Solid Edge及其二次開發(fā)技術(shù)在機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2013-05-23 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)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(guān)鍵字: 機(jī)器人設(shè)計(jì) Solid Edge 二次開發(fā) 三維圖形仿真

在研究當(dāng)前機(jī)器人設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上.結(jié)合三維圖形仿真技術(shù)、參數(shù)化設(shè)計(jì)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(yīng)用于三維實(shí)體建模及機(jī)器人運(yùn)動仿真、離線示教、在線觀測等機(jī)器人設(shè)計(jì)的各個環(huán)節(jié)中。并以筒壁打磨機(jī)器人的設(shè)計(jì)為例,演示其實(shí)現(xiàn)方法與結(jié)果。

0前言

機(jī)器人設(shè)計(jì)是一門集中了機(jī)械工程、機(jī)器人運(yùn)動學(xué)與動力學(xué)分析、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制理論等多學(xué)科領(lǐng)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(qiáng)大的二次開發(fā)功能,可應(yīng)用于三維實(shí)體建模及機(jī)器人運(yùn)動仿真、離線示教、在線觀測等機(jī)器人設(shè)計(jì)的各個環(huán)節(jié)中。這不但簡化了機(jī)器人本體的設(shè)計(jì)工作,更為機(jī)器人的仿真和實(shí)驗(yàn)提供了一個平臺。

    1機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)和SE在其中的應(yīng)用

    1.1機(jī)器人的體系結(jié)構(gòu)

    國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(LS)定義:"機(jī)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(jī),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(wù)"。因此,機(jī)器人主要由機(jī)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。

Solid Edge及其二次開發(fā)技術(shù)在機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用autocad design圖片1

    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(jìn)行二次開發(fā),得到功能更為強(qiáng)大使用更為簡便的應(yīng)用軟件。例如SE自帶的簡單運(yùn)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(dú)購買且使用復(fù)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(shí)現(xiàn)機(jī)器人運(yùn)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(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

針對機(jī)器人系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)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。

Solid Edge及其二次開發(fā)技術(shù)在機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用autocad design圖片2

其中,任務(wù)規(guī)劃和軌跡規(guī)劃,雖不屬于SE應(yīng)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(jìn)行。

    2應(yīng)用實(shí)例

    現(xiàn)以一種筒壁打磨機(jī)器人為例,說明具體的實(shí)現(xiàn)方法和結(jié)果。

    2.1筒壁打磨機(jī)器人的實(shí)體建模

    圖3所示為應(yīng)用SE的Part和Assembly模塊制作的打磨機(jī)器人模型。

Solid Edge及其二次開發(fā)技術(shù)在機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用autocad design圖片3

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為了便于在設(shè)計(jì)中進(jìn)行修改,采用了參數(shù)化設(shè)計(jì)思想,在VB環(huán)境中編寫應(yīng)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(fù)性設(shè)計(jì),其操作界面如圖4所示。

    2.2筒壁打磨機(jī)器人運(yùn)動仿真

機(jī)器人運(yùn)動仿真是指機(jī)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(yùn)動,以檢測整個作業(yè)過程,進(jìn)行結(jié)構(gòu)和運(yùn)動學(xué)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(shí)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(wù)程序( Server),將用戶規(guī)劃的機(jī)器人各關(guān)節(jié)運(yùn)動坐標(biāo)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(yùn)動單元進(jìn)行仿真。操作者可以根據(jù)不同型號的打磨筒,設(shè)置直筒和圓筒段打磨速度和規(guī)劃方法,并顯示各關(guān)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(yùn)動單元的軌跡規(guī)劃結(jié)果。

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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(jī)器人各關(guān)節(jié)當(dāng)前位置和位姿值;(2)按規(guī)劃數(shù)據(jù)賦予各關(guān)節(jié)下一時刻位置和位姿值;規(guī)劃數(shù)據(jù)或示教點(diǎn)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(jìn)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。

Solid Edge及其二次開發(fā)技術(shù)在機(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用autocad design圖片6

下面是Client中的主要程序段:

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3總結(jié)

SE功能模塊及其二次開發(fā)技術(shù)應(yīng)用于機(jī)器人設(shè)計(jì)中,既簡化了傳統(tǒng)的本體設(shè)計(jì)方式,又增加了新的三維運(yùn)動仿真和離線示教功能,模擬了實(shí)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(jī)器人設(shè)計(jì)中的應(yīng)用,驗(yàn)證了SE及其二次開發(fā)功能對于機(jī)器人建模、規(guī)劃、觀測和提高設(shè)計(jì)效率都有著重要的意義。

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