基于UG加工信息的工业机器人离线编程

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随着工业机器人的迅速发展，在反复循环的作业中运用机器人代替人工的技术已经日趋成熟，尤其近两年 ABB、Fanuc、Motoman、Staubli等各大机器人公司纷纷展现出自己在 自动化组装技术领域中独特的-面。在加工应用中，因机器人 自由度高，可以代替数控机床加工复杂曲面。目前其轨迹规划基本还是依靠手工示教 J，达不到较高的精度，同时对于复杂曲面，示教过程也很繁琐，有的甚至难以实现。

随着 CAD/CAM技术的发展，G代码早在 20世纪70年代就实现了标准化 J。在 CAD/CAM系统中，通过模拟加工过程可生成数控机床自动运行的加工代码，这些代码包含了加工过程中点、线、面及其之间关系等信息。本文以CAD/CAM技术为基础，通过对加工图形进行模拟加工，将生成的 NC加工代码导出，并进-步重组数据转换为机器人运动控制系统可识别的数据格式，结合 Staubli机器人运动控制系统的开放性特点，对其进行二次开发，实现离线编程。

l 加工轨迹信息的生成自动编程亦为计算机辅助编程，即通过相关软件设计零件图纸并设定加工工艺，从而生成数控系统能够读韧执行的代码(NC代码) 。随着计算机技术的逐步完善，强大的图形处理能力和计算能力为数控编程的高效化、智能化提供了良好的发展平台。目前，CAD/CAM图形交互式 自动编程已得到较广泛的应用 j，它利用 CAD绘制的零件加工图样，经软件内部刀具轨迹计算和后置处理，从而自动生成数控机床零部件加工代码程序。图l所示为自动编程到机器人读扔工代码的原理图。

待由I 信 编 成1. l 内 息 辑 处 机零 艺 部 后 代 提 理 器件 J 参 J 数 J 谶 码 取 J 数 人I矧 数 -V 学 1 处 生 ] 轨 - 据 形 设 处 理 成 迹 信 加I建 置 理 文 信 息 工件 息 代模 码图1 自动编程到机器人读扔工代码鞋楦底面的喷涂轨迹为沿鞋底-周的曲线，如图2所示，外环阴影部分为-定宽度的鞋底涂胶轨迹。生成机器人 自动加工轨迹的步骤：(1)在 UG环境中通过对鞋底的建模，设置加工环境；(2)设置JIl I 轨迹参数，如图3所示；(3)根据 UG模拟加1 I动加工代码(NC代码)，生成加工轨迹代码的文件，如图4所示；(4)使用VC2008编写的程序，提取相应的坐标值、轨迹插补模式、速度控制等信息。

收稿 日期：2012-08-08基金项目：浙江省重点科技创新团队资助项 目(2010R50002-11)作者简介：赵燕伟(1959-)，女，河南郑州人，浙江工业大学教授，主要研究方向为数字化产品设计理论与方法 、数字制造/数字装备建模与仿真的基础理论和关键技术 、开放式数控技术开发与装备智能化、网络环境下的数字制造技术等。

· 40 ·2013年第42卷 机械设计与制造工程弧的弦线中点 P 与圆心 的各种分布状况图。记P。(X。，Y.)为圆弧的起始点，P (X2，y2)为圆弧的终点，P ( ，r3)为圆弧起点 P 和终点P：连线的中点，P。( ，ro)为圆弧所对应的圆心坐标。根据NC代码里的信息可知：，为圆心Po偏离始点 P。在 轴方向上的偏移量，.，为圆心 P。偏离始点P.在 ，轴方向上的偏移量，因而根据，，-，的参数，可以确定该段插补圆弧的圆心位置 P。以及圆浑径r。通过几何模型的计算，从而找到机器人插补圆弧所需要的第3个参考点P ，设坐标P 在XOY平面内的坐标为 P (X4， )，根据圆心与起始点的偏移量可知该圆弧段半径 r(式(1))。

(a)G03段 圆心坐标 在 (b)G03段 圆心坐标 ，在弦线中点P，左侧 弦线中点 P，右侧： c t， -1 鬻Y2-Yi i cy

根据图4的代码信息可知，通过指令 G01，G02，G03来控制轨迹插补方式，同时上下句插补方式 相 同时，会 隐含 插补 指令 等 特征。运 用VC2008编写 MFC界面程序，通过调用 NC代码文件，后台处理文件信息，其主要数据程序处理原理如图7所示，提取出来的机器人可执行的有效数据信息如图8所示。

根据 Staubli工业机器人的运动指令特征，把提取出来的数据信息传输到机器人中控制系统中，如图9所示。

Switch插补类型l GI插补. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .：!l!. .. .......～ 提取 标、速度信息IL二二二二二[二二二二-l 姿态赋值 I-二二[二二-l Movel l读取F 条指令I----广 - 遥 >N《 Yj G2插补 。 。。。。。。。。 。。 。 。。 。。。 。。。- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . !I!...。- - 提取坐标、速度信息二二二二 二二二 歌取中间坐标参考点二二二j[二二二l 瓷态赋值 lt. I- - - - - 主----- Movec lL 。 。。。。 。。 。 。 。。 - - - - - - - J ～ i读取F 条指令l!!三> N< > N圭Read over图7 信息处理流程图l G3插补 -- - - - - - - - ±------- 提取 标、速度信息J二二二二二二获取，l rnj坐标参考 川二二二二亡二 姿态赋值 l----[-二- l Movec I二] 二二l读取 F 条指令l、 - --·- ----- ---u- -，-- ---·- - u- --。 。 ·- < N 0 延Y I2013年第 42卷 机械 计与制造工程[5][6][7][8]唐立山，邓中华，徐家军.CAM编程中刀具及工艺参数的确定[J].机械制造，2008，46(5)：44-46。

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Of-line Programming of Industrial Robot Based on UG Processing InformationZHAO Yanwei，ZHONG Yunhui，CHEN Jian，YU Zhisheng(Zhejiang University of Technology，Zhejiang Hangzhou，3 10014，China)Abstract：Aiming at the problem of difcult accurately to obtain complex trajectory by robot teaching，it puts for-ward the of-line programming for trajectory planning of industrial robot based on UG processing information.It u-ses simulating tool path in CAD/CAM system to generate NC codes，deals with the information of coordinatepoints in extracted processing track，and reorganizes the identified data form at.So the digital design about mov-ing trajectory of robot is achieved.Finaly，it takes a Staubli industrial robot as an example，shows the of-lineprogramming and experiments.The result ilustrates that the digital design about moving trajectory of robot is ef-fective and the programming eficiency of robot motion control is improved。

Key words：NC Code；Of-line Programming；Trajectory；Robot名词注释：数控机床的特点数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点：加工精度高，具有稳定的加工质量；可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；加工零件改变时。-般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的h-r用量，生产率高(-般为普通机床的3-5倍)；机床 自动化程度高，可以减轻劳动强度；对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。

数控机床-般由下列几个部分组成：主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。

数控装置，是数控机床的核心，包括硬件(印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等)以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。

驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。

辅助装置，指数控机床的-些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。

编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。

自从 1952年美国麻省理工学院研制出世界上第-台数控机床以来，数控机床在制造工业，特别是在汽车、航空航天、以及军事工业中被广泛地应用，数控技术无论在硬件和软件方面，都有飞速发展。