基于SolidWorks的工業(yè)機(jī)器人離線仿真系統(tǒng)分析

王洪雨

摘 要：為滿足工業(yè)機(jī)器人的離線仿真研究需求，可以應(yīng)用SolidWorks實(shí)現(xiàn)機(jī)器人離線仿真系統(tǒng)研制。而該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人及其作業(yè)環(huán)境的仿真，所以能夠通過優(yōu)化機(jī)器人運(yùn)行軌跡避免機(jī)器人在作業(yè)過程中出現(xiàn)明顯抖動(dòng)和干涉。

關(guān)鍵詞：SolidWorks；工業(yè)機(jī)器人；離線仿真系統(tǒng)

引言：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，大量工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化產(chǎn)線中得到應(yīng)用。而開發(fā)工業(yè)機(jī)器人的離線仿真系統(tǒng)，則能使機(jī)器人在線示教編程的各種問題得到解決。因此，有必要研制一種工業(yè)機(jī)器人離線仿真系統(tǒng)，以便更好的促進(jìn)工業(yè)技術(shù)發(fā)展。

一、基于SolidWorks的工業(yè)機(jī)器人離線仿真系統(tǒng)工作原理

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成上來看，離線仿真將包含位姿信息讀取、運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算、任務(wù)作業(yè)自動(dòng)生成和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真等模塊。利用SolidWorks強(qiáng)大的三維建模功能、運(yùn)動(dòng)仿真功能和質(zhì)量特性功能，可使機(jī)器人按照規(guī)劃好的軌跡做整線仿真，從而獲得直觀的仿真結(jié)果。在這一過程中，需要利用大量的API二次開發(fā)函數(shù)和VC++編程語言進(jìn)行方法調(diào)用和對象屬性設(shè)置，以便實(shí)現(xiàn)對SolidWorks的二次開發(fā)。在此基礎(chǔ)上，以DLL插件文件形式實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各功能模塊與SolidWorks的無縫對接，則能夠有效進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的離線仿真研究。由于SolidWorks本身為VC++開發(fā)三維軟件，所以能夠使各功能模塊與之較好的兼容。以插件形式進(jìn)行功能模塊的插入，也能為系統(tǒng)功能調(diào)用提供便利，并且獲得清晰的顯示界面。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，將先利用負(fù)載計(jì)算模塊對機(jī)器人實(shí)際負(fù)載進(jìn)行校核。校核合格后，將利用參數(shù)化建模模塊對標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備建模。根據(jù)作業(yè)任務(wù)要求，系統(tǒng)將對作業(yè)環(huán)境進(jìn)行三維建模[1]。而根據(jù)實(shí)際要求，將實(shí)現(xiàn)模型的整機(jī)裝配線布置，然后根據(jù)作業(yè)要求對機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行規(guī)劃。根據(jù)規(guī)劃結(jié)果完成機(jī)器人位姿計(jì)算后，則可以生成生產(chǎn)作業(yè)程序，并且利用運(yùn)動(dòng)仿真模塊完成機(jī)器人仿真。

二、基于SolidWorks的工業(yè)機(jī)器人離線仿真系統(tǒng)的關(guān)鍵

技術(shù)

（一）負(fù)載計(jì)算分析。系統(tǒng)在進(jìn)行離線仿真的最初階段，需要先完成機(jī)器人負(fù)載計(jì)算。所以，負(fù)載計(jì)算是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，只有確保機(jī)器人承擔(dān)的實(shí)際負(fù)載不超出其本身承載能力，才能進(jìn)行后續(xù)的仿真分析。為實(shí)現(xiàn)負(fù)載計(jì)算，系統(tǒng)將使用ABB和FANUC等典型工業(yè)機(jī)器人使用的負(fù)載計(jì)算公式，并且需要借助負(fù)載校核計(jì)算完成機(jī)器人的負(fù)載校核。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，只需要輸入機(jī)器人規(guī)格型號和負(fù)載值，則能夠完成機(jī)器人的負(fù)載校核。

（二）參數(shù)化建模分析。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，需要對機(jī)器人和壓力機(jī)等標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備進(jìn)行參數(shù)化建模。能否準(zhǔn)確進(jìn)行三維模型繪制，將直接關(guān)系到系統(tǒng)能否獲得正確可用的仿真結(jié)果。利用SolidWorks的二次開發(fā)功能，同時(shí)利用Access數(shù)據(jù)庫，則能以數(shù)據(jù)庫形式進(jìn)行實(shí)際設(shè)備簡化模型的尺寸參數(shù)的保存管理。在此基礎(chǔ)上，對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，然后利用參數(shù)化建模模塊繪制三維模型，則能夠使模型的準(zhǔn)確性得到確保。而利用SolidWorks二次開發(fā)的參數(shù)化建模人機(jī)交互界面進(jìn)行三維零件模型的快速建立，則能夠?yàn)檎€模型的建立提供便利。

（三）軌跡優(yōu)化分析。不同于普通機(jī)器人，工業(yè)機(jī)器人的軌跡運(yùn)行模式具有多樣化的特點(diǎn)。在采取FANUC運(yùn)動(dòng)模式時(shí)，既可以做直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也能夠做圓弧運(yùn)動(dòng)。而圓弧運(yùn)動(dòng)也分為兩種，即FINE形式和CNT形式。在實(shí)際對機(jī)器人運(yùn)行過程進(jìn)行仿真時(shí)，需要對多種運(yùn)動(dòng)模式進(jìn)行組合。但是，系統(tǒng)最初的運(yùn)行軌跡有可能不是最優(yōu)的結(jié)果，所以還要根據(jù)動(dòng)力學(xué)性能標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化原則和插值法對機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行軌跡規(guī)劃。而使用不同的規(guī)劃算法，獲得的運(yùn)行軌跡并不相同。為確保機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡變化平穩(wěn)，從而減小機(jī)器人沖擊，還要對運(yùn)行軌跡進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，以免機(jī)器人運(yùn)行過程中出現(xiàn)明顯抖動(dòng)。

（四）運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算分析。系統(tǒng)在控制機(jī)器人的過程中，還要獲得一系列關(guān)鍵點(diǎn)的支持。所以，還要對機(jī)器人進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算，以便從中獲得關(guān)鍵任務(wù)點(diǎn)途徑。利用系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算模塊，不僅能夠完成機(jī)器人的逆運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，還能進(jìn)行系統(tǒng)正運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，可以對機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量和末端執(zhí)行器位置關(guān)系進(jìn)行確定。通過對機(jī)器人進(jìn)行高效逆運(yùn)動(dòng)計(jì)算，則能夠獲得一組最優(yōu)解，從而為系統(tǒng)仿真提供可靠數(shù)據(jù)。

（五）離線編程分析。在對機(jī)器人進(jìn)行離線仿真分析時(shí)，可在SolidWorks環(huán)境下通過離線編程生成機(jī)器人可執(zhí)行程序。在對機(jī)器人軌跡關(guān)鍵點(diǎn)的位姿坐標(biāo)進(jìn)行讀取后，利用軌跡規(guī)劃模塊就能進(jìn)行機(jī)器人軌跡運(yùn)動(dòng)方式的選取。而利用VC++對話框編輯控件顯示功能，則能實(shí)現(xiàn)機(jī)器人作業(yè)程序的自動(dòng)生成和顯示。

結(jié)論：總之，使用Solidworks進(jìn)行機(jī)器人離線仿真系統(tǒng)的開發(fā)，能利用其強(qiáng)大三維建模功能對機(jī)器人及其作業(yè)環(huán)境進(jìn)行仿真分析，從而為優(yōu)化機(jī)器人作業(yè)軌跡提供支持。因此，相信隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，該種離線仿真系統(tǒng)也將在工業(yè)機(jī)器人調(diào)試中得到更好的應(yīng)用，從而為工業(yè)技術(shù)的發(fā)展提供更多的助力。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋鵬飛，和瑞林，苗金鐘等.基于Solidworks的工業(yè)機(jī)器人離線編程系統(tǒng)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2013，09：1-4.