基于數字孿生的六自由度工業機器人協同作業

邸志民，鐘相強，范敬松

（安徽工程大學 機械工程學院，安徽 蕪湖 241000）

數字孿生技術是一種把制造業中物理世界和信息世界相互融合的技術，而工業機器人作為智能制造載體已經被廣泛應用在各種不同的領域［1-2］。近年來，很多學者對工業機器人的虛擬調試進行了大量研究。中國科學院大學的祁若龍等［3］提出了一種基于VC平臺實現機器人運動仿真與運動控制的方法，哈爾濱工業大學的郁萬濤［4］基于Unity 3D虛擬現實引擎對托卡馬克作業進行了研究，TIAN B.Y.等［5］對Kuka機器人手臂的路徑跟隨問題進行了研究。上述學者的研究雖然實現了場景漫游和人機主動交互，但僅僅停留在單邊交互，未能實現產品在信息世界對物理世界的等價映射［6］。

本文旨在研究智能制造領域中數字孿生在工業機器人的應用，探索利用示教編程、Works Process組件、Python腳本3種建立數字孿生體的方法，以及工業機器人虛擬樣機與物理樣機間的通信方式，在制定加工方案時，將設備的數字孿生體貫穿于機器人加工產品的全生命周期過程。

1 六自由度工業機器人結構及參數

本文研究的六自由度工業機器人為埃夫特ER3A-C60，其末端執行器的有效負載為3 kg、定位精度為±0.02 mm，可完成產品裝配、物料搬運、打磨等。ER3A-C60機器人運動簡圖如圖1所示，相應的結構參數見表1，機器人的運動鏈由6個關節組成，均為轉動副，各關節的轉角用θk(k=1～6)表示，對應各機械臂長度用di（i=0～5）表示。

圖1 ER3A-C60機器人的運動簡圖

表1 機器人結構參數

2 六自由度工業機器人數字孿生體建模

數字孿生技術充分利用物理模型、運行歷史等在虛擬空間中完成映射，從而反映相對應的實體裝備的全生命周期過程。……