工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程（KUKA中高級(jí)） 課件 項(xiàng)目六 工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)虛擬調(diào)試

項(xiàng)目六工業(yè)機(jī)器人創(chuàng)新平臺(tái)虛擬調(diào)試公司簡(jiǎn)介匯博工業(yè)CATALOGUE一學(xué)習(xí)目標(biāo)公司簡(jiǎn)介CATALOGUE目錄四知識(shí)拓展二工作任務(wù)五評(píng)價(jià)反饋三實(shí)踐操作六練習(xí)與思考題1．熟悉IRobotSIM（博智）智能制造生產(chǎn)線仿真軟件的模型導(dǎo)入方法；2．掌握IRobotSIM（博智）智能制造生產(chǎn)線仿真軟件的模型布局方法；3．掌握IRobotSIM（博智）智能制造生產(chǎn)線仿真軟件的腳本編寫方法一、學(xué)習(xí)目標(biāo)一、工作任務(wù)背景隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的方式也發(fā)生了極大變化，傳統(tǒng)制造行業(yè)開(kāi)始向智能制造轉(zhuǎn)變。為了確保加工程序的正確性，規(guī)避加工中途因程序編碼問(wèn)題而引起的誤切和停機(jī)等問(wèn)題，在對(duì)機(jī)器人程序編碼后，需要對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。博諾機(jī)器人聯(lián)合多家科研單位，歷時(shí)5年研發(fā)了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)線分析與規(guī)劃軟件——IRobotSIM（博智），可以在虛擬環(huán)境中對(duì)機(jī)器人、制造過(guò)程進(jìn)行有效仿真，真實(shí)地模擬生產(chǎn)線的運(yùn)動(dòng)和節(jié)拍，實(shí)現(xiàn)智能制造生產(chǎn)線的分析與規(guī)劃。二、工作任務(wù)一、工作任務(wù)的背景IRobotSIM具有豐富的3D設(shè)備庫(kù)，支持用戶模型導(dǎo)入和定制、物理、傳感器仿真，機(jī)器人離線編程，便捷的拖曳操作，具有大場(chǎng)景的優(yōu)秀仿真效果，強(qiáng)大的API和數(shù)字孿生開(kāi)發(fā)功能等，從而減少了在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中的異常情況，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)質(zhì)量。IRobotSIM模擬的生產(chǎn)線如圖6-1所示。二、工作任務(wù)二、所需要的設(shè)備虛擬調(diào)試所需設(shè)備：IRobotSIM（博智）智能制造生產(chǎn)線仿真軟件。軟件更新升級(jí)可聯(lián)系本書(shū)主編，聯(lián)系郵箱：37003739@。二、工作任務(wù)三、任務(wù)描述1．完成IRobotSIM（博智）智能制造生產(chǎn)線仿真軟件模型的導(dǎo)入；2．完成IRobotSIM（博智）智能制造生產(chǎn)線仿真軟件模型位置的擺放；3．完成IRobotSIM（博智）智能制造生產(chǎn)線仿真軟件腳本的創(chuàng)建；4．完成IRobotSIM（博智）智能制造生產(chǎn)線仿真軟件腳本的編寫。二、工作任務(wù)三、實(shí)踐操作

一、知識(shí)儲(chǔ)備

IRobotSIM是專業(yè)的虛擬仿真編程平臺(tái)，具有多種功能特性與應(yīng)用編程接口?？梢杂糜诙味ㄖ崎_(kāi)發(fā)、軌跡規(guī)劃、三維可視化與渲染、碰撞檢測(cè)、信號(hào)交互協(xié)同控制、機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)分析及離散事件處理等規(guī)劃類計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）分析功能。IRobotSIM主要有以下幾個(gè)特性：1）IRobotSIM使用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境，分布式控制體系結(jié)構(gòu)。每個(gè)模型可以通過(guò)嵌入式腳本、插件、遠(yuǎn)程客戶端應(yīng)用編程接口控制。2）IRobotSIM支持C/C++、Lua、Python、Matlab、Octave等編程語(yǔ)言。3）IRobotSIM中有Bulletphysicslibrary、OpenDynamicsEngine（ODE）、Vortex和Newton四個(gè)物理引擎。其中Bullet引擎包括Bullet2.78和Bullet2.83兩個(gè)版本。4）IRobotSIM包括運(yùn)動(dòng)逆解、碰撞檢測(cè)、距離計(jì)算、運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、路徑規(guī)劃和幾何約束六大模塊。5）IRobotSIM支持Windows7或Windows10平臺(tái)安裝。將安裝包放在一個(gè)英文路徑下，雙擊安裝程序進(jìn)行安裝，根據(jù)提示進(jìn)行操作安裝即可。注意：安裝過(guò)程可自定義安裝目錄，一旦開(kāi)始安裝后，默認(rèn)是不能取消的。二、任務(wù)實(shí)施1.IRobotSIM軟件的使用啟動(dòng)IRobotSIM后，軟件的主界面如圖6-2示。（1）應(yīng)用欄應(yīng)用欄顯示了軟件的名稱IRobotSIM（博智）。（2）菜單欄菜單欄顯示了對(duì)象的常用操作，文件列表框用于場(chǎng)景的建立和保存。支持obj、dxf、stl、stp、step、iges等網(wǎng)格文件的導(dǎo)入，也可以直接加載hcm格式的場(chǎng)景，也支持對(duì)單獨(dú)的形狀進(jìn)行導(dǎo)出。編輯列表框可以對(duì)已選擇的對(duì)象進(jìn)行復(fù)制、粘貼、刪除等操作；設(shè)置列表框包括仿真設(shè)置和系統(tǒng)設(shè)置，還可用于編輯模型和場(chǎng)景、控制仿真過(guò)程，包括場(chǎng)景的新建、打開(kāi)和保存、對(duì)象的平移與旋轉(zhuǎn)、撤銷與重做、示教平移與旋轉(zhuǎn)。三、實(shí)踐操作（3）工具欄

工具欄主要包括工具欄1、工具欄2、工具欄3，如圖6-3所示。三、實(shí)踐操作工具欄1包括頁(yè)面選擇、場(chǎng)景選擇、對(duì)象的合并與分解，關(guān)節(jié)、實(shí)體、坐標(biāo)點(diǎn)、傳感器、路徑、線程腳本等的添加。三、實(shí)踐操作2）工具欄2主要分為組件、建模及編程三大功能模塊。組件中有各種模型將模型拖到場(chǎng)景中進(jìn)行設(shè)備調(diào)用。單擊側(cè)邊欄的建模按鈕，打開(kāi)場(chǎng)景層次和相應(yīng)的功能模塊。scene1和scene2是兩個(gè)不同的場(chǎng)景，在scene1中，雙擊圖標(biāo)右邊的名字，可以對(duì)名字進(jìn)行更改，雙擊名字左邊的圖標(biāo)，可以對(duì)相應(yīng)的組件進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。鼠標(biāo)左鍵選中某個(gè)對(duì)象，進(jìn)行拖動(dòng)，可以改變場(chǎng)景的層次結(jié)構(gòu)，也可以通過(guò)Ctrl+C復(fù)制某個(gè)對(duì)象，在當(dāng)前場(chǎng)景或者其它場(chǎng)景下（確保在同一個(gè)場(chǎng)景層次下）粘貼（Ctrl+V）對(duì)象。三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作若要一次復(fù)制多個(gè)對(duì)象，可先選中一個(gè)對(duì)象，按住Shift鍵，鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)選擇多個(gè)對(duì)象。然后進(jìn)行復(fù)制粘貼。圖6-4中scene1后面是主腳本，對(duì)應(yīng)的還有子腳本。單擊編程按鈕，彈出如圖6-5所示對(duì)話框，主要是建立機(jī)器人路徑點(diǎn)，并仿真運(yùn)行，還可以進(jìn)行后置輸出。三、實(shí)踐操作3）工具欄3主要包括一組手動(dòng)示教功能（主要針對(duì)串聯(lián)機(jī)器人來(lái)說(shuō)）。對(duì)于一個(gè)機(jī)器人來(lái)說(shuō)，在場(chǎng)景層次結(jié)構(gòu)下，將機(jī)器人模型最上面的父對(duì)象勾選設(shè)置模型為組件，就可以打開(kāi)右邊欄的機(jī)器人選項(xiàng)了，如圖6-6所示。通過(guò)調(diào)節(jié)每個(gè)關(guān)節(jié)的大小，就可以改變機(jī)器人的位置了。TX，TY，TZ，RX，RY，RZ，對(duì)應(yīng)目標(biāo)點(diǎn)（target）的位置和方向，通過(guò)改變目標(biāo)點(diǎn)的位姿（位置和方向），機(jī)器人模型也做出相應(yīng)的改變。三、實(shí)踐操作2.模型導(dǎo)入IRobotSIM軟件中將模型導(dǎo)入步驟見(jiàn)表6-1所示。三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作3.腳本的建立在IRobotSIM中在進(jìn)行模型操作的時(shí)，建立腳本程序步驟見(jiàn)表6-2所示。三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作4.腳本的編寫IRobotSIM軟件中在進(jìn)行模型操作的時(shí)候進(jìn)行腳本編寫，腳本指令見(jiàn)表6-3所示。三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作三、實(shí)踐操作1）腳本代碼（表6-3）中的8~11可以封裝至一個(gè)函數(shù)中，從而實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)的變換，具體應(yīng)用如下：setTargetPosAnt=function(thisObject，targetObject) localP=simGetObjectPosition(targetObject，-1) localA=simGetObjectQuaternion(targetObject，-1) simSetObjectPosition(thisObject，-1，P) simSetObjectQuaternion(thisObject，-1，A)end三、實(shí)踐操作2）腳本代碼（表6-3）中的5、8、9、12可封裝至一個(gè)函數(shù)中，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人模型的運(yùn)動(dòng)，具體應(yīng)用如下：

moveToplace=function(objectHandle，waitTime) localtargetP=simGetObjectPosition(objectHandle，targetBase) localtargetO=simGetObjectQuaternion(objectHandle，targetBase)simRMLMoveToPosition(target，targetBase，-1，nil，nil，maxVel，maxAccel，maxJerk，targetP，targetO，nil)simWait(waitTime)end三、實(shí)踐操作3）腳本代碼（表6-3）中的13~15可封裝至一個(gè)函數(shù)中，從而實(shí)現(xiàn)物體沿路徑移動(dòng)，具體應(yīng)用為：p=simGetPositionOnPath(Path，0)o=simGetOrientationOnPath(Path，0)simMoveToPosition(pwuliao3_1，-1，p，o，1，1)simFollowPath(pwuliao3_1，Path，3，0，1，0.1)注：針對(duì)本項(xiàng)目中所介紹的腳本語(yǔ)句的具體示例見(jiàn)附錄A。一、數(shù)字孿生技術(shù)數(shù)字孿生是充分利用物理模型、傳感器更新、運(yùn)行歷史記錄等，集成多學(xué)科、多物理量、多尺度和多概率的仿真過(guò)程，以完成虛擬空間中的映射，從而反映相應(yīng)實(shí)體設(shè)備的整個(gè)生命周期過(guò)程。因此，在靈活的單元制造中，可以利用數(shù)字孿生技術(shù)，通過(guò)實(shí)體生產(chǎn)線和虛擬生產(chǎn)線的雙向真實(shí)映射與實(shí)時(shí)交互，實(shí)現(xiàn)實(shí)體生產(chǎn)線、虛擬生產(chǎn)線、智能服務(wù)系統(tǒng)的全要素、全流程、全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的集成和融合，在孿生數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的生產(chǎn)布局、生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)調(diào)度等的迭代運(yùn)行，達(dá)到單元式生產(chǎn)線最優(yōu)的一種運(yùn)行模式。圖6-7是數(shù)字孿生模型結(jié)構(gòu)，包括全要素物理實(shí)體層、信息物理融合層、數(shù)字孿生模型層、智能應(yīng)用服務(wù)層。四、知識(shí)拓展（1）全要素實(shí)體層全要素實(shí)體層是單元式生產(chǎn)線數(shù)字孿生模型體系結(jié)構(gòu)的現(xiàn)實(shí)物理層，主要是指生產(chǎn)線、人、機(jī)器和對(duì)象等物理生產(chǎn)線實(shí)體，以及相聯(lián)系的客觀存在的實(shí)體集合。該層作為數(shù)字孿生體系的基礎(chǔ)層，為數(shù)字孿生模型中的各層提供數(shù)據(jù)信息，主要負(fù)責(zé)接受智能應(yīng)用服務(wù)層下達(dá)的生產(chǎn)任務(wù)，并按照虛擬生產(chǎn)線仿真優(yōu)化后的生產(chǎn)指令進(jìn)行生產(chǎn)。（2）信息物理融合層信息物理融合層（CPS）是單元式生產(chǎn)線模型的載體，是實(shí)體層和模型層之間的橋梁，實(shí)現(xiàn)虛擬實(shí)體與物理實(shí)體之間的交互映射和實(shí)時(shí)反饋，負(fù)責(zé)為實(shí)體層生產(chǎn)線和服務(wù)層的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。CPS貫穿柔性生產(chǎn)線的全生命周期各階段，實(shí)現(xiàn)物理對(duì)象的狀態(tài)感知和控制功能。四、知識(shí)拓展（3）數(shù)字孿生模型層數(shù)字孿生模型層是指全要素實(shí)體層在虛擬空間中的數(shù)字化鏡像，是實(shí)現(xiàn)單元式生產(chǎn)線規(guī)劃設(shè)計(jì)、生產(chǎn)調(diào)度、物流配送和故障預(yù)測(cè)等功能最核心的部分。該層基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型實(shí)現(xiàn)仿真、分析和優(yōu)化，并對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)與調(diào)控等。（4）智能應(yīng)用服務(wù)層智能應(yīng)用服務(wù)層從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量、回收進(jìn)行全生命周期管理把控，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線生產(chǎn)布局管理、生產(chǎn)調(diào)度優(yōu)化、生產(chǎn)物流精準(zhǔn)配送、裝備智能控制、產(chǎn)品質(zhì)量分析與追溯、故障預(yù)測(cè)與健康管理，在滿足一定約束的前提下，不斷提升生產(chǎn)效率和靈活性，以達(dá)到生產(chǎn)線生產(chǎn)和管控最優(yōu)。四、知識(shí)拓展本項(xiàng)目中的腳本編寫采用的Lua語(yǔ)言進(jìn)行編寫。Lua是一種輕量小巧的腳本語(yǔ)言，用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編寫并以源代碼形式開(kāi)放，其設(shè)計(jì)目的是為了嵌入應(yīng)用程序中，從而為應(yīng)用程序提供靈活的擴(kuò)展和定制功能。1．Lua特性（1）輕量級(jí):用標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言編寫并以源代碼形式開(kāi)放，編譯后僅僅一百余K，可以很方便的嵌入別的程序里。（2）可擴(kuò)展:Lua提供了非常易于使用的擴(kuò)展接口和機(jī)制：由宿主語(yǔ)言(通常是C或C++)提供這些功能，Lua可以使用，就像是本來(lái)就內(nèi)置的功能一樣。2．Lua應(yīng)用場(chǎng)景Lua語(yǔ)言主要用于游戲開(kāi)發(fā)、獨(dú)立應(yīng)用腳本、Web應(yīng)用腳本、擴(kuò)展和數(shù)據(jù)庫(kù)插件（MySQLProxy和MySQLWorkBench），安全系統(tǒng)（入侵檢測(cè)系統(tǒng)）。四、知識(shí)拓展五、評(píng)價(jià)反饋二、簡(jiǎn)答題（1）IRobotSIM中工具欄有哪些功能？（2）數(shù)字孿生的概念是什么？（3）Lua語(yǔ)言的主要特性包括哪些？一、填空題（1）IRobotSIM支持C/C++、