solidworks建模軟件在工業(yè)機(jī)器人離線編程軟件中的應(yīng)用 研究

高慧　鄧世凱

摘 要：SolidWorks有著非常強(qiáng)大的建模功能以及便捷的二次開發(fā)接口，所以能夠達(dá)到對(duì)機(jī)器人進(jìn)行離線編程的要求。為了能夠把這款建模軟件更好地應(yīng)用于工業(yè)機(jī)器人離線編程過程，本文從機(jī)器人離線編程發(fā)展現(xiàn)狀入手，首先，闡述了機(jī)器人離線編程的優(yōu)點(diǎn)以及SolidWorks這款軟件的特點(diǎn)；其次，對(duì)離線編程系統(tǒng)的工作模式及三維建模、對(duì)任務(wù)點(diǎn)進(jìn)行選取兩個(gè)方面進(jìn)行了論述；最后，對(duì)工業(yè)機(jī)器人及其工作環(huán)境的建模方法以及SolidWorks環(huán)境下的離線編程模塊進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：SolidWorks建模軟件 工業(yè)機(jī)器人 離線編程軟件

中圖分類號(hào)：TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）12（c）-0025-02

1 機(jī)器人離線編程發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，工業(yè)行業(yè)更多產(chǎn)品逐漸呈現(xiàn)出小批量、多樣化的特點(diǎn)，這使得工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍更為廣闊，同時(shí)對(duì)于機(jī)器人各方面的能力也提出了更高的要求。實(shí)際上，工業(yè)機(jī)器人屬于可編程機(jī)械裝置的范疇，與一般的機(jī)械裝置理論相似，只是更智能化，而其智能化的程度在很大程度上取決于對(duì)機(jī)器人的編程能力。從目前的情況來看，人們對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程的方式主要有兩種：在線示教編程以及離線編程。而我們所常見的工業(yè)機(jī)器人都是由在線示教編程完成的。但是，在線示教編程有一定的約束條件，比如，其要求機(jī)器人執(zhí)行新的指令任務(wù)時(shí)必須停機(jī)示教，使得現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)作業(yè)活動(dòng)被迫中斷，給企業(yè)的效益帶來不利影響，而且這種編程方式還使得程序員必須處于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，所以給他們的人生安全帶來一定的威脅。而在這個(gè)環(huán)節(jié)上，離線編程的優(yōu)勢(shì)就非常的明顯。因?yàn)殡x線編程方式能夠讓程序員在遠(yuǎn)離工作現(xiàn)場(chǎng)的情況下開展編程作業(yè)，從而有效地保障程序員的生命安全，并且還能大幅度地提高編程過程的效率。而國(guó)內(nèi)外也有很多的研究人員在是要離線編程方面做了一些努力，并且取得了一些成績(jī)。在一般人的眼里，SolidWorks這款三維制圖軟件的作用就是繪制三維圖像，然后還可以按照自己所需要的圖片形式進(jìn)行導(dǎo)出，并沒有想到其還能夠作為一種工業(yè)機(jī)器人離線編程軟件的地位而存在。這就為擴(kuò)大這款軟件的應(yīng)用范圍提供了一種全新的思路，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行離線編程作業(yè)提供了令一種工具。但是，實(shí)際上，SolidWorks建模軟件能夠應(yīng)用到對(duì)工業(yè)機(jī)器人離線編程過程當(dāng)中，也是因?yàn)槠浣９δ軓?qiáng)大，其中還提供了很多其他的功能，比如工程導(dǎo)向功能、程序調(diào)用功能等，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程“添磚加瓦”。

2 離線編程系統(tǒng)的工作模式及組成

2.1 三維建模

任何一款三維繪圖軟件的第一步都是進(jìn)行建模，畫出要賦予性能的對(duì)象。在SolidWorks環(huán)境下建立機(jī)器人及其工作環(huán)境的三維仿真模型。為了讓后續(xù)工作更好地進(jìn)行，保證編程工作的質(zhì)量，要保證所建立的三維模型盡可能地貼合實(shí)際，這樣才能保證建模的實(shí)用性，否則就會(huì)導(dǎo)致編程結(jié)果出現(xiàn)偏差，甚至導(dǎo)致失敗。

2.2 對(duì)任務(wù)點(diǎn)進(jìn)行選取

要完成強(qiáng)大的離線編程工作，首先應(yīng)該從一個(gè)個(gè)小的工作模塊開展工作。對(duì)不同位置、不同功能的任務(wù)點(diǎn)進(jìn)行選取，即根據(jù)機(jī)器人所要完成任務(wù)的軌跡選取其任務(wù)點(diǎn)，在這個(gè)過程中有一種簡(jiǎn)單的方法達(dá)到這樣的要求：由鼠標(biāo)拖動(dòng)機(jī)器人J6軸到達(dá)任務(wù)點(diǎn)進(jìn)行選取。

3 對(duì)工業(yè)機(jī)器人及其工作環(huán)境的建模

FUNAC機(jī)器人在我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化行業(yè)應(yīng)用的范圍最為廣闊，所以本文就以其中的一種型號(hào)的機(jī)器人為研究對(duì)象開展工作，希望能以此為突破點(diǎn)，為后續(xù)研究工作提供理論指導(dǎo)。

3.1 機(jī)器人三維模型的繪制及裝配

不同的程序員在對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，即使最終得到的機(jī)器人功能相同，其外觀特征也有著很大的不同。比如有的人繪制及裝配出的機(jī)器人三維模型時(shí)就非常地注重簡(jiǎn)化，看起來簡(jiǎn)簡(jiǎn)單單，但是“麻雀雖小五臟俱全”，這樣的設(shè)計(jì)作品就比較理想；而有的人卻不注重這方面的內(nèi)容，所以看起來給人的感覺非?！叭唠s”。所以，這就要求設(shè)計(jì)師在對(duì)機(jī)器人三維模型進(jìn)行繪制及裝配時(shí)，要把實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性考慮其中，盡可能地使自己的作品簡(jiǎn)化。在進(jìn)行完機(jī)器人各零件的裝配工作后，還要對(duì)機(jī)器人的各個(gè)關(guān)節(jié)合理地定義運(yùn)動(dòng)角參數(shù)，也就是確保它的運(yùn)動(dòng)范圍在設(shè)想的區(qū)間內(nèi)。

3.2 機(jī)器人與工作環(huán)境關(guān)系的建立

評(píng)價(jià)離線編程水平的高低，可以從其離線編程結(jié)果精讀的大小進(jìn)行評(píng)價(jià)。在本研究中，首先要確認(rèn)機(jī)器人與工作環(huán)境的位置關(guān)系，也就是把機(jī)器人底座的中心位置與工作中心的距離關(guān)系搞清楚，不要產(chǎn)生太大的誤差。一般來講，工業(yè)機(jī)器人的工作位置有時(shí)候是需要進(jìn)行調(diào)整的，比如，從一個(gè)工位向另一個(gè)工位移動(dòng)，這就需要程序員在為其進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到這些問題，利用SolidWorks自帶的一些工具準(zhǔn)確無誤地找到機(jī)器人的任務(wù)點(diǎn)，讓他們?yōu)楣I(yè)機(jī)器人所創(chuàng)建的工作環(huán)境和工作狀態(tài)能夠在軟件上得到體現(xiàn)，以便于對(duì)其精準(zhǔn)調(diào)整。

4 SolidWorks環(huán)境下的離線編程模塊

4.1 離線編程系統(tǒng)對(duì)話框的建立及功能

在SolidWorks環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對(duì)離線編程模塊的建立，首先要完成的工作包括對(duì)機(jī)器人位置點(diǎn)位姿進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算完成對(duì)機(jī)器人正運(yùn)動(dòng)學(xué)任務(wù)以后對(duì)其逆運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行計(jì)算，以及后續(xù)對(duì)作業(yè)生成模塊的建立、對(duì)離線仿真模塊的調(diào)用等。而要完成這些工作，首先要進(jìn)行對(duì)離線編程系統(tǒng)對(duì)話框的建立。編程系統(tǒng)的功能大小能夠反映出編程人員的基本職業(yè)素養(yǎng)，離線編程系統(tǒng)對(duì)話框越人性化、越簡(jiǎn)潔化，那么就越能體現(xiàn)出離線編程系統(tǒng)的價(jià)值。首先，在VC++中開創(chuàng)一個(gè)新的空間，然后利用SolidWorks自帶的工程向?qū)Чぞ咧匦聵?gòu)建出一個(gè)新的離線仿真工程，這個(gè)過程非常重要，是開展后續(xù)工作的基礎(chǔ)。

4.2 機(jī)器人任務(wù)點(diǎn)位姿計(jì)算模塊

SolidWorks這款三維畫圖軟件的強(qiáng)大功能之一是能夠利用它自帶的兩個(gè)二次開發(fā)函數(shù)對(duì)工業(yè)機(jī)器人的任務(wù)點(diǎn)位姿進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算，這能夠?yàn)槌绦騿T節(jié)省很大的時(shí)間和精力，而且還能保證計(jì)算結(jié)果有足夠的可信度。一般情況下，程序員如果想得到有關(guān)任務(wù)點(diǎn)位置坐標(biāo)方面的信息，他們就可以通過調(diào)用軟件中的Getselectuonpiont函數(shù)來達(dá)到自己的目的。比如，得到所選定任務(wù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)值。除此以外，它還有這樣的特點(diǎn)：顯示出非模式對(duì)話框，在保證不關(guān)閉主程序的前提下，能夠?qū)θ蝿?wù)點(diǎn)進(jìn)行多次選取，有效提高了工作的效率。

4.3 機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊

要想讓制作出來的工業(yè)機(jī)器人能夠根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需要處理工作，首先要解決的是找到對(duì)應(yīng)的編程公式，也就是找到運(yùn)動(dòng)軌跡方程，這是完成對(duì)工業(yè)機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)學(xué)模塊建立的前提。一般而言，直接得到逆運(yùn)動(dòng)學(xué)方程是較為困難的，而得到正運(yùn)動(dòng)學(xué)方程則較為輕松，所以首先對(duì)其正運(yùn)動(dòng)學(xué)展開分析，然后通過不同方式的運(yùn)算得到足夠數(shù)量的常系數(shù)線性方程，然后再進(jìn)行一系列處理、計(jì)算，最終得到機(jī)器人的逆運(yùn)算封閉解，最終生成機(jī)器人逆運(yùn)動(dòng)模塊。

參考文獻(xiàn)

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