基于DELMIA_IGRIP的工业机器人仿真

1、基于D EL M IA /IGRIP 的工业机器人仿真张小江,高秀华,张永智(吉林大学机械学院,吉林长春130025Simulation of Indust rial Robot Based on D EL MIA/IGRIPZHANG Xiao -jiang ,G AO Xiu -hu a ,ZHANG Yong -zhi(College of Mechanical Engineering of Jilin University ,Changchun 130025,China 摘要:介绍了D EL M IA 软件及其IGRIP 模块的性能.首次应用D EL M IA/IGRIP 软件实现了机

2、器人的运动仿真.仿真结果表明:利用DEL M IA/IGRIP 实现机器人仿真是很方便、准确的,为机器人分析设计提供了可靠的依据.关键词:D EL M IA/IGRIP ;机器人仿真;轨迹规划中图分类号:TP242.3文献标识码:A文章编号:1001-2257(200702-0060-03收稿日期:2006-06-26Abstract :Introduced t he D EL M IA and its IG 2RIP.For t he first time ,robot simulation is achieved by D EL M IA/IGRIP.The result s of sim

3、ulation are tasted t hat robot simulation based on DEL M IA/IGRIP is laborsaving and exact.The result are ben 2efit to ro bot design and analysis.K ey w ords :DEL M IA/IGRIP ;robot simula 2tion ;t rajectory planning0引言机器人仿真技术是计算机技术、机器人学和计算机图形学相结合的产物.借助于机器人的实体图形对机器人的运动进行仿真,可形象逼真地反映机器人工作运动的全过程,可以实现机器人

4、机构和控制器的优化设计,规划出最优的运动轨迹.机器人的动态图形仿真对机器人的设计、制造、试验及其应用具有重要的指导意义.机器人仿真系统作为机器人设计和研究过程中安全可靠、灵活方便的工具,发挥着越来越重要的作用.目前,离线仿真在国内虽然人在我国的大量应用,离线仿真技术的研究和应用不但迫在眉睫,同时它的成功研究和应用也将有广阔的市场前景.1D EL MIA 及其IGRIPDEL M IA 集成解决方案在全球领先的企业与科研机构中得到广泛的应用.在航空航天、汽车、造船、重型设备、日用消费品等各个行业发挥着重要的作用.DEL MIA 公司系列软件以基于物理的虚拟设计与制造及虚拟机器人等模块表现最为优异

5、.D EL 2M IA 软件在机器人应用仿真方面处于世界领先地位.D EL M IA 软件能显著降低人机时和工程准备时间,提高仿真的精度.DEL M IA/IGRIP 是专业机器人模拟软件,利用IGRIP 可快速和图形化地构造各种应用工作单元作业,同时DEL M IA/IGRIP 能很容易导入CAD 数据,自动碰撞侦测功能能避免破坏减小风险.不管是对单个机器人作业单元还是整个工厂生产线,IGRIP 都能提供相应的解决方案以提高制造质量、精度和效益.2机器人仿真在机器人仿真研究中,仿真系统由以下几部分构成:三维几何模型,运动计算,轨迹规划,运动图形仿真等.根据KU KA 240-2型机器人结构特

6、点,机器人仿真步骤如下.2.1机器人任务的设定工业机器人一般有6个自由度,要实现机器人运动学的逆解是一项十分繁重的工作.D EL M IA/IGRIP 软件能成功解决这一困难.通过“Robot Off 2line Programming"模块中的“Import tag Group In 2fo"导入机器人路径中的各点.在“Robot Motion"对话框中的“Target Attributes"可看到机器人对应点061机械与电子22007(2运动学逆解的各种解,DEL M IA/IGRIP 对这些逆解进行了奇异性分析,可从中选择恰当逆解.2.2机器人轨迹

7、规划文中采用轨迹规划方法为抛物线插值.假定两端的过渡域具有相同的持续时间t a ,且具有大小相等方向相反的恒定加速度¨.要保证轨迹连续光滑,即要求抛物线的终点速度必须等于线性段的速度.机器人各关节运动速度经历3个阶段:机器人在第1阶段从初速度作匀加速运动,在2阶段作匀速运动,第3阶段作匀减速运动,直至角速度为0.为使机器人运动平稳,保证机器人在完成某项任务的加速度最小,文中采用的方法为:机器人运动过程中前一段作匀加速运动,后一段做匀减速运动,中间不经过匀速运动阶段(即机器人关节运动只经过第1,3阶段.这样能保证机器人完成同一项任务的加速度比中间有匀速运动的加速度小.在这种前提下则下列

8、条件成立:max =2t f,¨=4t 2f文中选用的时间为4s ,在机器人的作业空间中选取了3个点,分别为tag1,tag2和tag3.2.3机器人防碰撞和干涉检测防碰撞检测的目的是分析机器人和周围环境可能出现的碰撞问题.干涉检测是分析机器人在工作过程中有可能出现的奇异性及速度加速度等超限问题.这是保证机器人能正常工作的必要条件.机器人的防碰撞检测问题比较复杂,在其设计中是一个非常棘手、但又必须妥善解决的问题.利用D EL M IA/IGRIP 的标准自动碰撞侦测功能允许用户生成多个碰撞和接近队列以避免碰撞,而且可由自动路径规划器,生成避碰机器人轨迹.可利用也可检测机器人速度和加速

9、度超限问题,效率高,准确度好,解决了实际工作中的难题,使机器人碰撞问题在设计过程中得到有效的解决.在DEL M IA/IGRIP 环境中防碰撞检测的步骤是:在“Simulation Analysis Tools"工具栏中依次选择“碰撞检测(开启",对机器人进行碰撞检测;“A 2nalysis Configuration"中的“Device Settings"对机器人工具的速度加速度等进行检测;Analysis Con 2figuration"中的“Robot Settings"对机器人的线速度、角速度、线加速度和角加速度进行检测;然后

10、选择“Check Clash"对机器人进行干涉检测.2.4运动学仿真分析根据机器人工作的特点,一般把机器人各关节的轨迹,机器人末端的轨迹和机器人末端的位姿作研究对象,创建测量曲线,进行运动学仿真分析.产生测量曲线的方法:点击“Simulation Analy 2sis Tools"中的“Data Readout "在弹出窗口点击“Sensors"按钮,并选择相应的机器人;在弹出的“Sensor management"选择需要测量的曲线,如各关节的轨迹、机器人末端的轨迹、机器人末端的位姿等;对机器人进行仿真,在“SpreadSheet"

11、得到需要测量的一系列数值,点击“Grap hics"便得到所要的各个曲线.我们也可以在“Customized curves"来绘制其它关系曲线.本文以KU KA240-2型搬运机器人为研究对象,对机器人的运动采用D EL MIA/IGRIP 进行了分析,得到机器人各关节的轨迹,如图1图6所示,机器人末端的运动轨迹,如图7图9所示,机器人末端的空间轨迹如图10所示 .图11 号关节轨迹图22 号关节轨迹图33 号关节轨迹图44号关节轨迹161机械与电子22007(2 图55 号关节轨迹图66 号关节轨迹图 7X 轴方向的轨迹 图8Y 轴方向的轨迹图9Z 轴方向的轨迹图10机器

12、人末端的空间轨迹从图中可以看出:机器人各关节在整个运动过程中的情况与所设定的初始条件吻合,整个曲线与各个工况运动一致.机器人末端的姿态一般用3×3的旋转矩阵来表示,DEL M IA/IGRIP 采用RP Y 方法,用这种方 如图11图13所示. 图11机器人末端旋转角 图12机器人末端俯仰角图13机器人末端偏转角从DEL M IA/IGRIP 对工业机器人的仿真分析来看,我们很清楚地得到机器人关节空间的轨迹、机器人末端的空间轨迹及其姿态,并且利用D EL 2M IA/IGRIP 能避免机器人的碰撞.3结束语机器人的运动仿真是机器人技术的一个重要组成部分,机器人仿真也是机器人离线编程系统中十分重要的一环.应用DEL M IA/IGRIP 软件的建模仿真模块,成功解决了机器人在工作过程中无法直接观察空间运动状况的难题,是