Solid Edge及其二次開發(fā)技術(shù)在機器人設計中的應用

2013-05-23  by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM  來源:仿真在線

孫一蘭 柳洪義 李麗娜 來源:萬方數(shù)據(jù)
關鍵字: 機器人設計 Solid Edge 二次開發(fā) 三維圖形仿真

在研究當前機器人設計的基礎上.結(jié)合三維圖形仿真技術(shù)、參數(shù)化設計思想和Active X技術(shù),將Solid Edge三維GAD軟件及其二次開發(fā)技術(shù)應用于三維實體建模及機器人運動仿真、離線示教、在線觀測等機器人設計的各個環(huán)節(jié)中。并以筒壁打磨機器人的設計為例,演示其實現(xiàn)方法與結(jié)果。

0前言
   
機器人設計是一門集中了機械工程、機器人運動學與動力學分析、計算機技術(shù)、自動控制理論等多學科領域的綜合性技術(shù),而Solid Edge(以下簡稱SE)具有豐富的功能模塊及其強大的二次開發(fā)功能,可應用于三維實體建模及機器人運動仿真、離線示教、在線觀測等機器人設計的各個環(huán)節(jié)中。這不但簡化了機器人本體的設計工作,更為機器人的仿真和實驗提供了一個平臺。
   
    1機器人的體系結(jié)構(gòu)和SE在其中的應用
   
    1.1機器人的體系結(jié)構(gòu)
   
    國際標準化組織(LS)定義:"機器人是一種自動的、位置可控的、具有多個軸的多功能操作機,能夠借助可編程操作來處理各種材料、零件、工具和專用裝置,以執(zhí)行各種任務"。因此,機器人主要由機器人本體、控制器和軟件三大部分組成,其基本結(jié)構(gòu)如圖l所示。
   

    1.2  SE及其二次開發(fā)功能
   
SE是美國EDS公司推出的一款具有完整API接口的三維CAD軟件,利用微軟公司的Active X Automation技術(shù).可采用多種開發(fā)工具如C、C++、Visual Basic等對其進行二次開發(fā),得到功能更為強大使用更為簡便的應用軟件。例如SE自帶的簡單運動仿真模塊和Dynamic Designer/Motion for SE模塊,前者功能不夠完善,而后者需要單獨購買且使用復雜,通過二次開發(fā),可以直接把用戶的路徑規(guī)劃程序作為SE中三維模型的約束條件,實現(xiàn)機器人運動仿真、離線示教、在線觀測等功能。
   
    1.3  SE及其二次開發(fā)功能在機器人設計中的應用
   
針對機器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設計中存在的問題,主要用到三維建模、仿真與優(yōu)化、離線示教、在線觀測等4個SE功能模塊及其二次開發(fā)功能,如圖2所示。
   

其中,任務規(guī)劃和軌跡規(guī)劃,雖不屬于SE應用,但其仿真和優(yōu)化過程都是在SE及其二次開發(fā)環(huán)境中進行。
   
    2應用實例
   
    現(xiàn)以一種筒壁打磨機器人為例,說明具體的實現(xiàn)方法和結(jié)果。
   
    2.1筒壁打磨機器人的實體建模
   
    圖3所示為應用SE的Part和Assembly模塊制作的打磨機器人模型。
   

為了便于在設計中進行修改,采用了參數(shù)化設計思想,在VB環(huán)境中編寫應用程序,驅(qū)動Part模塊中的變量表來修改零件模塊尺寸,并形成零件庫,減少了大量重復性設計,其操作界面如圖4所示。
   
    2.2筒壁打磨機器人運動仿真
   
機器人運動仿真是指機器人真正執(zhí)行操作之前,以動態(tài)三維圖形直觀地顯示各單元的運動,以檢測整個作業(yè)過程,進行結(jié)構(gòu)和運動學分析,優(yōu)化規(guī)劃結(jié)果,離線示教和在線觀截。這些可以很好地由S}二次開發(fā)功能實現(xiàn),即利用Active X Automation技術(shù),由VB環(huán)境中開發(fā)的客戶程序(Client)驅(qū)動SE服務程序( Server),將用戶規(guī)劃的機器人各關節(jié)運動坐標作為約束條件,通過SE與VB的接口函數(shù),驅(qū)動三維模型中的各運動單元進行仿真。操作者可以根據(jù)不同型號的打磨筒,設置直筒和圓筒段打磨速度和規(guī)劃方法,并顯示各關節(jié)軌跡規(guī)劃結(jié)果。圖5所示為打磨02型號筒壁時,各運動單元的軌跡規(guī)劃結(jié)果。
   

客戶程序中用到Get Transform,Put Transform、Check Interference 3個接口函數(shù),其功能分別是:(1)獲取機器人各關節(jié)當前位置和位姿值;(2)按規(guī)劃數(shù)據(jù)賦予各關節(jié)下一時刻位置和位姿值;規(guī)劃數(shù)據(jù)或示教點數(shù)據(jù)通過這2個函數(shù)驅(qū)動SE中的三維模型仿真。(3)仿真過程中進行碰撞檢側(cè),顯示并記錄碰撞零件、位置等數(shù)據(jù),如圖6所示。

    下面是Client中的主要程序段:
   

    3總結(jié)
   
SE功能模塊及其二次開發(fā)技術(shù)應用于機器人設計中,既簡化了傳統(tǒng)的本體設計方式,又增加了新的三維運動仿真和離線示教功能,模擬了實際工作情況,檢測了規(guī)劃的合理性、可行性。通過在筒壁打磨機器人設計中的應用,驗證了SE及其二次開發(fā)功能對于機器人建模、規(guī)劃、觀測和提高設計效率都有著重要的意義。

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