浅析机器人制孔离线编程及工艺软件.docxVIP

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浅析机器人制孔离线编程及工艺软件

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【摘要】：目前在国内外航空制造领域，机器人制孔得到了一定程度的应用。机器人制孔一方面提高了制孔质量，另一方面提高了生成效率和稳定性。离线编程是影响机器人制孔广泛使用的重要因素之一。在离线编程中，需要对制孔过程进行虚拟仿真、设置各个孔位的工艺参数、确定加工路线等，其功能和效率对制孔过程影响极大。本文分析了国内外机器人制孔离线编程软件的组成和现状，论述了国内外主要离线编程的特点。在离线编程中，设置工艺参数是重要一环，针对工艺试验软件，论述了其主要功能和特点

【关键字】机器人制孔；离线编程；工艺软件；

机器人制孔离线编程软件

工业机器人编程基础

机器人编程是指为使机器人完成某种任务而设置的动作序列的描述。常见的编程方法有两种：示教编程和离线编程。示教编程易于被熟悉任务的人员掌握，用简单的设备和控制装置即可进行。离线编程时利用计算机图形学成果，建立机器人及工作环境的几何模型，再用一些规划算法，通过对图形的控制和操作，在离线情况下进行轨迹的规划，再对编程结果进行三维图形的动画仿真，以检验编程的正确性，最后将生成的代码传给机器人控制系统，以控制机器人运动，完成给定任务。

离线编程对工作效率的提升具有重要意义，可大幅度节约制造时间，能实现复杂工艺过程，能够实现制造过程的规模化和自动化。离线编程为机器人编程和调试提供灵活的环境，是机器人开发应用的方向。

离线编程系统组成

离线编程系统不仅要在计算机上建立机器人系统的物理模型，而且还要对其进行编程和动画仿真，以及对编程结果后置处理。一般来说，机器人离线编程系统包含以下主要模块：CAD建模、图像仿真、任务设置、检测、后置处理。其中CAD等部分涉及计算机图形学等内容。任务设置和检测与具体任务相关，在其中需要融入工艺参数。后置处理是将整个仿真过程生成离线代码，驱动机器人、末端等进行作业。

离线编程技术及其特点

离线编程系统主要由用户接口、机器人系统的三维几何构型、运动学计算、轨迹规划、三维图形动态仿真、通信接口和误差校正等部分组成。

离线编程在生产方面的主要优点有：

缩短新产品投产时间。

减少占用实际生产系统的时间，增加生产效益。

降低新系统应用风险。

虚拟仿真技术应用提高了机器人系统的安全性。

国内外离线编程软件现状

目前国内外针对离线编程开发了很多离线编程软件，以下详细介绍。

RobotMaster。这款软件来自加拿大，几乎支持市场上绝大部分机器人品牌（KUKA、ABB、Fanuc等）。可以按照产品数模生成程序，支持外部轴。但是不支持多台机器人同时模拟仿真，且价格昂贵。

ROBCAD。西门子旗下的软件，重点在生产线仿真，支持多台机器人仿真，节拍仿真精确。但是离线工程较弱，Unix移植过来的界面，人机界面不友好。

DELMIA。法国达索旗下的产品，利用强大的PPR集成中枢快速进行机器人工作单元建立、仿真与验证，是一个完整的、可伸缩的、柔性的解决方案。其对二次开发的支持也比较完善。

RobotStudio、KUKA.Sim。这类软件是工业机器人公司针对自己的机器人开发的离线编程软件。本项目所采用KUKA机器人，其离线编程软件功能很弱，且不支持二次开发，无法满足本项目需求。

RobotArt。是具有北京航空航天大学背景的国内离线编程软件中的顶尖软件。根据几何数模的拓扑信息生成机器人运动轨迹后，可进行轨迹仿真、轨迹优化、后置代码生成。支持鞥多种工艺包。但是不支持整个生成线的仿真。经笔者试用后发现该软件还不够稳定。

离线编程方案

目前，技术水平较高的组织或公司会选择自行研制离线编程软件，这主要是因为商用的离线编程软件是为通用的任务进行设计的，在面对复杂工艺流程时往往无能为力。自研离线编程软件需要对图形学、机器人运动学及其逆解、机器人动力学、虚拟仿真等进行深入研究，涉及到的知识过于复杂，不适于机器人制孔。本文提倡根据实际需要选择一款合适的商用离线编程软件进行生产。

而针对航空制造业中基本都是以CATIA作为建模软件，与之无缝集成的DELMIA自然成为了离线编程的首选方案，自动化钻铆设备商也都选择DELMIA作为离线编程处理软件。但是，自动化制孔的主要工作是在末端上，尤其是基准孔查找、孔位补偿及法向调节、夹层厚度计算等。这些功能DELMIA本身并不支持，需要进行二次开发。所以，机器人制孔最终选择的方案是：以DELMIA为基础，采用二次开的方式实现所需要的全部功能。

离线编程架构

图1离线编程架构

离线编程在DELMIA的“DeviceTaskDefinition”模块内进行。进入该模块后可以看到属性树上有ProcessList、ProductList和ResourcesList三个节点