基礎(chǔ)入門篇

項(xiàng)目一 初識離線編程仿真軟件

【項(xiàng)目引入】

【知識圖譜】

隨著科技的發(fā)展，人類文明正邁向智能時代。智能制造作為其中重要的一環(huán)，越來越受到國家的重視與扶持。近幾年，《中國制造2025》的全面啟動實(shí)施加快了傳統(tǒng)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的步伐，工業(yè)機(jī)器人作為智能制造的重要實(shí)施基礎(chǔ)，其行業(yè)應(yīng)用的需求呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。

工業(yè)機(jī)器人是一種可編程的操作機(jī)，其編程的方法通常可分為在線示教編程和離線編程2種。在線示教編程就是操作人員親臨生產(chǎn)現(xiàn)場，通過操作工業(yè)機(jī)器人示教器，依靠人眼觀測，手動調(diào)整機(jī)器人的位置和姿態(tài)的同時，在示教器中添加各種程序指令，從而編寫機(jī)器人的運(yùn)動控制程序。目前，在線示教編程的方式仍然占據(jù)著主流地位，但是由于其本身操作的局限性，在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中主要存在以下問題。

① 在線示教編程過程煩瑣，編程人員在記錄關(guān)鍵點(diǎn)位置時需要反復(fù)點(diǎn)動機(jī)器人，工作量較大，編程周期長，效率低。

② 精度完全由示教者目測決定，對復(fù)雜的路徑進(jìn)行示教時，在線示教編程難以取得令人滿意的效果。

例如，工業(yè)機(jī)器人的弧焊、切割、涂膠等作業(yè)屬于連續(xù)軌跡的運(yùn)動控制。工業(yè)機(jī)器人在運(yùn)行的過程中，展現(xiàn)出的行云流水般的運(yùn)動軌跡和復(fù)雜多變的姿態(tài)控制是在線示教編程難以實(shí)現(xiàn)的。另外，工業(yè)機(jī)器人要完成特殊圖形軌跡的刻畫，需要記錄成百上千個關(guān)鍵點(diǎn)，這對于在線示教編程來說無疑工作量巨大。因此，傳統(tǒng)的在線示教編程越來越難以滿足現(xiàn)代加工工藝的復(fù)雜要求，其應(yīng)用范圍逐步被壓縮至機(jī)器人軌跡相對簡單的應(yīng)用，如搬運(yùn)、碼垛、點(diǎn)焊作業(yè)等。

1.離線編程與仿真技術(shù)的認(rèn)知

工業(yè)機(jī)器人離線編程的出現(xiàn)有效地彌補(bǔ)了在線示教編程的不足，并且隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，離線編程技術(shù)也愈發(fā)成熟，成為了未來機(jī)器人編程方式的主流趨勢。工業(yè)機(jī)器人的離線編程軟件通過結(jié)合三維仿真技術(shù)，利用計算機(jī)圖形學(xué)的成果對工作單元進(jìn)行三維建模；在仿真環(huán)境中建立與現(xiàn)實(shí)工作環(huán)境對應(yīng)的場景，采用規(guī)劃算法對圖形進(jìn)行控制和操作；在不使用真實(shí)工業(yè)機(jī)器人的情況下進(jìn)行軌跡規(guī)劃，進(jìn)而產(chǎn)生機(jī)器人程序。在離線程序生成的整個周期中，人們通過利用離線編程軟件的模擬仿真技術(shù)，在軟件提供的仿真環(huán)境中運(yùn)行程序，并將程序的運(yùn)行結(jié)果可視化。離線編程與仿真技術(shù)為工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用建立了以下的優(yōu)勢。

① 減少機(jī)器人的停機(jī)時間，當(dāng)對下一個任務(wù)進(jìn)行編程時，機(jī)器人仍可在生產(chǎn)線上進(jìn)行工作。

② 通過仿真功能預(yù)知要產(chǎn)生的問題，從而將問題消滅在萌芽階段，保證了人員和財產(chǎn)的安全。

③ 適用范圍廣，可對各種機(jī)器人進(jìn)行編程，并能方便地實(shí)現(xiàn)優(yōu)化編程。

④ 可使用高級計算機(jī)編程語言對復(fù)雜任務(wù)進(jìn)行編程。

⑤ 便于及時修改和優(yōu)化機(jī)器人程序。

機(jī)器人離線編程的諸多優(yōu)勢已經(jīng)引起了人們極大的興趣，并成為當(dāng)今機(jī)器人學(xué)中一個十分活躍的研究方向。應(yīng)用離線編程技術(shù)是提高工業(yè)機(jī)器人作業(yè)水平的必然趨勢。

目前市場中，離線編程與仿真軟件的品牌有很多，但是其基本流程大致相同，如圖1-1所示。首先，應(yīng)在離線編程軟件的三維界面中，用模型搭建一個與真實(shí)環(huán)境相對應(yīng)的仿真場景；然后，軟件通過對模型信息的計算來進(jìn)行軌跡、工藝規(guī)劃設(shè)計，并轉(zhuǎn)化成仿真程序，讓機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時的模擬仿真；最后，通過程序的后續(xù)處理和優(yōu)化過程，向外輸出機(jī)器人的運(yùn)動控制程序。

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工業(yè)機(jī)器人離線編程技術(shù)

2.主流的離線編程軟件

（1）RobotMaster

RobotMaster源自加拿大，幾乎支持市場上絕大多數(shù)機(jī)器人品牌（KUKA、ABB、FANUC、MOTOMAN、史陶比爾、珂瑪、三菱、DENSO、松下等），是目前國外頂尖的離線編程軟件。RobotMaster界面如圖1-2所示。

功能：RobotMaster在MasterCAM中無縫集成了機(jī)器人編程、仿真和代碼生成功能，提高了機(jī)器人的編程速度。

優(yōu)點(diǎn)：RobotMaster可以依靠產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型生成程序，適用于切割、銑削、焊接、噴涂作業(yè)等；獨(dú)特的優(yōu)化功能使得運(yùn)動學(xué)規(guī)劃和碰撞檢測十分精確；支持外部軸（直線導(dǎo)軌系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)變位系統(tǒng)）和復(fù)合外部軸組合系統(tǒng)。

缺點(diǎn)：RobotMaster暫時不支持多臺機(jī)器人同時模擬仿真。

（2）RobotWorks

RobotWorks是源自于以色列的機(jī)器人離線編程與仿真軟件。RobotWorks是基于SolidWorks二次開發(fā)的，其界面如圖1-3所示。

功能：RobotWorks擁有全面的數(shù)據(jù)接口、強(qiáng)大的編程能力與工業(yè)機(jī)器人數(shù)據(jù)庫、較強(qiáng)的仿真模擬能力和開放的自定義工藝庫。

優(yōu)點(diǎn)：RobotWorks擁有多種生成軌跡的方式，支持多種機(jī)器人和外部軸應(yīng)用。

缺點(diǎn)：由于SolidWorks本身不帶CAM功能，所以RobotWorks的編程過程比較煩瑣，機(jī)器人運(yùn)動學(xué)規(guī)劃策略的智能化程度低。

（3）ROBCAD

ROBCAD是西門子旗下的軟件，其體積龐大，價格也是同類軟件中比較高的。該軟件的重點(diǎn)在生產(chǎn)線仿真，且支持離線點(diǎn)焊、多臺機(jī)器人仿真、非機(jī)器人運(yùn)動機(jī)構(gòu)仿真及精確的節(jié)拍仿真，主要應(yīng)用于產(chǎn)品生命周期中的概念設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計2個前期階段。ROBCAD界面如圖1-4所示。

ROBCAD的主要特點(diǎn)：可與主流的CAD軟件（如NX、CATIA、IDEAS）進(jìn)行無縫集成，達(dá)到工具、工裝、機(jī)器人和操作者的三維可視化，從而實(shí)現(xiàn)制造單元、測試以及編程的仿真。

（4）DELMIA

DELMIA是法國達(dá)索公司旗下的CAM軟件，它包含面向制造過程設(shè)計的DPE、面向物流過程分析的QUEST、面向裝配過程分析的DPM、面向人機(jī)分析的HUMAN、面向機(jī)器人仿真的ROBOTICS、面向虛擬數(shù)控加工仿真的VNC 6大模塊。其中，ROBOTICS解決方案涵蓋汽車領(lǐng)域的發(fā)動機(jī)、總裝和白車身（Body-in-White），航空領(lǐng)域的機(jī)身裝配、維修、維護(hù)，以及一般制造業(yè)的制造工藝。DELMIA界面如圖1-5所示。

DELMIA中的ROBOTICS模塊利用其強(qiáng)大的PPR集成中樞可快速地進(jìn)行機(jī)器人工作單元的建立、仿真與驗(yàn)證，提供了一個完整的、可伸縮的、柔性的解決方案。

優(yōu)點(diǎn)：用戶能夠輕松地從含400種以上的機(jī)器人資源目錄中下載機(jī)器人和其他的工具資源；利用工廠的布置來規(guī)劃工程師所要完成的工作，加入工作單元中工藝所需的資源，進(jìn)一步細(xì)化布局。

缺點(diǎn)：DELMIA屬于專家型軟件，操作難度太高，適合于機(jī)器人學(xué)領(lǐng)域的研究生及以上人員使用，不適宜初學(xué)者學(xué)習(xí)。

（5）RobotStudio

RobotStudio是ABB工業(yè)機(jī)器人的配套軟件，也是機(jī)器人制造商配套軟件中做得較好的一款。RobotStudio支持機(jī)器人的整個生命周期，使用圖形化編程、編輯和調(diào)試機(jī)器人系統(tǒng)來創(chuàng)建機(jī)器人的運(yùn)行程序，并模擬優(yōu)化現(xiàn)有的機(jī)器人程序。RobotStudio界面如圖1-6所示。

RobotStudio優(yōu)點(diǎn)如下。

① 可方便地導(dǎo)入各種主流CAD格式的數(shù)據(jù)，包括IGES、STEP、VRML、VDAFS、ACIS及CATIA等。

② Auto Path能通過使用待加工零件的CAD模型，在數(shù)分鐘之內(nèi)便可自動生成跟蹤加工曲線所需的機(jī)器人位置（軌跡）信息。

③ 程序編輯器可生成機(jī)器人程序，使用戶能夠在Windows環(huán)境中離線開發(fā)或維護(hù)機(jī)器人程序，可顯著縮短編程時間、改進(jìn)程序結(jié)構(gòu)。

④ 可以對TCP的速度、加速度、奇異點(diǎn)或軸線等進(jìn)行優(yōu)化，縮短編程周期時間。

⑤ 用戶通過Autoreach可自動進(jìn)行可達(dá)性分析，能任意移動機(jī)器人或工件，直到所有位置均可到達(dá)，然后在數(shù)分鐘之內(nèi)便可完成工作單元的平面布置驗(yàn)證和優(yōu)化。

⑥ 虛擬示教臺可作為一種非常出色的教學(xué)和培訓(xùn)工具。

⑦ 事件表是一種用于驗(yàn)證程序結(jié)構(gòu)與邏輯的理想工具，將I/O連接到仿真事件，可實(shí)現(xiàn)工位內(nèi)機(jī)器人及所有設(shè)備的仿真。

⑧ 碰撞檢測功能可自動監(jiān)測并顯示程序執(zhí)行時這些對象是否會發(fā)生碰撞，避免設(shè)備碰撞造成的嚴(yán)重?fù)p失。

⑨ 可采用VBA改進(jìn)和擴(kuò)充RobotStudio功能，并根據(jù)用戶的具體需要開發(fā)功能強(qiáng)大的外接插件、宏或定制用戶界面。

⑩ 整個機(jī)器人程序無需任何轉(zhuǎn)換便可直接上傳到實(shí)際機(jī)器人系統(tǒng)中。

缺點(diǎn)：對其他品牌的機(jī)器人兼容性差，只適用于ABB品牌的工業(yè)機(jī)器人。

任務(wù)一 ROBOGUIDE的認(rèn)知

【任務(wù)描述】

【知識學(xué)習(xí)】

ROBOGUIDE是與FANUC工業(yè)機(jī)器人配套的一款軟件，其界面如圖1-7所示。該軟件支持機(jī)器人系統(tǒng)布局設(shè)計和動作模擬仿真，可進(jìn)行機(jī)器人干涉性、可達(dá)性的分析和系統(tǒng)的節(jié)拍估算，還能夠自動生成機(jī)器人的離線程序，優(yōu)化機(jī)器人的程序以及進(jìn)行機(jī)器人故障的診斷等。

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ROBOGUIDE認(rèn)知

1.ROBOGUIDE仿真模塊簡介

ROBOGUIDE是一款核心應(yīng)用軟件，其常用的仿真模塊有ChamferingPRO、HandlingPRO、WeldPRO、PalletPRO和PaintPRO等。其中，ChamferingPRO模塊用于去毛刺、倒角等工件加工的仿真應(yīng)用；HandlingPRO模塊用于機(jī)床上下料、沖壓、裝配、注塑機(jī)等物料的搬運(yùn)仿真；WeldPRO模塊用于焊接、激光切割等工藝的仿真；PalletPRO模塊用于各種碼垛的仿真；PaintPRO模塊用于噴涂的仿真。不同的模塊決定了其實(shí)現(xiàn)的功能不同，相應(yīng)加載的應(yīng)用軟件工具包也會不同，如圖1-8所示。

除了常用的模塊之外，ROBOGUIDE中其他功能模塊可使用戶方便快捷地創(chuàng)建并優(yōu)化機(jī)器人程序，如圖1-9所示。例如，4D Edit模塊可以將3D機(jī)器人模型導(dǎo)入到真實(shí)的TP中，再將3D模型和1D內(nèi)部信息結(jié)合形成4D圖像顯示；MotionPRO模塊可以對TP程序進(jìn)行優(yōu)化，包括對節(jié)拍和路徑的優(yōu)化（節(jié)拍優(yōu)化要求在電機(jī)可接受的負(fù)荷范圍內(nèi)進(jìn)行，路徑優(yōu)化需要設(shè)定一個允許偏離的距離，從而使機(jī)器人的運(yùn)動路徑在設(shè)定的偏離范圍內(nèi)接近示教點(diǎn)）;iRPickPRO模塊可以通過簡單設(shè)置創(chuàng)建Workcell自動生成布局，并以3D視圖的形式顯示單臺或多臺機(jī)器人抓放工件的過程，自動生成高速視覺拾取程序，進(jìn)而進(jìn)行高速視覺跟蹤仿真。

另外，ROBOGUIDE還提供了一些功能插件來拓展軟件的功能，如圖1-10所示。例如，當(dāng)在ROBOGUIDE中安裝Line Tracking（直線跟蹤）插件后，機(jī)器人可以自動補(bǔ)償工件隨導(dǎo)軌流動而產(chǎn)生的位移，將絕對運(yùn)動的工件當(dāng)作相對靜止的物體，以便對時刻運(yùn)動的流水線上的工件進(jìn)行相應(yīng)的操作；安裝Coordinated Motion（協(xié)調(diào)運(yùn)動）插件后，機(jī)器人本體軸與外部附加軸做協(xié)調(diào)運(yùn)動，從而使機(jī)器人處于合適的焊接姿態(tài)來提高焊接質(zhì)量；安裝Spray Simulation（噴涂模擬）插件后，可以根據(jù)實(shí)際情況建立噴槍模型，然后在ROBOGUIDE中模擬噴涂效果，查看膜厚的分布情況；安裝能源消耗評估插件后，可以在給定的節(jié)拍內(nèi)優(yōu)化程序，使能源消耗降到最低，也可在給定的能源消耗內(nèi)優(yōu)化程序，使節(jié)拍最短；安裝壽命評估插件后，可以在給定的節(jié)拍內(nèi)優(yōu)化程序，使減速機(jī)壽命最長，也可在給定的壽命內(nèi)優(yōu)化程序，使節(jié)拍最短。

2.離線編程與仿真的實(shí)施

在ROBOGUIDE中進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人的離線編程與仿真，主要可分為以下幾個步驟。

（1）創(chuàng)建工程文件

根據(jù)真實(shí)機(jī)器人創(chuàng)建相應(yīng)的仿真機(jī)器人工程文件。創(chuàng)建過程中需要選擇從事作業(yè)的仿真模塊、控制柜及控制系統(tǒng)版本、軟件工具包、機(jī)器人型號等。工程文件會以三維模型的形式顯示在軟件的視圖窗口中，在初始狀態(tài)下只提供三維空間內(nèi)的機(jī)器人模型和機(jī)器人的控制系統(tǒng)。

（2）構(gòu)建虛擬工作環(huán)境

根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備的真實(shí)布局，在工程文件的三維世界中，通過繪制或?qū)肽Ｐ蛠泶罱ㄌ摂M的工作場景，從而模擬真實(shí)的工作環(huán)境。例如，要模擬焊接的工作場景，就需要搭建焊接機(jī)器人、焊接設(shè)備及其他焊接輔助設(shè)備組成的三維模型環(huán)境。

（3）模型的仿真設(shè)置

由三維繪圖軟件繪制的模型除了在形狀上有所不同外，其他并無本質(zhì)上的差別。而ROBOGUIDE建立的工程文件要求這些模型充當(dāng)不同的角色，如工件、機(jī)械設(shè)備等。編程人員要對相應(yīng)的模型進(jìn)行設(shè)置，賦予它們不同的屬性以達(dá)到仿真的目的。當(dāng)機(jī)器人工程文件能夠仿真某些任務(wù)時，也可稱為機(jī)器人仿真工作站。

（4）控制系統(tǒng)的設(shè)置

仿真工作站的場景搭建完成以后，需要按照真實(shí)的機(jī)器人配置對虛擬機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置。控制系統(tǒng)的設(shè)置包括工具坐標(biāo)系的設(shè)置、用戶坐標(biāo)系的設(shè)置、系統(tǒng)變量的設(shè)置等，以賦予仿真工作站與真實(shí)工作站同等的編程和運(yùn)行條件。

（5）編寫離線程序

在ROBOGUIDE的工程文件中利用虛擬示教器（Teach Pendant,TP）或者軌跡自動規(guī)劃功能的方法創(chuàng)建并編寫機(jī)器人程序，實(shí)現(xiàn)真實(shí)機(jī)器人所要求的功能，如焊接、搬運(yùn)、碼垛等。

（6）仿真運(yùn)行程序

相對于真實(shí)機(jī)器人運(yùn)行程序，在軟件中進(jìn)行程序的仿真運(yùn)行實(shí)際上是讓編程人員提前預(yù)知了運(yùn)行結(jié)果。可視化的運(yùn)行結(jié)果使得程序的預(yù)期性和可行性更為直觀，如程序是否滿足任務(wù)要求，機(jī)器人是否會發(fā)生軸的限位、是否發(fā)生碰撞等。針對仿真結(jié)果中出現(xiàn)的情況進(jìn)行分析，可及時糾正程序錯誤并進(jìn)一步優(yōu)化程序。

（7）程序的導(dǎo)出和上傳

由于ROBOGUIDE中機(jī)器人控制系統(tǒng)與真實(shí)機(jī)器人控制器的高度統(tǒng)一，所以離線程序只需小范圍的轉(zhuǎn)化和修改，甚至無須修改便可直接導(dǎo)出到存儲設(shè)備并上傳到真實(shí)的機(jī)器人中運(yùn)行。

【思考與練習(xí)】

1.HandlingPRO模塊主要從事的仿真應(yīng)用是什么？

2.Coordinated Motion插件可以實(shí)現(xiàn)什么功能？

任務(wù)二 ROBOGUIDE的安裝

【任務(wù)描述】

【知識學(xué)習(xí)】

本書所使用的ROBOGUIDE的軟件版本號為8.30104.00.21，計算機(jī)操作系統(tǒng)為Windows 10中文版。操作系統(tǒng)中的防火墻和殺毒軟件因識別錯誤，可能會造成ROBOGUIDE安裝程序的不正常運(yùn)行，甚至?xí)鹉承┎寮o法正常安裝而導(dǎo)致整個軟件安裝失敗。建議在安裝ROBOGUIDE之前關(guān)閉系統(tǒng)防火墻及殺毒軟件，避免計算機(jī)防護(hù)系統(tǒng)擅自清除ROBOGUIDE的相關(guān)組件。作為一款較大的三維軟件，ROBOGUIDE對計算機(jī)的配置有一定的要求，如果要達(dá)到比較流暢的運(yùn)行體驗(yàn)，計算機(jī)的配置不能太低。建議的計算機(jī)配置要求如表1-1所示。

注意

如果屏幕的分辨率小于1920×1080，會導(dǎo)致ROBOGUIDE界面的某些功能窗口顯示不完整，給軟件的操作造成極大的不便。

【任務(wù)實(shí)施】

① 將ROBOGUIDE的安裝包進(jìn)行解壓，然后進(jìn)入到解壓后的文件目錄中，鼠標(biāo)右鍵單擊并以管理員身份運(yùn)行“setup.exe”安裝程序，如圖1-11所示。

② 在軟件安裝向?qū)е幸笾貑⒂嬎銠C(jī)，這里選擇第2項(xiàng)稍后重啟，單擊“Finish”按鈕進(jìn)入下一步，如圖1-12所示。

③ 再次打開安裝程序，單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一步，如圖1-13所示。

④ 圖1-14所示界面是關(guān)于許可協(xié)議的設(shè)置，單擊“Yes”按鈕接受此協(xié)議進(jìn)入下一步。

⑤ 在圖1-15所示界面中可設(shè)置安裝目標(biāo)路徑。用戶可在初次安裝時更改安裝路徑。默認(rèn)的安裝路徑是系統(tǒng)盤。由于軟件占用的空間較大，建議更改為非系統(tǒng)盤，單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一步。

⑥ 在圖1-16所示界面中選擇需要安裝的仿真模塊，一般保持默認(rèn)即可。單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一個選擇界面。

⑦ 在圖1-17所示界面中選擇需要安裝的擴(kuò)展功能，一般保持默認(rèn)即可。單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一個選擇界面。

⑧ 在圖1-18所示界面中選擇軟件的各仿真模塊是否創(chuàng)建桌面快捷方式，確認(rèn)后單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一個選擇界面。

⑨ 在圖1-19所示界面中選擇軟件版本，一般直接選擇最新版本，這樣可節(jié)省磁盤空間。如果機(jī)器人是比較早期的型號，可選擇同時安裝之前對應(yīng)的版本，單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一步。

⑩ 圖1-20所示界面中列出了之前所有的選擇項(xiàng)，如果發(fā)現(xiàn)錯誤，單擊“Back”按鈕可返回更改，確認(rèn)無誤后單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一步，由此便進(jìn)入了時間較長的安裝過程。

? 圖1-21所示的結(jié)果表明軟件已經(jīng)成功安裝。在界面中單擊“Finsh”按鈕退出安裝程序。

? 在圖1-22所示界面中選擇第1項(xiàng)，單擊“Finish”按鈕重啟計算機(jī)。系統(tǒng)重啟完成后即可正常使用ROBOGUIDE。

【思考與練習(xí)】

1.如果計算機(jī)顯示器分辨率過低，ROBOGUIDE界面會出現(xiàn)哪些問題？

2.安裝ROBOGUIDE的注意事項(xiàng)有哪些？

任務(wù)三 創(chuàng)建機(jī)器人工程文件

【任務(wù)描述】

【知識學(xué)習(xí)】

機(jī)器人工程文件是一個含有工業(yè)機(jī)器人模型和真實(shí)機(jī)器人控制系統(tǒng)的仿真文件，為仿真工作站的搭建提供平臺。機(jī)器人工程文件在ROBOGUIDE中具體表現(xiàn)為一個三維的虛擬世界，編程人員可在這個虛擬的環(huán)境中運(yùn)用CAD模型任意搭建場景來構(gòu)建仿真工作站。ROBOGUIDE擁有從事各類工作的機(jī)器人仿真模塊，如焊接仿真模塊、搬運(yùn)仿真模塊、噴涂仿真模塊等。不同的模塊對應(yīng)著不同的機(jī)器人型號和應(yīng)用軟件工具，實(shí)現(xiàn)的功能也不同。另外，在創(chuàng)建工程文件的過程中還可以為機(jī)器人添加附加功能，如視覺功能、外部專用電焊設(shè)備控制、附加軸控制、多機(jī)器人手臂控制等。

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創(chuàng)建機(jī)器人工程文件

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新建與打開工程文件

ROBOGUIDE中菜單和工具欄的應(yīng)用是基于工程文件而言的，在沒有創(chuàng)建或者打開工程文件的情況下，菜單欄和工具欄中的絕大部分功能呈灰色，處于不可用的狀態(tài)，如圖1-23所示。ROBOGUIDE創(chuàng)建的工程文件在計算機(jī)的存儲中是以文件夾的形式存在的，也可以稱為工程包。工程包內(nèi)包括模型文件、機(jī)器人系統(tǒng)配置文件、程序文件等，其中啟動文件的后綴名為“.frw”，如圖1-24所示；另外，ROBOGUIDE也可以將工程文件生成軟件專用的工程文件壓縮包，其后綴名為“.rgx”，如圖1-25所示。

工程文件的文件夾不受計算機(jī)存儲路徑的影響，可通過簡單的剪切、復(fù)制等操作改變其存放位置（必須是整個文件夾的操作）。雙擊frw文件即可調(diào)用ROBOGUIDE打開工程文件。

rgx文件作為ROBOGUIDE專用的壓縮文件，有利于工程文件在不同設(shè)備之間的交互。雙擊解壓工程文件壓縮包，將工程文件的文件夾釋放在默認(rèn)的存儲目錄下（系統(tǒng)盤/文檔/My Workcell）。打開之后，用戶在軟件界面內(nèi)的任何編輯都是基于釋放的文件夾下的文件，而并不會影響到原有的rgx壓縮文件。

【任務(wù)實(shí)施】

① 打開ROBOGUIDE后，單擊工具欄上的新建按鈕或執(zhí)行菜單命令“File”→“New Cell”，如圖1-26所示。

② 在彈出的圖1-27所示的創(chuàng)建工程文件向?qū)Ы缑嬷羞x擇需要的仿真模塊，這里以HandlingPRO物料搬運(yùn)模塊為例，選擇后單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一步。

③ 在圖1-28所示的界面中確定工程文件的名稱，這里也可以使用默認(rèn)的名稱。另外，名稱也支持中文輸入。但為了方便以后文件的管理與查找，建議重新命名。命名完成后，單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一步。

④ 在圖1-29所示的界面中選擇創(chuàng)建機(jī)器人工程文件的方式，一般情況下選擇第1項(xiàng)，然后單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一步。

注意

機(jī)器人工程文件的創(chuàng)建方式有下面4種。

① Creat a new robot with the default HandingPRO config：采用默認(rèn)配置新建文件，選擇配置可完全自定義，適用于一般情況。

② Creat a new robot with the last used HandingPRO config：根據(jù)上次使用的配置新建文件，如果之前創(chuàng)建過工程文件（離本次最近的一次），而新建的文件與之前的配置大致相同，采用此方法較為方便。

③ Creat a new robot from a file backup：根據(jù)機(jī)器人工程文件的備份進(jìn)行創(chuàng)建，選擇rgx壓縮文件進(jìn)行文件釋放得到的工程文件。

④ Creat an exact copy of an existing robot：直接復(fù)制已存在的機(jī)器人工程文件進(jìn)行創(chuàng)建。

⑤ 在圖1-30所示的界面中選擇機(jī)器人控制器的型號及版本，以R-30iB控制器為例，這里默認(rèn)選擇最新的V8.30版本。如果機(jī)器人是比較早期的型號，新版本無法適配，可以選擇早期的版本號。單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一步。

⑥ 在圖1-31所示的界面中選擇應(yīng)用軟件工具包，如點(diǎn)焊工具、弧焊工具、搬運(yùn)工具等。根據(jù)仿真的需要選擇合適的軟件工具，這里選擇搬運(yùn)工具Handling Tool（H552），然后單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一步。

注意

不同軟件工具的差異會集中體現(xiàn)在TP上，如安裝有焊接工具的TP中包含有焊接指令和焊接程序，安裝有搬運(yùn)工具的示教器中有碼垛指令等。另外，TP的菜單也會有很大差異，不同的工具針對自身的應(yīng)用進(jìn)行了專門的定制，包括控制信號、運(yùn)行監(jiān)控等。

⑦ 在圖1-32所示界面中選擇仿真所用的機(jī)器人型號。這里幾乎包含了FANUC旗下所有的工業(yè)機(jī)器人，這里選擇R-2000iC/165F，然后單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一個選擇界面。

⑧ 在圖1-33所示的界面中可以選擇添加外部群組，這里先不做任何操作，直接單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一步。

注意

當(dāng)仿真文件需要多臺機(jī)器人組建多手臂系統(tǒng)，或者含有變位機(jī)等附加的外部軸群組時，可以在這里選擇相應(yīng)的機(jī)器人和變位機(jī)的型號。

⑨ 在圖1-34所示的界面中可以選擇機(jī)器人的擴(kuò)展功能軟件。它包括很多常用的附加軟件，如2D、3D視覺應(yīng)用軟件，專用電焊設(shè)備適配軟件、行走軸控制軟件等。在本界面中還可以切換到“Languages”選項(xiàng)卡設(shè)置語言環(huán)境，將英文修改為中文。語言的改變只是作用于虛擬的TP，軟件界面本身并不會發(fā)生變化，單擊“Next”按鈕進(jìn)入下一步。

⑩ 圖1-35所示的界面中列出了之前所有的配置選項(xiàng)，相當(dāng)于一個總的目錄。如果確定之前的選擇沒有錯誤，則單擊“Finish”按鈕完成設(shè)置；如果需要修改，可以單擊“Back”按鈕退回之前的步驟。這里單擊“Finish”按鈕完成工程文件的創(chuàng)建，等待系統(tǒng)的加載。

? 圖1-36所示為新建的仿真機(jī)器人工程文件的界面，該界面是工程文件的初始狀態(tài)，其三維視圖中只包含一個機(jī)器人模型。用戶可在此空間內(nèi)自由搭建任意場景，構(gòu)建機(jī)器人仿真工作站。

【思考與練習(xí)】

1.機(jī)器人工程文件在計算機(jī)存儲中是一個單獨(dú)的文件，請問這種說法是否正確？為什么？

2.創(chuàng)建工程文件的9個步驟（見圖1-27）中每一步的主要內(nèi)容是什么？

任務(wù)四 ROBOGUIDE界面的認(rèn)知

【任務(wù)描述】

【知識學(xué)習(xí)】

在學(xué)習(xí)ROBOGUIDE的離線編程與仿真功能之前，應(yīng)首先了解軟件的界面分布和各功能區(qū)的主要作用，為后續(xù)的軟件操作打下基礎(chǔ)。創(chuàng)建工程文件后，軟件的功能選項(xiàng)被激活，高亮顯示為可用狀態(tài)，如圖1-37所示。

如圖1-38所示，ROBOGUIDE界面窗口的正上方是標(biāo)題欄，顯示當(dāng)前打開的工程文件的名稱。緊鄰的下面一排英文選項(xiàng)是菜單欄，包括多數(shù)軟件都具有的文件、編輯、視圖、窗口等下拉菜單。軟件中所有的功能選項(xiàng)都集中于菜單欄中。菜單欄下方是工具欄，它包括3行常用的工具選項(xiàng)，工具圖標(biāo)的使用也較好地增加了各功能的辨識度，可提高軟件的操作效率。工具欄的下方就是軟件的視圖窗口，視圖中的內(nèi)容以3D的形式展現(xiàn)，仿真工作站的搭建也是在視圖窗口中完成的。在視圖窗口中會默認(rèn)存在一個“Cell Browser”（導(dǎo)航目錄）窗口（可關(guān)閉），這是工程文件的導(dǎo)航目錄，它對整個工程文件進(jìn)行模塊劃分，包括模型、程序、坐標(biāo)系、日志等，以結(jié)構(gòu)樹的形式展示出來，并為各個模塊的打開提供了入口。

微課

ROBOGUIDE界面

1.常用菜單簡介

ROBOGUIDE的菜單欄是傳統(tǒng)的Windows界面風(fēng)格，表1-2列出了各個菜單的中文翻譯。

（1）文件菜單

文件菜單中的選項(xiàng)主要是對于整個工程文件的操作，如工程文件的保存、打開、備份等，如圖1-39所示。

微課

保存和備份文件

①New Cell：新建一個工程文件。

②Open Cell：打開已有的工程文件。

③Restore Cell Save Point：將工程文件恢復(fù)到上一次保存時的狀態(tài)。

④Save Cell：保存工程文件。

⑤Save Cell As：另存文件，選擇的存儲路徑必須與原文件不同。

⑥Backup Cell：備份生成一個rgx壓縮文件到默認(rèn)的備份目錄。

⑦Package Cell：壓縮生成一個rgx文件到任意目錄。

⑧View File：查看當(dāng)前打開的工程文件目錄下的其他文件。

⑨Recent Files：最近打開過的工程文件。

⑩Exit：退出軟件。

（2）編輯菜單

編輯菜單的選項(xiàng)主要是對工程文件內(nèi)模型的編輯以及對已進(jìn)行操作的恢復(fù)，如圖1-40所示。

①Undo：撤銷上一步操作。

②Redo：恢復(fù)撤銷的操作。

③Cut：剪切工程文件中的模型。

④Copy：復(fù)制工程文件中的模型。

⑤Paste：粘貼工程文件中的模型。

⑥D(zhuǎn)elete：刪除工程文件中的模型。

微課

操作三維視圖

（3）視圖菜單

視圖菜單中的選項(xiàng)主要是針對軟件三維窗口的顯示狀態(tài)的操作，如圖1-41所示。

① Cell Browser：工程文件組成元素一覽窗口的顯示選項(xiàng)，單擊此選項(xiàng)彈出的窗口如圖1-42所示。

“Cell Browser”窗口將整個工程文件的組成元素，包括控制系統(tǒng)、機(jī)器人、組成模型、程序及其他仿真元素，以樹狀結(jié)構(gòu)圖的形式展示出來，相當(dāng)于工程文件的目錄。

②Navigator：離線編程與仿真的操作向?qū)Т翱诘娘@示選項(xiàng)，單擊彈出的操作向?qū)Т翱谌鐖D1-43所示。

由于初學(xué)者對于ROBOGUIDE掌握得不熟練，導(dǎo)致對離線編程和仿真的流程缺乏了解，以至于無從下手。針對這一情況，軟件中專門設(shè)置了具體實(shí)施的向?qū)Чδ埽暂o助初學(xué)者完成離線編程與仿真的工作。此向?qū)Чδ軐⒄麄€流程分為3個大步驟，每個大步驟含有多個小步驟，將模型的創(chuàng)建、系統(tǒng)設(shè)置、模塊設(shè)置到工作站的編程以及最后的工作站仿真等一系列過程整合在一套標(biāo)準(zhǔn)的流程內(nèi)，依次單擊每一小步時，會彈出相應(yīng)的功能模塊，直接進(jìn)入并進(jìn)行操作，有效地降低了用戶的學(xué)習(xí)成本。

③Zoom In：視圖場景放大顯示。

④Zoom Out：視圖場景縮小顯示。

⑤Zoom Window：視圖場景局部放大顯示。

⑥Orthogonal Views：視圖場景正交顯示，除了仰視圖以外的所有正向視圖。

⑦Center on Selected Object：選定顯示中心。

（4）元素菜單

元素菜單主要是對于工程文件內(nèi)部模型的編輯，如設(shè)置工程文件的界面屬性、添加各種外部設(shè)備模型和組件等，如圖1-44所示。

①Add Part至Add Device：添加各種外部設(shè)施的模型來構(gòu)建仿真工作站，包括工件、工裝臺、外部電機(jī)等。

② Workcell Properties：調(diào)整工程文件視圖窗口中部分內(nèi)容的顯示狀態(tài)，如平面格柵的樣式。

（5）機(jī)器人菜單

機(jī)器人菜單中的選項(xiàng)主要是對機(jī)器人及控制系統(tǒng)的操作，如圖1-45所示。

①Teach Pendant：打開虛擬TP。

②Restart Controller：重啟控制系統(tǒng)，包括控制啟動、冷啟動和熱啟動。

（6）示教菜單

示教菜單選項(xiàng)的主要對象是程序的操作，包括創(chuàng)建TP程序、上傳程序、導(dǎo)出TP程序等，如圖1-46所示。

①Add Simulation Program：創(chuàng)建仿真程序。

②Add TP Program：創(chuàng)建TP程序。

③ Load Program：把程序上傳到仿真文件中。

④ Save All TP Programs：導(dǎo)出所有的TP程序。

2.常用工具簡介

（1）視圖操作工具

① （Zoom In 3D World）：視圖場景放大顯示。

② （Zoom Out）：視圖場景縮小顯示。

③ （Zoom Window）：視圖場景局部放大顯示。

④ （Center the View on the Selected Object）：所選對象的中心在屏幕的中央顯示。

⑤ 這5個按鈕分別表示俯視圖、右視圖、左視圖、前視圖和后視圖。

⑥ （View Wire-frame）：讓所有對象以線框圖狀態(tài)顯示，如圖1-47所示。

⑦ （Show/Hide Mouse Commands）：顯示或隱藏快捷鍵提示窗口。

單擊按鈕出現(xiàn)圖1-48所示的表格，表格顯示了所有通過“鍵盤+鼠標(biāo)”操作的快捷方式。

a.旋轉(zhuǎn)視圖：按住鼠標(biāo)右鍵拖動。

b.平移視圖：按住“Ctrl”鍵并按住鼠標(biāo)右鍵拖動。

c.縮放視圖：旋轉(zhuǎn)鼠標(biāo)滾輪。

d.選擇視圖中的目標(biāo)對象：單擊鼠標(biāo)左鍵。

e.沿固定軸向移動目標(biāo)對象：光標(biāo)放在對象坐標(biāo)系的某一軸上按住鼠標(biāo)左鍵拖動。

f.自由移動目標(biāo)對象：光標(biāo)放在對象的坐標(biāo)系上，按住“Ctrl”鍵并按住鼠標(biāo)左鍵拖動。

g.沿固定軸向旋轉(zhuǎn)目標(biāo)對象：光標(biāo)放在對象坐標(biāo)系的某一軸上，按住“Shift”鍵并按住鼠標(biāo)左鍵拖動。

h.打開目標(biāo)對象屬性設(shè)置：雙擊。

i.移動機(jī)器人工具中心點(diǎn)（Toot Center Point,TCP）到目標(biāo)表面：按住“Ctrl+Shift”組合鍵，單擊鼠標(biāo)左鍵。

j.移動機(jī)器人TCP到目標(biāo)邊緣線：按住“Ctrl+Alt”組合鍵，單擊鼠標(biāo)左鍵。

k.移動機(jī)器人TCP到目標(biāo)角點(diǎn)：按住“Ctrl+Alt+Shift”組合鍵，單擊鼠標(biāo)左鍵。

l.移動機(jī)器人TCP到目標(biāo)圓弧的中心：按住“Alt+Shift”組合鍵，單擊鼠標(biāo)左鍵。

（2）機(jī)器人控制工具

① （Show/Hide Jog Coordinates Quick Bar）：實(shí)現(xiàn)世界坐標(biāo)系、用戶坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系等各個坐標(biāo)系之間的切換。

② （Show/Hide Gen Override Quick Bar）：顯示/隱藏機(jī)器人執(zhí)行程序時的速度。

③ （Open/Close Hand）：手動控制機(jī)器人手爪的打開/閉合。

④ （Show/Hide Work Envelope）：顯示/隱藏機(jī)器人的工作范圍。

⑤ （Show/Hide Teach Pendant）：顯示/隱藏虛擬TP。

⑥ （Show/Hide Robot Alarms）：顯示/隱藏機(jī)器人所有程序的報警信息。

（3）程序運(yùn)行工具

① （Record AVI）：運(yùn)行機(jī)器人的當(dāng)前程序并錄制視頻動畫。

② （Cycle Start）：運(yùn)行機(jī)器人當(dāng)前程序。

③ （Hold）：暫停機(jī)器人的運(yùn)行。

④ （Abort）：停止機(jī)器人的運(yùn)行。

⑤ （Fault Reset）：消除運(yùn)行時出現(xiàn)的報警。

⑥ （Show/Hide Joint Jog Tool）：顯示/隱藏機(jī)器人關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)工具。單擊該按鈕后如圖1-49所示。

在機(jī)器人每根軸關(guān)節(jié)處都會出現(xiàn)一根綠色的調(diào)節(jié)桿，可以用鼠標(biāo)拖動調(diào)節(jié)桿來調(diào)整軸的角度。當(dāng)綠色的調(diào)節(jié)桿變成紅色時，表示該位置超出機(jī)器人的運(yùn)動范圍，機(jī)器人不能到達(dá)。

⑦ （Show/Hide Run Panel）：顯示/隱藏運(yùn)行控制面板。單擊該按鈕后出現(xiàn)圖1-50所示的面板。

常用設(shè)置選項(xiàng)說明如下。

a.Simulation Rate：仿真速率，如圖1-51所示。

Synchronize Time：時間校準(zhǔn)，使仿真的時間與計算機(jī)時間同步，一般不勾選。

Run-Time Refresh Rate：運(yùn)行時間刷新率，值越大，運(yùn)動越平滑。

b.Display：運(yùn)行顯示，如圖1-52所示。

Taught Path Visible：示教路徑可見。

Refresh Display：刷新界面。

Hide Windows：隱藏窗口。

Collision Detect：碰撞檢測功能。

c.Control：運(yùn)行控制，如圖1-53所示。

Run Program in Loop：循環(huán)執(zhí)行程序。

d.AVI Settings：錄制視頻設(shè)置，如圖1-54所示。

AVI Size（pixels）：設(shè)定錄制視頻的分辨率。

（4）測量工具

此功能可用來測量2個目標(biāo)位置間的距離和相對位置，分別在“From”和“To”下選擇2個目標(biāo)位置，即可在下面的“Distance”中顯示出直線距離及X、Y、Z 3個軸上的投影距離和3個方向的相對角度。

在“From”和“To”下分別有一個下拉列表，如圖1-55所示。若選擇的目標(biāo)對象是后續(xù)添加的設(shè)備模型，下拉列表中測量的位置可設(shè)置為實(shí)體或原點(diǎn)；若選擇的對象是機(jī)器人模型，可將測量位置設(shè)置為實(shí)體、原點(diǎn)、機(jī)器人零點(diǎn)、TCP和法蘭盤。

【思考與練習(xí)】

1.平移視圖的快捷鍵是什么？

2.視圖場景放大顯示的工具選項(xiàng)是什么？鼠標(biāo)的操作是怎樣的？

3.如何測量機(jī)器人TCP到某個模型坐標(biāo)原點(diǎn)的距離？

【項(xiàng)目總結(jié)】

技能圖譜如圖1-56所示。

【拓展訓(xùn)練】

【離線編程與仿真軟件調(diào)研分析】工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域比較知名且成熟的離線編程與仿真軟件（如RobotStudio、ROBOGUIDE、RobotMaster等）都是國外的品牌。隨著我國工業(yè)機(jī)器人市場的逐漸成形，國內(nèi)的開發(fā)商逐步推出了一些軟件來適配主流的工業(yè)機(jī)器人。

任務(wù)要求：調(diào)研目前國產(chǎn)的離線編程與仿真軟件的發(fā)展現(xiàn)狀，與世界上主流的軟件對比，進(jìn)行差異化分析，并對國內(nèi)廠商提出發(fā)展期待和建議。

考核方式：每3人一組，搜集資料并提交報告，完成表1-3所示的拓展訓(xùn)練評估表。