智能制造工業(yè)產(chǎn)線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方案
一、實(shí)驗(yàn)室初步建設(shè)方案
（一）實(shí)驗(yàn)室建設(shè)清單
| 序號(hào) | 建設(shè)內(nèi)容（產(chǎn)品名稱(chēng)） | 數(shù)量 | 單位 | 單價(jià)（萬(wàn)元） | 總價(jià)（萬(wàn)元） |
| 1 | 智能制造產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)與規(guī)劃軟件 | 41 | 點(diǎn) | 2 | 82 |
| 2 | 電腦鍵鼠套裝 | 41 | 套 | 0.5 | 20.5 |
| 3 | 桌椅套裝 | 41 | 套 | 0.5 | 20.5 |
| 5 | 等等 | ... | ... | ... | ... |
| 合計(jì) | 123 | ||||
智能制造工業(yè)產(chǎn)線(xiàn)虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室是集合了機(jī)器人模型與生產(chǎn)線(xiàn)規(guī)劃軟件的純軟件一體化教學(xué)。采用模塊化設(shè)計(jì)研發(fā)理念，結(jié)合虛擬仿真和物理引擎的尖端技術(shù)，專(zhuān)為高等教育學(xué)習(xí)實(shí)踐而特別研發(fā)設(shè)計(jì)，可以滿(mǎn)足多元化的教學(xué)理論內(nèi)容和實(shí)踐工程培訓(xùn)。以各個(gè)智能制造行業(yè)的實(shí)際工程案例為原型，還原各種實(shí)際工藝模塊，強(qiáng)化了學(xué)生在理論和實(shí)踐的綜合性能力，同時(shí)豐富項(xiàng)目案例經(jīng)驗(yàn)，成為學(xué)生在未來(lái)就業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
圖1 智能產(chǎn)線(xiàn)系統(tǒng)建模與仿真實(shí)驗(yàn)室示意圖
（三）實(shí)訓(xùn)室建設(shè)內(nèi)容簡(jiǎn)介
1.智能制造產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)與規(guī)劃軟件
1.1超大模型庫(kù)
1.1.1模型的組成
針對(duì)自動(dòng)化方案設(shè)計(jì)需求，軟件將模型庫(kù)橫向分為了8大類(lèi)，縱向分成了四大行業(yè)，基本上涵蓋了智能產(chǎn)線(xiàn)日常教學(xué)所需要的模型，庫(kù)內(nèi)目前模型資產(chǎn)總數(shù)超過(guò)28000個(gè)，其中包含四六軸機(jī)器人1000+ ；模組類(lèi)機(jī)器人2000+ ；加工中心設(shè)備1500+ ；標(biāo)準(zhǔn)加工件2000+ ；傳感器800+ ；氣動(dòng)元件1600+ ；末端執(zhí)行器1000+ 等。
圖1 超大工業(yè)模型庫(kù)
其他模件類(lèi)模型涵蓋了眾多在自動(dòng)化產(chǎn)線(xiàn)中常使用的各種功能裝置、結(jié)構(gòu)件或執(zhí)行元件。其中供料裝置由供料倉(cāng)、tray盤(pán)上料、振動(dòng)盤(pán)、供料轉(zhuǎn)臺(tái)、彈夾供料機(jī)構(gòu)、供料專(zhuān)機(jī)組成；移料裝置由輸送線(xiàn)、過(guò)渡機(jī)構(gòu)、提升機(jī)、RGV、移載機(jī)構(gòu)組成；工藝裝置由機(jī)床類(lèi)、注塑機(jī)、沖床、變位機(jī)、激光切割機(jī)、折彎?rùn)C(jī)、熱焊機(jī)、充磁機(jī)、非標(biāo)工藝組件組成；輔助裝置由輔助工具、框架、控制交互、安全圍欄、存料容器組成；標(biāo)準(zhǔn)件由氣動(dòng)類(lèi)、液壓類(lèi)、電動(dòng)類(lèi)、傳動(dòng)類(lèi)、傳感器、視覺(jué)相機(jī)、專(zhuān)用儀器、機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)件組成；基礎(chǔ)幾何體由塊、鈑金、型材組成，物料由光伏產(chǎn)品原料、泵與電機(jī)產(chǎn)品原料、鋰電產(chǎn)品原料、汽車(chē)產(chǎn)品原料、3C產(chǎn)品原料、其他產(chǎn)品原料組成；外部件由一些非標(biāo)類(lèi)的組件組成。
1.1.2模型的使用
(1)模型搜索：可在搜索輸入框輸入相應(yīng)的關(guān)鍵字，芯工廠(chǎng)軟件模型庫(kù)中的每一個(gè)模型都添加了相關(guān)標(biāo)簽，在用戶(hù)在搜索框中輸入關(guān)鍵字后，點(diǎn)擊“搜索”便能夠檢索出相關(guān)模型。
圖2 模型搜索
(2)模型篩選：除了模型的搜索外，可通過(guò)分類(lèi)標(biāo)簽的形式來(lái)篩選想要的模型。可點(diǎn)選機(jī)器人、供料裝置、移料裝置等分類(lèi)，同時(shí)可在屬性中利用規(guī)格參數(shù)進(jìn)一步篩選，如下圖是對(duì)機(jī)器人的負(fù)載、軸行程、軸轉(zhuǎn)角、重復(fù)定位精度參數(shù)等進(jìn)行篩選。
圖3 模型篩選
(3)模型標(biāo)簽：庫(kù)中每一個(gè)模型的顯示圖片上有收藏、詳情及參數(shù)化等關(guān)鍵信息的圖標(biāo)。用戶(hù)可以對(duì)某一模型進(jìn)行收藏、或查看模型的詳細(xì)信息。
模型收藏，用戶(hù)點(diǎn)擊收藏圖標(biāo)，顏色保持藍(lán)綠色后，即可在已收藏中找到該模型；再次點(diǎn)擊取消收藏。
圖4 模型收藏按鈕
模型詳情，鼠標(biāo)移動(dòng)至模型的詳情按鈕上，可顯示模型的詳細(xì)信息。模型詳情包含模型名稱(chēng)，型號(hào)，標(biāo)簽，分類(lèi)組成，收藏狀態(tài)，詢(xún)價(jià)接口，規(guī)格參數(shù)，詳情介紹；便于用戶(hù)了解模型的具體信息。
圖5 模型詳情界面
1.1.3模型的參數(shù)化
模型參數(shù)化是軟件的一大特色，該類(lèi)模型可依據(jù)學(xué)生的需求，進(jìn)行外觀(guān)，尺寸，型號(hào)等多方面的改變，且變化基于實(shí)際工藝場(chǎng)景，與市場(chǎng)物料對(duì)應(yīng)；參數(shù)化模型可大大減少用戶(hù)選型，替換，格式轉(zhuǎn)化等繁瑣的步驟，節(jié)約用戶(hù)時(shí)間成本。在模型庫(kù)的各個(gè)分類(lèi)中，都可找到參數(shù)化模型。用戶(hù)點(diǎn)擊參數(shù)化，彈出參數(shù)化交互界面，進(jìn)行設(shè)置，場(chǎng)景內(nèi)模型變?yōu)橛脩?hù)所設(shè)置參數(shù)對(duì)應(yīng)的模型。
圖6 參數(shù)化修改按鈕
模型庫(kù)中的機(jī)器人可以進(jìn)行參數(shù)化選型，用來(lái)適配多變的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，節(jié)省用戶(hù)選型時(shí)間；完成選型后，搭建仿真得到滿(mǎn)意結(jié)果可以直接放入產(chǎn)線(xiàn)進(jìn)行仿真。下圖為模組機(jī)器人的參數(shù)化過(guò)程。點(diǎn)擊參數(shù)化按鈕后，可對(duì)模組機(jī)器人的各個(gè)軸行程，方向，模塊規(guī)格做參數(shù)化設(shè)計(jì)；用戶(hù)可以通過(guò)拖拉調(diào)整模組機(jī)器人的各軸行程（步進(jìn)值為50mm），四方向可選，模組機(jī)器人的核心規(guī)格與底座規(guī)格可選，不同負(fù)載對(duì)應(yīng)不同規(guī)格，最終根據(jù)不同參數(shù)搭配完成選型。
圖7 參數(shù)化修改界面
模型庫(kù)中除機(jī)器人可參數(shù)化以外，模件也是可參數(shù)化的，通過(guò)不同型材的選擇，不同結(jié)構(gòu)形式的變化，來(lái)完成模件的選型，以雙列皮帶線(xiàn)為例，介紹模件參數(shù)化的過(guò)程。雙列皮帶線(xiàn)運(yùn)用連續(xù)或間歇運(yùn)動(dòng)來(lái)輸送各種輕重不同的物品，在工業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)景中應(yīng)用廣泛，我們依據(jù)皮帶線(xiàn)制作工藝設(shè)計(jì)了雙列皮帶線(xiàn)參數(shù)化功能。雙列皮帶線(xiàn)參數(shù)化功能有電機(jī)位置，皮帶節(jié)距，帶輪中心距，支架類(lèi)型，支架數(shù)量，支架長(zhǎng)度組成；每個(gè)參數(shù)變化與皮帶線(xiàn)生產(chǎn)組裝工藝一一對(duì)應(yīng)。
圖8 雙列皮帶模型參數(shù)化
1.1.4模型的上傳
支持學(xué)生將自主創(chuàng)建的模型導(dǎo)入進(jìn)FSM軟件中進(jìn)行仿真使用，模型經(jīng)過(guò)配置后可實(shí)現(xiàn)芯工廠(chǎng)系統(tǒng)庫(kù)內(nèi)模型的全部功能。軟件支持solidworks；max；skp；catia；prt；dwg；3dm；blender；iges；jt；stl；obj；fbx；glb；ply；dae等20余種格式的模型導(dǎo)入。芯工廠(chǎng)FSM軟件同時(shí)也支持學(xué)生對(duì)平移軸、旋轉(zhuǎn)軸（如軸組、變位機(jī)）；標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)機(jī)器人（如六軸機(jī)器人、Scara機(jī)器人）；IO類(lèi)模型（如夾爪、氣缸）等類(lèi)型模型進(jìn)行導(dǎo)入a和配置。
圖9 上傳自建模型
1.1.5模型的二次編輯
模型上傳后，后臺(tái)將自動(dòng)對(duì)模型進(jìn)行處理，處理內(nèi)容包括格式轉(zhuǎn)化和輕量化，模型將統(tǒng)一被轉(zhuǎn)化成GLB模型格式，并自動(dòng)進(jìn)行輕度輕量化處理。除此之外，仍需要對(duì)模型做以下二次處理：
(1)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)點(diǎn)位配置：模型需要經(jīng)過(guò)關(guān)節(jié)點(diǎn)位的配置后才可以真正具備運(yùn)動(dòng)相關(guān)屬性，如：旋轉(zhuǎn)，平移，方向，限位，速度，加速度等。
圖10 運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)點(diǎn)位配置頁(yè)面
(2)IO控制器配置：IO類(lèi)型模型在伺服類(lèi)型的基礎(chǔ)上，再額外增加IO驅(qū)動(dòng)器的配置。
圖11 IO控制器配置頁(yè)面
(3)機(jī)器人運(yùn)動(dòng)學(xué)配置：機(jī)器人模型的配置支持根據(jù)機(jī)器人的官方說(shuō)明進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)配置，以下列舉ABB機(jī)器人的配置。
導(dǎo)入ABB官網(wǎng)下載的IRB1100機(jī)器人模型，點(diǎn)擊“建立機(jī)構(gòu)或機(jī)器人”，選擇對(duì)應(yīng)機(jī)器人構(gòu)型。（模型已事先在個(gè)人中心-模型管理處上傳）
圖12 ABB機(jī)器人導(dǎo)入頁(yè)面
點(diǎn)擊“建立機(jī)構(gòu)或機(jī)器人”，選擇對(duì)應(yīng)機(jī)器人構(gòu)型。根據(jù)官網(wǎng)機(jī)器人規(guī)格圖進(jìn)行具體參數(shù)的填寫(xiě)。
圖13 機(jī)器人構(gòu)建頁(yè)面
系統(tǒng)將自動(dòng)生成并配置完成全部組件和鏈接節(jié)點(diǎn)，此時(shí)需要將模型和鏈接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行綁定。
圖14 機(jī)器人構(gòu)建頁(yè)面
(4)模型渲染配置：軟件還支持對(duì)模型進(jìn)行材質(zhì)，顏色，粗糙度，金屬度，貼圖，法線(xiàn)貼圖等進(jìn)行渲染配置，讓學(xué)生可以創(chuàng)造出屬于自己的工業(yè)模型。
圖15 模型渲染界面
圖16 模型色彩渲染
1.2工業(yè)產(chǎn)線(xiàn)搭建
1.2.1模型布局基礎(chǔ)功能
依托豐富的模型庫(kù)，在進(jìn)行方案搭建時(shí)能夠迅速在庫(kù)內(nèi)快速搜索到相對(duì)應(yīng)的模型，并且能夠通過(guò)參數(shù)化功能快速調(diào)整模型尺寸以配備產(chǎn)線(xiàn)，結(jié)合陣列、面對(duì)齊等智能布局，能夠快速完成方案的搭建。針對(duì)傳統(tǒng)方案設(shè)計(jì)中搭建速度慢的問(wèn)題，芯工廠(chǎng)集成多種智能搭建功能，包括陣列、面對(duì)齊、面貼合.(末端)快速裝配等。
(1)位姿功能：該功能主要用于模型在場(chǎng)景中的移動(dòng)旋轉(zhuǎn)，是搭建過(guò)程中最基本的操作。
(2)陣列功能：該功能主要實(shí)現(xiàn)模型按照一定方式均勻復(fù)制分布，目前支持線(xiàn)性陣列和環(huán)形陣列。
(3)測(cè)量功能：該功能主要用于幾個(gè)模型組裝配合前進(jìn)行提前的測(cè)量，是我們搭建過(guò)程中的輔助操作。
面對(duì)齊功能：該功能主要用于幾個(gè)模型間的配合，是我們搭建過(guò)程中最主要的操作。
(5)隱藏/顯示功能：這兩個(gè)功能主要用于隱藏顯示坐標(biāo)系、背景線(xiàn)，是我們搭建過(guò)程的輔助操作。
1.2.2模型搭建基礎(chǔ)功能
(1)面貼和功能：該功能主要用于幫助學(xué)生快速實(shí)現(xiàn)模型之間的貼合，以六軸機(jī)器人安裝底座作為示范。
(2)添加坐標(biāo)系功能：該功能主要用于在模型上新建坐標(biāo)系并輔助用戶(hù)搭建�？蓪�(duì)模型的頂點(diǎn)、邊、面、圓心、原點(diǎn)、包圍框進(jìn)行新建坐標(biāo)。并通過(guò)法向?qū)R和捕捉模式輔助坐標(biāo)系建立。
(3)復(fù)制與刪除功能：選中模型并且點(diǎn)擊右鍵的“復(fù)制”即可拖出一個(gè)相同模型，選中模型并且點(diǎn)擊右鍵的“刪除”即可刪去選中模型。
(4)鎖定功能：選中模型并且點(diǎn)擊右鍵的“鎖定”，該模型包圍框變成黑色，代表完成鎖定。
(5)隱藏功能：選中模型并且點(diǎn)擊右鍵的“隱藏”，即可實(shí)現(xiàn)模型的隱藏。
(6)聚焦功能：選中模型并且點(diǎn)擊右鍵的“聚焦”，即可將其聚焦在統(tǒng)一視角下。
(7)綁定與解綁功能：該功能主要用于確定物體的子父級(jí)關(guān)系。選中模型并且點(diǎn)擊右鍵的“綁定”，立即出現(xiàn)藍(lán)色箭頭引導(dǎo)用戶(hù)選擇需要綁定的父級(jí)模型。想要取消綁定，再次點(diǎn)擊右鍵的“解綁”即可。
(8)組合功能：該功能主要用于實(shí)現(xiàn)多模型的統(tǒng)一操作。學(xué)生可以框選需要組合在一起的模型，并且點(diǎn)擊右鍵的“組合”。想要取消組合，再次點(diǎn)擊右鍵的“解除組合”即可。
(9)配置IO功能：該功能主要用于配置模型本身的運(yùn)動(dòng)屬性。為了實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的仿真運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)SM軟件對(duì)大量模型設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的配置，包含移料機(jī)構(gòu)的輸送、物料的生成、傳感器的觸發(fā)、頂升機(jī)構(gòu)的頂起等。在模型庫(kù)中有I0配置的模型都會(huì)I0配置標(biāo)識(shí)。選中模型并且點(diǎn)擊右鍵的“配置IO”，配置IO面板主要由動(dòng)作和參數(shù)組成。
(10)坐標(biāo)系功能：在物體表面或者物體外包圍框上建立坐標(biāo)系后，可對(duì)坐標(biāo)系進(jìn)行操作。
坐標(biāo)系功能可分為：刪除坐標(biāo)系、平移坐標(biāo)系、對(duì)齊坐標(biāo)系、旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系、解綁坐標(biāo)系等五個(gè)功能。
(11)文字輸入功能：軟件支持文字面板的模型，右鍵含有貼字功能。該功能可為產(chǎn)線(xiàn)提供布局、工藝等內(nèi)容的描述，讓學(xué)生交作業(yè)時(shí)有更好的說(shuō)明。
1.3工業(yè)機(jī)器人與產(chǎn)線(xiàn)組件的編程
1.3.1示教編程頁(yè)面介紹
智能示教編程包括示教、智能編程兩個(gè)部分，并且兩個(gè)模塊相互關(guān)聯(lián)、相互結(jié)合。能夠?qū)崿F(xiàn)：(1)對(duì)機(jī)器人進(jìn)行關(guān)節(jié)空間或笛卡爾空間的示教，記錄相應(yīng)點(diǎn)位，生成相關(guān)程序，實(shí)現(xiàn)仿真；(2)單個(gè)機(jī)器人快速生成工藝包程序，無(wú)需逐個(gè)點(diǎn)進(jìn)行示教、調(diào)整位姿，即能實(shí)現(xiàn)仿真。
學(xué)生可通過(guò)示教完成產(chǎn)線(xiàn)的一部分程序編輯，通過(guò)智能編程完成工藝程序快速生成，再通過(guò)程序添加一系列邏輯(包括循環(huán)、多機(jī)器人調(diào)度等)進(jìn)行整條產(chǎn)線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)整條產(chǎn)線(xiàn)多機(jī)器人模式下的仿真。
示教編程面板主要分為示教面板、程序面板、變量面板、導(dǎo)出程序四個(gè)部分。
(1)示教頁(yè)面：
示教速度：代表示教時(shí)機(jī)械臂移動(dòng)的速度，可進(jìn)行手動(dòng)調(diào)動(dòng)，默認(rèn)速度為0.30。
復(fù)位：復(fù)位按鈕，即對(duì)機(jī)器人執(zhí)行復(fù)位置零操作，恢復(fù)至未運(yùn)行的初始狀態(tài)。
顯示軌跡：勾選，可顯示目前程序里機(jī)器人的軌跡路徑。默認(rèn)不勾選。
顯示點(diǎn)位：勾選，可顯示程序里機(jī)器人的點(diǎn)位坐標(biāo)。默認(rèn)勾選。
XYZ與RX\RY\RZ：在選定的坐標(biāo)系基準(zhǔn)下，機(jī)器人的位置與姿態(tài)
用戶(hù)坐標(biāo)：相對(duì)于工件或夾具建立的坐標(biāo)系。建立用戶(hù)坐標(biāo)后，移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)夾具時(shí)無(wú)需重新編程。默認(rèn)用戶(hù)坐標(biāo)系為機(jī)器人本身的基坐標(biāo)。點(diǎn)擊用戶(hù)坐標(biāo)系設(shè)置按鈕則進(jìn)入用戶(hù)坐標(biāo)界面，有選擇節(jié)點(diǎn)、特征點(diǎn)選擇、輸入坐標(biāo)、修改名稱(chēng)等操作。
工具坐標(biāo)：即安裝在機(jī)器人末端的工具坐標(biāo)系。建立工具坐標(biāo)后，機(jī)器人的軌跡需要沿著選定的工具坐標(biāo)系走。默認(rèn)工具坐標(biāo)系為機(jī)器人六軸法蘭法向點(diǎn)擊工具設(shè)置按鈕則進(jìn)入工具屬性界面，有選擇節(jié)點(diǎn)、特征點(diǎn)選擇、輸入坐標(biāo)、修改名稱(chēng)等操作。
添加笛卡爾路徑點(diǎn)：添加直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)(MovL)，示教得到機(jī)器人的姿態(tài)后，通過(guò)點(diǎn)擊添加笛卡爾路徑點(diǎn)在U3D場(chǎng)景中記錄相應(yīng)的路徑點(diǎn)。
添加關(guān)節(jié)路徑點(diǎn)：添加關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)(MovJ)，示教得到機(jī)器人的姿態(tài)后，通過(guò)點(diǎn)擊添加關(guān)節(jié)路徑點(diǎn)在U3D場(chǎng)景中記錄相應(yīng)的路徑點(diǎn)。
關(guān)節(jié)設(shè)置：通過(guò)點(diǎn)擊加減符號(hào)以及輸入數(shù)值來(lái)完成對(duì)U3D場(chǎng)景中的機(jī)器人示教。關(guān)節(jié)與實(shí)際機(jī)器人的軸-一對(duì)應(yīng)。
拖拽示教：通過(guò)拖拽的方式實(shí)現(xiàn)示教。點(diǎn)擊“拖拽示教”按鈕后，用戶(hù)可用鼠標(biāo)拖拽關(guān)節(jié)和坐標(biāo)系，進(jìn)行關(guān)節(jié)示教和笛卡爾示教。
捕捉功能：可在場(chǎng)景中直接以模型特征點(diǎn)為機(jī)器人空間點(diǎn)，并根據(jù)空間點(diǎn)改變機(jī)器人姿態(tài)。進(jìn)入捕捉功能后，用戶(hù)可選擇法向?qū)R和捕捉類(lèi)型。法向?qū)R表示機(jī)器人工具坐標(biāo)系的哪個(gè)軸對(duì)準(zhǔn)特征點(diǎn)Z軸，捕捉類(lèi)型表示在什么類(lèi)型上捕捉特征點(diǎn)，包括面，邊，圓心，坐標(biāo)系等。
(2)程序頁(yè)面：機(jī)器人的程序面板包含：子程序列表、機(jī)器人的快捷指令，程序編輯面板以及相應(yīng)的動(dòng)作屬性。子程序?yàn)橛脩?hù)提供了一種整理程序的方式，可進(jìn)行創(chuàng)建、復(fù)制和刪除的操作，同時(shí)“CALL”語(yǔ)句可以實(shí)現(xiàn)對(duì)子程序的調(diào)用。在程序編輯面板中可對(duì)指令進(jìn)行增刪改查操作，如下圖所示可進(jìn)行程序的復(fù)制、粘貼、刪除、剪切操作，可通過(guò)按住某一行程序進(jìn)行上下移的，來(lái)完成對(duì)程序面板上的程序進(jìn)行調(diào)整順序的操作。
動(dòng)作屬性：下方的動(dòng)作屬性可對(duì)當(dāng)前軌跡點(diǎn)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行修改。
坐標(biāo)：若此點(diǎn)為關(guān)節(jié)路徑點(diǎn)，則可選擇相應(yīng)的參考坐標(biāo)系，對(duì)各個(gè)關(guān)節(jié)的姿態(tài)進(jìn)行編輯；若此點(diǎn)為笛卡爾路徑點(diǎn)，則可選擇相應(yīng)的參考坐標(biāo)系，對(duì)當(dāng)前點(diǎn)的XYZ與RXRYRZ進(jìn)行編輯修改。
名稱(chēng)：可對(duì)當(dāng)前軌跡點(diǎn)的名稱(chēng)進(jìn)行修改或者自定義。
基坐標(biāo)：默認(rèn)是父坐標(biāo)系，即以機(jī)器人底座的中點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)。
工具：即對(duì)工具坐標(biāo)系進(jìn)行選擇以及設(shè)置。點(diǎn)擊工具設(shè)置按鈕則進(jìn)入工具屬性界面。對(duì)工具坐標(biāo)系進(jìn)行選擇、選擇基準(zhǔn)坐標(biāo)系、修改名稱(chēng)等操作。
速度：即機(jī)器人軌跡移動(dòng)至當(dāng)前軌跡點(diǎn)的速度。
(3)變量頁(yè)面：機(jī)器人的變量面板，可對(duì)程序中的變量進(jìn)行添加與修改。點(diǎn)擊“+”可對(duì)變量進(jìn)行添加，點(diǎn)擊“刪除”可對(duì)選中變量進(jìn)行刪除。變量類(lèi)型有int(整數(shù)類(lèi)型)、float(浮點(diǎn)數(shù)類(lèi)型)、bool(布爾類(lèi)型)、string(字符串類(lèi)型)四種類(lèi)型。同時(shí)可對(duì)變量名稱(chēng)進(jìn)行編輯，對(duì)變量類(lèi)型進(jìn)行選擇，對(duì)初始值進(jìn)行手動(dòng)輸入。
1.3.2編程語(yǔ)句介紹
軟件虛擬編程語(yǔ)句大概分為以下幾類(lèi)：(1)運(yùn)動(dòng)指令；(2)I0指令；(3)通訊指令；(4)邏輯指令；(5)數(shù)學(xué)函數(shù)庫(kù)；(6)任務(wù)指令，以下為其中常用指令介紹，更多指令說(shuō)明參考《ROCO編程手冊(cè)》。目前軟件中的低代碼基礎(chǔ)編程語(yǔ)句一共有9條指令：
PTP：即Mov J，關(guān)節(jié)插補(bǔ)指令，機(jī)器人的末端中心點(diǎn)從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置，兩個(gè)位置之間的路徑不一定是直線(xiàn)，而是選擇最快的軌道。一般情況下最快的軌道并不是最短的軌道，也就是說(shuō)并非直線(xiàn)，因機(jī)器人軸進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以曲線(xiàn)軌道比直線(xiàn)軌道進(jìn)行更快。
LINE：即Mov L，直線(xiàn)插補(bǔ)指令，機(jī)器人末端中心點(diǎn)從起點(diǎn)到終點(diǎn)之間的路徑始終保持直線(xiàn)。
MOVC：即Move C，弧線(xiàn)運(yùn)動(dòng)指令，機(jī)器人未端中心點(diǎn)經(jīng)過(guò)由起始點(diǎn)、中間點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)組成的圓弧。
IO：進(jìn)行工具與相對(duì)應(yīng)動(dòng)作的綁定。在動(dòng)作屬性中進(jìn)行工具與相對(duì)應(yīng)動(dòng)作的選擇。
IF：進(jìn)行if else 判定的語(yǔ)句，if后（）的內(nèi)容為真，執(zhí)行if語(yǔ)句，否則執(zhí)行else語(yǔ)句中的內(nèi)容。點(diǎn)擊if語(yǔ)句后的“+”，對(duì)else if 語(yǔ)句進(jìn)行添加。
WAIT：當(dāng)變量值為true或false的判定語(yǔ)句，滿(mǎn)足（）后面的語(yǔ)句，則執(zhí)行下列的語(yǔ)句。需要在變量面板上進(jìn)行初始布爾類(lèi)型變量值的確定。
ASSIGN：修改變量的操作指令，根據(jù)不同的變量名稱(chēng)，更換值表達(dá)式，值表達(dá)式的類(lèi)型需要與初始設(shè)置變量的數(shù)據(jù)類(lèi)型保持一致。
WHILE：while循環(huán)指令，當(dāng)while后（）內(nèi)的值為真時(shí)，循環(huán)執(zhí)行while內(nèi)部語(yǔ)句。
LOOP：loop循環(huán)指令，當(dāng)loop后（）內(nèi)為循環(huán)次數(shù)，按次數(shù)循環(huán)執(zhí)行所包含的下方程序。
DELAY：延時(shí)指令，在延遲特定時(shí)長(zhǎng)后，再執(zhí)行delay語(yǔ)句下方的程序。
CALL：調(diào)用指令，可在程序中運(yùn)行子程序內(nèi)容
1.3.3智能編程功能
傳統(tǒng)示教方法是通過(guò)人工移動(dòng)機(jī)器人未端到操作對(duì)象關(guān)鍵點(diǎn)，通過(guò)人工示教的方法記錄編程路徑點(diǎn)，該操作往往需要多次對(duì)齊、重復(fù)調(diào)試，這大大增加了示教的難度，降低了示教的效率。
在應(yīng)用場(chǎng)景內(nèi)，用戶(hù)在進(jìn)行機(jī)器人編程時(shí)，需要逐個(gè)示教或者逐個(gè)選擇場(chǎng)景中的路徑點(diǎn)，進(jìn)行程序編輯。對(duì)于部分只懂方案搭建，并沒(méi)有機(jī)器人編程基礎(chǔ)的學(xué)生，或者是想要快速生成基礎(chǔ)程序、讓機(jī)器人運(yùn)動(dòng)起來(lái)的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，過(guò)程較為繁瑣。軟件通過(guò)智能示教技術(shù)、人工智能和代碼自動(dòng)生成技術(shù)，降低了編程門(mén)檻，使沒(méi)有相關(guān)知識(shí)的工人或者工藝師，也能直接編程。通過(guò)智能示教功能，可通過(guò)示教界面控制機(jī)器人軸關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，并能實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)前關(guān)節(jié)位置和空間位置信息�？杀M量縮短可靠的機(jī)器人運(yùn)行程序所需的時(shí)間，優(yōu)化工作流程，提高工作效率。
(1)上料下料：加工工件通常需要經(jīng)過(guò)多道加工工序，將原料從上料/下料機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)移到上料/下料點(diǎn)，保證加工工件在整個(gè)系統(tǒng)中的自然有序流轉(zhuǎn)，是生產(chǎn)線(xiàn)中最常見(jiàn)的加工工序。智能編程時(shí)需要對(duì)上料/下料工件、上料/下料的起始點(diǎn)、上料/下料的終點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置；
圖1 智能編程-碼垛程序自生成
(2)裝配：常用裝配流程。智能編程時(shí)需要對(duì)裝配參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；
(3)點(diǎn)膠：點(diǎn)膠工藝。智能編程時(shí)需要對(duì)點(diǎn)膠目標(biāo)物、點(diǎn)膠軌跡、軌跡特征等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；
圖1 智能編程-點(diǎn)膠程序自生成
焊接：機(jī)器人在生產(chǎn)中放置和處理一種或多種材料之間的焊縫。按照焊接工藝方法不同，可分為點(diǎn)焊弧焊等。智能編程時(shí)學(xué)生可對(duì)焊接的類(lèi)型、焊接軌跡、軌跡特征等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置；
圖1 智能編程-雙機(jī)焊接程序自生成
(5)打磨：借助粗糙物體(含有較高硬度顆粒的砂紙等)來(lái)通過(guò)摩擦改變材料表面物理性能的一種加工方法，機(jī)器人進(jìn)行打磨工藝對(duì)精確度要求較高。智能編程時(shí)對(duì)打磨軌跡、打磨角度、打磨間距、最小打磨距離、打磨面等基本打磨參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。
1.3.4程序與變量的導(dǎo)出
示教面板上方“導(dǎo)出點(diǎn)位”、“導(dǎo)出程序”“導(dǎo)出I0”按鈕，分別支持對(duì)當(dāng)前點(diǎn)位表、程序、10的導(dǎo)出。
1.4工業(yè)產(chǎn)線(xiàn)的驗(yàn)證與優(yōu)化
1.4.1產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人程序驗(yàn)證
學(xué)生可以將自己寫(xiě)好的機(jī)器人程序復(fù)制或者導(dǎo)入到相對(duì)應(yīng)機(jī)器人的示教編程頁(yè)面，進(jìn)行程序的驗(yàn)證，看機(jī)器人是否按照自己設(shè)想的軌跡進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。
1.4.2產(chǎn)線(xiàn)機(jī)器人可達(dá)性驗(yàn)證
(1)碰撞檢測(cè)：避免運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)器人之間以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)與工裝之間發(fā)生碰撞或干涉。開(kāi)啟碰撞檢測(cè)，點(diǎn)擊開(kāi)始仿真，程序運(yùn)行期間，對(duì)象發(fā)生碰撞時(shí)，會(huì)出現(xiàn)高亮效果。
(2)奇異點(diǎn)規(guī)避：對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的各機(jī)器人軌跡點(diǎn)進(jìn)行奇異位型檢查。
(3)可達(dá)性檢測(cè)：對(duì)機(jī)器人動(dòng)作目標(biāo)任務(wù)點(diǎn)進(jìn)行可達(dá)性檢查。
1.4.3產(chǎn)線(xiàn)產(chǎn)能設(shè)計(jì)與優(yōu)化
(1)多機(jī)協(xié)同：以不發(fā)生干涉為基礎(chǔ)，針對(duì)多機(jī)器人需要協(xié)同作業(yè)的場(chǎng)景，進(jìn)行協(xié)同作業(yè)規(guī)劃，從而確定多機(jī)最優(yōu)軌跡。
(2)過(guò)程模擬：對(duì)建立好的模型進(jìn)行流程仿真驗(yàn)證。邏輯為通過(guò)檢測(cè)方案是否按照預(yù)期的流程進(jìn)行工作，得出效率參考數(shù)據(jù)。
(3)時(shí)序優(yōu)化：對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行時(shí)序仿真，分析系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行效率、瓶頸工位，縮短系統(tǒng)整體作業(yè)時(shí)間，提高系統(tǒng)作業(yè)節(jié)拍及效率。
(4)節(jié)拍測(cè)算：根據(jù)各執(zhí)行結(jié)構(gòu)時(shí)序及邏輯規(guī)劃，綜合計(jì)算各工站及生產(chǎn)線(xiàn)體的節(jié)拍效率，為方案設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
2.智能制造工業(yè)產(chǎn)線(xiàn)教學(xué)案例與實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)
2.1智能制造工業(yè)產(chǎn)線(xiàn)教學(xué)案例
圖1 光伏智能制造教學(xué)產(chǎn)線(xiàn)
圖2 新能源汽車(chē)智能制造教學(xué)產(chǎn)線(xiàn)
圖3 鋰電池PACK智能產(chǎn)線(xiàn)
圖4 倉(cāng)儲(chǔ)立庫(kù)智能工廠(chǎng)教學(xué)案例
圖5 鈑金搬運(yùn)智能產(chǎn)線(xiàn)
圖6 車(chē)身側(cè)焊智能產(chǎn)線(xiàn)
圖7 光伏接線(xiàn)盒智能產(chǎn)線(xiàn)
圖8 鋰電池組裝智能產(chǎn)線(xiàn)
圖9 汽車(chē)元寶梁焊接智能產(chǎn)線(xiàn)
圖10 電機(jī)組裝智能產(chǎn)線(xiàn)
圖11 新能源汽車(chē)裝配焊接智能產(chǎn)線(xiàn)
2.2實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)
2.2.1《智能制造產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)與規(guī)劃軟件使用說(shuō)明書(shū)》
2.2.2《編程手冊(cè)》
