仿真技术在机器人系统中的应用

　　工业机器人在现代制造系统中起着极其重要的作用。随着机器人技术的不断发展，机器人的三维仿真技术也随之得到广泛关注。通过预先对机器人及其工作环境乃至生产过程进行模拟仿真，将机器人的运动方式以动画的方式显示出来，直观的显示机器人及整个生产线的运动情况，能够有效地辅助设计人员进行机器人虚拟示教、机器人工作站布局、机器人工作姿态优化。

　　（1）启帆工业机器人系统介绍

　　启帆工业机器人系统主要由机器人本体、机器人控制器和机器人控制软件三部分组成，如图1所示。机器人控制系统是先通过示教器来操作运动控制器，运动控制器则通过EtherCAT通信向伺服驱动器发出指令来控制机器人六个轴分别运动，实现机器人的运动控制。

　　STS-R6-ECAT控制器由广州启帆开发，借助德国3S公司的RTE实时内核实现虚拟PLC功能。该控制器具有接口紧凑，通用性高等特性，并采用EtherCAT通讯接口实现控制器、IO模块以及伺服驱动的数据通讯。

　　图1启帆工业机器人系统

　　机器人控制软件（如图2）是由广州启帆独立开发，主要包括机器人手动、自动控制、机器人应用程序开发、机器人三维仿真运动等功能。其中机器人三维仿真功能是该控制系统的独到亮点，可实现先仿真后运行；通过机器人三维仿真能够比较直观的观察机器人状态和行走路径，有效的避免了机器人运动限位、碰撞和运动轨迹中奇异点的出现。通过将机器人仿真程序直接集成到控制器中，保证了仿真结果与机器人实际的运行情况完全真实可靠。

　　图2启帆机器人控制软件

　　（2）机器人三维仿真技术

　　机器人仿真系统作为机器人研究和开发中安全可靠、灵活方便的工具，发挥着越来越重要的作用。在仿真环境下，通过对机器人运动进行研究及编程验证，可以实现机器人轨迹规划、奇异位姿、逆运动学有效解、避障算法、甚至多机器协调作业等复杂功能。

　　若采用传统示教器操作机器人，当机器人改变工作任务时，通常需中断机器人的当前工作，先对机器人进行示教编程，然后机器人按照新的程序执行新的工作。而启帆公司开发的新型示教器，借助于机器人仿真系统就可首先在仿真系统上进行离线编程，并通过仿真环境验证程序是否正确。最后将编好的程序装到机器人执行器中，机器人便可按照新的程序执行新的工作，因此机器人可不必中断当前的工作，从而提高了生产效率，而且这种方法既经济又安全。

　　图3中的三维仿真是小屏模式，可以实现边编程边仿真功能，能够避免不必要的错误。三维仿真图中上侧显示各轴位置信息，坐标下方显示完整轨迹运行周期。轴位置信息根据坐标系不同而不同，关节坐标时显示关节信息，基坐标及其他坐标显示空间位置。