基于SolidWorks的工業機器人離線仿真系統分析

王洪雨

摘 要：為滿足工業機器人的離線仿真研究需求，可以應用SolidWorks實現機器人離線仿真系統研制。而該系統能夠實現機器人及其作業環境的仿真，所以能夠通過優化機器人運行軌跡避免機器人在作業過程中出現明顯抖動和干涉。

關鍵詞：SolidWorks；工業機器人；離線仿真系統

引言：隨著科學技術的發展，大量工業機器人在自動化產線中得到應用。而開發工業機器人的離線仿真系統，則能使機器人在線示教編程的各種問題得到解決。因此，有必要研制一種工業機器人離線仿真系統，以便更好的促進工業技術發展。

一、基于SolidWorks的工業機器人離線仿真系統工作原理

從系統結構組成上來看，離線仿真將包含位姿信息讀取、運動軌跡規劃、運動學計算、任務作業自動生成和運動學仿真等模塊。利用SolidWorks強大的三維建模功能、運動仿真功能和質量特性功能，可使機器人按照規劃好的軌跡做整線仿真，從而獲得直觀的仿真結果。在這一過程中，需要利用大量的API二次開發函數和VC++編程語言進行方法調用和對象屬性設置，以便實現對SolidWorks的二次開發。在此基礎上，以DLL插件文件形式實現系統各功能模塊與SolidWorks的無縫對接，則能夠有效進行工業機器人的離線仿真研究。由于SolidWorks本身為VC++開發三維軟件，所以能夠使各功能模塊與之較好的兼容。以插件形式進行功能模塊的插入，也能為系統功能調用提供便利，并且獲得清晰的顯示界面。在系統運行的過程中，將先利用負載計算模塊對機器人實際負載進行校核。校核合格后，將利用參數化建模模塊對標準化設備建模。根據作業任務要求，系統將對作業環境進行三維建模[1]。而根據實際要求，將實現模型的整機裝配線布置，然后根據作業要求對機器人運動軌跡進行規劃。根據規劃結果完成機器人位姿計算后，則可以生成生產作業程序，并且利用運動仿真模塊完成機器人仿真。

二、基于SolidWorks的工業機器人離線仿真系統的關鍵

技術

（一）負載計算分析。系統在進行離線仿真的最初階段，需要先完成機器人負載計算。所以，負載計算是系統運行的基礎，只有確保機器人承擔的實際負載不超出其本身承載能力，才能進行后續的仿真分析。為實現負載計算，系統將使用ABB和FANUC等典型工業機器人使用的負載計算公式，并且需要借助負載校核計算完成機器人的負載校核。在系統運行的過程中，只需要輸入機器人規格型號和負載值，則能夠完成機器人的負載校核。

（二）參數化建模分析。在系統運行的過程中，需要對機器人和壓力機等標準化設備進行參數化建模。能否準確進行三維模型繪制，將直接關系到系統能否獲得正確可用的仿真結果。利用SolidWorks的二次開發功能，同時利用Access數據庫，則能以數據庫形式進行實際設備簡化模型的尺寸參數的保存管理。在此基礎上，對標準數據庫數據進行調用，然后利用參數化建模模塊繪制三維模型，則能夠使模型的準確性得到確保。而利用SolidWorks二次開發的參數化建模人機交互界面進行三維零件模型的快速建立，則能夠為整線模型的建立提供便利。

（三）軌跡優化分析。不同于普通機器人，工業機器人的軌跡運行模式具有多樣化的特點。在采取FANUC運動模式時，既可以做直線運動，同時也能夠做圓弧運動。而圓弧運動也分為兩種，即FINE形式和CNT形式。在實際對機器人運行過程進行仿真時，需要對多種運動模式進行組合。但是，系統最初的運行軌跡有可能不是最優的結果，所以還要根據動力學性能標準優化原則和插值法對機器人運動路徑進行軌跡規劃。而使用不同的規劃算法，獲得的運行軌跡并不相同。為確保機器人運動軌跡變化平穩，從而減小機器人沖擊，還要對運行軌跡進行優化計算，以免機器人運行過程中出現明顯抖動。

（四）運動學計算分析。系統在控制機器人的過程中，還要獲得一系列關鍵點的支持。所以，還要對機器人進行運動學計算，以便從中獲得關鍵任務點途徑。利用系統的運動學計算模塊，不僅能夠完成機器人的逆運動學分析，還能進行系統正運動學分析，可以對機器人各關節變量和末端執行器位置關系進行確定。通過對機器人進行高效逆運動計算，則能夠獲得一組最優解，從而為系統仿真提供可靠數據。

（五）離線編程分析。在對機器人進行離線仿真分析時，可在SolidWorks環境下通過離線編程生成機器人可執行程序。在對機器人軌跡關鍵點的位姿坐標進行讀取后，利用軌跡規劃模塊就能進行機器人軌跡運動方式的選取。而利用VC++對話框編輯控件顯示功能，則能實現機器人作業程序的自動生成和顯示。

結論：總之，使用Solidworks進行機器人離線仿真系統的開發，能利用其強大三維建模功能對機器人及其作業環境進行仿真分析，從而為優化機器人作業軌跡提供支持。因此，相信隨著相關技術的發展，該種離線仿真系統也將在工業機器人調試中得到更好的應用，從而為工業技術的發展提供更多的助力。

參考文獻：

[1] 宋鵬飛，和瑞林，苗金鐘等.基于Solidworks的工業機器人離線編程系統[J].制造業自動化，2013，09：1-4.