朱國云

（深圳第二高級(jí)技工學(xué)校 廣東深圳 518000）

引言

隨著機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，傳統(tǒng)的示教編程這種編程手段有些場(chǎng)合變得效率非常低下，最大的缺點(diǎn)是需要占用機(jī)器人工作時(shí)間，因此離線編程應(yīng)運(yùn)而生，并且應(yīng)用越來越普及。離線編程是通過軟件，在電腦里重建整個(gè)工作場(chǎng)景的三維虛擬環(huán)境，然后軟件可以根據(jù)要工加零件的大小、形狀、材料，同時(shí)配合軟件操作者的一些操作，自動(dòng)生成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，即控制指令，然后在軟件中仿真與調(diào)整軌跡，最后生成機(jī)器人程序傳輸給機(jī)器人。離線編程的使用減少機(jī)器人停機(jī)的時(shí)間，使編程者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的工作環(huán)境，改善了編程環(huán)境； 第三方通用離線編程軟件可以對(duì)各種機(jī)器人進(jìn)行編程，如RobotArt、RobotMaster、RobotWorks、EASY-ROB都可以支持多種品牌工業(yè)機(jī)器人離線編程操作，EASY-ROB軟件還提供了用戶創(chuàng)建1-12軸機(jī)器人平臺(tái)，本文是基于該平臺(tái)從運(yùn)動(dòng)學(xué)正解和逆解兩方面詳細(xì)示范介紹了六軸通用工業(yè)機(jī)器人的搭建方法，并可利用自己拱建的機(jī)器人去創(chuàng)建應(yīng)用工作單元。

一、機(jī)器人模型概述

1.機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型

根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定機(jī)器人的自由度，提前規(guī)劃好機(jī)器人六個(gè)軸的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)方向、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)速度、加速度數(shù)等參數(shù)；規(guī)劃好機(jī)器人基座中心點(diǎn)到第一軸的位置偏移，第一軸到第二軸的位置偏移，依此類推直到第六軸到TCP的位置偏移。

2.機(jī)器人CAD模型

利用3維建模工具依據(jù)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型繪制創(chuàng)建機(jī)器人底座及各軸連桿的三維CAD模型，為后續(xù)粘連到機(jī)器人各軸做好準(zhǔn)備。

二、機(jī)器人CAD模型

1.設(shè)置機(jī)器人關(guān)節(jié)數(shù)及旋轉(zhuǎn)方式

EASY-ROB提供了多種機(jī)器人創(chuàng)建模型，通常我們會(huì)選擇創(chuàng)建通用型機(jī)器人，可以選擇1-12軸機(jī)器人創(chuàng)建，根據(jù)需要設(shè)定機(jī)器人的軸數(shù)（6軸）和各關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)方向。

2.設(shè)置機(jī)器人各軸中心點(diǎn)的坐標(biāo)位置

（1）機(jī)器人第1軸中心點(diǎn)相對(duì)底座中心點(diǎn)的位置偏移：X=0，Y=0，Z=174，RX=0，RY=0，RZ=0；

（2）機(jī)器人第2軸中心點(diǎn)相對(duì)第1軸中心點(diǎn)的位置偏移：X=160，Y=0，Z=256，RX=0，RY=0，RZ=0；

（3）機(jī)器人第3軸中心點(diǎn)相對(duì)第2軸中心點(diǎn)的位置偏移：X=0，Y=0，Z=580，RX=0，RY=0，RZ=0；

（4）機(jī)器人第4軸中心點(diǎn)相對(duì)第3軸中心點(diǎn)的位置偏移：X=140，Y=0，Z=125，RX=0，RY=0，RZ=0；

（5）機(jī)器人第5軸中心點(diǎn)相對(duì)第4軸中心點(diǎn)的位置偏移：X=510，Y=0，Z=0，RX=0，RY=0，RZ=0；

（6）機(jī)器人第6軸中心點(diǎn)相對(duì)第5軸中心點(diǎn)的位置偏移：X=0，Y=0，Z=0，RX=0，RY=0，RZ=0；

（7）機(jī)器人第法蘭盤中心點(diǎn)相對(duì)第6軸中心點(diǎn)的位置偏移：X=100，Y=0，Z=0，RX=0，RY=90，RZ=0；

3.創(chuàng)建機(jī)器人BODY，并粘連到對(duì)應(yīng)軸

機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)模型建立好后，接下就要?jiǎng)?chuàng)建機(jī)器人CAD模型了，EASY-ROB軟件提供了簡(jiǎn)單的幾何體創(chuàng)建方法，如立體體（CUBE）、金字塔（PYRAMID）、楔形物（WEDGE）等；同時(shí)支持STL文件、IGP文件、3DS文件導(dǎo)入，文件導(dǎo)入時(shí)注意調(diào)整縮放比例；最后把創(chuàng)建或?qū)氲腂ODY文件粘連到對(duì)應(yīng)的軸上，機(jī)器人就有血和肉了。

4.設(shè)置機(jī)器人屬性

通過機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)話框，可以設(shè)置以下參數(shù)，如機(jī)器人名稱，機(jī)器人工具，機(jī)器人原點(diǎn)位置，原點(diǎn)位置最多支持設(shè)置12個(gè)，各關(guān)節(jié)軸的運(yùn)動(dòng)范圍等，所有的這些設(shè)置也最終決定了機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)半徑和運(yùn)動(dòng)范圍，和實(shí)體機(jī)器人是完全對(duì)應(yīng)的。

5.運(yùn)動(dòng)學(xué)逆變換

前面我們所做的都是運(yùn)動(dòng)學(xué)正變換，也叫運(yùn)動(dòng)學(xué)正解，即給定機(jī)器人各關(guān)節(jié)變量，計(jì)算機(jī)器人末端的位置姿態(tài)；若要通過機(jī)器人末端的位置姿態(tài)來計(jì)算機(jī)器人對(duì)應(yīng)位置的全部關(guān)節(jié)變量，就需要對(duì)機(jī)器人進(jìn)行逆變換，也是通常講的運(yùn)動(dòng)學(xué)逆解，只有經(jīng)過運(yùn)動(dòng)學(xué)逆變換后才能對(duì)機(jī)器人進(jìn)行編程，TCP自動(dòng)生成在第六軸的法蘭盤中心點(diǎn)。

三、機(jī)器人簡(jiǎn)單工作站的離線編程

機(jī)器人搭建好后，我們就可能通過正常加載方法來進(jìn)行加載，創(chuàng)建工作單元，編程和調(diào)試。

1.加載機(jī)器人文件

機(jī)器人文件可以從庫里調(diào)用，也可以根據(jù)需要自行創(chuàng)建，創(chuàng)建方法和步驟見上文所述。

2.加載工具文件

工具文件定義了TCP的位置和旋轉(zhuǎn)角度等信息，加載后會(huì)自動(dòng)將TCP的位置移動(dòng)到工具的未端中心點(diǎn)位置，如果需要修改可以在工作單元中重新設(shè)置TCP的位姿。

3.加載設(shè)備文件

EASY-ROB軟件定義1-3軸的機(jī)器人文件為設(shè)備（DEVICE），4軸及以上的機(jī)器人文件才是機(jī)器人，單機(jī)器人版和多機(jī)器人版也是以此來定義的。

4.加載或創(chuàng)建BODY文件

5.根據(jù)工作需要調(diào)整工作單元中各設(shè)備的位置

6.目標(biāo)點(diǎn)示教和編程

EASY-ROB軟件提供了強(qiáng)大的后置處理功能，可以方便的將EASY-ROB本身的編程語言后置處理為其他機(jī)器人品牌的編程語言，可以大大減輕學(xué)習(xí)壓力。

結(jié)束語

機(jī)器人離線編程正朝著一個(gè)智能化、專用化的方向發(fā)展，用戶操作越來越簡(jiǎn)單方便，并且能夠快速生成控制程序。在某些具體的應(yīng)用領(lǐng)域可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化，極大的簡(jiǎn)化了用戶的操作。同時(shí)機(jī)器人離線編程技術(shù)對(duì)機(jī)器人的推廣應(yīng)用及其工作效率的提升有著重要的意義，離線編程可以大幅度節(jié)約制造時(shí)間，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的實(shí)時(shí)仿真，為機(jī)器人的編程和調(diào)試提供靈活的工作環(huán)境，離線編程是機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)大的方向。