工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真（微課版） 教學(xué)設(shè)計(jì)樣例

教學(xué)設(shè)計(jì)樣例課程名稱：工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真授課教師系（部）專業(yè)班級《工業(yè)機(jī)器人集成系統(tǒng)數(shù)字化設(shè)計(jì)與仿真》課程教學(xué)設(shè)計(jì)樣例任務(wù)2.6創(chuàng)建機(jī)器人仿真 一、學(xué)習(xí)目標(biāo)了解PS軟件的模型導(dǎo)入、設(shè)備定義方法；學(xué)會(huì)機(jī)器人仿真的方法和流程。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)PS軟件的模型導(dǎo)入方法；設(shè)備定義方法；機(jī)器人仿真的創(chuàng)建方法。三、教學(xué)設(shè)計(jì)首先通過PPT和案例講授知識(shí)點(diǎn)；其次針對任務(wù)實(shí)施案例，教師進(jìn)行演示教學(xué)，講解清楚PS機(jī)器人仿真的特點(diǎn)，仿真思路；再次學(xué)生根據(jù)教材、PDF文件進(jìn)行機(jī)器人仿真，完成后上交；最后教師點(diǎn)評，布置課后練習(xí)題。四、教學(xué)內(nèi)容任務(wù)3.4創(chuàng)建機(jī)器人仿真PS機(jī)器人仿真功能包括設(shè)計(jì)和優(yōu)化機(jī)器人工藝操作過程、優(yōu)化機(jī)器人路徑、干涉碰撞檢測、優(yōu)化機(jī)器人工位布局、離線編程以及多機(jī)器人協(xié)同等。PS機(jī)器人仿真支持大部分商業(yè)機(jī)器人品牌，如ABB、FANUC、KUKA、YASKAWA、COMAU等。其仿真應(yīng)用場景包括搬運(yùn)、裝配、包裝、點(diǎn)焊、弧焊、激光焊、鉚接、打磨、拋光、去毛刺、涂膠、噴涂等。3.4.1安裝末端工具工業(yè)機(jī)器人實(shí)際上是一個(gè)機(jī)械臂，需要安裝各種末端執(zhí)行工具，比如握爪、焊槍等，才能完成搬運(yùn)、焊接等任務(wù)。在給機(jī)器人安裝工具前，需要先完成工具定義。下面結(jié)合具體實(shí)例來說明PS軟件中給機(jī)器人安裝工具的方法和過程?！纠?-10】在PS軟件中給機(jī)器人安裝母盤、平口手爪工具。操作步驟如下。（1）打開PS軟件，依次單擊“文件”→“斷開研究”→“新建研究”，彈出“新建研究”對話框，單擊“創(chuàng)建”按鈕，完成新研究創(chuàng)建。單擊“建模”→“插入組件”，彈出“插入組件”對話框，在PS軟件的系統(tǒng)根目錄文件夾中雙擊“Robot_IRB120.cojt”文件夾，將IRB120機(jī)器人本體插入；重復(fù)“插入組件”操作，雙擊“MPlate.cojt”文件夾，將母盤插入；重復(fù)“插入組件”操作，雙擊“Gripper_Flat.cojt”文件夾，將平口手抓工具插入。結(jié)果如圖3-217所示。（注：①上述3個(gè)文件夾必須事先拷貝到PS軟件的系統(tǒng)根目錄文件夾中。②也可以在例3-4或例3-5的基礎(chǔ)上插入組件。③也可以直接打開Chap3\IRB120_Gripper\IRB120_Gripper.psz文件。）（2）參照例3-4、例3-5、例3-6，分別進(jìn)行機(jī)器人、平口手抓和母盤工具定義。（注：①可以右擊平口手抓或母盤，在彈出的菜單中單擊“工具定義”，彈出“工具定義”提示框，如圖3-218所示，點(diǎn)擊“確定”，在彈出的“工具定義”對話框中查看工具是否定義。②可以右擊平口手抓或母盤，在彈出的菜單中單擊“姿態(tài)編輯器”，彈出“姿態(tài)編輯器”對話框，查看工具姿態(tài)是否定義。③可以右擊機(jī)器人，在彈出的菜單中單擊“機(jī)器人調(diào)整”，彈出“機(jī)器人調(diào)整”對話框，鼠標(biāo)左鍵按住某一坐標(biāo)軸拖動(dòng)，看工具是否跟隨運(yùn)動(dòng)，查看工具是否安裝，單擊“重置”，單擊“關(guān)閉”。）圖3-217插入3個(gè)組件圖3-218工具定義提示框（3）在對象樹或圖形窗口中單擊選中“Robot_IRB120”，單擊“機(jī)器人”→“安裝工具”，或者在圖形窗口中右擊“Robot_IRB120”，在彈出的菜單中單擊“安裝工具”，均可彈出“安裝工具-機(jī)器人Robot_IRB120”對話框。如圖3-219（a）所示，“工具”可輸入或在對象樹點(diǎn)選“MPlate”，坐標(biāo)系為“基準(zhǔn)坐標(biāo)系”，其它默認(rèn)，單擊“應(yīng)用”，單擊“關(guān)閉”，完成母盤安裝。（4）選中“Robot_IRB120”，單擊“機(jī)器人”→“安裝工具”，彈出“安裝工具-機(jī)器人Robot_IRB120”對話框。如圖3-219（b）所示，“工具”點(diǎn)選“Gripper_Flat”，坐標(biāo)系為“基準(zhǔn)坐標(biāo)系”，在“安裝位置”下拉列表中選中“MPlate”，“坐標(biāo)系”為母盤工具坐標(biāo)系“TCPF1”，單擊“應(yīng)用”，單擊“翻轉(zhuǎn)工具”2次，單擊“關(guān)閉”，完成手抓安裝。（5）此時(shí)，母盤工具和平口手抓工具未能很好的對齊。選中“Gripper_Flat”，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中單擊“放置操控器”，彈出“放置操控器”對話框。如圖3-220所示，單擊“步長：100deg”，彈出“步長”對話框，輸入“0.1”，單擊“Rz”,輸入“50.3”，（或拖動(dòng)鼠標(biāo)旋轉(zhuǎn)，以實(shí)際為準(zhǔn)），實(shí)現(xiàn)手抓和母盤對齊。單擊“關(guān)閉”，完成工具安裝。（a）安裝母盤工具（b）安裝平口手抓工具圖3-219機(jī)器人安裝工具圖3-220放置操控器旋轉(zhuǎn)對齊3.4.2創(chuàng)建機(jī)器人操作機(jī)器人操作是一個(gè)廣泛的概念，既可以包括前述的對象流操作、設(shè)備操作等基本操作，又包括焊接操作、連續(xù)特征操作、拾放操作、通用機(jī)器人操作、并行機(jī)器人操作等。由于篇幅限制，在本任務(wù)中只介紹拾放操作、通用機(jī)器人操作，其它操作將在后續(xù)任務(wù)中詳細(xì)介紹?！纠?-11】在PS軟件中創(chuàng)建機(jī)器人抓握、拾放操作，實(shí)現(xiàn)物品的簡單搬運(yùn)。操作步驟如下。（1）打開PS軟件，單擊“文件”→“斷開研究”→“以標(biāo)準(zhǔn)模式打開”，更改瀏覽目錄，打開Chap3\RobotHandle_Station\RobotHandle.psz文件，如圖3-221所示，為了便于創(chuàng)建操作，已經(jīng)創(chuàng)建了8個(gè)坐標(biāo)系。圖3-221機(jī)器人搬運(yùn)工作站（2）單擊“操作”→“新建操作”→“新建復(fù)合操作”，彈出“新建復(fù)合操作”對話框，單擊“確定”。單擊“操作”→“新建操作”→“新建對象流操作”，彈出“新建對象流操作”對話框，具體設(shè)置如圖3-222（a）所示，單擊“確定”。（3）選中機(jī)器人“Robot”，單擊“操作”→“新建操作”→“新建拾放操作”，彈出“新建拾放操作”對話框，具體設(shè)置如圖3-222（b）所示，單擊“確定”。（4）單擊“操作”→“新建操作”→“新建對象流操作”，彈出“新建對象流操作”對話框，具體設(shè)置如圖3-222（c）所示，單擊“確定”。（5）選中機(jī)器人“Robot”，單擊“操作”→“新建操作”→“新建拾放操作”，彈出“新建拾放操作”對話框，具體設(shè)置如圖3-222（d）所示，單擊“確定”。（a）創(chuàng)建對象流操作1（b）創(chuàng)建拾放操作1（c）創(chuàng)建對象流操作2（d）創(chuàng)建拾放操作2圖3-222創(chuàng)建機(jī)器人操作（6）在操作樹中單擊第1個(gè)拾放操作的“拾取”，如圖3-223（a）所示。如圖3-223（b）所示，單擊“操作”→“在前面添加位置”，彈出“機(jī)器人調(diào)整：Robot”對話框，單擊“平移：Z”，在右側(cè)文本框中輸入“200”，按回車，單擊“關(guān)閉”，添加“via”位置。（a）操作樹（b）“在前面添加位置”工具按鈕（c）“機(jī)器人調(diào)整：Robot”對話框（d）“via”位置點(diǎn)圖3-223在第1個(gè)拾取點(diǎn)前添加位置“via”（7）單擊第1個(gè)拾放操作的“拾取”。單擊“操作”→“在后面添加位置”，彈出“機(jī)器人調(diào)整：Robot”對話框，單擊“平移：Z”，在右側(cè)文本框中輸入“200”，按回車，單擊“關(guān)閉”，添加“via1”位置。（8）單擊第1個(gè)拾放操作的“放置”。單擊“操作”→“在前面添加位置”，彈出“機(jī)器人調(diào)整：Robot”對話框，單擊“平移：Z”，在右側(cè)文本框中輸入“200”，按回車，單擊“關(guān)閉”，添加“via2”位置。（9）單擊第1個(gè)拾放操作的“放置”。單擊“操作”→“在后面添加位置”，彈出“機(jī)器人調(diào)整：Robot”對話框，單擊“平移：Z”，在右側(cè)文本框中輸入“200”，按回車，單擊“關(guān)閉”，添加“via3”位置。（10）在圖形窗口中鼠標(biāo)右鍵單擊機(jī)器人，在彈出的菜單中單擊“初始位置”，則機(jī)器人恢復(fù)初始位置。在操作樹中，單擊“Robot_PNP_Op1”操作下的“via3”。單擊“操作”→“添加當(dāng)前位置”，將初始位置作為“via4”位置點(diǎn)加入。（11）重復(fù)步驟（6）-步驟（10），為“Robot_PNP_Op2”操作，添加位置點(diǎn)“via5”、“via6”、“via7”、“via8”、“via9”。右鍵單擊機(jī)器人，在彈出的菜單中單擊“初始位置”，單擊“Robot_PNP_Op2”操作下的“via6”，單擊“添加當(dāng)前位置”，將初始位置作為“via10”位置點(diǎn)加入。（12）在操作樹中，鼠標(biāo)右鍵單擊“CompOp”，在彈出的菜單中單擊“設(shè)置當(dāng)前操作”，將其加入“序列編輯器”。如圖3-224所示，按住“Shift”鍵，單擊所有操作，全部選中，單擊鏈接按鈕，將所有操作關(guān)聯(lián)起來。單擊播放按鈕，可以看到機(jī)器人搬運(yùn)的動(dòng)作仿真。圖3-224機(jī)器搬運(yùn)序列編輯器3.4.3干涉碰撞檢查在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)中，如果路徑規(guī)劃不當(dāng)，容易發(fā)生碰撞，損傷設(shè)備。為解決這一問題，PS軟件提供了干涉碰撞檢查功能。下面繼續(xù)以例3-11來說明干涉碰撞檢查的方法和過程。（1）如圖3-225（a）所示，在圖形窗口下方的“干涉查看器”中單擊“新建干涉集”，彈出“干涉集編輯器”對話框，如圖3-225（b）所示。通過在對象樹或圖形窗口單擊“Gripper”、“MPlate”、“Robot”，輸入“檢查”欄中的“對象”列表，單擊“Conveyer1”、“Conveyer2”、“Container”,輸入“與”欄中的“對象”列表，單擊“確定”。（a）干涉查看器（b）干涉集編輯器圖3-225干涉碰撞檢查（2）在“干涉查看器”中單擊“打開/關(guān)閉干涉模式”。單擊“序列查看器”中的“正向播放仿真”，可以發(fā)現(xiàn)機(jī)器人在搬運(yùn)的過程中，在第1次“拾取”位置處有紅色干涉碰撞情況出現(xiàn)，并能聽到模擬碰撞聲。單擊“序列編輯器”中的“將仿真跳轉(zhuǎn)至起點(diǎn)”。接下來對機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)路徑進(jìn)行編輯。（3）機(jī)器人的路徑編輯有自動(dòng)路徑規(guī)劃和手動(dòng)編輯路徑兩種方式。首先通過自動(dòng)路徑規(guī)劃方式進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑的編輯。在操作樹中單擊“Robot_PNP_Op1”，如圖3-226（a）所示。如圖3-226（b）所示，單擊“操作”→“自動(dòng)路徑規(guī)劃器”，彈出“自動(dòng)路徑規(guī)劃器”警告，如圖3-226（c）所示。單擊“繼續(xù)”，彈出“自動(dòng)路徑規(guī)劃器”對話框，如圖3-226（d）所示。單擊“規(guī)劃并優(yōu)化”，等待完成后單擊“關(guān)閉”。此時(shí)，在操作樹中，如圖3-226（e）所示，可發(fā)現(xiàn)自動(dòng)增加了“via_1”、“拾取_1”、“拾取_2”、“放置_1”、“放置_2”五個(gè)位置，刪除了“via1”、“via2”、“via3”三個(gè)位置。（a）操作樹（b）編輯路徑工具（c）警告對話框（d）自動(dòng)路徑規(guī)劃器（e）優(yōu)化后操作樹圖3-226自動(dòng)路徑規(guī)劃路徑編輯（4）播放自動(dòng)路徑規(guī)劃編輯后的操作路徑，發(fā)現(xiàn)仍然存在問題，下面繼續(xù)通過手動(dòng)編輯路徑的方式來消除干涉碰撞。單擊左上角的“撤銷”（Ctrl+Z），撤銷自動(dòng)規(guī)劃路徑操作。如圖3-227（a）所示，在操作樹中右鍵單擊“Part”下的“fr3”坐標(biāo)系，在彈出的菜單中選中“放置操控器”，彈出“放置操控器”對話框，如圖3-227（b）所示。單擊“平移：Z”，在右側(cè)文本框中輸入“10”，按回車，單擊“關(guān)閉”。此時(shí)，第1次“拾取”位置Z方向?qū)⒃黾?0。重新播放仿真，碰撞消除。（a）對象樹（b）放置操控器圖3-227手動(dòng)路徑編輯3.4.4機(jī)器人離線編程采用PS軟件可以對機(jī)器人的各種操作進(jìn)行編程，即機(jī)器人離線編程（與現(xiàn)場示教編程相區(qū)別）。PS軟件的機(jī)器人離線編程包括機(jī)器人控制器設(shè)置、機(jī)器人程序查看、程序下載和上傳等功能模塊。下面繼續(xù)以例3-11來說明機(jī)器人離線編程的方法和過程。（1）在圖形窗口中，鼠標(biāo)右鍵單擊機(jī)器人，在彈出的菜單中單擊“控制器設(shè)置”，或選中機(jī)器人，如圖3-228（a）所示，單擊“機(jī)器人”→“控制器設(shè)置”，均可彈出“控制器設(shè)置”對話框，如圖3-228（b）所示。在控制器下拉列表框中選中“Abb-Rapid”，“控制器版本”選擇“5.0IRC5”，單擊“關(guān)閉”，完成機(jī)器人控制器設(shè)置。或者單擊“機(jī)器人”→“機(jī)器人屬性”，可彈出“機(jī)器人屬性”對話框，如圖3-228（c）所示，在“控制器”選項(xiàng)卡中，也可以設(shè)置機(jī)器人控制器。選中機(jī)器人，單擊“機(jī)器人”→“機(jī)器人設(shè)置”，彈出“Setup-Robot”對話框，如圖3-228（d）所示。（a）機(jī)器人設(shè)置工具（b）“控制器設(shè)置”對話框（c）“機(jī)器人屬性”對話框（d）“Setup-Robot”對話框圖3-228機(jī)器人控制器設(shè)置（2）在操作樹中選中“Robot_PNP_Op1”，如圖3-229（a）所示。單擊圖形窗口下方的“路徑編輯器”，如圖3-229（b）所示，單擊“向編輯器添加操作”，將機(jī)器人拾放操作添加到路徑編輯器。在“路徑編輯器-Robot”中選中“Robot_PNP_Op1”，單擊“設(shè)置位置屬性”，彈出“設(shè)置位置屬性”對話框，如圖3-229（c）所示，進(jìn)行位置屬性設(shè)置。（a）操作樹（b）“路徑編輯器-Robot”對話框（c）“設(shè)置位置屬性