization under the influence of the new generation of Internet and Internet of Things technologies, which is of great significance for improving the international competitiveness of the manufacturing industry and deepening the industrial structure reform. Digital twinning technology is one of the key technologies to realize "intelligent manufacturing". Through the use of physical models, sensor monitoring, operation history and other data, the technology completes the mirror mapping from the real space to the virtual digital space, thus, the behavior of the physical equipment is reflected and controlled by the digital twin model during the entire life cycle of the equipment.
In this paper, UR5 multi-cooperative robot is taken as the research object. By building a digital twin platform, the motion state of UR5 multi-cooperative robot is monitored in real time and displayed on the network platform. The research contents of this paper are summarized as follows:
1. Analyze the principles of digital twin and design requirements to determine the design of the digital twin platform.
2. Study the physical parameters of the UR5 robot and draw a three-dimensional model of the robot.
3. Based on the motion logic of the UR5 robot, write a script for each joint model of the robot arm, specify its movement mode, and fit the actual robot.
4. Build a website for users to monitor robot data in real time.
5. Load the UR5 robot model to realize real-time monitoring of the robot with the network platform as the carrier.
6. Write a communication protocol to realize data transmission between the robot and the network platform.
Keywords：The UR5 multi-cooperative robot；Digital twin；Web development； TCP/IP protocol
目录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 研究的背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本文的组织结构 2
第2章 数字孪生系统的理论基础 4
2.1 UR5型机器人简介 4
2.2 Web前端开发技术 4
2.2.1 超文本标记语言 4
2.2.2 JavaScript脚本语言 4
2.2.3 Java Servlet 5
2.3 TCP/IP协议 6
2.3.1 TCP/IP的概念 6
2.3.2 TCP的工作机制 7
2.4 相关软件介绍 9
2.4.1 Eclipse 9 [版权所有：http://DOC163.com]
2.4.2 Tomcat 9
2.4.3 Unity 9
2.5 本章小结 10
第3章 数字孪生系统的方案设计 11
3.1 数字孪生模型的构建方案 11
3.2 网络平台的构建方案 11
3.3 数据通信的设计方案 11
3.3.1 网络平台与UR5实体机器人的通信 12
3.3.2 网络平台与UR5机器人模型的通信 13
3.4 本章小结 13
第4章 数字孪生系统的构建 14
4.1 数字孪生模型的构建 14
4.2 网络平台的构建 16
4.3 数据通信的实现 18
4.3.1 TCP/IP数据通信 19
4.3.2 Servlet数据转发 21 [来源：http://Doc163.com]
4.4 功能测试 22
4.5 本章小结 24
第5章 总结与展望 25
5.1 总结 25
5.2 展望 25
参考文献 27
致谢 28
[资料来源：http://Doc163.com]