基于Robotstudio的焊接机器人虚拟仿真教学
基于RobotStudio的工业机器人焊接工作站仿真设计
基于RobotStudio的工业机器人焊接工作站仿真设计作者：***来源：《现代信息科技》2020年第23期摘要：文章以真实生产线上的工业机器人焊接工作站为研究对象，利用三维软件UG和ABB机器人公司RobotStudio软件的图形化编程方法，设计工业机器人焊接工作站并进行路径仿真，将工件的三维模型曲线自动转化成为工业机器人的焊接轨迹，设计工业机器人运动路径与仿真。
该仿真可为真实的工业机器人焊接工作站设计和路径设计提供理论依据，能够有效提高设计效率。
关键词：RobotStudio;工业机器人;焊接工作站中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）23-0118-04Simulation Design of Industrial Robot Welding Workstation Based on RobotStudioZHENG Minghui1，2（1.College of Mechanical Engineering，Shandong Huayu University of Technology，Dezhou 253034，China;2.Dezhou Municipal Key Laboratory of Industrial Robot Control，Dezhou 253034，China）Abstract：This pager takes the industrial robot welding workstation on the real production line as the research object，using the graphic programming method of the three-dimensional software UG and the RobotStudio software from ABB Robots company，the industrial robot welding workstation is designed and the path simulation is carried out. The three-dimensional model curve of workpiece is automatically transformed into the welding trajectory of industrial robot，and the motion path and simulation of industrial robot are designed. The simulation can provide a theoretical basis for the design of the real indus trial robot welding workstation and its’path design，and can effectively improve the design efficiency.Keywords：RobotStudio;industrial robot;welding workstation0 引言工業自动化在企业生产中要求高效率，以此降低生产成本。
基于工业机器人“虚实融合”仿真教学的实践与研究
基于工业机器人“虚实融合”仿真教学的实践与研究摘要：本文阐述了工业机器人虚拟仿真工作站为机器人专业同学搭建学习平台，以项目为载体，借助工业机器人虚拟仿真工作站开展项目制的学习,构建具有学校特色的工业机器人虚拟仿真工作站服务于教学，提高学生的机器人技术应用水平，更好的与企业实际应用相衔接，为学生提供了一种与工业环境下相同的逼真虚拟环境，为学生全面掌握机器人技术提供了一种有效方法，为工业机器人技术的推广和应用提供了一种技术解决方案。
关键词：工业机器人虚实融合RobotStudio一、变阻隔为交互通过RobotStudio、KABA、RobotArt等工业机器人仿真软件，帮助学生了解什么是工业机器人仿真技术，学习如何构建基本工业机器人仿真工作站，建模功能的使用，机器人离线轨迹编程，Smart组件应用，带导轨和变位机的机器人系统创建与应用，仿真软件在线功能的应用，使学生的工业机器人基础指令和工业机器人本体基础操作部分的学习，全部利用电脑仿真软件进行教学。
实训室共配置50台电脑，可以做到学生一人一工位，增加学生的编程与操作练习时间。
同时每台电脑配置真实工业机器人示教器，增强了学生的实际操作感受，避免了传统仿真软件教学普遍存在真实操作感受差的缺点，也缩短了仿真操作到真实操作的过渡周期。
实训室前部的真实工业机器人操作平台可以通过网络与电脑进行在线连接，学生编写的程序通过仿真验证无误后可直接传输到真实平台上进行在线验证操作，使学生建立真实的距离尺寸以及速度参数的概念，并将这种概念纠正学生在仿真教学中出现的参数偏差大的问题。
图1 工业机器人实训工作台图2 工业机器人虚拟仿真工作站二、变一维为三维构建虚实融合仿真实训系统，硬件上配备符合仿真要求的实训室，包括50台电脑、2台交换机、1台教师演示电脑、50套桌椅、手持示教器，还特别配备了一套工业机器人实训设备等。
通过仿真软件、机器人示教器、工业机器人操作平台三类教学平台，三维一体开展教育教学工作。
基于RobotStudio的《机器人焊接技术》交互式仿真教学方法
基于RobotStudio的《机器人焊接技术》交互式仿真教学方法作者：黎文航等来源：《外语学法教法研究》2015年第16期【摘要】随着我国机器人战略的实施，焊接机器人在许多企业迅速得到应用，对机器人焊接技术人才的需求也尤为迫切。
为此，需要改变焊接本科专业《机器人焊接技术》以课堂讲授为主的教学模式，引入交互式教学方法。
本文利用ABB公司的RobotStudio离线编程机器人仿真软件，进行交互式教学。
对交互式教学的内容、实施方式和注意事项进行了探讨，以提高教学效果。
【关键词】机器人焊接技术交互式教学方法【课题项目】江苏省现代教育技术研究课题（2015-R-40948），江苏科技大学高等教育科学研究课题（GJKTY2014-22），江苏科技大学研究生教改与实践课题（YJG2013Y_10）、江苏科技大学教改研究立项课题（GX20131014）资助。
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）16-0031-021.引言随着我国机器人战略的实施，焊接机器人在许多企业迅速得到应用，对机器人焊接技术人才的需求也尤为迫切[1]。
目前，已有很多高校开设了焊接机器人课程，但很多教学模式还是以板书、PPT教学为主，配以焊接机器人实验。
由于焊接机器人是一个涉及数学建模、电工、通讯、机械、软件编程等综合知识的课程，需要丰富的实践、调试环节，才能遇到机器人应用中遇到的各种问题，通过解决问题积累经验，提高水平。
所以，单纯的教师讲授，学生听课难以达到好的教学效果。
此外，焊接机器人价格相对昂贵，高校一般难以大量添置用于教学，且焊接机器人操作具有一定危险性，需要增加实验人员才能保证大量学生能同时进行机器人操作。
所以通过大量增加焊接机器人来提高学生的教学效果也受到一定限制。
离线编程仿真软件为解决上述问题提供了一个新的手段。
2.虚拟仿真技术的引入机器人离线编程是利用计算机图形学的成果，建立起机器人及其工作环境的几何模型，再利用一些规划算法，通过对图形的控制和操作，在离线的情况下进行轨迹规划。
ABB虚拟仿真教程(RobotStudio)-IRC5机器人培训课件
D
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上下
轴 25X
左右
轴 14Y
旋转
轴 36Z
IRC5 Controller Basic Operation
手动移动机器人时各轴对应控制杆方向
-19
IRC5 Controller Basic Operation
机器人坐标系中工具坐标系tGripper各轴的方向
机器人急停信号输入/输出
急停信号输入 ES1
输出机器人 急停信号
X1 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
1、ES1和ES2分别单独接入中间继电器常开干接点。 2、如果要输入急停信号，就必须同时使用ES1和ES2.
急停信号输入 ES2
内部，NC触点
输出机器人 急停信号
X2 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
点点击击可消查失看
E F
-11
IRC5 Controller Basic Operation
" 快速设置" 菜单
A
选择tGripper后关闭
点击可选择工具
B
选择好工具和坐标系以后点查，击看此各下时自一一图级手标内握可容
C 步-进1%入：： 以单步1%进入的已步调幅用减的例小行自住程动手序运持并行逐操步速作执度器行；，它并们用该手四指按住手持操作
基于RobotStudio的焊接机器人视觉效果仿真研究
2020年34期众创空间科技创新与应用Technology Innovation and Application基于RobotStudio 的焊接机器人视觉效果仿真研究*陈磊，郭金妹，罗国虎（江西应用技术职业学院，江西赣州341000）引言制造业是我国经济发展的支柱产业，随着制造业水平的不断发展，工业机器人被广泛应用于搬运、码垛、焊接和涂装等行业。
由于焊接加工存在生产条件差、危险系数高、劳动强度大等因素，焊接机器人的应用最为广泛[1]。
通过焊接机器人来完成特定的工作，能够提高生产效率，同时当不同产品需要焊接时，只需对机器人焊接程序进行编写，即可达到柔性化的生产需求[2]。
工业机器人借助仿真技术，可以在工业生产线使用之前事先模拟，在仿真模型中导入工业机器人和工作场景，并在仿真软件中对机器人进行轨迹规划和程序编写，从而合理配置生产线，降低企业投资成本，缩短工期，提高生产效率，亦可降低焊接过程中的人工风险，保障工人的生命安全[3]。
1研究现状武汉理工大学章锐等人基于自定义填充策略，计算各个目标点的偏移量，利用MotoSimEG-VRC 离线编程软件进行仿真，然后将程序导入到真实机器人中，验证了方案的可行性[4]。
山东理工大学孙增光等人对焊接机器人工作站进行了SolidWork 建模和RobotStudio 仿真搭建，根据实际情况研究短路过渡的焊接方法，创建了碰撞监控[5]。
李怡林利用RobotStudio 搭建机器人搬运、焊接于一体的双机协作工作站，完成了工作站的离线编程与仿真优化，为双机协作的生产线设计提供可行性参考[6]。
但这些文献都没有涉及焊接过程中的电弧光和焊接后的视觉效果。
2研究内容及总体设计2.1研究内容本项目采用ABB 虚拟仿真软件RobotStudio 平台，以T 型接头为研究对象，搭建与生产实际类型的研究平台，选择系统中的单台焊接机器人，然后对焊接工件进行焊接。
由于RobotStudio 具有强大且逼真的仿真能力，仿真平台中的效果几乎可以与实际生产一致。
《工业机器人虚拟仿真技术》教学课件01认识仿真软件RobotStudio
教学目标
·了解RobotStudio的功能及特点 ·认识RobotStudio的软件界面功能
任务一 机器人离线编程工具RobotStudio的功能及特点
2010年7月，德国政府正式发布《德国2020高技术战略》，实施“工业4.0”计划。2015年5月， 中国国务院印发《中国制造2025》，部署全面推进实施制造强国战略。其中，工业机器人技术的 发展是为制造业发展构建智能工厂、实现智能制造的重要内容之一。
利用RobotStudio提供的各种工具，可在不影响生产的前提下执行培训、编程和优化等任务， 不仅可提升机器人系统的盈利能力，还能降低生产风险，加快投产进度，缩短换线时间，提高生 产效率。
RobotStudio以ABB VirtualController为基础而开发，与机器人在实际生产中运行的软件完全 一致。因此，RobotStudio可执行十分逼真的模拟，所编制的机器人程序和配置文件均可直接用 于生产现场。
作为全球领先的工业机器人技术供应商，ABB能够提供包括机器人本体、软件和外围设备在 内的完整应用解决方案、模块化制造单元及服务。
全球使用最广泛的机器人离线编程工具RobotStudio是一款PC应用程序，用于机器人单元的 建模、离线创建和仿真。
离线编程是扩大机器人系统投资回报的最佳途径。借助ABB模拟与离线编程软件RobotStudio， 可在办公室PC上完成机器人编程，无须中断生产。
图1-4 “建模”选项卡
如图1-5所示，“仿真”选项卡包括碰撞监控、配置、仿真控制、监控、信号分析器等。
图1-5 “仿真”选项卡
如图1-6所示，“控制器”选项卡包含用于管理真实控制器的控制措施，以及用于虚拟控制器 的同步、配置和分配给它的任务的控制措施。
(项目管理)ABBRobotstudio仿真软件项目式使用说明
项目一：焊接机器人1.打开Robot studio软件，单击创建新建空工作站，同时保存一下，如下图所示；2.选择ABB机器人模型IRB1600，单击添加，选择承重能力和到达距离，选择确定，如下图所示：3.导入设备-tools-Binzel air 22,并拖动安装在机器人法兰盘上：4.选择建模-固体-矩形体，设定长宽高，点击创建：5.选择基本-机器人系统-从布局创建系统-下一步-下一步-完成；6.控制器启动完成后，选择路径-创建一个空路径，7.创建成功后，修改下方参数：moveJ ，V1000，Z1008.激活当前路径，选择机器人起点，单击示教指令9.开启捕捉末端或角点，同时将机器人的移动模式设为手动线性，将机器人工具移到矩形体的一个角点上，单击示教指令，形成第一条路径，依次示教四个角点，形成路径，右击路径，选择查看机器人目标，可将机器人移动到当前位置10.路径制作完成后，选择基本-同步到VC，在弹出的对话框中全部勾选，并点击确定，同步完成后选择仿真-仿真设定-将路径添加到主队列，选择应用--确定；11.选择仿真录像，点击播放，开始仿真录像。
项目二：搬运机器人1.新建空工作站--导入机器人IRB4600--选择最大承重能力，选择建模-固体-圆柱体，添加两个圆柱体，半径为200mm，高度分别为60mm和500mm,把其中一个作为工具添加到法兰盘上，同时导入两个设备Euro pallet如下图所示：2.右击物体或在左侧布局窗口中右击物体名称，在下拉菜单中选择设定颜色来更改颜色：3.根据布局创建机器人系统，细节与项目一相同，系统完全启动后，选择控制器-配置编辑器，在下拉菜单中选择I/O，在弹出窗口中新建Unit，细节如下图所示；4.Unit新建完毕后，右击新建signal，新建do1和do2，细节如下图所示：5.新建完毕后，重启控制器6.重启完毕后，选择仿真-配置-事件管理器-添加事件，细节如下图所示：7.事件添加完成后，开始创建路径啊，依次示教，机器人到达指定位置时，右击插入逻辑指令，如图所示：8.路径创建完成后，同步到VC，仿真设定，然后进行仿真录像项目三：叉车搬运1.打开软件，新建空工作站，导入机器人模型IRB4600，选择最大承重能力，然后选择基本--导入几何体--浏览几何体--选择本地几何体--打开，如下图所示：2.利用平移和旋转指令，将不同几何体按下图位置摆放整齐：3.创建一个300*300*70的方体分别作为tool，将其创建为工具，具体操作如下图所示：4.设定tool的本地原点为它的中心点，如下图所示：5.选中tool，点击创建工具，将tool创建为工具，具体操作如下：6.创建完成后将其安装在机器人法兰盘上，右击机器人选择显示机器人工作范围，可看到机器人最大到达距离，再次选择取消显示：4.创建四个200*200*200的方体分别作为Box1~Box4，设定为不同颜色，将Box2~Box4设为不可见5.布局结束，如下图所示：，6.根据布局创建机器人系统，待系统启动完毕后，选择控制器--配置编辑器-新建Unit --新建signal，包括do1~do 15,如下图所示：7.设置完成后，重启控制器，打开事件管理器，添加所需事件，包括显示对象，附加对象，提取对象，移动对象四类事件，具体如下：显示对象具体设置如下：附加对象具体设置如下提取对象设置如下：移动对象设置如下：8.事件添加完成后，创建路径,分别将Box1,Box2，Box3,Box4移动到垛板上，并排列整齐，路径如下图所示9.路径创建完成后，同步到VC :10.同步完成后进行仿真设定，按下图顺序添加路径，之后进行仿真录像:。
基于Robotstudio的“工业机器人仿真技术实训”课程开发与教学设计
表 2 教学内容与学时安排
根据此研究进行了实际教学一个学期，通过此种虚拟仿真教学，提 高了 教学效率，提高了学生的工
业机器人应用的水平和能力， 降低了设备的损坏 率，并为后续课程的顺利进行打下了坚实的基础。
关键词 Robotstudio; 课程开发；教学设计
中图分类号：G712; TP242.2
文献标识码： A
2 0 1 5 年 ， 国 务 院 审 议 通 过 《中 国 制 造 2025》，其 中 明 确 指 出 ： “促 进 机 器 人 标 准 化 、 规 模 化 发 展 ，扩 大 市 场 应 用 ”，在 政 策 以 及 人 口 红 利 下 降 等 市 场 因 素 的 影 响 下 ，预 计 未 来 十 年 ， 我国机器人市场还将至少保持3 0 % 以上的高速增 长 [1]。产 业 发 展 带 来 了 对 人 才 的 需 求 ，促使很多 高 职 院 校 开 设 工 业 机 器 人 技 术 专 业 。 目前 ，大多 数院校的工业机器人专业在课程开发、教学研究 等 方 面 还 处 于 探 索 阶 段 。本 文 结 合 专 业 特 点 、 产 业 需 求 及 现 有 设 备 ，就 工 业 机 器 人 专 业 的 课 程 设 置 情 况 ， “工 业 机 器 人 仿 真 技 术 实 训 ” 的课程内 容及教学情况进行详细论述。 1 “工 业 机 器 人 仿 真 技 术 实 训 ”课程开发 1.1 “工 业 机 器 人 仿 真 技术 实 训”在专业课程体 系中的重要性
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基于Robotstudio的焊接机器人虚拟仿真教学
作者：王文军
来源：《现代职业教育·高职高专》2017年第12期
[摘要] 传统的焊接机器人教学方法主要是演示，受设备限制教学内容单一，由于学生人数多操作时间少，教学效率低，质量不高，提出基于Robotstudio的焊接机器人虚拟仿真教学，通过工业机器人离线编程仿真软件实现教学，有利于高效地组织教学且直观形象，大大提高了学生的学习兴趣，效果良好.
[关键词] 焊接；工业机器人；虚拟仿真；Robotstudio
[中图分类号] G712 [文献标志码] A [文章编号] 2096-0603（2017）34-0209-01
中国制造2025的核心是创新驱动发展，主线是工业化和信息化两化融合，重点发展智能制造等领域。
在智能制造的背景下工业机器人得到快速发展，2013年，中国工业机器人销售量达到3.7万台，超过日本，成为全球最大的工业机器人市场，工信部制定的我国机器人产业“十三五”规划的主要目标就是到2020年，每万名制造业工人拥有机器人达到100台以上，因此未来几年，中国工业机器人将呈现井喷式增长。
智能制造行业迅速发展，迫切需要大量工业机器人行业的人才，作为高职院校，应当承担起培养既懂理论又能熟练编程、操作工业机器人的高素质技术技能型人才的责任。
近两年，随着工业机器人行业的迅猛发展，很多高等职业院校在积极申报、开设工业机器人技术专业，但是工业区机器人方面的师资力量相对薄弱，而且工业机器人教学设备价格昂贵，且有一定的危险性，操作不当会导致人身伤害或者设备损坏。
因而教学过程中很难实现学生人手一台工业机器人来组织开展教学，加之教师演示为主的教学模式学生参与性有限，教学效果欠佳。
通过引入虚拟仿真教学，实现教学资源合理分配，从而保证学生有充分的时间练习，同时减少实践过程中存在的安全隐患，达到低成本、高效率的教学效果。
一、焊接机器人教学现状
目前工业机器人教学设备品牌众多，且价格不菲，难以实现教学过程中学生人手一台进行实际操作，老师依靠仅有的少量教学机器人给学生演示，一开始学生兴趣尚浓，但是只看不做，或者很多学生围着一台机器人，每个学生的操作时间非常有限，久而久之，学生会觉得索然无味，而且，教学组织难度大，效率非常低，对学生的动手操作能力、创新意识的培养难以奏效。
二、虚拟仿真教学
Robotstudio是ABB公司的机器人仿真软件，通过Robotstudio可以构建焊接虚拟工作站，可实现对焊接机器人的运动轨迹离线编程、仿真测试等，且其程序和配置文件无需修改可以直接下载给实际的机器人。
（一）创建工业机器人工作站
工业机器人工作站创建包括合适的工业机器人的选择、相关参数的设定；工业机器人所需要的工具的选择及其参数的设定，工件、控制柜等的选择，Robotstudio专长于机器人仿真以及相关工况环境的构建，在建模方面功能有限，如果需要其他复杂的三维立体模型，可通过
Pro_E、AutoCAD或UG等软件来实现。
焊接机器人虚拟工作站参照实际的焊接机器人控制系统建立，以便调试好的程序无需修改直接下载给实验室的工业机器人。
学生在电脑上进行离线编程，再将编好的程序导入已有的机器人实体进行修改调试。
利用模拟仿真学生可以对工业机器人编程、操作重复训练，一方面有利于组织教学，另一方面保证了教学效果，同时也提高了学生的学习兴趣。
（二）焊接机器人离线轨迹设计与编程
1.标定工具坐标系
焊接工业机器人离线轨迹编制的时候，首先要根据工业机器人所使用的焊枪求出TCP点与所设置的工具坐标系之间的变换关系，一般可采用6点法标定工具坐标系：首先在合适的区域内确定一个固定点作为参照，然后选择焊枪枪尖作为参考点，再用手动模式操作机器人移动焊枪，使焊枪以4种不同的姿态尽量与参照点接触，具体可以参照ABB工业机器人使用手册操作。
2.焊接轨迹编程
编写程序是机器人工作站创建与运行的重点，焊接轨迹编程可以采用直接示教目标点实现编程，也可以通过视觉系统获得焊缝坐标实现自动焊接。
由于通过视觉系统获得焊缝坐标涉及图像处理的知识，比较复杂，对学生初期学习，先教会学生直接示教目标点的方法实现焊接轨迹编程。
重点是对不同的焊接轨迹要能够确定其关键点，这直接决定轨迹编程和实际焊缝的吻合度。
对形状复杂的焊缝，一定要多找几个关键点，确保焊接路线的准确性。
（三）仿真
Robotstudio可以通过模拟监控机器人工作过程中是否有歧义点、是否会发生干涉等，并且可以利用TCP跟踪功能记录机器人运动轨迹，以便分析轨迹的合理性，可以通过选择记录其运动轨迹，以便后续轨迹分析及参数调整。
三、虚拟仿真实训教学的优势
1.现有的焊接机器人教学是以特定的焊接设备建立起来的，可实现的教学任务是固定的，难以灵活配置，而采用焊接机器人虚拟工作站就可以实现多种机器人多种焊接工况的教学。
2.Robotstudio焊接机器人虚拟工作站，可实现项目式教学，引入企业实际的焊接工作任务，采用“项目引导—任务驱动”的教学模式来进行教学。
3.Robotstudio系统中有非常丰富的工业机器人模型库，也可以根据工况专门设计相应的模型导入。
各种机器人模型可通过配置智能组件，实现和机器人控制系统的电气连接，从而激发学生实现自己的创意，更好地培养学生的创新意识和创造力。
综上所述，基于Robotstudio的焊接机器人虚拟仿真教学，既解决了教学组织难的问题，提高了教学效率，也降低了成本和安全隐患，通过仿真模拟了虚拟企业实际工况，并以实际工作任务为引导，实现项目化教学，有利于高职院校授课模式的改革，实现高效课堂。
通过虚拟仿现实现焊接机器人教学模式必将在高职类院校大力推进。
参考文献：
[1]王伟.数说2014年中国工业机器人[J].机器人技术与应用，2014（6）：17-18.
[2]许颖丽.“十三五”机器人来了[J].上海信息化，2015（9）：10-15.
[3]管菊花，冯永平.基于HALCON的瓷砖在线智能分类系统[J].南方农机，2015，46（10）：69-73.。