OFF-LINEPROGRAMMINGOFINDUSTRIALROBOT工業機器人離線編程

01工業機器人的離線編程技術ABBRobotStudio軟件基本操作工業機器人離線軌跡編程020403構建工業機器人基本工作站CONTENTS目錄01工業機器人的離線編程技術一、離線編程的概念及組成

基于CAD/CAM的機器人離線編程示教，是利用計算機圖形學理論建立機器人及其工作環境的模型，并結合某種機器人編程語言，通過對圖形的操作和控制，離線計算并規劃出機器人的作業軌跡，然后對編程的結果進行三維圖形仿真，以檢驗編程的正確性。最后在確認無誤后，生成機器人可執行代碼下載到機器人控制器中，用于控制機器人作業。二、離線編程系統的組成

離線編程系統主要由用戶接口、機器人系統的三維圖形建模、動力學仿真、三維圖形動態仿真、通信接口和誤差校正等部分組成。其相互關系如圖6-1所示。圖6-1機器人離線編程系統組成二、離線編程系統的組成

（1）用戶接口工業機器人一般提供兩個用戶接口，一個用于示教編程，另一個用于語言編程。示教編程可以用示教器直接編制機器人程序。語言編程則是用機器人語言編制程序，使機器人完成給定的任務。（2）機器人系統的三維圖形建模離線編程系統中的一個基本功能是采用圖形描述對機器人和單元進行仿真，這就要求對工作單元中機器人所有的夾具、零件和工具等進行三維實體幾何構型。目前，用于機器人系統三維圖形建模的主要方法有以下三種：結構的立體幾何表示、掃描變換表示和邊界表示。（3）動力學仿真動力學仿真就是利用運動學方法在給出機器人運動參數和關節變量的情況下，計算出機器人的末端位姿，或者是在給定末端位姿的情況下，計算出機器人的關節變量值。在離線編程系統中，除需要對機器人的靜態位置進行運動學計算之外，還需要對機器人的空間運動軌跡進行仿真。二、離線編程系統的組成

（4）三維圖形動態仿真機器機器人動態仿真是離線編程系統的重要組成部分，它能逼真地模擬出機器人的實際工作過程，為編程者提供直觀的可視圖形，進而可以驗證編程的正確性和合理性。（5）通信接口在離線編程在系統中，通信接口起著連接軟件系統和機器人控制柜的橋梁作用。（6）誤差校正離線編程系統中的仿真模型和實際的機器人之間存在誤差。三、離線編程的特點1．離線編程系統具有強大的兼容性?？奢斎攵喾N不同類型的三維信息，包括CAD模型，三維掃描儀掃描數據、便攜式CMM數據以及CNC路徑等。2．多種機器人路徑生成方式相結合，用鼠標在三維模型上選點，自動在曲面上產生UV曲線、邊緣曲線、特征曲線等；曲面與曲面的相交線；曲線的分割、整合等；機器人路徑的批量產生等。3．通過設置加工過程參數，在機器人加工路徑的基礎上，可自動生成完整的機器人加工程序。生成的程序可直接應用到實際機器人上，進行生產加工。4．基于ABB虛擬控制器技術，可以向離線編程系統中導入各種類型的機器人和外部軸設備，這些機器人具備和真實機器人同樣的機械結構和控制軟件，因此可以在離線編程系統中模擬機器人的各種運動、控制過程，全程對生產過程及周期進行準確測算，還可以進行系統的布局設計、碰撞檢測等。5．提高系統效益02ABBRobotStudio軟件基本操作一、ABBRobotStudio軟件主要功能界面

1．ABBRobotStudio軟件主要功能界面“文件”菜單“文件”菜單包含創建新工作站、創造新機器人系統、連接到控制器等功能，如圖6-2所示。圖6-2“文件”菜單“基本”菜單包含建立工作站、路徑編程、坐標設置、控制器及手動操作工具欄等，如圖6-3所示。一、ABBRobotStudio軟件主要功能界面“基本”菜單“建?！辈藛伟瑒摻ê头纸M工作站組件、創建實體、測量以及其他CAD建模操作所需控件，如圖6-4所示。“建?！辈藛螆D6-3“基本”菜單圖6-4“建?！辈藛我弧BBRobotStudio軟件主要功能界面“仿真”菜單包括仿真設定、控制、監控、記錄所需的控件，如圖6-5所示。

圖6-5“仿真”菜單圖6-6“控制器”菜單“控制器”菜單包括用于虛擬控制器的操作、配置、同步的各類控件以及用于管理真實示教器功能的控件，如圖6-6所示。“控制器”菜單“仿真”菜單“RAPID”菜單“ADD-ins”菜單用于添加各類ABB提供的應用安裝包的安裝，如圖6-8所示。圖6-8“ADD-ins”菜單“RAPID”菜單包括RAPID編輯器功能、RAPID文件管理以及RAPID編程的控件，如圖6-7所示。圖6-7“RAPID”菜單“ADD-ins”菜單一、ABBRobotStudio軟件主要功能界面一、ABBRobotStudio軟件主要功能界面2．恢復默認RobotStudio界面的操作如遇到操作窗口被意外關閉，無法找到對應的操作對象來查看相關信息，如圖6-9所示?？墒褂萌鐖D6-10所示的3種操作方法來恢復默認RobotStudio界面。圖6-9

界面窗口意外關閉一、ABBRobotStudio軟件主要功能界面圖6-10界面恢復操作二、ABBRobotStudio軟件中的建模功能

創建工業機器人工作站時，需要創建或導入不同類型的三維模型、機械裝置和機器人末端工具。但在實際情況下，若RobotStudio軟件自帶的模型無法滿足需求，可以使用RobotStudio軟件的建模功能，創建工作站所需的三維模型，也可以借助第三方CAD軟件進行3D模型建立（如圖6-11所示），并通過*.sat格式導入到RobotStudio軟件仿真工作站中來完成布局。圖6-113D模型二、ABBRobotStudio軟件中的建模功能1.RobotStudio建模建立空工作站。打開RobotStudio軟件，首先建立一個空工作站，如圖6-12所示。

圖6-12新建工作站二、ABBRobotStudio軟件中的建模功能建立模型。單擊“建?！辈藛巍肮腆w”→“矩形體”選項，如圖6-13所示。依據實際需要可選擇其他模型，后續操作均以矩形體為例。在彈出的“創建方體”對話框中，設置矩形體的參數，如圖6-14所示。其中，“角點”參數可以確定矩形體放置的位置，“長度”、“寬度”、“高度”參數確定矩形體的大小。單擊“創建”后，創建的矩形體如圖6-15所示。默認名稱為“部件_1”，“布局”如圖6-16所示。

圖6-13創建矩形體圖6-14模型參數設置圖6-15矩形體模型圖6-16默認名稱為部件_1二、ABBRobotStudio軟件中的建模功能2．對3D模型進行相關設置（1）3D模型基本設置在已創建的對象上或在圖6-16所示的“部件_1”上單擊右鍵，彈出快捷菜單，如圖6-17所示。在菜單中可進行位置、可見、方向、修改等相關設定，如圖6-18~圖6-21所示。圖6-17快捷菜單圖6-18“位置”菜單圖6-20“設置”菜單圖6-21“修改”菜單圖6-19

“方向”菜單二、ABBRobotStudio軟件中的建模功能（2）3D模型的導出

在對象設置完成后，單擊圖6-17所示快捷菜單欄中的“導出幾何體”，就可以將對象進行保存。再對“格式”和“版本”進行設置，一般為默認設置，單擊“導出...”。如圖6-22所示。在彈出的“另存為”對話框中（如圖6-23所示），設置“文件名”、“保存類型”及保存路徑后，單擊“保存”即可完成幾何體模型的導出。在文件名及保存路徑設置時最好采用全英文命名。

圖6-23“另存為”窗口圖6-22導出幾何體

二、ABBRobotStudio軟件中的建模功能（3）3D模型的導入當我們需要將自定義模型導入工作站中時，單擊“基本”菜單→“導入幾何體”→“瀏覽幾何體...”選項，如圖6-24所示。在彈出的“瀏覽幾何體”窗口中選擇需要導入的文件“部件_1”然后單擊打開，或直接雙擊文件打開，如圖6-25所示。圖6-24“導入幾何體”選項圖6-25“瀏覽幾何體”窗口三、ABBRobotStudio軟件中工具的使用1．Freehand工具的使用Freehand工具可供移動模型使用，如圖6-26所示，包括移動、旋轉、手動關節、手動線性、手動重定位及多個機器人手動操作。其中手動關節、手動線性、手動重定位及多個機器人手動操作需要建立機器人系統后才可使用。圖6-26Freehand工具

圖6-27移動模型

圖6-28旋轉模型2．測量工具的使用在RobotStudio軟件中還提供了測量功能，主要有以下幾種方式：點到點、直徑、角度、最短距離。在測量時，要合理選用測量方式并充分利用視窗上提供的各種快捷按鈕，如圖6-29所示，主要包括查看方式、選擇部件方式、捕捉模式、測量方式等。圖6-29各種快捷按鈕圖6-30點到點距離測量

圖6-31直徑測量三、ABBRobotStudio軟件中工具的使用圖6-32角度測量圖6-33物體間最短距離測量三、ABBRobotStudio軟件中工具的使用03構建工業機器人基本工作站一、布局工業機器人基本工作站本小節利用已給的.rslib格式工作站模型文件，完成創建機器人空工作站、導入機器人、導入機器人工具并安裝在法蘭盤上、加載機器人周邊模型和機械裝置并布局。最終效果如圖6-34所示。

圖6-34工業機器人基本工作站一、布局工業機器人基本工作站1.導入機器人首先打開軟件，建立空工作站。如圖6-35所示，單擊“基本”菜單→“ABB模型庫”→“IBR120”工業機器人，彈出如圖6-36所示的對話框。IRB120機器人共有3個型號，從下拉菜單中選擇其中的“IRB120”，然后單擊對話框中的“確定”按鈕，在工作站中出現了IRB120機器人模型，如圖6-37所示。圖6-35ABB模型庫

圖6-37添加IRB120機器人

圖6-36選擇IRB120機器人模型一、布局工業機器人基本工作站2.導入機器人工具并安裝到法蘭盤RobotStudio軟件設備庫提供常用的標準機器人工裝設備，包括IRC控制柜、弧焊設備、輸送鏈、其他、工具及TrainingObjects大類，如圖6-38所示。圖6-38設備庫模型一、布局工業機器人基本工作站單擊“基本”菜單→“導入模型庫”→“設備”按鈕，然后單擊設備庫“TrainingObjects”中的模型“myTool”，即可將它放置到工作站中，如圖6-39所示。當機器人工具“myTool”添加完成后，工具位置如圖6-40所示。此時工具沒有安裝在機器人法蘭盤上，而是在基座標原點位置。右鍵單擊“布局”窗口中的“myTool”圖標，選擇“安裝到”→“IRB120”，如圖6-41所示。在彈出的“更新位置”窗口選擇“是”按鈕，如圖6-42所示。工具“myTool”就成功安裝到機器人法蘭盤上，如圖6-43所示。

圖6-41安裝工具圖6-39選擇ABB模型庫設備圖6-43“myTool”安裝到法蘭盤上圖6-40添加工具“myTool”

圖6-42“更新位置”窗口一、布局工業機器人基本工作站1.加載機器人周邊模型并布局周邊模型可選項較多，在“設備”菜單中除了工具之外，均為周邊設備。單擊“基本”菜單→“導入模型庫”→“設備”→單擊選擇“propellertable”和“Curve_thing”模型，即可導入工作臺模型和工件模型，如圖6-44所示。圖6-44加載后效果一、布局工業機器人基本工作站周邊模型在工作站中位置的布局主要通過在“布局”窗口右擊該模型，然后單擊“位置”選項中的其中一種方式進行位置設定，如圖6-45所示。

在“設定位置”、“偏移位置”和“旋轉”位置時要注意所選的“參考”是“本地”、“大地坐標”還是其他?！胺胖谩狈绞揭灿?種：一個點、兩點、三點法、框架和兩個框架。此處選用三點法，布局后的機器人基本工作站如圖6-46所示。圖6-45設定位置方式

圖6-46機器人基本工作站布局完成二、配置工業機器人工作站系統1.創建機器人系統在“基本”菜單下，單擊“機器人系統”→“從布局...”，如圖6-47所示。在圖6-48所示界面中，選擇RobotWare版本為6.03，可以修改機器人控制系統的名稱，設定保存位置，然后單擊“下一個”。在圖6-49中，選擇機械裝置中確認機器人被選中，繼續單擊“下一個”，出現如圖6-50所示的“系統選項”窗口。圖6-47選擇“從布局...”創建系統

圖6-49選擇系統的機械裝置圖6-50系統選項

圖6-48設置系統名字和位置二、配置工業機器人工作站系統

在圖6-50中，單擊“選項”，出現如圖6-51所示的“更改選項”界面。選中左側“類別”下的“DefaultLanguage”，現將默認的語言“English”前的“√”去除，然后選擇“Chinese”選項，將機器人默認語言改為中文。

圖6-51設置語言

單擊“類別”→“IndustrialNetworks”選項→“709-1DeviceNetMaster/Slave”作為工業網絡，如圖6-52所示。單擊“類別”→“AnybusAdapters”選項→“840-2PROFIBUSAnybusDevice”作為通信協議，如圖6-53所示。完成選擇后，單擊“關閉”按鈕，回到如圖6-50所示的界面，單擊“完成”按鈕，可以看到如圖6-54所示的圖片右下角“控制器狀態”為紅色，表示系統正在創建中。等待“控制器狀態”變成綠色，則表示機器人系統已創建完成。

圖6-52設置工業網絡

圖6-53設置通信協議圖6-54控制器狀態為紅色2.工作站打包

如果工作站需要在其他電腦上使用，還可以將工作站、控制系統等文件打包。單擊圖6-55中的“共享”按鈕，選擇“打包”，出現對話框，如圖6-56所示。選擇需要保存的路徑，單擊確定即可將工作站打包成功。二、配置工業機器人工作站系統

圖6-55選擇打包圖6-56工作站打包三、創建運行軌跡程序并仿真運行1．創建工件坐標系為方便后續修改機器人路徑和編寫離線程序，在創建機器人自動路徑前，通常需要先創建工件坐標系。利用模型的三維數據，選取模型中的三點作為創建工件坐標系的數據，創建完成后可通過同步的方法將其同步到控制器中。創建工件坐標系的步驟如下：（1）

單擊“基本”菜單→“其他”按鈕→“創建工件坐標”，如圖6-57所示。圖6-57創建工件坐標三、創建運行軌跡程序并仿真運行（2）

在“創建工件坐標系”對話框中，將工件坐標系名稱命名為“Wobj1”，并單擊“用戶坐標框架”中的“取點創建框架”，如圖6-58所示。

（3）

在彈出的圖6-59所示對話框中，選擇“三點”，并單擊“捕捉對象”功能鍵，依次捕捉X軸上的第一個點X1，X軸正方向上的第二點X2，Y軸上的任意點Y1，完成后單擊“Accept”。（4）

在圖6-58所示的“創建工件坐標”對話框中單擊“創建”，完成工件坐標系創建。創建完成后，在“路徑和目標點”窗口中可以看到“Wobj1”，在工件上也顯示了改工件坐標系，如圖6-60所示。圖6-60工件坐標系創建完成圖6-58更改工件坐標系名稱

圖6-59三點法確定工件坐標框架三、創建運行軌跡程序并仿真運行2．創建運行軌跡程序（1）

依次單擊“基本”菜單→“路徑”按鈕→“空路徑”，創建的空路徑“Path_10”如圖6-61所示。

（2）

在創建示教指令之前對運動參數進行設置，如圖6-62所示。參數設置完成后單擊如圖6-63所示的“示教指令”，并將機器人的機械原點設為軌跡的第一個示教指令。接著將工具沿工件的四個頂點依次逆時針示教目標點，最后回到機械原點。設定機器人軌跡結束后如圖6-64所示。圖6-61創建空路徑圖6-62機器人運動參數設置圖6-63示教指令

圖6-64機器人運動軌跡示教三、創建運行軌跡程序并仿真運行（3）

仿真運行1）

在仿真運行前需檢查機器人能否到達所有路徑中的點，右鍵單擊“Path_10”，選擇“到達能力”，如圖6-65所示的對話框中所有的點都出現綠色對勾，說明所有的點均可到達。2）

右鍵單擊“Path_10”，選擇“配置參數”→“自動配置”，如圖6-66所示的對話框中勾選“包含轉數”，選擇合適的一組機器人軸配置參數后單擊“應用”按鈕。3）右鍵單擊“Path_10”，選擇“沿著路徑運動”，檢查所設示教路徑能否正常運行。若機器人可正常運行，右鍵單擊“Path_10”，選擇“同步到RAPID...”，勾選需要同步的程序模塊，如圖6-67所示，單擊“確定”。

圖6-65到達能力檢測

圖6-66選擇機器人軸參數配置

圖6-67同步到RAPID三、創建運行軌跡程序并仿真運行4）

單擊“仿真”菜單，選擇“仿真設定”按鈕，彈出如圖6-68所示的對話框，單擊“T_ROB1”，選擇進入點為“Path_10”。完成機器人仿真配置后，單擊“播放”按鈕，機器人即可按照之前示教的軌跡運行。

圖6-68仿真設定04工業機器人離線軌跡編程一、創建工業機器人離線軌跡曲線與路徑首先建立工作站，如圖6-69所示。其中，IRB2600_12a_165__01為機器人型號；LaserGun為激光槍；Fixture為固定裝置；Workpiece為工件。

圖6-69焊接工作站模型1.創建工件坐標系為方便后續修改機器人路徑和編寫離線程序，在創建機器人自動路徑前，通常需要先創建工件坐標系。2.創建機器人焊接軌跡曲線（1）單擊“建?！辈藛沃械摹氨砻孢吔纭边x項，單擊工具，選擇Workpiece，對話框如圖6-72所示。單擊創建按鈕，生成名為“部件_1”的曲線模型。（2）生成機器人焊接路徑首先單擊項→“自動路徑”，彈出如圖6-73所示的對話框。其中，參照面選擇Workpiece模型表面，其他參數設定如圖6-73所示，設定完成后單擊“創建”按鈕，得到機器人路徑“Path_10”，如圖6-74所示。

圖6-72選擇表面

圖6-73自動路徑對話框

圖6-74自動路徑創建完成一、創建工業機器人離線軌跡曲線與路徑二、工業機器人目標點調整及仿真1.機器人目標點調整在“路徑和目標點”對話框中單擊“工件坐標&目標點”→“Wobj1”→“Wobj1_of”，展開目標點，如圖6-75所示。每個目標點前的感嘆號代表在該點處的機器人軸參數未進行配置。如圖6-76所示，右鍵單擊“Target_10”→“查看目標處工具”，勾選工具“