网址：www.jxgcs 电邮：*******************2021年第6期
基于Process Simulate 的机器人
沈阳1，栾会玲2
（1.华晨宝马汽车有限公司，沈阳110044；2.宝驰工业自动化（沈阳）有限公司，沈阳110122）
0引言
随着对汽车产能及质量要求的提高，汽车企业的焊装生产线自动化程度越来越高，多机器人组成的ROBOTS GARDEN 要求多个机器人及相关自动设备协同工作。过去模拟仿真和现场调试是脱钩的，模拟仿真不能生成现场调试者可用的程序，更多的是依靠现场调试人员的经验。Tecnomatix 的Process Simulate Robotics 提供了一个集机器人和自动设备规划及验证为一体的虚拟环境，能够模拟机器人在真实环境中的工作情况，具有逻辑驱动设备技术和集成的真实机器人仿真技术，基于实际控制逻辑的事件驱动仿真使得虚拟调试成为可能[1]。从而大大提高了机器人离线编程效率和质量，大大减少了真实环境调试的时间和成本[2]。本文针对焊装车身车间，其自动化程度最高，机器人工况最为复杂。本文采用了汽车整机厂与机器人厂家联合开发的模块化程序，直接通过仿真环境输出现场可直接使用的机器人程序，使仿真成
为真正意义上的输出工具，为智能化生产和虚拟化工厂的实施提供重要的方向指导。1数学模型导入
在进行仿真之前，需要把产品和设备模型加载进入Process Simulate 环境中。如图1所示，在车身车间，单站包
括PLC 和机器人机柜、器人本体，和夹具，还有工具端具）等基本要素（如图2）并且对应单站机器人，还涉及到多个机器人的联合作业，这些基于特定车
摘要：针对目前汽车行业车身车间越来越高的自动化程度和日益复杂的车型更新，使用Tecnomatix软件进行虚拟调试，
把前期设计数模导入Process Simulate模块，进行运动仿真和碰撞模拟测试，提前发现设计缺陷，并与机器人厂家联合开发运动和工艺模块，与上位PLC进行逻辑处理，与下位应用设备进行标准化模块处理及数据通信，提前在虚拟化环境中进行验证，最终输出机器人运动和安全程序，提高了机器人程序的质量并且能够大大减少现场调试时间。
关键词：Process Simulate；机器人；运动仿真；安全区
中图分类号:TG 156文献标志码:A
文章编号：1002-2333（2021）06-0119-03
Application and Development of Robot Movement Program Based on Process Simulate
SHEN Yang 1,
LUAN Huiling 2
(1.BMW Brilliance Automotive Ltd.,Shenyang 110044,China;2.EBZ SysTEC(Shenyang)Limited,Shenyang 110122,China)
Abstract:Higher automation level in automobile industry and the complexity of vehicle model is updating in body shop,this paper uses Tecnomatix software to carry out virtual design and import the pre-design digital model into the Process
Simulate module,perform the motion simulation and collision simulation test to discover design defects in advance,and jointly develops motion module and process module together with robot manufacturer.Logic processing is carried out with PLC,standardize module processing and data communication are performed with application equipment,all processes are verified in virtual environment in early phase,and finally robot motion and safety program are output for onsite commissioning engineer,which can improve the quality of robot program and greatly reduce the on-site commissioning time.
Keywords:process simulate;robot;movement simulation;safety area
图1机器人本体和机柜
图2机器人工具端
PLC Robot Controder
Tool1
Tool2
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型研发的夹具，
抓手数模转换成
Process simulate
特定格式转换导
入到仿真环境
中，并按照生产
线布局图及工艺
顺序安装在相应
位置（如图3）。
2离线仿真2.1定义和设置坐标系
由于机器人在执行指令时需要使用不同的工具端到
不同的工作台
完成工作，需要
提前设置和定
义分配相应的
坐标系，并在模
拟过程中选择
正确的坐标系，
这样才能保证
后续输出的机
器人轨迹是正
确的和现场匹
配的。首先设置
工具端坐标系
华晨宝马汽车有限公司如图4所示，这
个坐标系是基
于机器人手臂
最前端面中心
点为基准点计
算所得。
然后设置基坐标系（如图5），这个坐标系是基于机器人底座平面中心点计算所得。
2.2离线轨迹和模块化
设置初始化位置，定义好中间点及最终工艺点，选择合适的逼近方式，就可以生成初始的机器人运动轨迹。
同时，针对同一机器人，还需生成维护程序运动轨迹，自动抱闸程序运动轨迹，零点检验程序运动轨迹，如
单个机器
人的运动轨迹
生成完成后，
使用模块化结
构，添加工艺
数据，如点焊、
涂胶、螺柱焊、
抓取、铆接等，
如图7所示。
3安全设置
生产区域
内员工的人身
安全始终是排
在第一位的，
要保证使用的
每个机器人都
是安全的，需要对每个机器人
工具端、工作区及防碰撞区进
行设置。
对于工具端，需要设置安
全球，把工具端包络进去，如图
8所示。
这样机器人在运行过程
中，实时计算并监控这些安全
球的三维空间位置。同时对于
工作区，基于基坐标，设置机器
人工作单元及工作区，并可以
定义这些工作区是始终激活有
效还是条件性激活有效。如图9
所示，操作者进入红工作区
进行操作，触发安全条件，这样
机器人带着工具就不可以进入
该区域。设置界面到机器人程
图3生产线虚拟布置图
图4工具坐标系设置及三坐标机器人程序
图5基坐标系图6机器人程序及轨迹点
图7工艺点配置
图8工具端安全包络球
图9安全工作区
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图13现场机器人程序
设置好单个机器人安全区后，还需要进行机器人之间的碰撞区验证（如图11），如果在某一空间里，多个机器人的路径都经过此区域，这样就会存在碰撞的风险，就必须设置碰撞区。例如，机器人1进入了碰撞区1，就会显示碰撞区1已经被占用，假如机器人2也需要进入此区域
1，就需要
在此区域1外进行
等待，直
至机器人1在区域1外工作完成，此区域被释
放，机器人2才能
被允许进
入区域1。
4程序输出
在Process Simulate 完成了轨迹确认、工艺点信息确认、安全区和碰撞区设置后，通过Process Simulate 和机器人厂商开发的控制器模块，编译生成机器人标准程序，还需要和上位PLC 进行通信，如图12所示。
每个机器人的状态需要发送给PLC ，PLC 进行整个站的控制，需要发送给PLC 的信息有：1）机器人在零点位，零点位可以设置多个，在某一个就发送给PLC 占位信号。2）机器人执行某个工作或程序号，P
LC 根据工艺顺序，通知机器人开始执行某个程序，机器人在开始和结束时都需要发送信号给PLC 。3）工作区和防碰撞区，单个机器人进入了哪个碰撞区或申请进入也需要发信号给PLC 。如果在机器人程序和PLC 程序检查中，发现需要修正，再回到Process Simulate 中优化，形成闭环直至修正至无错误。
在完成了与PLC 的逻辑语言填充，确认无误后，可以
执行输出机器人程序，输出的程序使用机器人程序软件打开，模拟运行后，就可以直接导入到现场机器人控制器
中，现场调试人员就得到了实际可用的机器人运动程序，
如图13所示。
5
结论
1）随着汽车开发标准越来越成熟，现场布局和工艺顺序都可以通过Process simulate 模拟仿真来进行验证，而且软件开发越来越模块化，使用最新开发的Process simulate 中Robostics 模块，本文对其后续在汽车行业中流程化使用具有极强的指导意义和参考价值。
2）定义了安全工具、安全区及防碰撞区设置方法，并实现与上位PLC 的逻辑编程，可实际输出现场使用程序，减少了生产线的设计周期，同时也大大缩短了现场人员的调试时间，提高了设备规划的准确性，提高了机器人运动轨迹的准确性及逻辑性。
[参考文献]
[1]王玲，黄京.基于Tecnomatix 的气动焊运动学建立[J].机床与液压,2015,43(22):1-3.
[2]
韩军，郝立.机器人关节空间的轨迹规划及仿真[J].南京理工大学学报(自然科学版),2000(6):540-543.
（编辑邵明涛）
作者简介：沈阳（1986—），男，硕士研究生，工程师，主要研究方向为
智能化生产与控制；
栾会玲（1984—），女，硕士研究生，主要研究方向为汽车工艺及优化。
收稿日期：2020-11-23
图10机器人安全球和工作区界面
图11多个机器人间的安全区Rob3Rob1Rob2
Rob4
22221
1111
111
3
333防
碰撞
区3
防碰撞区2
防碰撞区1
图12
PLC 、Process Simulate 和机器人程序之间关系
Set in PS
Robot Program
PLC
121
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