[00711775]数字化智能工厂 AR 辅助软硬件系统
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技术详细介绍
一、所属领域：
数字化智能工厂信息集成、可视化
二、技术或产品名称：
工业机器人 AR 辅助编程系统；工业数据采集及 AR 可视化系统；
三、技术水平：工业机器人 AR 辅助编程系统达到国内领先水平，工业数据采集及 AR 可视化系统达到国内先进水平；
四、技术简介
（1）工业机器人 AR 辅助编程系统技术简介
工业机器人具有广泛的应用前景，然而工业机器人编程是限制工业机器人在中小企业应用的主要瓶颈之一。在线示教示教精度低，编程过程繁琐， 效率低，同时示教编程必须占用机器人，耽误机器人的使用。离线示教需要专业的技术人才，同时要对工作场景、被加工件高精度的建模，工作场景改变就要重新绘制场景模型，工程量大，效率不高，需要专业的编程技术人员。随着工业生产自动化水平的提高，工作环境也越来越多样化，在个性化定制、小批量生产、柔性生产线新形势下，现有的手动在线示教方式和离线示教方式已经很难满足现代生产的要求，迫切需要研发出具有更高效率、更高交互性的示教编程方式。
本系统设计了一种增强现实（AR）辅助示教系统，借助 AR 技术实现了虚实融合示教。编程人员手持示教器，通过位姿跟踪系统跟踪手持示教器的位置和姿态，驱动虚拟机器人模型仿真机器人操作。利用 AR 技术将虚拟机器人模型实时叠加在物理环境中，实现视觉上的虚实融合；利用深度图像虚拟成像技术实现虚拟机器人与物理环境的碰撞检测，验证规划路径的可行性。编程系统的基本结构组成如下图所示：
（2）工业数据采集及 AR 可视化系统
数字化工厂需要大量的显示界面以显示数字信息，当前仪表盘、数码管、LED 显示屏、触摸屏等大量使用。这些以设备为中心仪表显示界面增加了数字化智能工厂集成的复杂度和成本。为了代替仪表盘、数码管、LED 显示屏等传统显示界面，设计了一种增强现实可视化仪表系统。该 AR 可视化仪表系统基于 Windows 和 QT 环境下开发环境，集二维码扫描识别、数据接收分析、数据可视化等功能于一体。系统利用平板电脑扫描并识别二维码信息， 利用网络向服务器发送请求，获取对应的数据信息，然后通过虚拟图形仪表界面实时显示数据，并利用 AR 技术将虚拟仪表界面叠加到真实环境中，实现 AR 注册。该 AR 可视化仪表系统改变了过去以设备为中心的仪表界面， 实现了以人为中心的界面，具有柔性高、移动性强等优点。
系统基本结构如下图所示。
增强现实数字化显示平台架构图
五、创新点及性能指标
（1）实现了基于 AR 的工业机器人辅助编程系统，编程路径精度达到
1mm 以内，虚实碰撞检测精度 3mm 以内。
（2）提出的以人为中心的 AR 可视化仪表系统能够大幅降低系统集成的复杂度。降低成本。能够现实 20 余种常见了工厂显示界面。
（3）设计了基于 EtherCAT 总线的测控系统系统，能够实现电压、电流、频率、开关信号的测量与控制；通过 EtherCAT 主站和 OPC UA 协议与服务器通信。该技术已在 4 家企业，10 多个产品上应用。
七、合作方式
专利转让、专利授权使用、技术转让、合作开发。八、投资概算及经济效益分析
计划累计 300 万元，三年内每年投资 100 万元，五年销售收入合计达到
1500 万元；利润 500 万元。
数字化智能工厂信息集成、可视化
二、技术或产品名称：
工业机器人 AR 辅助编程系统；工业数据采集及 AR 可视化系统；
三、技术水平：工业机器人 AR 辅助编程系统达到国内领先水平，工业数据采集及 AR 可视化系统达到国内先进水平；
四、技术简介
（1）工业机器人 AR 辅助编程系统技术简介
工业机器人具有广泛的应用前景，然而工业机器人编程是限制工业机器人在中小企业应用的主要瓶颈之一。在线示教示教精度低，编程过程繁琐， 效率低，同时示教编程必须占用机器人，耽误机器人的使用。离线示教需要专业的技术人才，同时要对工作场景、被加工件高精度的建模，工作场景改变就要重新绘制场景模型，工程量大，效率不高，需要专业的编程技术人员。随着工业生产自动化水平的提高，工作环境也越来越多样化，在个性化定制、小批量生产、柔性生产线新形势下，现有的手动在线示教方式和离线示教方式已经很难满足现代生产的要求，迫切需要研发出具有更高效率、更高交互性的示教编程方式。
本系统设计了一种增强现实（AR）辅助示教系统，借助 AR 技术实现了虚实融合示教。编程人员手持示教器，通过位姿跟踪系统跟踪手持示教器的位置和姿态，驱动虚拟机器人模型仿真机器人操作。利用 AR 技术将虚拟机器人模型实时叠加在物理环境中，实现视觉上的虚实融合；利用深度图像虚拟成像技术实现虚拟机器人与物理环境的碰撞检测，验证规划路径的可行性。编程系统的基本结构组成如下图所示：
（2）工业数据采集及 AR 可视化系统
数字化工厂需要大量的显示界面以显示数字信息，当前仪表盘、数码管、LED 显示屏、触摸屏等大量使用。这些以设备为中心仪表显示界面增加了数字化智能工厂集成的复杂度和成本。为了代替仪表盘、数码管、LED 显示屏等传统显示界面，设计了一种增强现实可视化仪表系统。该 AR 可视化仪表系统基于 Windows 和 QT 环境下开发环境，集二维码扫描识别、数据接收分析、数据可视化等功能于一体。系统利用平板电脑扫描并识别二维码信息， 利用网络向服务器发送请求，获取对应的数据信息，然后通过虚拟图形仪表界面实时显示数据，并利用 AR 技术将虚拟仪表界面叠加到真实环境中，实现 AR 注册。该 AR 可视化仪表系统改变了过去以设备为中心的仪表界面， 实现了以人为中心的界面，具有柔性高、移动性强等优点。
系统基本结构如下图所示。
增强现实数字化显示平台架构图
五、创新点及性能指标
（1）实现了基于 AR 的工业机器人辅助编程系统，编程路径精度达到
1mm 以内，虚实碰撞检测精度 3mm 以内。
（2）提出的以人为中心的 AR 可视化仪表系统能够大幅降低系统集成的复杂度。降低成本。能够现实 20 余种常见了工厂显示界面。
（3）设计了基于 EtherCAT 总线的测控系统系统，能够实现电压、电流、频率、开关信号的测量与控制；通过 EtherCAT 主站和 OPC UA 协议与服务器通信。该技术已在 4 家企业，10 多个产品上应用。
六、知识产权情况
序 号 | 专利号 | 发明人 | 名称 | 申请时间 | 授权/ 审查 |
1 |
201610221717.8 | 陈 成 军 洪 军孙 树 峰 刘 鹏丁文科 | 一种集成可穿戴设备的测试系统及其运行 方法 |
2016-04-11 |
授权 |
2 |
201710691832.6 | 陈成军 张石磊李东年 洪军 | 一种机器人示教编程系统及 方法 |
2017-08-14 | 授权 |
3 |
201610148781.8 |
陈成军 刘鹏丁文科 | 一种基于可穿戴设备的制造系统及其运行 方法 |
2016-03-16 |
授权 |
4 |
ZL20121025859 9.X |
陈成军、洪军 | 一种具有智能诱导功能的扳手系统及测量方法和诱导方 法 |
2014-10-08 |
授权 |
5 |
ZL20121011730 8.5 |
陈成军、洪军 | 一种机械设备拆装 3D 在线诱导系统的诱 导方法 |
2014-10-08 |
授权 |
6 |
201810201904.9 |
陈成军 李东年田中可 | 基于像素分类的装配体零件识别方法、装 置及监测系统 |
2018-03-12 |
审查 |
7 |
201810195373.7 | 陈成军 李东年于 浩 信 寄 遥王天诺 |
一种增强现实仪表系统 |
2018-03-09 |
审查 |
8 |
201710674440.9 |
陈成军 庞列勇李东年 洪军 | 一种投影式增强现实装配诱导与监测系统 及其实现方法 |
2017-08-09 |
审查 |
9 |
201810628292.1 |
陈成军 张石磊李东年 洪军 | 一种虚实物体之间碰撞及遮挡检测方法及 系统 |
2018-06-19 |
审查 |
10 |
201810236758.3 |
陈成军 于浩信寄遥 王天诺 | 一种基于增强现实的远程监测及控制系统 |
2018-03-21 |
审查 |
11 |
201810019213.7 |
陈成军 张石磊李东年 洪军 | 基于增强现实的机器人在线示教装置、系统、方法、设 备 |
2018-01-09 |
审查 |
12 |
201810721556.8 |
陈成军 李东年于浩 洪 军 井陆阳 | 基于视觉和力觉触觉增强现实的工业人机交互系统及方 法 |
2018-07-04 |
审查 |
专利转让、专利授权使用、技术转让、合作开发。八、投资概算及经济效益分析
计划累计 300 万元，三年内每年投资 100 万元，五年销售收入合计达到
1500 万元；利润 500 万元。
工业机器人 AR 示教
工业仪表 AR 可视化系统
基于EtherCAT 总线的分布式测控系统
