工业机器人虚拟样机系统的研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第2o卷第3期计算机仿真2003年3月文章编号：1006—9348(2003)03—0056—02工业机器人虚拟样机系统的研究黄雪梅，赵明扬，陈书宏(中科院沈阳自动化研究所机器人学开放实验室，辽宁沈阳hOOtS)摘要：该文提出将虚拟样机技术应用于工业机器人仿真研究过程，研究与开发工业机器人虚拟样机系统。首先说明虚拟样机技术并分析其关键技术，然后说明了工业机器人虚拟样机系统的构成与样机系统在机器人仿真研究中的研究内容。总结该项技术主要解决以下两方面的问

2、题，即机器人仿真研究中的系统集成及为以机器人为主体的生产线虚拟设计、验证环境提供底层的数字化环境。关键词：虚拟样机；工业机器人；机器人中图分类号：TP391．9文献标识码：A1前言虚拟样机解决方案涉及到多方面的技术，虚拟样机执行虚拟样机(VimudPrototype，简称VP)是当前设计制造领环境需要在不同的系统间进行转换，其集成性包括以下方域的一门新兴技术，该技术在计算机上通过CAD／CAM／CAE面：等技术将产品信息集成到计算机提供的可视化虚拟环境，在●在CAD环境中建立机械系统三维模型并进行

3、简单的实际产品制造之前实现产品的仿真、分析与优化过程。机器运动性能分析：人仿真是机器人研究中的重要环节，可应用于机器人运动●由几何模型转换为CAD系统中的几何模型，并导入学、动力学分析，轨迹和路径规划，机器人与工作环境的相互虚拟样机分析系统，进行运动学与动力学分析；作用，离线编程等方面。随着目前虚拟制造及数字化制造等●虚拟样机中的载荷传递给有限元分析软件，并将后先进制造技术的发展，机器人仿真也成为围绕产品生命周期者的分析结果回传给虚拟样机；的整个数字化设计、验证及制造环境的重要组成部分。研究●生产

4、线模型及其控制系统的规范与虚拟样机的集与开发机器人虚拟样机系统，可以在虚拟环境中完成以上方成。面的研究工作，为机器人研究及先进制造技术的发展提供新2)系统参数化的手段。建立参数化的虚拟样机系统，可在多仿真参数前提下对虚拟样机系统进行反复测试，对多种条件下的仿真输出结果2虚拟样机技术进行分析比较，为系统进一步优化奠定基础。虚拟样机技术涉及多体系统运动学与动力学建模理论3)系统优化及其技术实现，是基于先进的建模技术、多领域仿真技术、信虚拟样机解决方案在系统多参数及虚拟验证前提下选息管理技术、交互式用户

5、界面技术和虚拟现实技术的综合应择设计者需要的方案，提供优化的系统参数与设计结果。用技术。、1P技术在设计的初级阶段——概念设计阶段就可4)系统可视化与交互性以对整个系统进行完整的分析，观察并实验各组成部分的相系统提供良好的模型显示环境，使操作者有高真实性的互运动情况。通过系统仿真软件在相应虚拟环境中真实地沉浸感。由于具有可视化方面的优势，在设计过程中设计者模拟系统的运动，在计算机上可方便地修改设计缺陷，仿真可交互式探索虚拟机械系统的功能，仿真真实环境对虚拟样不同的设计方案，对系统进行不断的改进，直

6、至获得最优的机进行反复调试，充分将自身的经验和能力结合到计算机的设计方案以后，再做出物理样机。虚拟样机的设计过程中。虚拟样机的设计方法体现出并行工程的概念和思想。是今后先进制造技术的发展方向。与传统方法相比具有诸多3工业机器人虚拟样机优势，即在设计时期可确定关键参数，更新产品开发过程，缩3．1机器人数字化虚拟样机系统短开发周期、降低成本和提高产品质量。虚拟样机的关键技机器人虚拟样机系统将机器人研究与虚拟样机技术相术包括以下方面：结合，针对于机器人设计与制造过程中的运动学、动力学分1)系统集成性析，

7、轨迹和路径规划，机器人与工作环境的相互作用等技术内容进行研究与系统开发，在虚拟环境中完成机器人的设收稿日期~2002—02—07计、分析及虚拟生产过程的实现。系统的具体构成如图1。—56一维普资讯http://www.cqvip.com各种控制方法可直接作用于物理样机，高效省时，无需担心错误的控制方法造成样机的损坏。机器人虚拟样机系统具有如下技术特点：1)提供机器人仿真研究的集成系统和数字化机器人设计、验证环境机器人虚拟样机系统提供包含数字化建模、可视化的运动过程实现、运动学分析、控制系统仿真在内

8、的统一数据平台，使各部分之间的仿真及分析结果及时、高效率地互相加以利用，提供数字化的研究环境。2)构成数字化虚拟制造环境的有机组成部分工业机器人是制造系统中的基本工作单元，机器人虚拟图1机器人虚拟样机系统样机系统能够有效溶人上一层次的数字化加工制造环境，满足虚拟制造环境中机器人工作单元上层的生产线仿真、数字3．2机器人虚拟样机系统的功能及技术特点化工厂要求，构成数字化机器人生产线的基础与有机组成部机器人虚拟样机系统的核心功能是提供用于在计算机分。上进行机器人设计与开发的虚拟环境，其