solidworks建模软件在工业机器人离线编程软件中的应用 研究

高慧　邓世凯

摘 要：SolidWorks有着非常强大的建模功能以及便捷的二次开发接口，所以能够达到对机器人进行离线编程的要求。为了能够把这款建模软件更好地应用于工业机器人离线编程过程，本文从机器人离线编程发展现状入手，首先，阐述了机器人离线编程的优点以及SolidWorks这款软件的特点；其次，对离线编程系统的工作模式及三维建模、对任务点进行选取两个方面进行了论述；最后，对工业机器人及其工作环境的建模方法以及SolidWorks环境下的离线编程模块进行了分析。

关键词：SolidWorks建模软件 工业机器人 离线编程软件

中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（c）-0025-02

1 机器人离线编程发展现状

当前，工业行业更多产品逐渐呈现出小批量、多样化的特点，这使得工业机器人的应用范围更为广阔，同时对于机器人各方面的能力也提出了更高的要求。实际上，工业机器人属于可编程机械装置的范畴，与一般的机械装置理论相似，只是更智能化，而其智能化的程度在很大程度上取决于对机器人的编程能力。从目前的情况来看，人们对机器人进行编程的方式主要有两种：在线示教编程以及离线编程。而我们所常见的工业机器人都是由在线示教编程完成的。但是，在线示教编程有一定的约束条件，比如，其要求机器人执行新的指令任务时必须停机示教，使得现场生产作业活动被迫中断，给企业的效益带来不利影响，而且这种编程方式还使得程序员必须处于现场环境中，所以给他们的人生安全带来一定的威胁。而在这个环节上，离线编程的优势就非常的明显。因为离线编程方式能够让程序员在远离工作现场的情况下开展编程作业，从而有效地保障程序员的生命安全，并且还能大幅度地提高编程过程的效率。而国内外也有很多的研究人员在是要离线编程方面做了一些努力，并且取得了一些成绩。在一般人的眼里，SolidWorks这款三维制图软件的作用就是绘制三维图像，然后还可以按照自己所需要的图片形式进行导出，并没有想到其还能够作为一种工业机器人离线编程软件的地位而存在。这就为扩大这款软件的应用范围提供了一种全新的思路，同时也为实现对工业机器人进行离线编程作业提供了令一种工具。但是，实际上，SolidWorks建模软件能够应用到对工业机器人离线编程过程当中，也是因为其建模功能强大，其中还提供了很多其他的功能，比如工程导向功能、程序调用功能等，为实现这个过程“添砖加瓦”。

2 离线编程系统的工作模式及组成

2.1 三维建模

任何一款三维绘图软件的第一步都是进行建模，画出要赋予性能的对象。在SolidWorks环境下建立机器人及其工作环境的三维仿真模型。为了让后续工作更好地进行，保证编程工作的质量，要保证所建立的三维模型尽可能地贴合实际，这样才能保证建模的实用性，否则就会导致编程结果出现偏差，甚至导致失败。

2.2 对任务点进行选取

要完成强大的离线编程工作，首先应该从一个个小的工作模块开展工作。对不同位置、不同功能的任务点进行选取，即根据机器人所要完成任务的轨迹选取其任务点，在这个过程中有一种简单的方法达到这样的要求：由鼠标拖动机器人J6轴到达任务点进行选取。

3 对工业机器人及其工作环境的建模

FUNAC机器人在我国工业自动化行业应用的范围最为广阔，所以本文就以其中的一种型号的机器人为研究对象开展工作，希望能以此為突破点，为后续研究工作提供理论指导。

3.1 机器人三维模型的绘制及装配

不同的程序员在对工业机器人进行设计时，即使最终得到的机器人功能相同，其外观特征也有着很大的不同。比如有的人绘制及装配出的机器人三维模型时就非常地注重简化，看起来简简单单，但是“麻雀虽小五脏俱全”，这样的设计作品就比较理想；而有的人却不注重这方面的内容，所以看起来给人的感觉非常“冗杂”。所以，这就要求设计师在对机器人三维模型进行绘制及装配时，要把实用性、经济性考虑其中，尽可能地使自己的作品简化。在进行完机器人各零件的装配工作后，还要对机器人的各个关节合理地定义运动角参数，也就是确保它的运动范围在设想的区间内。

3.2 机器人与工作环境关系的建立

评价离线编程水平的高低，可以从其离线编程结果精读的大小进行评价。在本研究中，首先要确认机器人与工作环境的位置关系，也就是把机器人底座的中心位置与工作中心的距离关系搞清楚，不要产生太大的误差。一般来讲，工业机器人的工作位置有时候是需要进行调整的，比如，从一个工位向另一个工位移动，这就需要程序员在为其进行设计时要充分考虑到这些问题，利用SolidWorks自带的一些工具准确无误地找到机器人的任务点，让他们为工业机器人所创建的工作环境和工作状态能够在软件上得到体现，以便于对其精准调整。

4 SolidWorks环境下的离线编程模块

4.1 离线编程系统对话框的建立及功能

在SolidWorks环境下实现对离线编程模块的建立，首先要完成的工作包括对机器人位置点位姿进行计算，在计算完成对机器人正运动学任务以后对其逆运动学进行计算，以及后续对作业生成模块的建立、对离线仿真模块的调用等。而要完成这些工作，首先要进行对离线编程系统对话框的建立。编程系统的功能大小能够反映出编程人员的基本职业素养，离线编程系统对话框越人性化、越简洁化，那么就越能体现出离线编程系统的价值。首先，在VC++中开创一个新的空间，然后利用SolidWorks自带的工程向导工具重新构建出一个新的离线仿真工程，这个过程非常重要，是开展后续工作的基础。

4.2 机器人任务点位姿计算模块

SolidWorks这款三维画图软件的强大功能之一是能够利用它自带的两个二次开发函数对工业机器人的任务点位姿进行相应的计算，这能够为程序员节省很大的时间和精力，而且还能保证计算结果有足够的可信度。一般情况下，程序员如果想得到有关任务点位置坐标方面的信息，他们就可以通过调用软件中的Getselectuonpiont函数来达到自己的目的。比如，得到所选定任务点对应的三维坐标值。除此以外，它还有这样的特点：显示出非模式对话框，在保证不关闭主程序的前提下，能够对任务点进行多次选取，有效提高了工作的效率。

4.3 机器人逆运动学模块

要想让制作出来的工业机器人能够根据工业生产的实际需要处理工作，首先要解决的是找到对应的编程公式，也就是找到运动轨迹方程，这是完成对工业机器人逆运动学模块建立的前提。一般而言，直接得到逆运动学方程是较为困难的，而得到正运动学方程则较为轻松，所以首先对其正运动学展开分析，然后通过不同方式的运算得到足够数量的常系数线性方程，然后再进行一系列处理、计算，最终得到机器人的逆运算封闭解，最终生成机器人逆运动模块。

参考文献

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