机器人仿真软件及其在选型中的重要性

摘要：机器人仿真技术是机器人研究领域的一个重要部分。根据不同的仿真目标，选择相应的仿真软件是非常重要的。介绍了国内外常用的仿真软件及其特点，并以DELMIA为例，介绍了机器人选型软件在机器人选型过程中的应用情况。

关键词：工业机器人;仿真软件;选型;重要性;

工业机器人作为一种通用型的多自由度自动化设备在制造行业应用越来越广泛，它能够根据预先设定的程序准确地完成相应的动作，具有自动化程度高、可扩展性强、柔性高等特点[1,2,3,4]。

对于机器人的控制，最关键的就是对其进行编程。目前常用的方法有示教编程和离线编程两种方式，其中示教编程是最早也是最基本的一种编程方式，其通过现场人工操作机器人完成整个动作，并采用特定的程序将动作记录下来，而后采用程序驱动机器人完成动作。示教编程方式操作简单，但是在进行示教编程时必须停机停产，会影响生产效率。离线编程是通过离线编程软件完成的，离线编程软件能够模拟仿真现场实际情况，在软件中生成机器人控制程序，并能够进行三维模拟仿真，消除干涉、碰撞等问题，最后将程序传输给机器人，驱动机器人完成相应动作。由于离线编程不需要停机停产，所以能够大大提高效率。离线编程能够在软件中模拟现场工作状态，所以对机器人臂展、安装位置等前期选型也能起到一定的指导作用[5,6,7]。

1 工业机器人仿真软件

目前市面上有许多离线仿真软件，主要有两种类型，一种是机器人生产厂家根据自家机器人定制的离线编程软件，如机器人四大家族(ABB、KUKA、FANUC、安川)均具有自己的离线编程软件;另一种是通用型的离线编程软件，基本上是由CAD软件公司(如达索、UG等)开发的。

两种类型的编程软件相比，各有自己的优势和缺点，具体如下：

1)机器人厂家自己研发的软件只能仿真自己品牌的机器人，如ABB机器人公司Robot Studio软件只能对ABB机器人进行仿真。但是仿真软件对自家的机器人仿真更精确，人机界面等也与现场几乎完全相同，程序兼容性也更好。

2)通用离线编程软件，如DELMIA、ROBCAD等能够对市面上绝大多数机器人进行仿真，并能够根据自己的模型和参数定制属于自己的机器人，兼容性非常高。但是该类型编程软件仿真的准确性相对较低，人机界面也与实际不同。

分别对两种类型的软件进行简单介绍，具体内容如下：

1.1 Robot Studio

Robot Studio是由ABB机器人公司开发的，具有完整的机器人库，所有机器人的参数均已经设置完成，用户只需直接调用即可，所以该软件能够针对ABB机器人品牌便捷地完成仿真工作。Robot Studio操作界面如下页图1所示，其主要功能如下：

1)能够绘制简单的CAD模型数据，并能够导入其他软件绘制并转为中间格式的模型数据。

2)能够通过直线、曲线等模型特征自动生成机器人程序。

3)自动进行仿真，并判断可达性。

4)对外部IO进行仿真。

5)直接生成程序并驱动机器人动作。

1.2 DELMIA

DELMIA软件是由达索公司开发的通用型仿真软件，如下页图2所示。其能够对几乎所有的机器人进行仿真，具有非常强大的功能。除了具有常规的机器人仿真功能以外，还具有以下功能。

1)能够与旗下CATIA软件无缝兼容，同时软件本身具有强大的建模功能。

2)能够进行物流、装配等仿真操作。

3)能够进行人机工程仿真。

2 仿真软件在选型中的应用

2.1 机器人选型过程

1)根据项目需求，如工件负载、大小，焊缝位置等信息初选机器人型号。

2)搭建项目仿真模型。

3)根据工艺要求定义机器人路径。

4)采用机器人软件自动仿真，确定当前机器人是否能够满足要求。

5)如果当前机器人型号不能满足要求，则根据仿真情况重新选择机器人型号，并再次进行仿真，直到所选机器人满足要求。

2.2 选型实例

以DELMIA软件为例说明机器人仿真软件在选型中的应用，工件长×宽×高为1 000 mm×1 000 mm×600 mm，初选机器人为FANUC M-10i A(R1 420 mm)，四周为焊缝位置。

首先根据要求建立机器人布局，在焊缝处建立坐标点，建立的机器人工作站模型如图3所示。

由图4可知，在离机器人最远的边上的焊点，机器人是不可达的，说明本次选择的机器人工作半径偏小，不能满足工作要求，需要选择半径更大的机器人。对于FANUC机器人来说，比M-10i A半径大的机器人就是M-20i A(R1 811 mm)，以下采用M-20i A进行可达性仿真。结果如图5所示，采用M-20i A可以达到最远的焊点，满足要求。

3 结语

目前市面上的离线编程软件类型很多，也具有各自的特点，用户可以根据自己的具体需求选择适合的软件，完成机器人仿真工作。

在进行机器人相关设备设计时，仿真软件能够对机器人可达性、安装位置等进行提前仿真，判断选型正确性和合理性，从而降低风险并提高设计效率。

随着机器人的使用越来越广泛，离线编程技术凭借其强大的功能也必定会得到更为广泛的应用。

参考文献

[1] 吴瑞详.机器人技术与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，1994.

[2]朱世强，王宣银.机器人技术及其应用[M].杭州：浙江大学出版社，2000.

[3]徐元宣.工业机器人[M].北京：中国轻工业出版社，1999.

[4] 蒋新松.机器人与工业自动化[M].石家庄：河北教育出版社，2003.

[5]王田苗.走向产业化的先进机器人技术[J].中国制造业信息化，2005(10):24-25.

[6]曾绍辉.机器人路径规划技术的现状与发展趋势[J].机械工程师，2007(7):18-21.

[7]孙增沂.机器人系统仿真及应用[J].系统仿真学报，1995,7(3):23-29.