基于Solidworks的工业机器人离线编程系统

l 訇 地 基于S o l i d w o r k s 的工业机器人离线编程系统 竹I i ne pr ogr am m i ng s ys t em based on s oU dw or k s f or i ndus t daI r obot 宋鹏飞 和瑞林 苗金钟 单东日 SONG Pe n g f e i HE Ru i l i n MIAO J i n z h o n g SHAN Do n g r i 1 山东轻工业学院 机械与汽车工程学院 济南 2 5 0 0 0 0 2 济南奥图自动化工程有限公司 济南 2 5 0 0 0 0 擒 要 t应用S o l l d w o r k s A P I 二次开发函数及V C 编程语言 开发了S o t l d w o r K 8 环境下运行的工业 机器人离线编程系统 实现了F A N U O M一 9 0 0 1 A 3 5 0 型工业机器人位姿坐标计算 机器人逆运 算及作业程序自动生成等功能 经过与R o b o s u l d e 仿真结果对比证明 该离线编程系统稳定可 靠 关键词 t工业机器人l离线编程 S o l l d w o r K s A P I V i s u a l c 6 0 中圈分类号 T P2 4 2 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 9 0 1 3 4 2 O l 3 o 5 上 o o o 1 0 4 1 o i 1 0 3 9 6 9 J I s s n 1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 3 0 5 七 0 1 0 引言 工业 自动化水平 的高低在很大程度上受工业 机器人发展水平 的制约 随着现今工业领域产 品 的小批量多样化 以及专业化趋势 使得工业机器 人应用范围持续扩大的 同时工作复杂程度也不断 增加 工业机 器人是一个可编程的机 械装置 其 功 能的灵 活性 和智能性很大程 度取 决于机 器人的 编程能力 1 机器人离线编程发展现状 目前 机器人编程主要 有在线示教编程和离 线编程两种方式 在线示教编程为绝大多数工业 机 器 人所 采 用 在线 示教 编程 要 求机 器人 执 行 新的作业任务时需停机示教 造成现场生产线停 工的同时还可能使编程人员身处危险的现场坏境 中 离线编程 方式可 以实现 在远 离工作现场 的情 况下 完成机器人编程作业 实现运动仿真 等一 系 列功能 大幅提高编程工作效率 国内外研究人 员在 离线编 程方 面做 了大量 研究 其 中Ku k a AB B F ANUC等知名专业机器人生产厂家都有 自 己的一套成熟 的仿真软件 可 离线编程 口 奇瑞 公 司机器人项 目组也在离线编程 方面取得一 定进 展 可对机器人 生产过程仿真 陈焕 明等完成了 基于VC 的弧焊机器人离线编程 系统 的设计p 可读 出任务曲线作业点并 生成程序 J S w i d e r 等完 成了基 于DXF 文件的机器人离线编程 系统 实现 了工业机器人对二维图形的离线编程仿真功能 绝大多数的离线编程模式都不能将可视化三维仿 真环境与精确地编程方式相结合 随着三维绘图 软件功能 日趋强大 完全可 以胜任创建工业机器 人及其工作环境模型 的任务 在三维软件环境下 完成机器人 的离线编程仿真将是实现可视化 离线 编程简捷有效的途径 本文在S o l i d wo r k s 环境下对工业机器人及其工 作环境进行三维实体建模 利用S o l i d w o s 提供的 VC 二次开发向导S wi z d S WX 完成机器人离线 编程 系统的开发 2 离线编程系统的工作模式及组成 完成机器人离线编程作业包括三个方面的内 容 1 三维建模 在S o l i d wo r k s 环境下建立机器 人及其工作环境三维仿真模型 2 任务点选取 根据实际任务轨迹要求选取 机 器人任务点 可 由鼠标拖动机器人J 6 轴到达任 务点 3 调用离线编程系统 由菜单栏调用此系 统 通过位姿计算模块及逆运动学计算模块完成 收稿日期 2 0 1 2 1 2 0 4 作者简介 宋鹏飞 1 9 8 7一 男 硕士研究生 研究方向为数控技术与装备及工业机器人技术 第3 5 卷第5 期2 0 1 3 0 5 上 1 1 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 务I 訇 化 二 次 开 发 函 数 G e t S e l e c t i O n P O i n t 及 函 数 I E n u mE a g e s Or i e n t e d 的调用 以获得点的位置坐标 为例 通过调用 函数Ge t S e l e c t i o n P o i n t 得到 当前 所选 目标点在模型空间坐标系中的三维坐标值 值得 注意的是在定义对话框的时候一定要声明为 非模式对话框 通过调用 C d i a l o g C r e a t e 函数 来启动对话框 以保证不关 闭主程序 的情况下 对 目标 点的连 续选取 在定义p S e l e c t Mg r 指针 及 r e t v a l 3 双精度数组 的基础上 通过调用S e l e c t p o i n t 函数获得任务 并将 任务点的坐 标以数组 的形 式 输 出 部分程序代码如下 v o i d Me n u I t e mC B v o i d LP M ODEL DOC p M o d e l Do c NULL 定义p Mo d e l Do c 指针 LP S EU TI oNMGR p S e l e c t Mg r N UL L 定义p S e l e c t Mg r 抬针 d o u b l e r e t v a l 3 精度数组 l o n g n S e l C o u n t 0 选择数 Th e Ap p l i c a t i 0 n 一 Ge t S W Ap p g e t I A c t i v e D o c p Mo d e l Do c 获得p Mo d e l Do c 指针 i f p Mo d e l Do c r e t u r n 如果没获得p Mo d e l Do c 指针 则返回 p S e l e c t Mg r 一 Ge t S e l e c t e d O b j e c t C o u n t n S e l C o u n t i f n S e l C o u n t 0 p S e l e c t Mg r 一 I Ge t S e l e c t i o n P o i n t 1 r e t v a 1 获 得所选点 s U i n g F o r ma t T S e l e c t e d p o i n t 4 f 4 C 4 1 r e t v a l 0 r e t v a l 1 r e t v a l 2 输出所选点的坐标 利用s uin g F o r ma t T 4 f t r e t v a l i 函数将 上述得到 的字符 串数组 以单个元素的形式输 出 同时利用Up d a t e D a t a F A L S E 函数将上述结果 同步 输出到对话框 即可完成 目标点位置的读取 4 3机器人逆运动学模块 首先对机器人进行正运动学分析 建立如图5 所 示的F A C 9 0 0 i A 3 5 O 型机器人的D H坐标系 根据机器人结构参数 如表1 所示 求出机器人 各坐标系 间的齐次变换矩阵 得 到机器人正运动 学方程 确定目标点位姿坐标后 得到1 2 个常系 数非线性方程 对于正交旋转矩阵P 及向量U v 利 用变换矩阵 中旋转子矩阵的正交特 型及矢量运算 特性 有 P v U 1 及 1 o p y 通过 矢量运算 得到含有不 同未知变量的4 个常系数非 线性方程 最终得到机器人逆运算的封闭解 按 此方法生成机器人逆运算模块 图5 机器人连杆D H坐标 表1 F A N U C M 9 0 0 iN3 5 0 机器人结构参数表 连杆 e 连杆扭角0 c i 1 连杆长度 a i 1 连杆距离d i s m g i 1 C OS 0 i 1 1 0 l 一 1 8 o 1 8 0 0 0 0 0 l 2 0 2 一 7 5 7 5 9 0 a l 6 4 o O 1 O 3 0 3 一 9 O 一1 2 3 4 0 a 2 1 0 5 0 0 0 1 4 0 4 3 6 O 斗3 6 0 9 0 a 3 2 0 0 d 4 1 2 5 0 1 0 5 0 5 一 l 2 5 1 2 5 9 0 0 O 1 0 6 0 6 3 6 o 3 6 0 9 0 0 O 1 0 第3 5 卷第5 期2 0 1 3 0 5 上 I 3 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 务l 訇 化 4 4运动仿真模块 S o l i d wo r k s 提供 的运 动 仿真 模 块完 全可 胜 任 机 器 人 的 运 动 仿 真 任 务 以 机 器 人 逆 运 算 模 块得 到 的各 关节 转 角角 度做 为输 入值 点击 开始仿 真 按钮 直接进入S o l i d wo r k s 自带的 Co s mo s mo t i o n 运动仿真模 块 根据所建机器人运 行环境 实际情况设置约束 速度 力等参数 实 现运动仿真 4 5作业生成模块 利用VC 对话框E d i t 控件功能 在点击 生 成作业 按钮后弹出子 对话框显示作业文件 利 用C E d i t S e t S e l s t a r t e n d 函数设置要插入文本的位 置 用C E d i t Re p l a c e s t r i n g 函数 向该位置插入字符 串s t r i n g 8 将作业点位置和姿态坐标以数组的形式 以备现场机器人位姿的手动快速定位 赋予任 务点P i 位姿计算 模块每计算一个作业点点 击 生成作业 按钮手动完成i 生成的作业代码如下 J P 2 1 0 0 F I N E P 2 一 4 6 5 8 2 1 2 4 6 9 9 5 5 9 0 0 0 其 中 为F ANUC 程序注释符 此作业文 件符合F A NUC 机器人程序格式 5 实验验证 Ro b o g u i d e 是 由F ANUC研发的机器人仿真软 件 功能强大 可靠性强 在R o b o g u i d e 中建立 与 本研 究环境 相同的工作 空间 并将本离线编程 系 统生成的作业程序导入Ro b o g u i d e 中 运行程序 得 出仿真结果如图6 所示 由上 述仿真结果可知 与S o l i d wo r k s 环境下 运行的离线仿真结果对比 J 6 轴位置坐标z向坐 标值 相差较 大 其余值均在误差范 围之 内 这是 由于F a n u c 将 底座 中心线与过J 1 J 2 轴 轴线 且 与底座平 行的面的交点作 为机器人坐标原 点 而 S o l i d wo r k s 是将底座中心点作为坐标原点 两坐标 原点不重合导致两输出结果相差J 1 轴的高度 该 值大小约为6 4 0 mm 1 4 1 第3 5 卷第5 期2 0 1 3 0 5 上 图6 Ro b o g u i d e 环境下仿真 结果 6 结束语 本文利用S o l i d w o r k s A P I 二次开发函数及VC 编程语言 在S o l i d wo r k s 环境下实现了工业机器人 离线编程仿真 系统的设计 本系统实现 了工业机 器人位姿坐标的精确计算 机器人逆 运算及作业 程序 自动生成三大功能的系统集成 并 对计算结 果进行了运动仿真 通过与F A NUC的R o b o g u i d e 仿 真软件仿真结果 比较证明 本离线编程 系统正确 率 可靠性均可以达到到实际生产要求 为今后 实现功能更全面的离线编 程仿真系统 打下 良好的 基础 为我 国工业 自动化 水平的进一 步提高提 供 支持和帮助 参考文献 1 1 郑荣 机器人离线编程系统设计与研究 J 世界制造技术 与装备市场 2 0 1 0 5 9 0 9 2 2 曹金学 工业点焊机器人离线编程软件的国产化开发及 应用 J 计算机应用与软件 2 0 1 1 2 8 1 2 9 9 1 0 0 3 陈焕明 熊震宇 基于VC 的弧焊机器人离线编程 系 统设计 J 电焊机 2 0 0 9 3 9 1 2 0 2 3 4 J S wi d e r K F o i t G Ws z o l e k D Ma s t r o ws k i T h e s y s t e m f o r s i m u l a t i o n a n d o f f l i n e r e m o t e p r o g r a m mi n g o f t he M i t s u bi s hi M ov e ma s t e r RV M 1 r ob o t J J o u r n a l 2 0 0 7 3 0 2 7 1 3