1实验简介
本课程可真实灵活重现机器人自动化产线中的多种复杂工程应用场景，科研反哺教学，践行高校人才培养的初心使命。课程以国家工程实验室内一套手机壳机器人装配电子产线为工艺对象，开发了一套可模块化自由搭建工位场景、可多角度多光照高保真视觉成像、能够开放式编程调试的工业机器人视觉引导控制虚拟应用环境。通过将现有高水平科研平台转变为本科教学利器，满足了线上大规模学生同步学习和实训需要，消除产线和机械臂运动带来的安全隐患，有效降低实验成本，满足机器人领域课程实验与综合设计中多场景、多任务的开放式实验教学的迫切需求。
2实验教学目标
价值观引领目标01
通过本次学习应使得学生认知高端工业机器人的关键核心技术及国内外的差距，了解机器人在高端工业制造领域的重要性，引导学生未来投入视觉传感器、机器人控制系统、精密减速器等国家亟需的机器人“卡脖子”关键技术攻关。
知识与技能目标02
实验以UR10六轴工业机器人为对象，仿真了机器人视觉引导上料完整实验流程，配套其它产线设备，设计了一套开放式的机器人视觉引导与控制技术实验系统。通过实验的学习，使学生深入掌握工业机器人视觉引导与控制相关技术，训练学生掌握机器视觉识别与定位、机器人运动控制、机器人视觉引导控制开放式综合设计等知识与应用技术。
3实验原理
本实验的实验原理主要包括三个部分，机器视觉识别与定位、机器人运动学求解、开放式机器人视觉引导控制综合设计。
01.机器视觉识别与定位：
在视觉感知及定位系统中，目标识别算法操作的对象是由像素构成的图像，通过图像的分析和处理，识别并定位目标在图像中的像素位置。此过程中，需将目标的像素坐标系转换成世界坐标，以对应真实物理世界的位置。实际视觉定位过程中，实际涉及四个坐标系的变换关系，即世界坐标系、相机坐标系、图像坐标系和像素坐标系，它们之间的转换主要通过坐标系旋转和平移来计算，对应为相应的变换矩阵进行相乘，最终可获得像素坐标与世界坐标的对应关系。
02.机器人运动学求解：
机器人运动学主要研究机器人本身的位姿描述与控制，其包括机器人某关节或末端执行器的位置和姿态，其坐标系的变换也采用旋转矩阵来进行表示。机械臂可以看作由一系列连杆通过关节连接而成的一个运动链，用连杆参数描述机构运动关系的规则称为D-H参数。
03.开放式机器人视觉引导控制综合设计：
主要包括机器人及设备选型、产线搭建、工业控制通讯、可编程逻辑控制等技术原理。在可自由设计、搭建机器人自动化产线的环境中，灵活重现机器人自动化产线中的复杂工程场景。采用可编程逻辑控制器（PLC）作为产线级控制设备，常用编程语言为梯形图。实验运用PLC控制器，通过I/O通讯的方式，将设备的I/O地址与控制程序对应，实现产线中多台设备的串联。设计PLC控制程序，确定不同设备启停的时间、动作的节拍顺序，从而实现产线的运行逻辑控制。
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