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机器人系统的开发设计与调试应用

摘要

如今，工业自动化市场竞争激烈，机器人在从事新的产品生产之前检测和试运

行会花费了大量的时间，这种方法远不可行。机器人离线编程的仿真技术大大改善

了这点。在生产的同时，甚至生产之前，对系统进行编程、仿真可以提早开始生产

产品，缩短上市时间。因此仿真技术显得尤为重要。

本论文设计完成了以ABB机器人为对象，使用ABB公司的机器人仿真软件

RobotStudio进行工业焊接机器人的基本操作。在RobotStudio中，选择一定型号的工

业机器人，建立虚拟的仿真环境，模拟焊接过程。由于该软件本身建模能力较弱，

故需要通过其他的三维建模软件来创建焊接工件模型。本论文的主要内容还包括构

建基本的工业机器人工作站，规划和创建焊接轨迹，碰撞检测，离线编程等。机器

人系统布局部分，主要是对组成焊接机器人系统各部分的介绍与选择，以及

SolidWorks软件绘制零件、布局工作站的具体操作。路径创建与规划部分，用简单

规则路径示教点法和捕捉焊件表面自动生成路径两种方法进行了轨迹的确定，并在

过程中对机器人轴参数调整，使得机器人能够成功沿轨迹运作。离线编程部分讲述

了RAPID程序的简单编程。

近几年，使用机器人离线编程以及仿真已经成为了越来越多人研究的主题。

关键词:机器人；焊接；RobotStudio；仿真

第一章绪论

1.1引言

仿真，又称模拟(simulation)，即在仿真软件中创建一个模型来模仿真实环境的

系统或事物。起初，仿真技术大多在航空航天等高价格、高风险、难以实现的少数

领域中应用，后来逐步发展到其他工程实践中，其他非工程系统领域也开始接受仿

真思想。其应用的多样性，在各个领域都带来了显著的效益。

[1]

焊接机器人，是指从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。其发展至今已

有六十个年头了，是一个具有实际效益和明晰方向的研究课题，自动检测生产线上

[2]

所应用的焊接机器人分为三代：第一代是指基于示教再现工作方式的焊接机器人，

该种机器人的优点是操作方便、不需要建立环境模型、示教的过程中可根据实际工

况修整由于机械结构带来的误差，在生产中被大量使用，但是动作单一，无法满足

柔性生产需求；第二代是基于特定传感器信息的离线焊接机器人，柔性化和可编程

化是其特点；第三代机器人配备了多传感器，并且依靠现代制造技术，其加工误差

很低，可根据实际环境进行编程，大大提高了柔性，获得了企业的追捧。这种机器

人理论适应性很强，但目前人工智能的发展还不完善，需要进一步研究。

RobotStudio[4][5]

是工业机器人龙头瑞士ABB集团开发的一款计算机仿真软件，

主要应用于其旗下的机器人产品，可以应用于机器人生命周期的各个阶段。它降低

了机器人购买和应用的总成本，促进了生产。在规划与定义的生命周期时，运用

RobotStudio软件，可以实现机器人系统的整体背景构建以及试运行。在设计阶段，

通过ProgramMaker可在直接在PC上创建、编辑和修改机器人程序之类的数据文件，

从而达到生产需求。

1.2选题背景与意义

21世纪，工业飞速发展。作为自动化行业的领头羊企业，瑞士ABB集团位列全

球企业500强，2015年销售额更是高达398.30亿美元，在工业和农业机械行业中排

名第三。在工业如此发达的如今，机器人被广泛应用于各个领域，其主要目的为了

减少人工成本，提高工作效率和产品质量。

工业机器人的应用主要是焊接，占工业机器人总数的25%。随着对焊接精度和

快速性要求的不断提高，人们很难做到这一点。同时，焊接的糟糕工况会造成工人

的职业病，而机器人的特性可以在恶劣的环境下连续并能提供稳定的焊接质量，机

械焊接是焊接自动化的革命性发展，极大地改善了焊接环节所产生的危害。第三代

焊接机器人，发展了一种灵活的自动化生产模式，可以满足柔性生产需求。随着机

器人焊接生产线多焊接生产的自动化带来了十分可观的效益，焊接完全自动化已成

为一个重要的研究课题。

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