5.3.1 機器人寫字工作站仿真(例5-1例5-2)

5.3.1機器人寫字工作站仿真LOGO5.3.1機器人寫字工作站仿真

在工業(yè)機器人工作過程中，常常需要沿著一些曲線運動。如果采用逐點示教的方法，費時、費力，并且編程軌跡的精度不高，這就需要離線編程。

本任務主要通過工業(yè)機器人斜面寫字案例，實現(xiàn)自動取放繪圖筆工具，進行IRB120機器人定義、繪圖筆工具定義，設置工具坐標系、安裝工具，利用PS軟件的離線編程功能，自動生成復雜軌跡（如“片”字）自動路徑，完成離線程序的優(yōu)化和仿真運行測試。5.3.1機器人寫字工作站仿真

如圖5-2所示，本任務的機器人寫字工作站主要由ABBIRB120機器人、繪圖筆工具、快換裝置、主盤工具、工作臺和“片”字繪圖模塊組成。下面通過具體案例來說明工業(yè)機器人寫字工作站的仿真方法和流程。

【例5-1】采用PS軟件進行NX模型的導入、編輯，以及進行機器人繪圖筆工具拾放操作的虛擬編程與仿真。

操作步驟如下。圖5-2工業(yè)機器人寫字工作站5.3.1機器人寫字工作站仿真（1）打開NX軟件，打開繪圖模塊（寫字模塊）三維模型（繪圖模塊-片.prt），按W鍵顯示W(wǎng)CS坐標系，單擊“菜單”→“格式”→“WCS”→“原點”，彈出“點”對話框，單擊繪圖模塊旋轉(zhuǎn)軸中心點，將WCS移動到該位置，如圖5-3（a）所示。單擊“菜單”→“編輯”→“移動對象”，彈出“移動對象”對話框，5-3（b）所示,“對象”選擇底板，“運動”為“角度”，“指定矢量”為“-YC”，“指定軸點”為“WCS原點”，“角度”輸入“30”，“結(jié)果”點選“移動原先的”，單擊“確定”。在裝配導航器中雙擊“平板模板-片”，將其切換為工作部件。重復移動對象操作，如圖5-3（c）所示，將“平板模板-片”旋轉(zhuǎn)30度。單擊“菜單”→“插入”→“關聯(lián)復制”→“抽取幾何特征”，彈出“抽取幾何特征”對話框，如圖5-3（d）所示,單擊“片”字的邊緣，抽取曲線，單擊“確定”，結(jié)果如圖5-3（e）所示。在裝配導航器中雙擊“繪圖模塊-片”，將其切換為工作部件，另存為“繪圖模塊-片OK”后退出。（a）打開三維模型

（b）移動底板

（c）移動“片”體（d）“抽取幾何特征”對話框（e）抽取曲線結(jié)果圖5-3調(diào)整繪圖模塊的姿態(tài)并抽取曲線5.3.1機器人寫字工作站仿真（2）雙擊桌面PS圖標，打開PS軟件，在歡迎界面，單擊“系統(tǒng)根目錄”輸入框右側(cè)的瀏覽按鈕，更改文件路徑（如“C:\temp5”，根據(jù)具體情況設置），單擊“新建研究”按鈕，在彈出的“新建研究”對話框中單擊“創(chuàng)建”，單擊“確定”，完成新建研究的創(chuàng)建。單擊“文件”→“導入/導出”→“轉(zhuǎn)換并插入CAD文件”，彈出“轉(zhuǎn)換并插入CAD文件”對話框，如圖5-4所示。單擊“添加”，彈出“打開”對話框，修改文件目錄，選中“繪圖模塊-片OK.prt”文件，彈出“文件導入設置”對話框，“基本類”選擇“零件”，“復合類”和“原型類”均為默認，勾選“插入組件”和“創(chuàng)建整體式JT文件”（“用于整個裝配”），單擊“確定”，單擊“導入”，等待文件導入成功后，單擊“關閉”。圖5-4轉(zhuǎn)換并插入CAD文件5.3.1機器人寫字工作站仿真（3）此時，在對象樹的“零件”文件下顯示“繪圖模塊-片OK”。在系統(tǒng)根目錄下將出現(xiàn)“繪圖模塊_片OK.cojt”文件夾，文件夾內(nèi)包含“TuneData.xml”和“繪圖模塊_片OK.jt”兩個文件。如圖5-5所示，在對象樹中，單擊選中“繪圖模塊-片OK”，按F2，將其重命名為“Word”，單擊“建?！薄霸O置建模范圍”，展開后按F2，對其重命名。圖5-5重命名“Word”零件5.3.1機器人寫字工作站仿真（4）在對象樹中，單擊選中“Word”，單擊“文件”→“導入/導出”→“導出JT”，彈出“導出JT”對話框，如圖5-6所示。“包括”中可勾選“坐標系”“位置”和“精確幾何體”（也可不選），單擊“導出”，在彈出的“查看日志”對話框中單擊“否”，則在系統(tǒng)根目錄中生成JT文件“Word.jt”。在系統(tǒng)根目錄中新建文件夾，并命名為“Word.cojt”，將導出的JT文件“Word.jt”剪切到該文件夾中。單擊菜單欄“建?！薄敖M件”→“定義組件類型”，彈出“瀏覽”對話框，更改文件路徑選中“Word.cojt”文件夾，單擊“確定”，彈出“定義組件類型”對話框，如圖5-7所示，在“類型”下拉列表中選擇“PartPrototype”，單擊“確定”。定義組件類型后，新建研究，單擊“建模”→“組件”→“插入組件”，彈出“插入組件”對話框，雙擊“Word.cojt”文件夾，即可以插入組件模型。圖5-6“導出JT”對話框

圖5-7“定義組件類型”對話框5.3.1機器人寫字工作站仿真（5）雙擊桌面PS圖標，打開PS軟件，在歡迎界面，單擊“系統(tǒng)根目錄”輸入框右側(cè)的瀏覽按鈕，更改文件路徑，設置系統(tǒng)根目錄（如“C:\temp5”），單擊“新建研究”按鈕，在彈出的“新建研究”對話框中單擊“創(chuàng)建”，單擊“確定”，完成新建研究的創(chuàng)建。將隨書數(shù)據(jù)文件目錄“...\Chapter5Example\RobotWriting”下的“Robot.cojt”

“Table.cojt”

“Chang.cojt”

“Pentool.cojt”

“Momplate.cojt”“Word.cojt”復制到系統(tǒng)根目錄下。在PS軟件中，單擊菜單欄“建模”→“組件”→“插入組件”，彈出“插入組件”對話框，在系統(tǒng)根目錄下，按住Ctrl鍵，單擊選中IRB120機器人（Robot.cojt）、工作臺（Table.cojt）、快換裝置（Chang.cojt）、繪圖筆工具（Pentool.cojt）、母盤（Momplate.cojt）和繪圖模塊（Word.cojt）,單擊“打開”，完成組件的插入。注意：上述插入的組件，除繪圖模塊的類型為“零件”外，其他均為“資源”。5.3.1機器人寫字工作站仿真（6）插入組件后，繪圖模塊的位置不理想，需要調(diào)整其放置位置。在對象樹中單擊選中“Table”，單擊菜單欄“設置建模范圍”，在圖形查看器工具欄中，“選取意圖”修改為“自原點選取意圖”，“選取級別”修改為“實體選取級別”。單擊菜單欄“建?！薄安季帧薄皠?chuàng)建坐標系”→“通過6個值創(chuàng)建坐標系”，彈出“6值創(chuàng)建坐標系”對話框。如圖5-8（a）所示，單擊選中前排左起第3個定位框，X、Y、Z相對方向均為0，單擊“確定”，創(chuàng)建坐標系“fr1”。右擊坐標系“fr1”，在彈出的菜單中單擊“放置操控器”，彈出“放置操控器”對話框，如圖5-8（b）所示，Z方向平移10。在對象樹中右鍵單擊“Word”，在彈出的菜單中單擊“重定位”，彈出“重定位”對話框，如圖5-8（c）所示?！皬淖鴺讼怠眴螕暨x中“自身”，“到坐標系”單擊選中“fr1”，單擊“應用”，單擊“關閉”。（a）創(chuàng)建坐標系fr1

（b）平移坐標系fr15.3.1機器人寫字工作站仿真（c）重定位繪圖模塊圖5-8調(diào)整繪圖模塊的位置5.3.1機器人寫字工作站仿真（7）在對象樹中，單擊“Robot”，單擊“設置建模范圍”，按照例3-4機器人定義的方法和步驟，對IRB120機器人進行定義（創(chuàng)建連桿和關節(jié)、定義關節(jié)屬性、創(chuàng)建基準坐標系和TCP坐標系、創(chuàng)建姿態(tài)），注意各個關節(jié)屬性中設置“上限”和“下限”，如表5-1所示。機器人定義完成后，在對象樹中，單擊“Robot”，單擊“結(jié)束建?！?。在機器人模型上任意位置單擊鼠標右鍵，在彈出的工具列表中單擊“機器人調(diào)整”工具按鈕，彈出“機器人調(diào)整:Robot”對話框。按住鼠標左鍵，沿著不同的軸拖動，觀察機器人的姿態(tài)是否能夠做出相應改變。表5-1ABBIRB120機器人各關節(jié)運動范圍及最大運動速度關節(jié)運動運動范圍/（°）最大運動速度/（°/s）關節(jié)１軸-165~+165250關節(jié)２軸-110~+110250關節(jié)３軸-90~+70250關節(jié)４軸-160~+160320關節(jié)５軸-120~+120320關節(jié)６軸-400~+4004205.3.1機器人寫字工作站仿真（8）在對象樹中，單擊“Momplate”，單擊“設置建模范圍”，按照例3-6母盤定義的方法和步驟，對母盤進行設備定義。鼠標右鍵單擊機器人本體，在彈出的菜單中單擊“安裝工具”，彈出“安裝工具-機器人Robot”對話框，如圖5-9所示，單擊“翻轉(zhuǎn)工具”，調(diào)整工具的姿態(tài)，將母盤工具安裝機器人上。圖5-9安裝母盤工具5.3.1機器人寫字工作站仿真（9）如果坐標系不一致，母盤工具安裝后方向未能保持豎直，需調(diào)整姿態(tài)。右擊母盤工具，在彈出的菜單中單擊“放置操控器”，彈出“放置操控器”對話框，如圖5-10所示。將視圖調(diào)整為“Bright”，單擊展開“參考坐標系”右側(cè)下拉列表框，單擊“圓心定坐標系”，彈出“3點圓心定坐標系”對話框，單擊母盤工具外側(cè)突出圓柱面的3個邊緣點，單擊“確定”（即參考坐標系定于圓柱中心）。單擊“Rz”旋轉(zhuǎn)軸，輸入“-32”，按回車，單擊“關閉”，完成母盤工具姿態(tài)調(diào)整。圖5-10調(diào)整母盤工具的姿態(tài)5.3.1機器人寫字工作站仿真（10）在對象樹中，單擊選中“Pentool”，單擊“設置建模范圍”，在彈出的對話框中單擊“確定”。單擊菜單欄“建模”→“布局”→“創(chuàng)建坐標系”→“通過6個值創(chuàng)建坐標系”，彈出“6值創(chuàng)建坐標系”對話框，如圖5-11所示。在圖形查看器工具欄中，“選取意圖”修改為“選取點選取意圖”，“選取級別”修改為“實體選取級別”。單擊繪圖筆工具筆尖，X、Y、Z相對方向為0、0、180，單擊“確定”，創(chuàng)建坐標系“fr2”。圖5-11為繪圖筆工具創(chuàng)建坐標系fr25.3.1機器人寫字工作站仿真（11）單擊菜單欄“建?！薄安季帧薄皠?chuàng)建坐標系”→“通過6個值創(chuàng)建坐標系”，彈出“6值創(chuàng)建坐標系”對話框，如圖5-12所示。鼠標移動到繪圖筆上部圓柱體，在頂面圓心出現(xiàn)小圓圈后，單擊鼠標左鍵，X、Y、Z相對方向為0、180、0，單擊“確定”，創(chuàng)建坐標系，按F2重命名為“fr3”。圖5-12為繪圖筆工具創(chuàng)建坐標系fr35.3.1機器人寫字工作站仿真（12）單擊菜單欄“操作”→“創(chuàng)建操作”→“新建操作”→“新建復合操作”，新建復合操作“CompOp”。單擊菜單欄“操作”→“創(chuàng)建操作”→“新建操作”→“新建拾放操作”，彈出“新建拾放操作”對話框，“拾取點”和“放置點”均選擇“fr3”，其他設置如圖5-13所示，單擊“確定”。在操作樹中，右擊拾放操作“Robot_PNP_Op”，在彈出的菜單中單擊“設置當前操作”，將創(chuàng)建的拾放操作加入序列編輯器，單擊“正向播放仿真”按鈕，進行仿真。圖5-13“新建拾放操作”對話框5.3.1機器人寫字工作站仿真（13）在操作樹中，單擊選中“拾取”，單擊圖形查看器工具欄中的“單個或多個位置操控”按鈕，彈出“位置操控”對話框，如圖5-14所示。單擊選中“跟隨模式”，單擊Rz旋轉(zhuǎn)軸，單擊調(diào)整箭頭到“-21”，單擊“關閉”，調(diào)整母盤與繪圖筆工具的接線盒對齊。

圖5-14“位置操控”對話框5.3.1機器人寫字工作站仿真（14）在操作樹中單擊選中“拾取”，單擊菜單欄“添加位置”→“在前面添加位置”，彈出“機器人調(diào)整：Robot”對話框，如圖5-15所示。單擊Z平移軸，輸入-50，單擊“關閉”，即在拾取點之前創(chuàng)建過渡點via。重復操作，在操作樹中單擊選中“拾取”，單擊菜單欄“添加位置”→“在后面添加位置”，彈出“機器人調(diào)整：Robot”對話框。單擊Z平移軸，輸入-50，單擊“關閉”，即在拾取點之后創(chuàng)建過渡點via1。重復操作，過渡點via1后添加過渡點via2，via2在Z方向比via1抬高150，以防止繪圖筆工具移動時與快換裝置發(fā)生碰撞。圖5-15為拾取創(chuàng)建過渡點5.3.1機器人寫字工作站仿真（15）右擊機器人，在彈出的菜單中單擊“初始位置”，使機器人回到初始位置。在操作樹中單擊選中“放置”，單擊菜單欄“操作”→“添加位置”→“添加當前位置”，則在“放置”后添加過渡位置，按F2，將該位置名字修改為“home”。在操作樹中右擊“放置”，在彈出的菜單中單擊“刪除”，或按Delete鍵，將該點刪除。在操作樹中單擊選中Robot_PNP_Op，按F2，將其名字修改為“拾取”。5.3.1機器人寫字工作站仿真（16）在操作樹中，單擊“ComOp”，單擊菜單欄“操作”→“創(chuàng)建操作”→“新建操作”→“新建拾放操作”，彈出“新建拾放操作”對話框，“名稱”修改為“放置”，“放置點”選擇“拾取”，其他設置與圖5-7一致，單擊“確定”。按住Ctrl，單擊“拾取”操作中的“via”“via1”“via2”和“home”，按“Ctrl+C”復制，在操作樹中單擊選中“放置”，按“Ctrl+V”粘貼。單擊“路徑編輯器”標簽頁將其打開，如圖5-16所示，在操作樹中單擊“放置”，單擊“向編輯器添加操作”按鈕，將“放置”添加到路徑編輯器。在“路徑編輯器”中單擊選中“放置”點，單擊“下移”按鈕，將“放置”點移到過渡點“via”后。重復操作，將過渡點“via2”移動到“via”前。圖5-16路徑編輯器5.3.1機器人寫字工作站仿真（17）將復合操作“ComOp”添加到序列編輯器，如圖5-17所示，按住Shift鍵，分別單擊選中“拾取”和“放置”（注意前后順序），單擊鏈接按鈕，單擊“正向播放仿真”按鈕，觀察仿真效果。圖5-17序列編輯器5.3.1機器人寫字工作站仿真【例5-2】在例5-1的基礎上，采用PS軟件進行斜面“片”字的機器人寫字程序離線編程與仿真。操作步驟如下。（1）在對象樹中，單擊繪圖筆工具“Pentool”，單擊“設置建模范圍”，在彈出的對話框中單擊“確定”。單擊菜單欄“建模”→“運動學設備”→“工具定義”，彈出如圖5-18所示的對話框，提示是否繼續(xù)自動創(chuàng)建默認運動學和姿態(tài)，單擊“確定”，彈出“工具定義-Pentool”對話框。“工具類型”選擇“焊槍”，“TCP坐標系”設為“fr2”，“基準坐標系”設為“fr3”，單擊“確定”，完成繪圖筆工具的定義。圖5-18定義繪圖筆工具5.3.1機器人寫字工作站仿真（2）在圖形窗口中，鼠標右鍵單擊機器人的任意部分，在彈出的菜單中單擊“安裝工具”，彈出“安裝工具-機器人Robot”對話框，設置如圖5-19所示，單擊“應用”，單擊“翻轉(zhuǎn)工具”，調(diào)整到合適姿態(tài)，單擊“關閉”，將繪圖筆工具安裝到機器人。圖5-19“安裝工具”對話框5.3.1機器人寫字工作站仿真（3）在圖形窗口右擊母盤工具，在彈出的菜單中單擊“放置操控器”，彈出“放置操控器”對話框，如圖5-20所示，“參考坐標系”設為“TCPF”（母盤工具的TCP），“操控器初始位置”保持默認的“參考坐標系”，單擊“Rz”旋轉(zhuǎn)軸，輸入旋轉(zhuǎn)角度“-53”，按回車，單擊“關閉”，完成母盤工具的姿態(tài)調(diào)整。圖5-20“放置操控器”對話框5.3.1機器人寫字工作站仿真（4）在對象樹中，單擊繪圖模塊“Word”，單擊“設置建模范圍”，在彈出的對話框中單擊“確定”。在圖形窗口，右擊繪圖模塊，在彈出的菜單中單擊“僅顯示”。單擊菜單欄“建?！薄皫缀误w”→“由邊創(chuàng)建虛曲線”，彈出“創(chuàng)建虛虛線”對話框，如圖5-21所示。“創(chuàng)建方法”選擇“間距、數(shù)量”，“與起點的距離”為0，“間距”為0，“曲線數(shù)”為1，逐次點選“片”字外沿曲線，單擊“確定”，完成曲線的創(chuàng)建。此時，在對象樹展開“Word”，可發(fā)現(xiàn)增加曲線“Curve”。圖5-21創(chuàng)建曲線5.3.1機器人寫字工作站仿真（5）在對象樹中單擊選中曲線“Curve”，單擊菜單欄“工藝”→“連續(xù)”→“由曲線創(chuàng)建連續(xù)制造特征”，彈出“由曲線創(chuàng)建連續(xù)制造特征”對話框，如圖5-22所示，“指派給零件”選擇“Word”繪圖模塊，單擊“確定”。單擊菜單欄“主頁”→“查看器”→“制造特征查看器”，彈出“制造特征查看器”，如圖5-23所示，可發(fā)現(xiàn)新建制造特征“Curve”。圖5-22“由曲線創(chuàng)建連續(xù)制造特征”對話框圖5-23制造特征查看器5.3.1機器人寫字工作站仿真（6）新建復合操作“CompOp1”，在操作樹中單擊選中“CompOp1”，單擊菜單欄“操作”→“新建操作”→“新建連續(xù)特征操作”，彈出“新建連續(xù)操作”對話框，如圖5-24所示。選擇“工具”為繪圖筆工具“Pentool”，在“制造特征查看器”中單擊“Curve”，將其加入，單擊“確定”，按F2將該操作的名稱改為“寫字”。