前言
　　　隨著微機(jī)性能的不斷提高场航，許多大型的CAD設(shè)計(jì)軟件紛紛推出其微機(jī)版本缠导，并且出現(xiàn)了直接運(yùn)行在微機(jī)上的SolidWorks等軟件。在機(jī)器人領(lǐng)域呼笨，以往運(yùn)行在高檔圖形工作站上的離線編程軟件恋晃，如ROBCAD、IGRIP肪吁、WORKSPACE等陷立，紛紛推出了基于Windows的離線編程系統(tǒng)。這些軟件都是通用的離線編程軟件获踏，尚缺乏對弧焊特殊應(yīng)用的支持柱炼，如WORKSPACE更注重標(biāo)定功能的開發(fā)[1>。用戶在編程程序時(shí)行贤，很多時(shí)候還必須通過圖形示教方式建立機(jī)器人運(yùn)動路徑痒脊，這對于大型工件或復(fù)雜路徑的編程，工作量是相當(dāng)大的播瓦。從發(fā)展方向上看驮觅，離線編程系統(tǒng)正朝著智能化方向發(fā)展，用戶編程越來越簡單方便众琼，自動編程技術(shù)成為人們追求的目標(biāo)闯捎。
　　　哈爾濱工業(yè)大學(xué)焊接實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的離線編程系統(tǒng)平臺AutoCAD2000，實(shí)踐證明许溅，由于該軟件開發(fā)中的自身原因瓤鼻，使的該軟件存在一些的不足之處，三維設(shè)計(jì)中的實(shí)體造型能力不足，系統(tǒng)無法支撐較復(fù)雜工作單元的建模娱仔，無法實(shí)用化。目前具有一定自主規(guī)劃能力的離線編程系統(tǒng)將極大減少用戶的工作量游桩，工件CAD信息的獲取成為后續(xù)規(guī)劃的數(shù)據(jù)輸入牲迫，這要求離線編程系統(tǒng)的平臺有較強(qiáng)的建模功能，能對各種焊接任務(wù)中的焊接工件進(jìn)行建模借卧。由于AutoCAD本身三維建模功能很弱盹憎，采用其他建模工具導(dǎo)入的模型，AutoCAD將無法得到足夠的工件建模信息铐刘，無法實(shí)現(xiàn)后續(xù)的自動規(guī)劃功能陪每。
　　　開發(fā)適合中國企業(yè)的、廉價(jià)且專業(yè)的弧焊離線編程系統(tǒng)镰吵，對于推廣離線編程的實(shí)際應(yīng)用具有重要意義檩禾。

1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

　　　SolidWorks由于價(jià)格便宜、具有一般用戶所需的功能旁班，已成為全球3D主流設(shè)計(jì)市場用戶數(shù)最多蔑誓、用戶滿意度最高、銷售額第一的軟件產(chǎn)品职菜，在全球擁有超過325,000名用戶誉梳。并且它的二次開發(fā)功能很強(qiáng)大，能夠開發(fā)出弧焊離線編程系統(tǒng)兰险。開發(fā)出的離線編程系統(tǒng)將具有較強(qiáng)的建模能力骇俏，從而具有較強(qiáng)的獲取工件和焊縫信息的能力，最大程度完成自動編程任務(wù)脚培。這樣的弧焊離線編程系統(tǒng)很容易被中小企業(yè)接受北郁。
　　　本文應(yīng)用COM技術(shù)的編程方法，以SolidWorks的API二次開發(fā)接口和VC++ 6.0纺围、ATL作為開發(fā)工具勋酿，在SolidWorks平臺進(jìn)行弧焊離線編程系統(tǒng)的開發(fā)。
　　　SolidWorks API提供了大量的COM對象用于二次開發(fā)［2］愿味，這些COM對象涵蓋了全部的SolidWorks的數(shù)據(jù)模型博个，通過對SolidWorks的COM對象的調(diào)用，用戶可以在自己開發(fā)的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)與SolidWorks相同的功能功偿。圖1為主要的SolidWorks API對象模型盆佣。

                                                                    圖3-7 SolidWorks API對象模型［2］

2 機(jī)器人弧焊離線編程系統(tǒng)的對象建模

　　　對象模型表示靜態(tài)的、結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)“數(shù)據(jù)”性質(zhì)械荷。它是對模擬客觀世界實(shí)體的對象以及對象彼此間的關(guān)系的映射共耍，描述了系統(tǒng)的靜態(tài)模型。類-&-對象間的關(guān)系可以概括為歸納關(guān)系、組合關(guān)系及關(guān)聯(lián)關(guān)系痹兜。
　　　本文給出了三層的機(jī)器人工作單元中主要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：工作單元類穆咐，描述機(jī)器人等客觀對象的組合以及這些對象間的各種聯(lián)系和相互作用；設(shè)備類和關(guān)節(jié)類字旭。
　　　為了在圖形環(huán)境中可視地表征焊槍的運(yùn)動過程对湃，定義了路徑對象，路徑對象中有多個(gè)標(biāo)簽點(diǎn)對象遗淳，一個(gè)路徑對象與一個(gè)部件對象之間存在受限關(guān)聯(lián)拍柒。根據(jù)以上分析，建立了離線編程與仿真系統(tǒng)的對象模型止既，如圖2所示柔朽。

                                                                               圖2 系統(tǒng)對象模型

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　　從功能上講，機(jī)器人弧焊離線編程系統(tǒng)較一般的離線編程系統(tǒng)核瘤，增加了弧焊方面的功能精杜。所以從功能上既包含了一般離線編程系統(tǒng)的功能，同時(shí)也突出了對弧焊的支持涉泡。本文對各功能模塊功能都做了改進(jìn)筑渴。
　　　機(jī)器人執(zhí)行級弧焊離線編程系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

                                                                                  圖3 功能模塊劃分

下面對各模塊功能進(jìn)行概括性介紹少炎。
1）設(shè)備建模
　　　該模塊用于定義機(jī)器人磕阱、焊接工件、變位機(jī)等周邊設(shè)備：將SolidWorks創(chuàng)建的裝配體定義為各種設(shè)備峡审，定義設(shè)備的關(guān)節(jié)運(yùn)動類型情澈、定義設(shè)備工具參數(shù)、設(shè)定設(shè)備的運(yùn)動學(xué)參數(shù)等拨聚。創(chuàng)建機(jī)器人設(shè)備庫瘤琐、變位機(jī)等周邊設(shè)備庫。
2）工作單元布局
　　　系統(tǒng)應(yīng)提供建立多設(shè)備組成的工作單元的能力丑瞧，即工作單元布局功能柑土。在該模塊中提供了調(diào)用已有設(shè)備、定義設(shè)備間位姿關(guān)系绊汹、組建協(xié)調(diào)運(yùn)動設(shè)備的功能稽屏。創(chuàng)建工作單元庫。圖4給出了一個(gè)搭建的工作單元示例西乖。

                                                                            圖4 工作單元仿真示例圖

3）運(yùn)動仿真
　　　該模塊主要提供以下功能：各種設(shè)備的關(guān)節(jié)運(yùn)動狐榔、回到零位運(yùn)動；單機(jī)器人設(shè)備和協(xié)調(diào)運(yùn)動設(shè)備的目標(biāo)點(diǎn)運(yùn)動获雕、圓弧運(yùn)動薄腻、沿路徑移動收捣；路徑運(yùn)動運(yùn)動方式和仿真步長設(shè)定等。
4）路徑
　　　路徑功能是離線編程的一大特點(diǎn)庵楷，使得機(jī)器人工具的運(yùn)動過程能可視的記錄下來罢艾，以便于用戶的編輯。對于焊接任務(wù)尽纽，本文實(shí)現(xiàn)了利用路徑記錄現(xiàn)場信息的功能咐蚯，包括各路徑點(diǎn)處機(jī)器人輔助軸關(guān)節(jié)角值、機(jī)器人基坐標(biāo)意義下的TCP位姿永努，焊接參數(shù)等。
5）編程
　　　本文根據(jù)已有編程語言結(jié)合焊接應(yīng)用辨埃，提供了一種弧焊離線編程語言（OLPWL）散苦，用戶可利用此語言進(jìn)行離線編程工作。該語言的特點(diǎn)接近實(shí)際弧焊機(jī)器人的編程語言下风，即方便熟悉機(jī)器人操作的編程人員使用奇嗽，又可對編程人員進(jìn)行訓(xùn)練。該模塊為集成編輯鹤肥、調(diào)試和仿真功能于一體的離線編程器永音。
6）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換
　　　一般離線編程系統(tǒng)提供了同實(shí)際機(jī)器人程序進(jìn)行轉(zhuǎn)換的模塊，即程序轉(zhuǎn)換模塊冠樱。但目前由于不同機(jī)器人廠商采用了不同的編程語言炭箭，最大的困難在于機(jī)器人運(yùn)動數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，即運(yùn)動路徑點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際機(jī)器人程序使用的路徑點(diǎn)（或關(guān)節(jié)角）數(shù)據(jù)颠舞，由于不同機(jī)器人廠商采用不同的描述方法和存儲格式菌司，可能無法破譯這部分信息。IGRIP軟件也只提供了同IGM和MotoMan機(jī)器人的直接程序轉(zhuǎn)換粤铭。本文提出了一種將運(yùn)動路徑點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為各機(jī)器人編程人員都易理解的數(shù)據(jù)格式挖胃，實(shí)際機(jī)器人程序根據(jù)此數(shù)據(jù)單獨(dú)生成的方法。本文規(guī)定了通用的路徑數(shù)據(jù)描述方法梆惯。
7）數(shù)據(jù)上載
　　　離線編程系統(tǒng)也應(yīng)能根據(jù)示教得到的機(jī)器人程序轉(zhuǎn)變成仿真工作單元中的路徑酱鸭，同樣基于上述原因，本文提出了數(shù)據(jù)上載功能垛吗，將本文規(guī)定的通用的路徑數(shù)據(jù)上載到離線編程系統(tǒng)中凹髓，生成路徑。
8）狀態(tài)監(jiān)測
　　　該模塊包括了關(guān)節(jié)超限檢查怯屉、關(guān)節(jié)運(yùn)動速度和加速度超限檢查扁誓、碰撞檢測。以往的離線編程系統(tǒng)通過預(yù)檢查的方法對關(guān)節(jié)角是否超限進(jìn)行檢測蚀之，這種方法用戶不能形成對機(jī)器人整條路徑運(yùn)動關(guān)節(jié)角變化過程的直觀感覺蝗敢。對關(guān)節(jié)超限處路徑點(diǎn)位姿調(diào)整沒有幫助捷泞。本文采取了在動態(tài)運(yùn)動過程中，監(jiān)測機(jī)器人狀態(tài)變化的方法寿谴。給出提示信息锁右，不終止機(jī)器人的運(yùn)動過程。
9）標(biāo)定
　　　為了保證圖形工作單元模型與實(shí)際工作單元模型的一致性细咽，需要進(jìn)行實(shí)際工作單元的標(biāo)定工作队趁。
10）輔助模塊
　　　針對弧焊的特殊應(yīng)用，本文開發(fā)了弧焊參數(shù)數(shù)據(jù)庫管理功能尘忿。

4 結(jié)論

　　　本文開發(fā)了運(yùn)行在SolidWorks平臺上的廉價(jià)且專業(yè)的弧焊離線編程系統(tǒng)松摘。該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的建模能力，解決了以往系統(tǒng)因建模能力不足屡拥，只能對部分簡單工件提取工件幾何信息的問題乳栈。采用面向?qū)ο蠹夹g(shù),建立了機(jī)器人弧焊離線編程與仿真系統(tǒng)的對象模型,開發(fā)了功能較全的機(jī)器人弧焊離線編程與仿真系統(tǒng)。
 
 

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