1.5　仿真离线编程软件

1.5.1　离线编程简介

MELFA-Works为SOLIDWORKS的插件工具，用来在计算机上模拟机器人应用系统。由于是基于SOLIDWORKS的插件工具，可以使用SOLIDWORKS创建外围设备。主要功能有：机器人模型设置、手爪添加、加载外围设备布局、离线JOG操作、干涉检查、机器人程序调试和坐标系校准等。

安装MELFA-Works之前必须安装SOLIDWORKS和RT ToolBox软件。安装完成后，在SOLIDWORKS中勾选MELFA-Works工具选项，然后从SOLIDWORKS中启动MELFA-Works。

使用MELFA-Works模拟仿真一般分为4个步骤。

①使用SOLIDWORKS创建模型。创建工件、手爪、基座等外围设备。在创建时，参考坐标系要改为特定的名字作为标记。

②使用MELFA-Works指定模拟加工位置、路径信息等。创建机器人程序并导出。

③校准。使用校准工具校准实际坐标与虚拟坐标之间的关系，并将校准点序列数据下载至机器人控制器中。

④使用RT ToolBox修改完善程序，并在实际中调试运行。

1.5.2　SOLIDWORKS模型创建

在MELFA-Works中，可以使用SOLIDWORKS创建零件模型作为机器人的手爪或工件。但是，在创建时需要遵循特定的命名原则才能在模拟中使用。在其他三维建模软件中创建的零件模型可以通过导入功能在MELFA-Works中使用，但需要将文件格式转换为SOLID WORKS中的零件格式。

零件的命名原则：零件的不同命名作为MELFA-Works识别不同零件的符号标记。主要分为：固定手爪、ATC（Auto Tool Changer）工具、ATC控制器、工件和移动平台等外围设备，见表1-3。

1.5.3　MELFA-Works

主界面包含了需要使用的全部功能，如加载机器人模型、外围设备模型、外围布局、离线仿真JOG操作、离线工件坐标示教、离线程序自动生成、虚拟控制器等，见图1-54。

1.5.4　机器人设置

可以新建一个工作区和载入已有的工作区。在RT ToolBox中新建的工作区在此也能载入，见图1-55。在MELFA-Works中最多可以设置8个机器人。在机器人设置中可以设置每台机器人的具体信息。但是增加机器人的台数会降低模拟运行时的运行速度，所以尽量减少每次模拟是机器人的数量。

在新建工程后，需要设置机器人型号。在软件中包含了所有三菱现有的机器人信号，在本书中，所使用的机器人型号为“RV-7F-D”。在选择机器人型号后需要单击“Show robot”显示机器人，见图1-56。

添加手爪时，先将预先建好的3D手爪模型导入MELFA-Works中。打开“Robot Setting”选择需要连接的机器人，打开对话框，选择手爪，再单击“Connect”，连接手爪至机器人末端。或者先选择“Hand”后的输入栏，然后单击SOLIDWORKS中的手爪模型，也可以将手爪连接至机器人。其中Orig1作为与机器人末端连接的符号标记，在建立模型时必需添加，否则手爪无法识别，见图1-57。

当需要抓取零件时，要设置手爪信号，并且手爪的第二坐标名字为“Pick1”到“Pick8”，待抓取零件的待抓取点的名字为“Orig1”，见图1-58。

1.5.5　布局

指定机器人及其周边设备的布局位置。采用SOLIDWORKS自带功能进行位置移动和零部件配合布局，使用MELFA-Works进行相对位置安装。

布局时，坐标系可以从CAD原点（CAD Origin）、机械手原点（Robot Origin）、零部件原点（Parts Origin）、任意坐标系（Coordinate System）4种中选择一个。

放置机器人时，需要在放置机器人的平台上预先建立参考坐标系，见图1-59。

1.5.6　机器人操作

在MELFA-Works中，可以通过Robot operation选项操作机器人，示教目标点，调整机器人位置等，也可以切换关节模式和直交模式，调整机器人的移动速度。

当使用的手爪的第二坐标系为Orig2时，可以在SOLIDWORKS环境中直接选择目标点，使机器人移动到所选的点，见图1-60。

1.5.7　校准

通过3个不共线的点来校准CAD虚拟空间和实际坐标空间的位置关系。如果有多个需要抓取的工件，可以在每个待抓取处重新校准，以调高定位精度，如图1-61所示，在虚拟空间中选择3个点PO、PX、PY并记录其空间位置。在实际坐标空间中选择3个位置相对应的点即可完成校准。

1.5.8　任务

任务流由一系列操作组成，包括零件抓取动作、机器人的移动、信号的输入输出等，见图1-62。

（1）创建示教点

在SOLIDWORKS中创建的与现实一样的模型中，选择程序编写时所添加的位置变量。在JOG中将机器人移动到目标点，或者使用第二坐标系为Orig2的手爪，使用鼠标移动到目标点。在程序编辑对话框中，双击或者单击“Get Location”，读取并记录当前点位置。

（2）路径设置

路径设置需要选择预先创建路径曲线，然后在路径编辑的对话框中选择理想路径，并记录。在MELFA-Works中，路径是通过在空间中插补一系列点连接而成。所以在生成程序时会同时生成一个.MXT文件，需要校准后才能使用。

（3）创建程序

将示教点以及示教路径按照一定的机器人动作顺序插入任务流中，单击“Conv”，即可以生成动作程序。

在程序运行前，需要校正插补路径，具体的校正步骤如图1-63、图1-64所示。

切换至RT ToolBox中，单击工程树种的“校正工具”。此时，上方菜单栏会出现变化。选择“文件”“打开MXT文件”，浏览至保存的路径文件处，并打开，见图1-63。

打开后，在图中A区域会显示所选文件的路径轮廓。选择“位置-失真校正”，在对话框中依次单击位置补偿与失真校正程序，并将校正补偿数据传输至机器人控制器或模拟控制器中，见图1-64。

1.5.9　虚拟控制器

可以模拟实际的机器人控制器，实现机器人的各项动作。但是启动虚拟控制器后，RT ToolBox软件不能使用模拟功能，见图1-65。

同时可以对机器人的动作进行控制，通过干涉检查功能检查机器人是否存在干涉。

1.5.10　程序实例

创建工作区single_robot，并在SOLIDWORKS中创建锥形手部执行器。在底部新建坐标系Orig1，在端部新建坐标系Orig2，按照命名规则保存为dingjian_Hand.prt，将手爪模型添加至装配空间中，见图1-66、图1-67。

打开“Robot setting”对话框，选择“RV-7FL-D”机器人模型，控制器选择包含“CR750-D”的控制类型，编程语言选择“MELFA-BASIC V”，选中“Show robot”。此时机器人将显示在装配空间中。单击“Hand”栏，此时，“Hand”栏将变成蓝色，然后单击手爪模型，手爪将自动连接到机器人末端法兰盘上，Orig1坐标所在位置与机器人末端坐标系重合。或者先选中模型，然后单击“Connect”，手爪也会自动连接至机器人末端。由于不是用移动平台，所以取消移动平台选项，见图1-68。

在SOLIDWORKS中新建机器人平台模型，在需要拜访机器人的位置添加参考坐标，此时参考坐标的名字可以任意，但是为了便于区分，命名为Robot1，见图1-69。

在“Layout”中，选择离线仿真空间的基坐标系。根据编程需要选择具体的坐标系位置。例如可以选择机器人末端为基坐标，便于确认机器人与外围设备的相对位置，见图1-70。

在“Frame”中，选择不共线的3个点作为校正的信息点，见图1-71、图1-72。此时，MELFA-Works将根据这3个点确定变换矩阵，计算示教点在模拟单元中的位置，见图1-73。

将机器人运行的起始点，移动路径，中间点均添加至任务流中，确认其先后顺序，生成初始程序。本例中的任务路径为抛光“三菱”中的“三”（图1-68）。因此，需要新建3段路径信息，见图1-74。

打开RT ToolBox软件，单击“模拟”，在“在线”菜单下选择“校正工具”见图1-75。单击“文件”导入需要校正补偿的路径文件。在图1-75中，可以看到此时路径的轮廓信息，将生成的路径信息导入机器人控制器中。

打开虚拟控制器，导入生成程序文件，模拟运行。路径如图1-76所示。

工业机器人技术包含核心部件的生产研制、机器人本体的生产集成和机器人应用集成等三个层面。减速机生产企业主要是日本公司，纳博特斯克、哈默纳科、住友是其中的主要代表。纳博特斯克和哈默纳科两家公司占据工业机器人七成以上的减速机市场，纳博特斯克的优势产品是RV减速机，哈默纳科的优势产品是谐波减速机。目前，伺服电机的主流供应商有日系的松下、安川和欧美系的倍福、伦茨等，中国汇川技术等公司也占据一定的市场份额。控制器的主流供应商包括美国的DeltaTau和Gail、英国的TRIO和中国的固高、步进等公司。

机器人本体技术是机器人本体、伺服电机、减速器、控制器以及配套编程软件的系统集成，它主要是确保工业机器人能够在一定空间、一定负载下实现精确可靠的运动；其次是机器人系统集成应用技术，它是指据具体的工艺需求、操作对象和工业现场，设计相应的末端执行器，附装必需的传感器，编写优化的程序，并和周边自动化设备实现M2M（Machine to Machine）通信，或者通过和人的协作，完成具体的工作任务。目前在机器人本体技术领域，全球50％的市场份额、中国80％的市场份额由ABB、发那科、库卡、安川电机等工业机器人四大家族占据。在机器人系统集成应用领域，无论从技术上还是市场上来说，都有非常大的开拓空间，比如离线编程技术极大地拓展了工业机器人的应用范围，再比如工业机器人和人的协同互动工作模式也会极大地拓展工业机器人的应用领域。

学习和掌握工业机器人的操作调试、编程控制、离线仿真和系统集成技术，是开展工业机器人创新应用的基础，是实现工厂自动化、智能制造和“工业4.0”的关键使能技术之一。全国范围内工业机器人产业人才缺口上百万，与工业机器人专业人才的需求逐年增长相比，工业机器人专业人才的培养处于相对滞后状态。因此，高等本科学校和职业学校都在加快调整课程设置和专业设置，力争为产业发展输送更多、更优质的专业技术人才。