工業(yè)機器人技術及應用 課件 任務6.1 離線編程系統(tǒng)的組成

項目六工業(yè)機器人的離線編程知識目標：掌握ABB工業(yè)機器人仿真軟件RobotStudio對機器人進行離線編程方法和步驟。能力目標：能創(chuàng)建工件的離線軌跡曲線，生成機器人的軌跡路徑；能進行目標點的調整和機器人軸參數(shù)的調整；能進行仿真運行；能實現(xiàn)碰撞監(jiān)控和TCP跟蹤。對工業(yè)機器人進行離線編程完成具體任務。素養(yǎng)目標：（1）通過離線編程，培養(yǎng)學生勤于反思的精神，加強學生的問題解決能力；（2）實現(xiàn)碰撞監(jiān)控，培養(yǎng)學生的安全意識和憂患意識；（3）學習TCP跟蹤，增強學生對風險的把控能力。項目目標本項目側重于ABB工業(yè)機器人作業(yè)仿真軟件RobotStudio的離線編程，對機器人進行離線編程完成具體任務。通過給定具體任務，自動生成機器人路徑，對此路徑進行處理，并轉換成機器人程序代碼，完成機器人軌跡程序的編寫。在實踐環(huán)節(jié)中能使學生認識工業(yè)機器人的實際運用，能夠運用學到的知識分析問題，解決問題。項目分析

6.1離線編程系統(tǒng)的組成機器人離線編程系統(tǒng)不僅要在計算機上建立起機器人系統(tǒng)的物理模型，而且要對其進行編程和動畫仿真，以及對編程結果后置處理。一般來說，一個完善的機器人離線編程系統(tǒng)由多個部分組成。其中，主要的組成部分有：用戶接口、機器人系統(tǒng)CAD建模、狀態(tài)檢測模塊、自動編程、圖形仿真以及后置處理。56如圖6-1所示，下面介紹一些主要模塊：圖6-1工業(yè)機器人離線編程系統(tǒng)的組成1．用戶接口機器人離線編程系統(tǒng)的一個關鍵問題是要有良好的機器人編程環(huán)境，便于人機交互，從而幫助用戶方便地進行系統(tǒng)的構建和編程操作。因此用戶接口是很重要的。工業(yè)機器人一般提供兩個用戶接口，一個用于示教編程，另一個用于語言編程。示教編程可以用示教器直接編制機器人程序；語言編程則是用機器人語言編制程序，使機器人完成給定的任務。目前這兩種方式已廣泛用于工業(yè)機器人。為便于操作，用戶接口一般設計成交互式，用戶可以用鼠標標明物體在屏幕上的方位，并能交互修改環(huán)境模型。72．機器人系統(tǒng)CAD建模機器人離線編程系統(tǒng)的核心技術是機器人及其工作單元的圖形描述。CAD建模需要完成以下任務：（1）機器人、夾具、工具的三維幾何模型建模；（2）零件建模；（3）設備建模；（4）系統(tǒng)設計和布置；（5）幾何模型圖形處理。8因為利用現(xiàn)有的CAD數(shù)據(jù)及機器人理論結構參數(shù)所構建的機器人模型與實物之間存在著誤差，所以必須對機器人進行標定，對其誤差進行測量、分析及不斷校正所建模型。隨著機器人應用領域的不斷擴大，機器人作業(yè)環(huán)境的不確定性對機器人作業(yè)任務有著十分重要的影響，固定不變的環(huán)境模型是不夠的，極可能導致機器人作業(yè)的失敗。

因此，如何對環(huán)境的不確定性進行抽取，并以此動態(tài)修改環(huán)境模型，是機器人離線編程系統(tǒng)實用化的一個重要問題。93.圖形仿真離線編程系統(tǒng)的一個重要作用是離線調試程序，而離線調試最直觀有效的方法是在不接觸實際機器人及其工作環(huán)境的情況下，利用圖形仿真技術模擬機器人的作業(yè)過程，提供一個與機器人進行交互作用的虛擬環(huán)境。

計算機圖形仿真是機器人離線編程系統(tǒng)的重要組成部分，它將機器人仿真的結果以圖形的形式顯示出來，直觀地顯示出機器人的運動狀況，從而可以得到從數(shù)據(jù)曲線或數(shù)據(jù)本身難以分析出來的許多重要信息，離線編程的效果正是通過這個模塊來驗證的。1011隨著計算機技術的發(fā)展，在PC的Windows平臺上可以方便地進行三維圖形處理，并以此為基礎完成CAD、機器人任務規(guī)劃和動態(tài)模擬圖形仿真。一般情況下，用戶在離線編程模塊中為作業(yè)單元編制任務程序，經編譯連接后生成仿真文件。

在仿真模塊中，系統(tǒng)解釋控制執(zhí)行仿真文件的代碼，對任務規(guī)劃和路徑規(guī)劃的結果進行三維圖形動畫仿真，模擬整個作業(yè)的完成情況。檢查發(fā)生碰撞的可能性及機器人的運動軌跡是否合理，并計算機器人的每個工步的操作時間和整個工作過程的循環(huán)時間，為離線編程結果的可行性提供參考。4.編程編程模塊一般包括：機器人及設備的作業(yè)任務描述(包括路徑點的設定)、建立變換方程、求解未知矩陣及編制任務程序等。在進行圖形仿真以后，根據(jù)動態(tài)仿真的結果，對程序做適當?shù)男拚?，以達到滿意效果，最后在線控制機器人運動以完成作業(yè)。在機器人技術發(fā)展初期，較多采用特定的機器人語言進行編程。一般的機器人語言采用了計算機高級程序語言中的程序控制結構，并根據(jù)機器人編程的特點，通過設計專用的機器人控制語句及外部信號交互語句來控制機器人的運動，從而增強了機器人作業(yè)描述的靈活性。1213面向任務的機器人編程是高度智能化的機器人編程技術的理想目標——使用最合適于用戶的類自然語言形式描述機器人作業(yè)．通過機器人裝備的智能設施實時獲取環(huán)境的信息，并進行任務規(guī)劃和運動規(guī)劃，最后實現(xiàn)機器人作業(yè)的自動控制。面向對象機器人離線編程系統(tǒng)所定義的機器人編程語言把機器人幾何特性和運動特性封裝在一塊，并為之提供了通用的接口?；谶@種接口，可方便地與各種對象，包括傳感器對象打交道。由于語言能對幾何信息直接進行操作且具有空間推理功能，因此它能方便地實現(xiàn)自動規(guī)劃和編程。此外，還可以進一步實現(xiàn)對象化任務級編程語言，這是機器人離線編程技術的又一大提高。5.狀態(tài)檢測模塊近年來，隨著機器人技術的發(fā)展，傳感器在機器人作業(yè)中起著越來越重要的作用，對傳感器的仿真已成為機器人離線編程系統(tǒng)中必不可少的一部分，并且也是離線編程能夠實用化的關鍵。利用傳感器的信息能夠減少仿真模型與實際模型之間的誤差，增加系統(tǒng)操作和程序的可靠性，提高編程效率。14對于有傳感器驅動的機器人系統(tǒng)，由于傳感器產生的信號會受到多方面因素的干擾(如光線條件、物理反射率、物體幾何形狀以及運動過程的不平衡性等)，使得基于傳感器的運動不可預測。傳感器技術的應用使機器人系統(tǒng)的智能性大大提高，機器人作業(yè)任務已離不開傳感器的引導。因此，離線編程系統(tǒng)應能對傳感器進行建模，生成傳感器的控制策略，對基于傳感器的作業(yè)任務進行仿真。156.后置處理后置處理的主要任務是把離線編程的源程序編譯為機器人控制系統(tǒng)能夠識別的目標程序。即當作業(yè)程序的仿真結果完全達到作業(yè)的要求后，將該作業(yè)程序轉換成目標機器人的控制程序和數(shù)據(jù)，并通過通信接口下載安裝到目標機器人控制器，驅動機器人去完成指定的任務。由于機器人控制器的多樣性，要設計通用的通信模塊比較困難。16因此一