基于SolidWorks的工业机器人离线仿真系统分析

王洪雨

摘 要：为满足工业机器人的离线仿真研究需求，可以应用SolidWorks实现机器人离线仿真系统研制。而该系统能够实现机器人及其作业环境的仿真，所以能够通过优化机器人运行轨迹避免机器人在作业过程中出现明显抖动和干涉。

关键词：SolidWorks；工业机器人；离线仿真系统

引言：随着科学技术的发展，大量工业机器人在自动化产线中得到应用。而开发工业机器人的离线仿真系统，则能使机器人在线示教编程的各种问题得到解决。因此，有必要研制一种工业机器人离线仿真系统，以便更好的促进工业技术发展。

一、基于SolidWorks的工业机器人离线仿真系统工作原理

从系统结构组成上来看，离线仿真将包含位姿信息读取、运动轨迹规划、运动学计算、任务作业自动生成和运动学仿真等模块。利用SolidWorks强大的三维建模功能、运动仿真功能和质量特性功能，可使机器人按照规划好的轨迹做整线仿真，从而获得直观的仿真结果。在这一过程中，需要利用大量的API二次开发函数和VC++编程语言进行方法调用和对象属性设置，以便实现对SolidWorks的二次开发。在此基础上，以DLL插件文件形式实现系统各功能模块与SolidWorks的无缝对接，则能够有效进行工业机器人的离线仿真研究。由于SolidWorks本身为VC++开发三维软件，所以能够使各功能模块与之较好的兼容。以插件形式进行功能模块的插入，也能为系统功能调用提供便利，并且获得清晰的显示界面。在系统运行的过程中，将先利用负载计算模块对机器人实际负载进行校核。校核合格后，将利用参数化建模模块对标准化设备建模。根据作业任务要求，系统将对作业环境进行三维建模[1]。而根据实际要求，将实现模型的整机装配线布置，然后根据作业要求对机器人运动轨迹进行规划。根据规划结果完成机器人位姿计算后，则可以生成生产作业程序，并且利用运动仿真模块完成机器人仿真。

二、基于SolidWorks的工业机器人离线仿真系统的关键

技术

（一）负载计算分析。系统在进行离线仿真的最初阶段，需要先完成机器人负载计算。所以，负载计算是系统运行的基础，只有确保机器人承担的实际负载不超出其本身承载能力，才能进行后续的仿真分析。为实现负载计算，系统将使用ABB和FANUC等典型工业机器人使用的负载计算公式，并且需要借助负载校核计算完成机器人的负载校核。在系统运行的过程中，只需要输入机器人规格型号和负载值，则能够完成机器人的负载校核。

（二）参数化建模分析。在系统运行的过程中，需要对机器人和压力机等标准化设备进行参数化建模。能否准确进行三维模型绘制，将直接关系到系统能否获得正确可用的仿真结果。利用SolidWorks的二次开发功能，同时利用Access数据库，则能以数据库形式进行实际设备简化模型的尺寸参数的保存管理。在此基础上，对标准数据库数据进行调用，然后利用参数化建模模块绘制三维模型，则能够使模型的准确性得到确保。而利用SolidWorks二次开发的参数化建模人机交互界面进行三维零件模型的快速建立，则能够为整线模型的建立提供便利。

（三）轨迹优化分析。不同于普通机器人，工业机器人的轨迹运行模式具有多样化的特点。在采取FANUC运动模式时，既可以做直线运动，同时也能够做圆弧运动。而圆弧运动也分为两种，即FINE形式和CNT形式。在实际对机器人运行过程进行仿真时，需要对多种运动模式进行组合。但是，系统最初的运行轨迹有可能不是最优的结果，所以还要根据动力学性能标准优化原则和插值法对机器人运动路径进行轨迹规划。而使用不同的规划算法，获得的运行轨迹并不相同。为确保机器人运动轨迹变化平稳，从而减小机器人冲击，还要对运行轨迹进行优化计算，以免机器人运行过程中出现明显抖动。

（四）运动学计算分析。系统在控制机器人的过程中，还要获得一系列关键点的支持。所以，还要对机器人进行运动学计算，以便从中获得关键任务点途径。利用系统的运动学计算模块，不仅能够完成机器人的逆运动学分析，还能进行系统正运动学分析，可以对机器人各关节变量和末端执行器位置关系进行确定。通过对机器人进行高效逆运动计算，则能够获得一组最优解，从而为系统仿真提供可靠数据。

（五）离线编程分析。在对机器人进行离线仿真分析时，可在SolidWorks环境下通过离线编程生成机器人可执行程序。在对机器人轨迹关键点的位姿坐标进行读取后，利用轨迹规划模块就能进行机器人轨迹运动方式的选取。而利用VC++对话框编辑控件显示功能，则能实现机器人作业程序的自动生成和显示。

结论：总之，使用Solidworks进行机器人离线仿真系统的开发，能利用其强大三维建模功能对机器人及其作业环境进行仿真分析，从而为优化机器人作业轨迹提供支持。因此，相信随着相关技术的发展，该种离线仿真系统也将在工业机器人调试中得到更好的应用，从而为工业技术的发展提供更多的助力。

参考文献：

[1] 宋鹏飞，和瑞林，苗金钟等.基于Solidworks的工业机器人离线编程系统[J].制造业自动化，2013，09：1-4.