《工业视觉》课件-仿真实验课程介绍

“工业机器人系统综合设计”

—基于数字孪生理念的虚实融合实验课程一、课程建设背景二、虚实融合实验方法三、四元实验教学闭环四、实验知识点工业机器人视觉引导与控制综合设计实验课程建设背景国家重大需求：制造业是立国之本、兴国之器、强国之基。工业机器人是制造业皇冠顶端的明珠，“机器换人”是解决制造企业的痛点和难点问题的关键。轨道交通工程机械航空航天“机器人是制造业皇冠顶端的明珠,其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志…要把我国机器人水平提高上去”—2014年两院院士大会在制造强国建设中，急需机器人新工科人才，缺口巨大课程建设背景我校已投入千万元打造先进机器人科研基地，建设成本高、场地占用大机器人装配加工转运高精度检测分拣包装在教学中，依然存在产线调整灵活性差、开放度底、综合设计难开展等问题课程建设背景面向：机器人新工科人才培养基于：数字孪生、虚拟调试、人工智能等新兴技术开发：可自由搭建、设计、调试机器人自动化产线的虚拟仿真环境，灵活重现复杂工程场景开设“工业机器人视觉引导与控制综合设计”实践课程实现多场景、多任务的灵活重组，突破实体实验室的限制，提高实验灵活性，完成开放式实验教学实验课程目标面向：自动化、机器人工程等电气信息类专业目标：掌握机器人视觉感知与控制相关知识与应用技术眼视觉识别定位手机器人运动学脑算法集成创新系统性训练多门专业课程知识综合训练三大实验教学环节数字图像处理可编程逻辑控制机器人及控制“感知-控制-执行”工业机器人视觉引导与控制综合设计实验一、建设背景与意义二、虚实融合实验方法三、四元实验教学闭环四、实验知识点实验开设基础先进实验设施（科研为主）科研奖励相关专著、知识产权IEEE机器人学会最佳应用论文国家级科研基地工程院院士指导重点研发首席科学家青年骨干教师高级实验师高端电子制造机器人实验生产线*机器人视觉引导装配控制精度小于50um实验软件开发科研反哺教学先进实验设施（科研为主）虚拟仿真平台（教学为主）基于数字孪生、人工智能等技术，以先进实验线为蓝本，通过1:1还原实验工艺与原理，自主设计开发了一套具备高仿真度的“互联网+”虚拟实验平台上料单元外观检测单元装配单元装配检测单元下料单元物料转运单元高度仿真视觉成像场景中的光照、角度、畸变等特征高度仿真多种型号机器人及其控制系统产线电气控制结构与虚拟环境映射系统（脑）控制(手)视觉(眼)挑战性实验任务科研反哺教学先进实验设施（科研为主）虚拟仿真平台（教学为主）易难“三层式”实验任务，完成知识的进阶训练机器人自动化产线基础认知与操作机器人视觉引导控制理论学习与实验开放式产线中创新设计与综合实践开放式综合设计创新性实验方法虚实融合实验方法开放式综合设计科研反哺教学先进实验设施（科研为主）虚拟仿真平台（教学为主）虚拟控制柜PLCSim软件

真实控制柜PLC控制器虚拟仿真生产线真实实验生产线虚拟控制器

→虚拟对象①NetToPlcSim*真实控制器

→虚拟对象②TCP/IP真实控制器

→真实对象③现场总线虚实融合的“三种”实验模式，逐步夯实实践动手能力虚实融合实验方法开放式综合设计实验教学资源科研反哺教学培养科研人才先进实验设施（科研为主）虚拟仿真平台（教学为主）学习资料、指导手册0课程微视频国家“实验空间”网站虚实融合的实验平台实验过程数据后台自动实验评分系统课程依托国家级实验室开展，科研反哺教学，采用由浅入深、虚实融合的方法引导学生学习基础理论与实践方法培养动手能力强，基础理论扎实，具备系统性思维的复合人才工业机器人视觉引导与控制综合设计实验一、课程建设背景二、虚实融合实验方法三、四元实验教学闭环四、实验知识点四元实验教学闭环虚实融合的实验方法在教学过程中的应用基础认知虚拟实践协作创新科技前沿科学实验基地“实验空间”网站微课、样例、题库虚拟仿真实验五维考评系统自主设计分组协作系统调试院士专家讲座科技研发教师发布学习要求学生课前引入实验内容演示实验操作自主预习入门开展基础实验了解实验要求在线发布任务数字教材、程序样例微课视频四元实验教学闭环虚实融合的实验方法在教学过程中的应用基础认知虚拟实践协作创新科技前沿科学实验基地“实验空间”网站微课、样例、题库虚拟仿真实验五维考评系统自主设计分组协作系统调试院士专家讲座科技研发教师学生课中重点知识讲授分组协作设计交流互动、方案设计、组间互评现场基础认知院士、专家讲座虚拟仿真实验分组协作讨论自主开发设计仿真实验授课四元实验教学闭环虚实融合的实验方法在教学过程中的应用基础认知虚拟实践协作创新科技前沿虚拟仿真实验五维考评系统自主设计分组协作系统调试院士专家讲座科技研发教师学生课后分析过程数据虚拟系统调试实验设计评价知识总结报告发布拓展训练科学探索研究五维综合评价算法编程调试开放式实验设计科学探索研究过程数据分析实验报告总结科学实验基地“实验空间”网站微课、样例、题库工业机器人视觉引导与控制综合设计实验一、课程建设背景二、虚实融合实验方法三、四元实验教学闭环四、实验知识点实验教学目标价值观引领目标：

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，了解机器人在高端工业制造领域的重要性，结合时事阐明国内外的差距，引导学生未来投入高速高精度控制器、精密减速器、高端传感器等国家亟需的“卡脖子”技术攻关。知识与技能目标：

学生深入掌握工业机器人视觉引导与控制相关技术，主要包括以下三大实验环节:机器视觉识别与定位：学习机器人单目视觉定位算法与编程实现。理解机器视觉算法原理，掌握相机标定、空间坐标转换方法，实现工业机器人视觉识别、定位与引导算法编程与应用;机器人运动控制：学习工业机器人运动学控制基础理论与编程实现。理解工业机器人系统组成、结构、工作原理，掌握工业机器人连杆模型、正逆运动学求解与控制算法编程实现;开放式机器人综合创新设计：结合前两个知识点学习，将视觉引导控制算法在开放式电子产线集成应用。了解智能制造生产线基本构成、工业网络通信方式与工艺流程设计，实现工业机器人产线的自由搭建、节拍控制与视觉控制算法的创新集成应用。主要知识点与关键步骤实验环节1.机器视觉识别与定位主要知识点与关键步骤实验环节2.工业机器人运动控制主要知识点与关键步骤实验环节3.开放式机器人综