工业机器人数字化工艺仿真与虚拟调试 课件全套 单元1-10 数字化工艺的软件与数据体系认知 -离散制造特征机器人点焊工艺操作建模

工业机器人

数字化工艺仿真

与虚拟调试ProcessSimulate

and

VirtualCommissioning

ofIndustrialRobots单元一

数字化工艺的软件与数据体系认知

1目录CONTENTS01.数字化技术概述02.数字孪生技术概述03.数字化工艺概述04.单元小结1.1.1数字化技术基础01.数字化技术概述

数字化技术的核心任务是获取与处理数据，将自然界复杂多变的信息通过数字化工具转变为可以度量的数字信号，然后再引入到计算机中经过处理建立起恰当的模型。随着科学技术的发展，数字化实现了把物理世界的现象用数字表达、进而使数据在生产各个环节上自动流动。1.1.2数字化的本质01.数字化技术概述

数字化不能仅仅停留在技术层面上，其根本性改变是工作流程、组织机制、商业模式的系统性变革，本质是制度重塑。数字化转型需要重构传统的工商业组织模式，强调“经济—科技—社会”整体系统的深度融合。价值创造过程涉及到全部连入网络的实体，将人、生产对象与数字化系统连接起来，创建出动态的、自组织的、跨机构范围的、实时优化的“全民价值链”体系。1.2.1什么是数字孪生？01.数字孪生技术概述数字孪生（DigitalTwin，DT）又常被称作数字化双胞胎（DigitalTwins），是基于工业生产数字化的新概念，它的准确表述还在发展与演变中，但其含义已在行业内达成了基本共识，即：在数字虚体空间中，以数字化方式为物理对象创建虚拟模型，模拟物理空间中实体在现实环境中的行为特征，从而达到“虚—实”之间的精确映射，最终能够在生产实践中，从测试、开发、工艺及运行维护等角度，打破现实与虚拟之间的藩篱，实现产品全生命周期内的生产、管理、连接等高度数字化及模块化的新技术。产品数字孪生：帮助用户比以前更快地驱动产品设计，以获得更佳、成本更低且更可靠的产品，并能更早地在整个产品生命周期中根据所有关键属性精确预测其性能；生产工艺数字孪生：能够以虚拟方式设计和评估工艺方案，以迅速制定用于制造产品的最佳计划。生产工艺流程中的“生产与物流数字化系统”可以对各种生产系统，包括工艺路径，生产计划和管理，通过仿真进行优化和分析，以达到优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链

、不同大小订单与混合产品生产的目标

；它可以同步产品和制造需求，管理更加全面的流程驱动型设计；性能数字孪生：为生产运营和质量管理提供了端到端的透明化，将车间的自动化设备与产品开发、生产工艺设计及生产和企业管理领域的决策者紧密连接在一起。借助生产过程的全程透明化，决策者可以很容易地发现产品设计与相关制造工艺中需要改进的地方，并进行相应的运营调整，从而使生产更顺畅，效率更高。

1.2.2西门子数字孪生技术——解决方案02.数字孪生技术概述

1.2.2西门子数字孪生技术

西门子提供的全

生命周期管理软件（ProductLivecycleManagement，PLM）和全集成自动化（TotallyIntegratedAutomationportal，TIA）软件等能够在统一的产品全生命周期管理数据平台（Teamcenter，TC）的协作下完成不同技术的集成，以实现不同人员的协作。供应商也可以根据需要被纳入平台中，以实现价值链数据的整合。

02.数字孪生技术概述

产品生命周期管理PLM软件：涉及产品开发和生产的各个环节，即：从产品设计到生产规划和工程，直至实际生产和服务等。Teamcenter（TC）：

在西门子与其他制造商提供的软件解决方案之间进行管理和交换数据，将分布在不同位置的开发团队以及公司和供应商连接在起来，从而形成统一的产品、过程、生产等数据流通渠道。NX软件：

是主要的计算机辅助设计/制造/工程（CAD/CAM/CAE）等套件，可针对产品开发提供详细的三维模型。机电一体化概念设计（MechatronicsConceptDesigner，MCD）是NX的一个套件，它为工程师虚拟创建、模拟和测试产品与生产所需的机器设备等提供仿真支持

。Tecnomatix软件：

主要针对整个生产的虚拟设计和过程模拟。

常用的ProcessDesigner、ProcessSimulate与PlantSimulation等均是Tecnomatix包中的软件，用于产品工艺设计、流水线与工厂的设计与仿真验证。

1.2.2西门子数字孪生技术01.数字孪生技术概述

制造运行管理软件（ManufacturingOperationsManagement，MOM）：

不仅与控制、自动化和业务层紧密结合，而且还与西门子产品生命周期管理软件PLM相结合，让自动化与制造管理、企业管理、供应链管理建立了无缝连接，使供应链的变化迅速地反应在制造中心，从而为“数字工厂”理念提供了坚实的技术和产品管理基础。。

西门子软件SIMATICIT包含了一系列产品，专为生产运营、管理，以及执行人员提供更高的工厂信息可见性。这些产品的主要功能可描述为三个方面，即：提供数据集成与情景化、帮助利用信息做出尽可能的实时决策、分析信息等。其中，西门子SIMATICIT的制造执行系统（ManufacturingExecutionSystem，MES）提供了一个较高层次的环境，为制造过程和操作流程提升各组件之间的协同工作能力提供了可行的软件环境。

02.数字孪生技术概述1.2.2西门子数字孪生技术

02.数字孪生技术概述1.2.2西门子数字孪生技术——MOM软件家族的构成

博途TIA软件:TIA是全集成自动化（TotallyIntegratedAutomation）软件TIAportal的简称。它是采用统一的工程组态

和软件项目环境的自动化软件，可在同一环境中组态西门子的所有可编程控制器、人机界面和驱动装置。在控制器、驱动装置和人机界面之间建立通信时共享任务，可大大降低连接和组态成本，几乎适用于所有自动化任务。借助全新的工程技术软件平台，用户能够快速、直观地开发和调试自动化系统。02.数字孪生技术概述1.2.2数字孪生技术

虚拟调试（Visualcommissioning，VC）：在虚拟环境中对生产线进行模拟调试，解决生产线的规划、干涉、PLC逻辑控制等问题，当完成上述模拟调试之后，再综合加工设备、物流设备、智能工装、控制系统等各种因素，才能全面评估建设生产线的可行性。在设计过程中，生产周期长、更改成本高的机械结构部分可采用虚拟设备，在虚拟环境中进行展示和模拟；易于构建和修改的控制部分则用由PLC搭建的物理控制系统来实现，由实物PLC控制系统生成控制信号，来控制虚拟环境中的机械对象以模拟整个生产线的动作过程。

借助于该技术，能够及早发现机械结构和控制系统的问题，在物理样机建造前就予以解决，这在整个产品的研发过程中节约了时间成本与经济成本。01.数字孪生技术概述1.2.2西门子数字孪生技术

Tecnomatix是西门子全面数字制造解决方案的组合，它连接了制造工艺与产品工程的数据，实现了产品的加工与创新。软件系统包含工艺布局和设计、工艺模拟和验证、产品制造与执行设计等整个生产流程，设计基础是开放式产品生命周期管理PLM技术。1.3.1Tecnomatix的软件体系

组件的分类03.数字工艺概述第一组包含了数据连接和初步的工艺粗规划

软件有ProcessDesigner或者基于数据协同平台TeamCenter（TCM）的ProcessPlanner；第二组包含了工艺的初步操作仿真和详细规划

软件有装配过程控制组件ProcessSimulateAssembly、机器人工艺操作模拟仿真组件ProcessSimulateRobotics或者Robcad，以及人因工程组件ProcessSimulateHuman或者Jack组件；第三组包含了工厂的设计与优化

软件有FactoryCad、FactoryFlow，PlantSimulation等。

03.数字工艺概述1.3.1Tecnomatix软件体系0.2.2Tecnomatix的数据体系——三层数据架构三层数据架构03.数字工艺概述第一层为Oracle数据层Oracle数据库是一个关系数据库，它用于存储软件ProcessDesigner与ProcessSimulate中的对象。第二层为eMServer数据应用服务器层属业务逻辑层，用于管理Oracle数据库与客户机应用程序之间的连接，并能够根据制造过程中资源、操作等的规则和逻辑提供服务和建模元素。第三层是客户端层该层包含了使用eMServer服务器的所有应用程序。客户机使用eMServer服务器和应用程序编程API相接口，如ProcessDesigner、ProcessSimulate和PlantSimulation等软件均采用这种接口机制。

1.3.2Tecnomatix的数据体系——三层数据架构03.数字工艺概述

1.3.3Tecnomatix的数据体系——数据库与访问软件03.数字工艺概述

eMS数据协同关系示意图03.数字工艺概述数据及名词解释

①eMS数据库：是指在ProcessDesigner、ProcessSimulate、基于Web的BOPManager和BOPWebReporting等软件环境下所使用的Oracle数据库，相应地，eMS数据是指eMS数据库中的数据；②eBOP：电子工艺单（electronicBillofProcess），包含了四个对象，即产品（Product）、操作（Operation）、资源（Resource）和制造特性（ManufacturingFeatures，MFG）等；③IPA：进程内组装（InProcessAssembly），是一种类似于操作树的层次结构树，它包含已传入的，分配到装配线工作站零件的列表；④Web-BasedBOPManager与BOPWebReporting：是Web浏览工具，它有助于更好地理解ProcessSimulate的数据，有助于更好地了解ProcessDesigner和eMS数据库中的数据结构方式。

1.3.4Tecnomatix的数据体系——名词解释03.数字工艺概述基本工艺对象

1.3.4Tecnomatix的数据体系——eMS数据基础产品(Product）：是依据电子工艺单eBOP制造工艺所生产的对象；

操作（Operation）：是指生产产品所执行的步骤序列；资源（Resource）：是指在生产产品所执行操作的对象，如机器、工具和工人；

制造特征（MFG）：制造特征是ManufacturingFeatures的缩写，它用于表示零件与生产之间的特殊关系。

03.数字工艺概述

1.3.4Tecnomatix的数据体系——eMS数据基础协同工作机理：使用产品生命周期工具Teamcenter，通过管理产品生命周期，如组织和修改产品、控制不同的配置视图、分类数据、发起和管理工作流程、跟踪产品在整个生命周期中的更改等，以实现对公司产品信息的管理，以及对数据的保护、控制和访问等操作。

eBOP数据存储在eMS数据库中，有几种主要工具用于访问这些数据（工艺设计与数据创建工具ProcessDesigner、工艺仿真模拟环境ProcessSimulate、数控加工线规划器MachiningLinePlanner、产能吞吐能力模拟的工厂模拟器PlantSimulation，以及用于查看eBOP数据的web浏览器和报告管理工具Web-BasedBOPManager等软件组件）。03.数字工艺概述系统根目录Systemroot下系统根目录（Systemroot）下包含了所有的外部文件，这些外部文件的类型主要包括产品和资源的三维模型、图形数据、Excel电子表格、AutoCAD文件等。存储在此路径下所有外部文件通过相应的节点被引用到eMS数据库中。存储在数据库中划分为不同的数据对象集，这些数据对象集又被被划分到多个项目中，每个项目包含具有属性的节点树。

1.3.5Tecnomatix的数据体系——eMS数据存储03.数字工艺概述系统根目录文件1.3.5Tecnomatix的数据体系——eMS数据存储03.数字工艺概述

1.3.6Tecnomatix的数据体系——eMS数据的表述产品（Product）数据表述①零件库是一个平面树，包含产品层次树（树浏览器）中每个唯一零件的主控件。②产品树是一种层次树，通常由产品设计小组按最终产品的不同部件（例如：车身底部、发动机舱等）组织起来。③进程内组装树（InProcessAssemblyTree，IPA）——是一种类似于操作树结构的层次树。它包含在装配线上作为输入零件分配到工位的零件列表。产品树通常有两种类型：①工程物料清单（EngineeringBillofMaterials，EBOM）——按物流车具活动区域组织起来的产品数据。这是可供产品设计组使用并存储在CAD系统中的层次树。②制造物料清单（ManufacturingBillofMaterials，MBOM）——按产品到达工厂进行装配的方式组织起来的产品树。此树包含沿线路进入装配站的装配部件。03.数字工艺概述

1.3.6Tecnomatix的数据体系——eMS数据的表述资源（Resource）数据表述

①资源库是一个平面树，它包含层次资源树中每个唯一资源的主控件。资源库中的资源可能比资源树中使用的资源多。资源库具有公共资源（例如：机器人和工人）和特定项目资源（例如：工具）的标准列表。可以使用这些资源创建子库来更好地组织资源。

②资源树又称资源清单（BillOfResources，BOR），是一种层次树，通常按制造工厂的区域（例如：工厂、生产线、区域、站点等）来组织，每个站点都包含了一个资源列表。03.数字工艺概述

1.3.6Tecnomatix的数据体系——eMS数据的表述操作（Operation）数据表述①操作库是一个平面树，包含常用操作序列的模板副本；②操作树又称电子工艺单（BillOfProcess，BOP），是一种层次树，通常按制造工厂的区域（例如：工厂、生产线、区域、工作站等）来组织。每个工作站都包含了在该处要执行的操作序列。03.数字工艺概述

0.2.7Tecnomatix的数据体系——数据间关系描述在该图的数据结构中，Oracle数据库位于最顶层，存储了项目组中所有用户的数据对象集、项目的树数据、对象节点、对象属性及其关联关系。03.数字工艺概述

1.3.7Tecnomatix的数据体系——数据间关系描述该结构中的数据关系可解释为：①节点或者对象是构成“树”数据块的基本单元，例如：在一个机器人加工系统的项目中，对象或节点就可以代表机器人单元或者加工零件；②“树”是一个具有相似类型对象的结构化组，例如产品树可以包含一个飞机装备体的所有部件，或者汽车装备体的所有部件；③项目中的各种数据被组合在一起形成数据对象集合（schema），它定义了Oracle数据库中的一个区域，其架构是在eMServer上设置的。eMServer服务器上的客户端只能打开数据对象集合（schema）上的项目。03.数字工艺概述

1.3.7Tecnomatix的数据体系——数据间关系描述关键词解释：①对象（Objects）：

在PDPS中，对象是项目Projects的重要组成部分，共有四种基本对象，它们分别是产品（Product）、资源（Resources）、操作（Operations）和制造特征（MFGFeatures）。

②节点（Nodes）：

一般情况下，节点与对象的含义相同，它是“树”浏览器中的对象，可以在“树”结构数据中表达对象。节点的属性之一是添加的附件，附加到节点的文件存储在项目的系统根目录（Systemroot）文件夹下。系统可以附加任何类型的文件，常见的附着文件有：项目的3D模型文件、MSOffice文件和AutoCAD文件等。03.数字工艺概述表1：对象类型描述

1.3.7Tecnomatix的数据体系——数据间关系描述关键词解释：③项目（Projects）：

项目由制造工艺中的所有对象组成。当用户登录到一个项目时，他不能直接访问另一个项目的数据。用户可以打开他能够看到的存储空间中的任何项目，可以很容易地在用户数据集中的项目之间切换。④项目列表（ListofProjects）：

将项目分组到一个列表中。当用户登录TecnomatixeMS数据库时，显示给用户的列表由系统管理员定义。当一个用户不能从一个项目直接登录到另一个项目中时，他也不能直接从一个项目登录到另一个项目中。03.数字工艺概述

1.3.7Tecnomatix的数据体系——数据间关系描述关键词解释：③项目（Projects）：

项目由制造工艺中的所有对象组成。当用户登录到一个项目时，他不能直接访问另一个项目的数据。用户可以打开他能够看到的存储空间中的任何项目，可以很容易地在用户数据集中的项目之间切换。④项目列表（ListofProjects）：

将项目分组到一个列表中。当用户登录TecnomatixeMS数据库时，显示给用户的列表由系统管理员定义。当一个用户不能从一个项目直接登录到另一个项目中时，他也不能直接从一个项目登录到另一个项目中。03.数字工艺概述制造特征与零件制造特征/零件/操作1.3.7Tecnomatix的数据体系——数据间关系描述制造特征与操作

资源与操作1.3.7Tecnomatix的数据体系——数据间关系描述

1.3.8Tecnomatix的数据体系——基本对象数据的显示方式03.数字工艺概述单元小结

1.4概括性地介绍了数字化技术和西门子数字孪生技术，重点介绍了基于Tecnomatix数字化工艺的构成体系，即：软件构成体系和数据管理体系。其中，在软件构成体系中主要介绍了软件ProcessDesigner与ProcessSimulate的功能组件；在数据管理体系中，主要介绍了三层架构的数据管理体系，讲解了Oracle数据库、eMS数据库与eMS解决方案的整体架构组成，以及在Teamcenter协作平台下，eMServer服务与各种工具软件在整个产品生产周期中的协同机制，重点介绍了PD&PS环境下产品零件、资源、操作和产品制造特征等四种基本工艺对象的概念，以及这些数据对象之间的关联。单元小结工业机器人

数字化工艺仿真

与虚拟调试ProcessSimulate

and

VirtualCommissioning

ofIndustrialRobots单元二

构建数字化工艺的仿真环境

2相关知识

2.101.ProcessSimulate软件简介目录CONTENTS02.ProcessSimulate主要功能模块2.1相关知识ProcessSimulate软件简介ProcessSimulate（简称PS）是西门子Tecnomatix系统中针对生产工艺的一款仿真软件，它可在虚拟环境中进行生产试运行，提供与工业制造集成相同的三维数字化环境，用于设计与验证制造流程。使用ProcessSimulate可达到的目标有：1）通过在设计前期的虚拟验证，减少制作物理样机的数量。2）在虚拟环境中优化工作人员工作序列的周期时间，确保人机工程的安全性。3）仿真多个制造场景，可使生产风险最小化。4）可仿真验证机械化和电子化集成的生产过程。5）可在虚拟环中通过验证生产试运行、模仿现实工艺流程，提高工艺质量。6）可模拟使用标准工具和设施，降低设计成本。概括而言，ProcessSimmulate可促进企业范围内制造过程中的信息协同与共享，减少工作量和节约时间，在整个产品生命周期过程中模拟现实工艺过程，提高产品的生产质量。2.1相关知识ProcessSimulate主要功能模块

包括装配工艺仿真ProcessSimulateAssembler、机器人仿真ProcessSimulateRobotics、人机工程仿真ProcessSimulateHuman、虚拟调试VirtualCommissioning等。任务实施

2.201.创建项目研究目录CONTENTS02.模型数据的加载与编辑01.创建项目研究任务描述在系统根目录下创建项目研究，完成以下的操作。1）在项目研究中创建产品零件，进行复制、删除、保存等编辑操作。2）布局产品，执行快速移动、对齐、镜像等操作，以及创建坐标系、依据坐标系移动与复制、保存零件等操作。1.新建研究

1）新建一个文件夹命名为“NewStudy”。在该文件夹下，分别创建项目研究文件夹Project、系统根目录sysroot，然后再在系统根目录sysroot下创建产品零件文件夹Parts。2）双击桌面软件PSoneMSStandalone快捷图标，启动ProcessSimulate软件，随后进入ProcessSimulate软件欢迎界面。01.创建项目研究

3）单击设置系统根目录按钮“...”，即可弹出“浏览文件夹”对话框，设置系统根目录为“D:\NewStudy\sysroot”，单击“确定”按钮完成系统根目录的设置，返回界面。4）单击“新建研究”，即可弹出“新建研究”对话框，在该对话框中单击“创建”按钮，即可弹出“已成功创建研究”提示框，单击“确定”按钮，进入软件主画面。01.创建项目研究

5）执行主菜单命令“文件”→“断开研究”→“保存”，即可弹出“另存为”对话框。6）选择“D:\NewStudy\Project”作为项目研究的保存文件夹，单击“确定”按钮，即可返回ProcessSimulate软件主界面。7）执行主菜单命令“文件”→“退出”，或者直接单击软件右上角关闭按钮“×”关闭该项目研究。01.创建项目研究

7）执行主菜单命令“文件”→“退出”，或者直接单击软件右上角关闭按钮“×”关闭该项目研究。8）打开文件夹“D:\NewStudy\Project”，即可看到保存的项目研究文件（psz）如图所示，创建成功。01.创建项目研究01.创建项目研究二、创建、编辑产品零件01.创建项目研究2、创建、编辑产品零件1）在文件夹“D:\NewStudy\Project”中，双击项目研究“新建RobcadStudy”图标，打开该项目研究的主界面。2）先单击选中对象树中的“零件”，再执行主菜单命令“建模”→“组件”→“新建零件”，即可弹出如图所示的“新建零件”对话框。01.创建项目研究3）选择“PartPrototype”，单击“确定”按钮，即可在对象树零件中添加一名为“PartPrototype”的零件如图，零件的图标为，其中的洋红色“M”符号表示该零件处于可编辑状态。4）选中零件“PartPrototype”，执行主菜单命令“建模”→“几何体”→“实体”→“创建方体”→“创建方体”，即可弹出“创建方体”对话框。01.创建项目研究5）填写方体的长宽高尺寸均为500mm，单击“确定”按钮，即可为零件“PartPrototype”添加一方形实体“box1”如图所示。02.模型数据的加载与编辑1、模型组件的加载任务描述在系统根目录下创建项目研究，在项目研究中加载模型数据，并编辑模型数据：分离出资源与产品，在视图区完成重新定位与装配。02.加载非数据库文件

1）新建研究：项目研究的文件夹Project存放项目研究psz文件，系统根目录为sysroot，子文件夹Origin存放原始待载入的jt格式模型文件，Parts存放零件，Resource设置两个资源文件夹TransBelt1与TransBelt2。2）打开新建研究后，执行主菜单命令“文件”→“导入/导出”→“转换并插入CAD文件”，即可弹出“转换并插入CAD文件”对话框。02.加载非数据库文件3）单击“添加…”，即可弹出打开文件对话框所示。4）在子文件夹Origin下选择jt格式模型文件“装配.jt”，单击“打开”，即可弹出“文件导入设置”对话框。02.加载非数据库文件5）设置“目标文件夹路径”为“D:\2_2NewStudy\sysroot\Resource\TransBelt1”；设置“类类型”的“基本类”为“资源”，“复合类”为“PmCompoundResource”，“原形类”为“PmToolPrototype”；在“选项”中勾选“插入组件”，单击“确定”按钮，即可返回“转换并插入CAD文件”对话框。6）单击“导入”按钮，即可出现“CAD文件导入进度”对话框，等到“转换成功完成”后。02.加载非数据库文件7）单击“关闭”按钮即可返回“转换并插入CAD文件”对话框，在此对话框中单击“关闭”按钮，完成数据转换、导入后，导入的模型数据如图所示。

8）在“对象树”中选中“资源”，然后单击模型视图区工具条指令“缩放至合适尺寸”02.加载非数据库文件——导入零件与资源模型文件整体格式文件的创建若把装配当作一个整体文件，其加载方法如下。1）依照上述操作选择加载文件，在“文件导入设置”对话框中另选一个“目标文件夹”路径为“D:\2_2NewStudy\sysroot\Resource\TransBelt2”，在“选项”中勾选“创建整体式JT文件”，单选“用于整体装配”，单击“确定”按钮。

2）此后的操作与上例相同，即可生成“装配”资源。在“对象树”中选中“装配”，使用快捷键<Alp+P>调用“放置操作器”指令移动该资源。3）选中整体装配资源“装配”，执行主菜单指令“建模”→“设置建模范围”，即可激活该组件，使其处于可编辑状态，展开查看“装配”资源的组成如图所示。02.加载非数据库文件——导入零件与资源模型文件4）打开文件夹“D:\2_2NewStudy\sysroot\Resource\TransBelt2”查看整体装配资源组件文件。可以看出，此种方式的转换把“装配”作为一个整体只生成了一个组件。02.模型数据的加载与编辑2、模型组件的编辑（1）删除操作（2）插入操作（3）部件类型转换（4）复制与粘贴（5）移动对象位置（6）查看指令应用知识拓展

2.301.模型文件导出JT格式文件目录CONTENTS02.创建2D轮廓图03.视图窗口的停靠与恢复04.导航方块及坐标系通常建立JT格式文件分两步：

一、通过其他建模软件创建出项目中所需的三维模型；

二、通过软件转换工具把三维模型转换成JT格式文件。这里以西门子NX软件为例，介绍“传输带”三维模型转换成JT格式文件的操作步骤。知识拓展1.模型文件导出JT格式文件例1：如图所示，传输带装配中各个部件的三维模型均是通过NX软件创建的。其中，装配文件名为“1装配.prg”，其他部件的文件名如图所示，把装配与各部件文件转换成JT格式文件知识拓展1.模型文件导出JT格式文件操作步骤如下。1）在图中，双击文件“1装配”，在NX中打开三维模型。2）执行主菜单指令“文件”→“导出”→“JT”…”，即可打开“导出JT”对话框。知识拓展1.模型文件导出JT格式文件操作步骤如下。3）设置“输出文件”的路径和名称，导出“部件与装配”，单击“确定”按钮，即可在设定的文件夹中导出JT格式文件。4）装配文件名为“装配.jt”，文件夹“装配”中保存了装配体中其他部件的JT格式文件。知识拓展1.模型文件导出JT格式文件例2：以本单元“传输带”模型为例，介绍创建它的2D轮廓图的方法。操作步骤如下：1．让模型的底部平面与地平面平齐1）执行主菜单指令“视图”→“屏幕布局”→“显示地板开/关”（快捷键为<Alt+F>），即可打开图示的地板显示。知识拓展2.创建2D轮廓图例2：以本单元“传输带”模型为例，介绍创建它的2D轮廓图的方法。操作步骤如下：1．让模型的底部平面与地平面平齐1）执行主菜单指令“视图”→“屏幕布局”→“显示地板开/关”（快捷键为<Alt+F>），即可打开图示的地板显示。知识拓展2.创建2D轮廓图2）可以看出地板与设备的底部并不平齐，需要移动设备与地板平齐。使用快捷键<Alt+F>，再次执行“显示地板开/关”指令，关闭地板显示。3）执行主菜单指令“建模”→“布局”→“创建坐标系”→“通过3点创建坐标系”，依照图示在底部位置创建一坐标系fr3。4）选中坐标系fr3，执行模型视图区工具条指令“重定位”，在“重定位”对话框中，设置“到坐标系”为默认的工作坐标系原点，勾选“平移仅针对”，单击“应用”按钮，坐标系fr3的坐标系方向就会与工作坐标系保持一致。知识拓展2.创建2D轮廓图5）在视图区设置“选取级别”为“实体选取级别”，框选视图区内的设备全部部件。6）使用快捷键<Alt+R>执行“重定位”命令，在弹出的“重定位”对话框中设置“从坐标”为fr3，“到坐标系”为工作坐标系原点，勾选“平移仅针对”，单击“Z”按钮。让设备底部从fr3沿着Z轴向上移动，与工作坐标系原点的高度保持平齐。7）使用快捷键<Alt+F>执行“显示地板开/关”指令显示地板，设备与地板的显示如图2-139所示，设备底部已与地板保持平齐。知识拓展2.创建2D轮廓图2.隐藏零件1）执行“按类型显示”指令，即可弹出“按类型显示”对话框。2）选择类型为“零件”，单击“隐藏所选类型”，即可把所有零件隐藏起来，效果如图所示。知识拓展2.创建2D轮廓图2.创建轮廓图1）执行主菜单指令“建模”→“组件”→“新建资源”，新建一个“ToolPrototype”类型的资源如图所示。2）单击该资源的文本区“ToolPrototype”，使其进入可编辑状态，更名为“Layout”。知识拓展2.创建2D轮廓图3）在视图区内框选全部显示部件。4）执行主菜单指令“建模”→“几何体”→“创建2D轮廓”，即可弹出“创建2D轮廓”对话框。5）对象列表中显示了所有框选的显示对象。设置“建模范围”为“Layout”，“投影在平面上”为“XY”平面，单击“确定”按钮，即可生成“2D轮廓图”。知识拓展2.创建2D轮廓图6）在“对象树”中选中“Layout”，右击鼠标，在弹出的菜单中选择“仅显示”，就可以把轮廓图之外的其他显示对象全部隐藏起来，只剩下2D轮廓图“Layout”，其俯视图如图所示。知识拓展2.创建2D轮廓图1．视图的停靠：用鼠标拖拽“操作树”，就会显示出被拖拽视图可停靠的6种位置选择，假如选中了图示的“上停靠位”，那么其停靠显示如图所示。知识拓展3.视图窗口的停靠与恢复若拖拽“操作树”到模型视图区，那么可停靠位显示如图所示。知识拓展3.视图窗口的停靠与恢复2．视图窗口的恢复执行主菜单指令“视图”→“屏幕布局”→“布局管理器”→“Standard”，可以将视图窗口恢复到初始标准状态。知识拓展3.视图窗口的停靠与恢复模型视图区中的“导航方块及坐标系”如图2-154所示，主要用于快速操纵视图显示。方块上可选的面有TOP（俯视图）、Bottom（仰视图）、Left（左视图）、Right（右视图）、Front（前视图）、Back（后视图）等，单击选择不同的导航方块的面，视图将会转换为面所对应的显示模式；将视图顺时针与逆时针旋转，将视图恢复到初始方位。知识拓展4.导航方块单元小结

1.4

本单元介绍了构建数字化工艺仿真环境的操作方法，内容包括软件ProcessSimulate的功能与基本操作，以及数字化工艺仿真项目研究的创建、模型数据的加载与编辑等。项目共有两个任务：1）以创建一个简单的项目研究为例，讲述项目及其系统对象的创建、存储、编辑等操作过程和软件工具的使用方法。2）讲述了模型数据的加载与编辑方法。此外，还介绍了由外部软件（NX）的模型文件导出JT格式文件的操作和2D轮廓图的创建、视图窗口的停靠与恢复、导航方块及坐标系等的操作方法。单元小结工业机器人

数字化工艺仿真

与虚拟调试ProcessSimulate

and

VirtualCommissioning

ofIndustrialRobots单元三

资源设备的运动学建模

3相关知识

3.101.运动学建模目录CONTENTS02.资源简介03.运动学编辑器2.1相关知识1.运动学建模

运动学建模是工程和设计领域中的一项重要任务，涉及到设备运动特性的预测，为后续控制、优化和应用提供依据。运动学建模主要关注物体的几何位置和运动状态，通过坐标变换和几何分析来描述物体运动。以工业机器人设备为例，建立运动学的基本步骤如下：①确定结构参数；②建立坐标系系统；

③连杆变换矩阵；④正运动学；

⑤逆运动学；⑥速度和加速度分析；

⑦仿真与验证；⑧实际应用2.1相关知识2.资源简介

在ProcessSimulate中，新建资源可使用主菜单指令“建模”→“资源”→“新建资源”来实现，“新建资源”对话框如图所示2.1相关知识3.运动学编辑器

用来定义设备组件的运动学，它集成了包括工业机器人在内的设备运动学的参数设置、运动求解与仿真验证等方法。

定义运动学需要创建一个由连杆和关节组成的运动链，运动链的顺序由连杆之间的关系确定，该运动链能够移动组件产生运动，其运动可以描述为：父连杆位于子连杆之前，当父连杆移动时，子连杆会随之移动。任务实施

3.201.建立方块旋转运动学模型目录CONTENTS02.建立桁架XY轴的直线运动学模型03.建立焊枪两关节的随动运动学模型04.智能组件建模01.建立方块旋转运动学模型任务描述如图所示，建立一个简单的方块旋转运动模型，蓝色方块能够围绕其中心线作旋转运动，并分别设置HOME（旋转0°）姿态、R45（旋转45°）两种姿态。1．新建研究，创建资源1）打开ProcessSimulate软件，设置系统根目录为“D:\3_1NewStudy”，新建一个项目研究保存在系统根目录下。2）先选中“对象树”中的“资源”，然后执行主菜单指令“建模”→“组件”→“新建资源”，即可打开“新建资源”对话框。01.建立方块旋转运动学模型1．新建研究，创建资源3）在“新建资源”对话框中选择“节点类型”为“ToolPrototype”，然后单击“确定”按钮可创建资源原型。4）把资源“ToolPrototype”更名为“TwoBlocks”，执行主菜单指令“建模”→“几何体”→“实体”→“创建方体”→“点到点创建方体”，即可弹出“创建方体”对话框。01.建立方块旋转运动学模型1．新建研究，创建资源3）在“新建资源”对话框中选择“节点类型”为“ToolPrototype”，然后单击“确定”按钮可创建资源原型。4）把资源“ToolPrototype”更名为“TwoBlocks”，执行主菜单指令“建模”→“几何体”→“实体”→“创建方体”→“点到点创建方体”，即可弹出“创建方体”对话框。5）分别设置第一个角点（-250,-250,0）、第二个角点（250,250,50），对应一个长宽高为500×500×50、底面的中心点位于工作坐标系零点的长方块，单击“确定”按钮。01.建立方块旋转运动学模型1．新建研究，创建资源7）如图3-8所示，在“对象树”中选中“TwoBlocks”下的第一个方块“box1”，然后右击鼠标，在弹出的快捷菜单中选择“修改颜色”，按照图示选择颜色，即可更改“box1”颜色。01.建立方块旋转运动学模型2．运动学编辑1）选中“对象树”中的“TwoBlocks”资源，执行主菜单指令“建模”→“运动学设备”→“运动学编辑器”，即可弹出“运动学编辑器”对话框。2）单击上方工具条“创建连杆”，即可弹出“连杆属性”对话框。01.建立方块旋转运动学模型2．运动学编辑3）设置名称为“lnk1”，“连杆单元”元素为“box1”，单击“确定”按钮，完成第一个连杆的设置。01.建立方块旋转运动学模型2．运动学编辑4）依照上述操作，创建第二个连杆“lnk2”，“连杆单元”元素为“box2”，创建完毕后，两个连杆在“对象树”和“视图区”中的显示如图所示。5）单击“运动学编辑器”对话框中的“关闭”按钮。01.建立方块旋转运动学模型2．运动学编辑6）在视图区创建构建方块2旋转轴（经过工作坐标系零点，垂直于地板向上的轴线）的两个坐标，具体步骤如下。①执行主菜单指令“建模”→“布局”→“创建坐标系”→“通过6个值创建坐标系”，即可弹出“通过6个值创建坐标系”。②设置6个值均为0，参考坐标系为“工作坐标系”，单击“确定”按钮，即可创建一位于工作坐标系0点的坐标fr1，该点也是方块在地板上的投影位置。01.建立方块旋转运动学模型2．运动学编辑③在“对象树”中选中坐标“fr1”，按复制的<Ctrl+C>组合键，然后再按粘贴的<Ctrl+V>组合键，即可生成坐标系“fr1_1”④选中“fr1”，按“放置操控器”<Alt+P>组合键，让被选对象fr1沿着Z轴向上移动一段距离（300mm），使它能够与fr1_1之间的连线垂直于地板，然后单击“确定”按钮。01.建立方块旋转运动学模型2．运动学编辑7）在“对象树”中选中“TwoBlocks”，执行主菜单指令“建模”→“运动学设备”→“运动学编辑器”，即可弹出“运动学编辑器”对话框。8）如图3-15所示，选中“lnk1”，拖拽到“lnk2”，就会建立这两个连杆之间的关节，其中父连杆为“lnk1”，子连杆为“lnk2”，同时也弹出“关节属性”对话框。01.建立方块旋转运动学模型2．运动学编辑9）“关节属性”对话框中，设置关节的“名称”为“j1”，“从”坐标为0点坐标fr1_1，“到”坐标为fr1，“关节类型”设置为“旋转”，单击“确定”按钮，完成关节的创建与设置。01.建立方块旋转运动学模型10）在“运动学编辑器”对话框中单击“关节调整”，即可弹出图示的“关节调整”对话框，在该对话框中，通过鼠标拖拽“转向/姿态”可以改变关节的值，同时视图区中方块也会随着转动同样的角度，表明关节创建成果。最后单击“重置”按钮，恢复关节原始位置，单击“关闭”按钮。3．设置姿态1）在“运动学编辑器”对话框中单击“姿态编辑器”，即可弹出“姿态编辑器”对话框。2）单击“新建”按钮，即可弹出“新建姿态”对话框。01.建立方块旋转运动学模型3．设置姿态3）输入设置关节“j1”的“转向/姿态”值为45，“姿态名称”为“R45”，单击“确定”按钮，就可返回“姿态编辑器”。

4）分别选中“HOME”、“R45”，单击“跳转”或者“移动”按钮，查看视图区中方块围绕旋转轴的“j1”关节的两种姿态之间的运动。5）依次关闭“姿态编辑器”和“运动学编辑器”，执行主菜单指令“建模”→“范围”→“结束建模”保存资源，完成方块旋转的运动学建模。01.建立方块旋转运动学模型02.建立桁架XY轴的直线运动学模型任务描述如图所示，建立图示桁架X、Y两轴的直线运动学模型，使各个轴在其规定的范围内的运动连续可达。模型文件为“axis_xyzac.jt”，存放在系统根目录“D:\3_2NewStudy”下。02.建立桁架XY轴的直线运动学模型二、操作步骤1．新建研究，导入资源1）打开ProcessSimulate软件，设置系统根目录为“D:\3_2NewStudy”，新建一个项目研究保存在系统根目录下。02.建立桁架XY轴的直线运动学模型2）执行主菜单指令“文件”→“导入/导出”→“转换并插入CAD文件”，在弹出的“转换并插入CAD文件”对话框中添加资源，依照图示设置添加的资源属性，最后对添加的资源进行转换并导入。导入的资源名为“axis_xyzac”。02.建立桁架XY轴的直线运动学模型2．设置X、Y轴的连杆1）选中资源“axis_xyzac”，执行指令“建模”→“范围”→“设置建模范围”。2）执行指令“建模”→“运动学设备”→“运动学编辑器”，打开“运动学编辑器”对话框。02.建立桁架XY轴的直线运动学模型2．设置X、Y轴的连杆3）在图3-23中，在“对象树”中展开资源“axis_xyzac”，通过单击不同部件前的方框来隐藏部件，只显示视图区所示的两个部件“_21-5axis_xyzac_nx85_ok_13226”与“21_y_base”。4）在“运动学编辑器”中单击执行工具条指令“创建连杆”，在弹出的“连杆属性”对话框设置连杆名称为“Base”，“连杆单元”元素为“_21-5axis_xyzac_nx85_ok_13226”与“21_y_base”，单击“确定”按钮。02.建立桁架XY轴的直线运动学模型5）依照相同操作，创建连杆“lnk_X”,“连杆单元”元素为“21_y_slide_9804”；创建连杆“lnk_Y”,“连杆单元”元素为“21_x_slide_7646”、“21_z_slide”、“21_c_slide”与“21_a_slide”。02.建立桁架XY轴的直线运动学模型6）从“对象树”可以看出，原“资源”中的各个部件的实体模型分别作为元素分配给了所创建的3个连杆，剩余2个没有实体部件的空资源：复合资源“21_x_slide”与“21_y_slide”。02.建立桁架XY轴的直线运动学模型3．设置j1、j2轴的直线运动1）在连杆“Base”与“lnk_X”之间通过鼠标拖拽建立“j1”关节轴，在“关节属性”对话框中设置“j1”轴的“关节类型”为“移动”。02.建立桁架XY轴的直线运动学模型2）选取与X轴运动方向相平行的一条边上的两个点作为“从”坐标与“到”坐标，以此来确定X轴的运动方向，最后关闭“关节属性”对话框，完成“j1”轴的设置。3）依照同样操作，建立连杆“lnk_X”与连杆“lnk_Y”之间的轴关节“j2”，对轴关节“j2”进行关节属性设置：关节类型为“移动”，“从”、“到”坐标如图示。设置完毕后，关闭“关节属性”对话框。02.建立桁架XY轴的直线运动学模型4）在“运动学编辑器”中，单击“关节调整”，即可打开“关节调整”对话框。5）输入关节“j1”的“下限”为“-500”，然后回车确认；输入“上限”为“1800”，然后回车确认；依照同样方法设置关节“j2”的“下限”为“-1000”，“上限”为“1000”。然后给出关节“j1”的值为“1000”，关节“j2”的值为“300”，观察桁架的运动位置。02.建立桁架XY轴的直线运动学模型6）依次关闭“关节调整”对话框、“运动学编辑器”对话框。7）选中“对象树”中的空资源“21_x_slide”与“21_y_slide”，使用键盘“Delete”键删除这两个空资源。8）在“对象树”中选中资源“axis_xyzac”，执行主菜单指令“建模”→“范围”→“结束建模”保存资源，完成桁架X、Y两轴的直线运动学建模。03.建立焊枪两关节的随动运动学模型一、任务描述如图所示，为焊枪建立运动学模型，使其上、下电极臂均围绕同一轴转动，但转向相反，上下臂之间的转动角度呈现依赖关系，且可用一定的函数表达式来描述。模型文件为“gun_lf.jt”，存放在系统根目录“D:\3_3NewStudy”下。二、操作步骤1）在系统根目录“D:\3_3NewStudy”下新建研究，参考前述方法，导入并转换文件，如图所示，在“对象树”中可看到导入后焊枪资源名称为“gun_lf”，在视图区中可看到焊枪的三维模型。03.建立焊枪两关节的随动运动学模型2）选中资源“gun_lf”，执行主菜单指令“建模”→“范围”→“设置建模范围”，使该资源处于可编辑状态。3）执行主菜单指令“建模”→“运动学设备”→“运动学编辑器”，打开“运动学编辑器”对话框，分别执行工具条指令“创建连杆”创建3个连杆，命名为：“Body”、“uprArm”与“DrnArm”，3个连杆的组成元素。03.建立焊枪两关节的随动运动学模型03.建立焊枪两关节的随动运动学模型4）建立连杆“Body”与连杆“uprArm”之间的关节“j1”，设置“关节类型”为“旋转”，选取轴线“ax3”上的任意两点作为“从”坐标与“到”坐标。03.建立焊枪两关节的随动运动学模型5）依照同样操作，建立连杆“Body”与连杆“DrnArm”之间的关节“j2”。03.建立焊枪两关节的随动运动学模型6）先选中关节“j2”，然后再单击“关节依赖关系”，即可弹出“关节依赖关系-j2”对话框。7）单击选择“关节函数”，然后选择“关节名称”右边的下三角按钮，弹出“j1”并选择“j1”。8）单击按钮“j1”，在编辑区即出现表达式“(T(j1))”，然后补全其表达式为(T(j1))*(-2.13)，单击“应用”按钮后再单击“关闭”按钮返回“运动学编辑器”。03.建立焊枪两关节的随动运动学模型9）在“运动学编辑器”中，单击工具条指令“关节调整”，即可打开“关节调整”对话框10）调整“j1”关节的值，查看关节“j2”依赖于“j1”的跟随运动。一、任务描述如图所示，以本单元“任务一”实例为基础，建立模拟外部设备的输出到智能组件的信号“TwoBlocks_in_bPOS”，智能组件输出到外部设备的信号“TwoBlocks_ex_bHome”、“TwoBlocks_ex_bR45”，使其具备如下功能：04.智能组件建模1）当“TwoBlocks_in_bPOS”为“F”时，方块就会由“R45”姿态运动到姿态“HOME”，外部连接信号“TwoBlocks_ex_bHome”为“T”、“TwoBlocks_ex_bR45”为“F”。2）当“TwoBlocks_in_bPOS”为“T”时，方块就会由“HOME”姿态运动到“R45”姿态，外部连接信号“TwoBlocks_ex_bHome”为“F”、“TwoBlocks_ex_bR45”为“T”。04.智能组件建模二、操作步骤1．编辑资源逻辑行为1）在“对象树”中选中资源“TwoBlocks”，执行主菜单指令“控件”→“资源”→“添加逻辑到资源”，即可弹出“资源逻辑行为编辑器”

2）在为每一个“入口”信号创建一个“Output”连接信号（本例中用该信号模拟外部设备的输出连接信号“TwoBlocks_in_bPOS”）。04.智能组件建模3）单击标签“操作”设置智能组件控制器的操作功能，单击“添加”右边下三角下拉菜单，选择“移至姿态”，添加一个“操作”。04.智能组件建模4）设置操作“mtp_action1”的“应用到”姿态为“R45”，然后，单击右下方“过滤器”右侧工具条上的“入口”按钮，即可把“入口”参数显示在“过滤器”列表中，拖动变量“in_bPOS”到“值表达式”的编辑框中。5）依照同样操作，设置操作“mtp_action2”的“应用到”姿态为“HOME”，然后，“值表达式”先输入“NOT”，然后再拖入“bPOS”变量。6）单击标签“概述”，查看所有设置。然后单击“应用”按钮，再关闭该对话框。此时，外部输出信号触发自能组件操作动作的信号链为“TwoBlocks_in_bPOS”→“in_bPOS”→“mpt_action1（输入为T时）或者mpt_action2（输入为F时）”。04.智能组件建模2．仿真资源逻辑行为1）单击快速菜单命令“保存研究”，或者按<Ctrl+S>快捷键保存研究。04.智能组件建模2）执行主菜单命令“主页”→“研究”→“生产线仿真模式”，把ProcessSimulate的工作模式由“标准模式”切换到“生产线仿真模式”。

3）执行主菜单指令“视图”→“屏幕布局”→“查看器”→“信号查看器”，即可打开“信号查看器”列表。4）执行主菜单指令“视图”→“屏幕布局”→“仿真面板”，即可打开“仿真面板”。04.智能组件建模5）在图3-95的“信号查看器”中，选中变量“TwoBlocks_in_bPOS”，然后单击“仿真面板”左上方工具条命令“添加信号到查看器”，然后展开下方的研究，即可看到该信号（TwoBlocks_in_bPOS）出现在“仿真面板”的列表中。6）在“仿真面板”中，勾选信号行中的“强制”选项，单击主界面下方“序列编辑器”中的“正向播放运行”，即可进入仿真状态。04.智能组件建模7）鼠标单击变量的“强制值”，改变“TwoBlocks_in_bPOS”变量的值为“F”，方块的姿态就转换为“HOME”。单击改变其值为“T”，方块的姿态为“R45”。04.智能组件建模8）单击主界面下方“序列编辑器”中的“暂停仿真”，即可结束仿真状态。9）执行主菜单命令“主页”→“研究”→“标准模式”，把ProcessSimulate的工作模式由“生产线仿真模式”切换到“标准模式”，在随后出现的保存提示中单击“是”，切换到标准模式。04.智能组件建模3．添加姿态传感器1）选中对象“TwoBlocks”，执行主菜单命令“控件”→“资源”→“编辑逻辑资源”，打开“资源逻辑行为编辑器”。04.智能组件建模2）单击标签“参数”，按照图示添加“关节值传感器”，并命名为“jvs_HOME”。3）设置“jvs_HOME”的“传感器类型”为“Pose”，选择“HOME”姿态，“类型”为“范围”，“传感器容差”为“-2～2”。4）设置“jvs_R45”的“传感器类型”为“Pose”，选择“R45”姿态，“类型”为“范围”，“传感器容差”为“-2～2”，单击“应用”按钮。5）单击标签“出口”，按照图示分别添加2个BOOL变量“ex_bHome”与“ex_bR45”，并为这两个输出变量创建与外部设备相连接的“Input（外部设备的输入型）”信号“TwoBlocks_ex_bHome”与“TwoBlocks_ex_bR45”。04.智能组件建模6）编辑信号“ex_bHome”的“值表达式”为“jvs_HOME”，即“关节值传感器”的状态最终表现在外部设备的输入端信号上。7）依照同样操作编辑“ex_bR45”信号。8）此时标签“概述”下的页面显示如图，单击“确定”按钮关闭。04.智能组件建模9）依照前述方法，先保存研究，再转换到“生产线仿真模式”，然后打开“信号查看器”与“控制面板”，把信号“TwoBlocks_ex_bHome”与“TwoBlocks_ex_bR45”添加到“控制面板”中。10）单击“正向播放运行”，强制改变变量“TwoBlocks_in_bPOS”为F或者T，观察外部连接信号的状态变化：04.智能组件建模当“TwoBlocks_in_bPOS”为“F”时，外部连接信号“TwoBlocks_ex_bHome”为“T”、“TwoBlocks_ex_bR45”为“F”。11）当“TwoBlocks_in_bPOS”为“T”时，方块就会由“HOME”姿态运动到“R45”姿态，外部连接信号“TwoBlocks_ex_bHome”为“F”、“TwoBlocks_ex_bR45”为“T”。04.智能组件建模知识拓展

3.301.智能组件概述目录CONTENTS02.创建复合设备智能组件是指拥有自身控制器和运动机构的组件资源。知识拓展1.智能组件概述

复合设备是由若干个设备组合而成的，它和常规设备相似，也是由机构、关节和坐标构成，大多“运动学”功能都能使用。知识拓展2.创建复合设备单元小结

3.4介绍了资源设备的运动学建模方法，内容包括：1）运动学建模基础与资源编辑器的使用。2）旋转轴、移动轴、随动轴、曲柄机构、智能组件等的创建方法。单元小结工业机器人

数字化工艺仿真

与虚拟调试ProcessSimulate

and

VirtualCommissioning

ofIndustrialRobots单元四

工业机器人及附加设备资源建模

4相关知识

4.101.机器人相关概念目录CONTENTS02.机器人的运动学1）“机器人”是能够执行逆向运动学的任何运动设备，是运动链末端带有工具中心点坐标系（TCPF）的装置，它能够运动到某个姿势或某个位置。2）工具坐标系TOOLFRAME：是将工具安装到机器人运动关节末端默认位置的坐标系。3）工具中心点坐标系TCPF：是ToolCenterPointFrame的简称，TCPF最初位于运动链的末端，最终往往被设定到机器人末端运动轴的工具上预定的位置，TCPF包含该位置处的坐标轴方向。故当机器人移动到目标位置时，是指TCPF被移动到的目标位置，并且包含了TCPF到目标位置点处的坐标方向。4）基准坐标系BASEFRAME：一般处于机器人基座的正中心，当安装机器人的时候，此坐标常常作为安装参考坐标。01.机器人相关概念1.机器人运动学基础与其他设备一样，在ProcessSimulate中，描述机器人的运动学需要借助于连杆、运动轴、运动关节与“运动学树”等概念，下面就介绍一下这些概念。1）连杆：也被称为连杆刚体，是零部件中保持相对固定的一组实体。它是运动链的基本非运动段。其默认名称常以LNK开头，如LNK1、LNK2、LNK3等。2）关节：

是运动链的基本运动段，它由2个连杆和一个轴组成。关节定义了两个连杆相对于轴的运动。通常默认名称以字母J开头，如J1、J2、J3等。通常情况下，关节有两种类型的接头，分别是旋转关节（Revolutejoint）和移动关节（Prismaticjoint）。其中，绕轴旋转是使用右手规则来确定绕轴旋转的正方向，移动关节则是沿轴向移动的方向。3）运动学树：

运动学树的顺序由关节和连杆的关系确定，父链接在子链接之前按顺序排列，当父链接移动时，子链接跟随父链接移动。

02.机器人运动学2.关节的相关性在ProcessSimulate中，关节有独立关节与从属关节之分，从属关节的运动依赖于其他关节。机器人有一个四连杆机构（三个关节取决于第四个关节的运动）。现考察关节J1和J2：一开始，两个关节都以0度开始，当关节J2依赖于J1的时候，如果将J1移动到30度，那么就会同时将J2移动到-30度；假设J2不依赖于J1，则将J1移动到30不会影响J2的值（使其保持在0度）。02.机器人运动学02.机器人运动学3.可变关节限位（1）可变关节限位概念

当一个关节的限位不是恒定的，而是根据其他关节的姿势而变化时，该关节被称为具有可变的关节限位。为了保持从属关节的关节限制，机器人系统允许用户根据另一个关节修改从属关节的范围，从而避免碰撞到自身和外部围栏等机器人工作站环境中的其他设备。（2）可变关节极限图

在典型的机器人本体例子中，关节J3的限制往往取决于关节J2的值（这意味着J2的限制取决于J3的值）。02.机器人运动学

如果以关节J2的值作为横坐标，关节J3的值作为纵坐标，那么