工業機器人虛擬仿真系統教學研究

方令權

(池州職業技術學院，安徽 池州 247000)

一、緒論

自上世紀60 年代首臺機器人發明以來。機器人領域幾乎滲透到世界的各個領域。機器人技術的發展水平已經成為一個衡量國家高新科技水平和工業自動化程度的重要標志。工業機器人也是為了更好地落實《中國制造2025》總體部署，將機器人作為重點的發展領域，加快機器人產業的發展。工業機器人技術專業已被越來越多的院校開設，工業機器人作為一門新的專業備受學者們的青睞，但其硬件設施幾十萬到幾百萬不等，學校不可能擁有這樣的資金儲備各種各樣的機器人系統，很多院校甚至沒有硬件設備，這樣遠遠不能滿足要求。虛擬仿真技術在工業機器人技術專業教學中成為必然。

二、Robotstudio 仿真軟件概述及優點

Robotstudio 軟件是ABB 工業機器人配套的虛擬仿真軟件。在Robotstudio 中可以實現CAD 導入、自動路徑生成、碰撞檢測、在線作業。模擬仿真、應用功能包以及二次開發等功能。將 Robotstudio 仿真軟件應用到工業機器人技術專業教學中具有以下優勢：

（一）機器人仿真教學貼近實際應用，一套簡單的工業機器人工作站需要幾十萬的資金，要使工業機器人技術應用 滿足在各行各業，那么教學需求應達到相同規模，這樣的經費投入又限制了，不可能同時采購各種工業機器人系統，在這種學校實訓資源不足的情況下，采用各種典型機器人虛擬仿真系統可以滿足學生學習要求。

（二）保障學生及設備安全，工業機器人作為機電一體化技術的高端載體，必須高度重視安全問題，保障學生人身安全的同事也要保障避免操作對設備的損 害，在調試操作工業機器人的時候操作人員必須在安全范圍內調試，對于實操教學過程中，學生對工業機器人沒有一定了解的前提下操作機器人必然存在安全隱患。工業機器人課程采用仿真教學，學生在實際操作之前對工業機器人及其設備的結構，操作，軌跡規劃有一定的直觀印象。

三、Robotstudio 在專業教學中的應用

（一）構建仿真工業機器人工作站

工業機器人仿真在機器人基礎課程上進行學習，同時為后續學工業機器人離線編程、綜合實訓等做好鋪墊。通過仿真軟件構建工業機器人工作站，導入各種不同的ABB 機器人模型，創建工作站后可以對機器人進行手動操縱，手動關節對機器人的六個關節軸進行操作，線性運動對機器人設定的工具的 TCP 點沿著 XYZ 三個方向在空中運動，手動重定位可以使機器人第六軸法蘭盤工具TCP 點繞坐標軸旋轉。通過單軸運動，位置和姿態的調整實時了解機器人狀態如圖1 所示，學生可以全方位觀察機器人運行狀況，對機器人產生更加深刻的認識。

（二）機器人的離線軌跡編程實踐

工業機器人在應用過程中，一些規則的曲線可以采用示教 指令的方法操作。而不規則的曲線，一般采用描點法，根據工藝精度示教一定數量目標點，生成軌跡，但這種方法費時、耗力且 不能保證軌跡精度。可以根據3D 模型曲線特征自動生成機器 人運動軌跡，如圖2 的軌跡曲線就是利用Robotstudio 自動生成 的機器人激光切割路徑。經調試正常之后可傳到機器人系統 中運行，還可以對實際情況進行調整實現不規則曲線的操作。

（三）動態 Smart 組件的應用

提高工業機器人的智能效率和可行性，可以使用該仿真軟件的Smart組件，利用 CAD、Solid Works 等三維建模軟件繪制外圍設備模型轉換成Step 格式導入仿真軟件中，完成工作站的布局。添加 Smart 動態輸送鏈組件和動態夾具并對屬性進行設置，通過參數設定，完成輸送鏈動態效果仿真。通過工作站邏輯將機器人與動態 Smart 組件創建1/0 通訊。可以將動態Smart 組件仿真程序應用到實際生產。采用虛擬仿真不僅可以 代替真實設備，節約了成本，提高教學的安全性和趣味性。

（四）Screen Marker 的應用

Screen Marker 是創建用戶自定義的工具，這種用戶界面可 以由多個屏幕組成，只需占用示教器用戶窗口。使用該自定義的操作員界面可以實地簡化機器人系統操作，在正確的時間將 合理的操作員界面以正確的格式顯示給用戶。

四、工業機器人涂膠仿真實訓項目

工業機器人涂膠仿真實訓工作站布局如圖3 所示，選取的工業機器人型號為IRB2600。該工作站的突出特點是工業機器人對工件的4 個直線邊緣進行涂膠作業。學生通過此仿真項目的訓練，將掌握工業機器人沿規則路徑工作的編程技巧，并學習采用示教指令的方法設計涂膠路徑。

通過這個仿真項目，學生還能得到虛擬仿真的方法及其應用訓練，包括Robot studio 的操作、工作站的開發流程等。具體實訓內容包括：

（一）創建工業機器人工作站和系統；

（二）手動操縱機器人；

（三）建立工業機器人工件坐標；

（四）為工業機器人安裝工具；

（五）設定運動指令參數；

（六）創建工業機器人運動軌跡程序；

（七）仿真設定，仿真運行機器人軌跡；

（八）將機器人仿真效果制作成exe 可執行文件；

（九）工作站的打包、解包等。

以上實訓項目選取的是工業機器人應用的典型案例，訓練點包含Robot studio 的基礎應用。當學生順序完成仿真實訓項目后，還可以進行項目的橫向擴展和縱向擴展，將自己的仿真項目拿到實際設備中進行驗證。

五、結語

Robotstudio 虛擬仿真軟件引入到工業機器人技術專業教學中，很多機器人系統學生無法接觸，通過該軟件可以展現在他們眼前，通過在該軟件中創建工業機器人工作站、實現機器人的離線軌跡編程，對外圍設備進行動態組件的設置，利用Screen Marker 創建用戶自定義界面等，提高了學生學習機器人的積極性。