solidworks建模軟件在工業機器人離線編程軟件中的應用 研究

高慧　鄧世凱

摘 要：SolidWorks有著非常強大的建模功能以及便捷的二次開發接口，所以能夠達到對機器人進行離線編程的要求。為了能夠把這款建模軟件更好地應用于工業機器人離線編程過程，本文從機器人離線編程發展現狀入手，首先，闡述了機器人離線編程的優點以及SolidWorks這款軟件的特點；其次，對離線編程系統的工作模式及三維建模、對任務點進行選取兩個方面進行了論述；最后，對工業機器人及其工作環境的建模方法以及SolidWorks環境下的離線編程模塊進行了分析。

關鍵詞：SolidWorks建模軟件 工業機器人 離線編程軟件

中圖分類號：TP242.2 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（c）-0025-02

1 機器人離線編程發展現狀

當前，工業行業更多產品逐漸呈現出小批量、多樣化的特點，這使得工業機器人的應用范圍更為廣闊，同時對于機器人各方面的能力也提出了更高的要求。實際上，工業機器人屬于可編程機械裝置的范疇，與一般的機械裝置理論相似，只是更智能化，而其智能化的程度在很大程度上取決于對機器人的編程能力。從目前的情況來看，人們對機器人進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機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，其要求機器人執行新的指令任務時必須停機示教，使得現場生產作業活動被迫中斷，給企業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場環境中，所以給他們的人生安全帶來一定的威脅。而在這個環節上，離線編程的優勢就非常的明顯。因為離線編程方式能夠讓程序員在遠離工作現場的情況下開展編程作業，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。而國內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。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行導出，并沒有想到其還能夠作為一種工業機器人離線編程軟件的地位而存在。這就為擴大這款軟件的應用范圍提供了一種全新的思路，同時也為實現對工業機器人進行離線編程作業提供了令一種工具。但是，實際上，SolidWorks建模軟件能夠應用到對工業機器人離線編程過程當中，也是因為其建模功能強大，其中還提供了很多其他的功能，比如工程導向功能、程序調用功能等，為實現這個過程“添磚加瓦”。

2 離線編程系統的工作模式及組成

2.1 三維建模

任何一款三維繪圖軟件的第一步都是進行建模，畫出要賦予性能的對象。在SolidWorks環境下建立機器人及其工作環境的三維仿真模型。為了讓后續工作更好地進行，保證編程工作的質量，要保證所建立的三維模型盡可能地貼合實際，這樣才能保證建模的實用性，否則就會導致編程結果出現偏差，甚至導致失敗。

2.2 對任務點進行選取

要完成強大的離線編程工作，首先應該從一個個小的工作模塊開展工作。對不同位置、不同功能的任務點進行選取，即根據機器人所要完成任務的軌跡選取其任務點，在這個過程中有一種簡單的方法達到這樣的要求：由鼠標拖動機器人J6軸到達任務點進行選取。

3 對工業機器人及其工作環境的建模

FUNAC機器人在我國工業自動化行業應用的范圍最為廣闊，所以本文就以其中的一種型號的機器人為研究對象開展工作，希望能以此為突破點，為后續研究工作提供理論指導。

3.1 機器人三維模型的繪制及裝配

不同的程序員在對工業機器人進行設計時，即使最終得到的機器人功能相同，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器人三維模型時就非常地注重簡化，看起來簡簡單單，但是“麻雀雖小五臟俱全”，這樣的設計作品就比較理想；而有的人卻不注重這方面的內容，所以看起來給人的感覺非常“冗雜”。所以，這就要求設計師在對機器人三維模型進行繪制及裝配時，要把實用性、經濟性考慮其中，盡可能地使自己的作品簡化。在進行完機器人各零件的裝配工作后，還要對機器人的各個關節合理地定義運動角參數，也就是確保它的運動范圍在設想的區間內。

3.2 機器人與工作環境關系的建立

評價離線編程水平的高低，可以從其離線編程結果精讀的大小進行評價。在本研究中，首先要確認機器人與工作環境的位置關系，也就是把機器人底座的中心位置與工作中心的距離關系搞清楚，不要產生太大的誤差。一般來講，工業機器人的工作位置有時候是需要進行調整的，比如，從一個工位向另一個工位移動，這就需要程序員在為其進行設計時要充分考慮到這些問題，利用SolidWorks自帶的一些工具準確無誤地找到機器人的任務點，讓他們為工業機器人所創建的工作環境和工作狀態能夠在軟件上得到體現，以便于對其精準調整。

4 SolidWorks環境下的離線編程模塊

4.1 離線編程系統對話框的建立及功能

在SolidWorks環境下實現對離線編程模塊的建立，首先要完成的工作包括對機器人位置點位姿進行計算，在計算完成對機器人正運動學任務以后對其逆運動學進行計算，以及后續對作業生成模塊的建立、對離線仿真模塊的調用等。而要完成這些工作，首先要進行對離線編程系統對話框的建立。編程系統的功能大小能夠反映出編程人員的基本職業素養，離線編程系統對話框越人性化、越簡潔化，那么就越能體現出離線編程系統的價值。首先，在VC++中開創一個新的空間，然后利用SolidWorks自帶的工程向導工具重新構建出一個新的離線仿真工程，這個過程非常重要，是開展后續工作的基礎。

4.2 機器人任務點位姿計算模塊

SolidWorks這款三維畫圖軟件的強大功能之一是能夠利用它自帶的兩個二次開發函數對工業機器人的任務點位姿進行相應的計算，這能夠為程序員節省很大的時間和精力，而且還能保證計算結果有足夠的可信度。一般情況下，程序員如果想得到有關任務點位置坐標方面的信息，他們就可以通過調用軟件中的Getselectuonpiont函數來達到自己的目的。比如，得到所選定任務點對應的三維坐標值。除此以外，它還有這樣的特點：顯示出非模式對話框，在保證不關閉主程序的前提下，能夠對任務點進行多次選取，有效提高了工作的效率。

4.3 機器人逆運動學模塊

要想讓制作出來的工業機器人能夠根據工業生產的實際需要處理工作，首先要解決的是找到對應的編程公式，也就是找到運動軌跡方程，這是完成對工業機器人逆運動學模塊建立的前提。一般而言，直接得到逆運動學方程是較為困難的，而得到正運動學方程則較為輕松，所以首先對其正運動學展開分析，然后通過不同方式的運算得到足夠數量的常系數線性方程，然后再進行一系列處理、計算，最終得到機器人的逆運算封閉解，最終生成機器人逆運動模塊。

參考文獻

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