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工业机器人仿真软件如何服务于离线编程(OLP)

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本文转载翻译自https://www.engineering.com/
原文题目:The What, Why and How of Industrial Robot Simulation Software for Offline Programming (OLP)
当在产线上对工业机器人进行编程时,生产必须停止。由于这种停机成本可能高达数千美元,离线编程(OLP) 对于许多制造商就成了一个有吸引力的选择。使用离线编程软件,可以数字化地重建机器人、工具、夹具和整个系统,然后编写一个包含运动和逻辑的完整程序。机器人可以下载并处理这个程序,类似于使用CAM软件编程数控机床的过程。

即使停线不是问题,在某些情况下,离线编程也比示教编程更可取。例如,在涉及数十个甚至数百个箱子的码垛项目中,一个典型程序可以包含数百个点。示教这些点既繁琐又耗时。在这些情况下,OLP便可以发挥作用。
Delfoi的创始人兼执行副总裁Heikki Aalto 表示,在当今制造领域,CAD 模型无处不在,这意味着在第一个产品下线之前,就可以开始仿真编程。"某些产品,在设计初期就可以进行编程。你也许还没有汽车,飞机,但你可以基于CAD模型做很多事情。"他说,"当产品零件进入车间时,你可能已经完成了加工程序。
选择正确的机器人仿真软件要考虑几个重要因素。
该软件是否与正在使用的机器人和工具兼容?
该软件是否最适合现场工艺,如弧焊或喷涂?
使用软件需要多少机器人编程或CAD经验?
费用是多少?
在本文中,我们将介绍 OLP 市场中的几个产品以及一些要素。尔后,您应该可以更了解如何找到更适合自己的OLP解决方案。
成本
在本文中,我们将产品的单套成本分为三个级别:0-10,000美元; $10,000 - $40,000; 和$40,000 及以上。
软件是高度定制的,因此价格是可变的。请务必联系厂商以获取准确的报价。例如,只模拟单工艺单机器人的软件费用肯定少于需要模拟多品牌、多机器人,甚至具备机器人校准或分析等额外功能的软件包。
兼容性
机器人

每个厂商的机器人控制器算法不同,因此不能保证仿真机器人会以真实机器人的方式移动。但是,即使机器人某个轴的运动与仿真不同,在笛卡尔空间中,TCP 的运动应该是相同的。
通常情况下,无论您选择何种 OLP 解决方案,都应该要求软件支持您需要仿真的机器人。在大多数情况下,机器人模型可以添加到软件的数据库中。这些模型通常由机器人制造商提供(例如。库卡、FANUC 等)。如果您正在与较小或鲜为人知的机器人厂商合作,这一点可能更具挑战性。
在 OLP 软件中,仿真创建的程序可以匹配不同机器人品牌的专有格式。"当你对程序满意时,你可以选择特定的后处理。"Aalto说,"例如,使用KUKA 或 FANUC 时,通过一个下拉菜单选择KUKA就可以,然后下载或上传。可以从车间的机器人上传程序,也可以生成 KUKA 代码以下载到机器人。
工具

刀具和工具(如焊枪、抓具或分拣器)的精确模拟可能难度更大。首先,需要工具的参数,以及TCP到机器人法兰的偏移值。在许多情况下,可以使用该工具的 CAD 模型,但这不是严格要求的。西门子PLM制造工程软件高级营销经理MikeRouman解释道:"我可以在仿真机器人的末端放一个气球,而只要如果我有能力控制喷涂模式和参数,从而计算喷涂效果,我将获得相同的结果。
只要工具正确集成到机器人单元中,仿真环境中的 I/O 调用就可以根据工具制造商的要求来实现。仿真环境下也可以执行特定的I/O 开/关指令,该指令可能与焊接的起弧/收弧、等离子切割的起弧/收弧或喷涂的喷嘴开/关相关联。
现有软件环境
所有行业的专业软件用户都希望与一家供应商保持合作,以保持简单并确保兼容性。例如,如果您的公司使用达索系统的SolidWorks来做CAD,您可能倾向于选择达索的机器人仿真软件Delmia。但是,本文采访的几位专家不同意这种方法。 Robotmaster高级总监GarenCakmak,解释说:"编程人员真正需要什么?如果产品不能满足客户的需求,就要谨慎选择。例如,Robotmaster并不宣称是所有机器人应用的最佳产品,其它软件解决方案也是如此。当我们询问客户他们的应用时,我们有时会提出其他建议,因为 Robotmaster在路径规划和编程方面非常强大,但我们目前不适合分拣和码垛,对于这些应用,我们会向用户推荐其它更适合的产品。 简体中文翻译。
OCTOPUZ公司的软件客户经理Justin Glover也表示同意。“我们可以导入各种CAD 文件格式。我们很少对模型格式有限制。
”如果您的机器人使用开源机器人操作系统 (ROS),则可以使用开源仿真工具 Gazebo 为其开发代码。
校准

示教编程机器人时,机器人坐标系和关节通常要校准零位。示教时,程序员移动机器人末端到某个位置并建立示教点。程序员可以直观地确认示教点就在实际位置上。某些点也可以通过直接输入坐标进行编程。例如,在对10mm长度的接头涂胶时,程序员可以示教第一个点,然后将x 坐标偏移10mm来创建下一个点。
使用离线仿真时,工作站的部件(如夹具、变位机或零件)必须精确安装,以准确创建数字孪生。下载程序时,需要校准机器人的参考坐标系,使编程点与实际位置一致。
仿真并不能完美地转化为现实

简体中文翻译。 当使用仿真软件对机器人编程时,请务必记住,任何仿真都无法完全准确地反映真实机器人的运行情况。例如,大多数软件不会模拟电缆和管线包,因此实际运动可能会卡住或拉伸电缆,从而导致故障。
"我认为动力学和物理建模将有助于使仿真更加精确,"Rouman 说。"我们已经开始在我们的软件中加入类似设计,但在实际仿真编程时,我仍然认为要确保安全。设想机器人在高载荷下高速移动,当它停止时,它不会马上停下来。机器人稳定之前还会有一些运动。对于这些运动,我们必须做出一些假设。我认为,在未来我们不必做出这么多假设,我们将能够更准确的模拟机器人。
有助于更好仿真的一个趋势是从基于时间的仿真转向基于事件的仿真。Rouman 解释道:"过去,仿真软件开发人员必须猜测给定事件所花费的时间。"但这并不是机器人系统的工作原理。它们是以基于事件的方式工作的。如果我们能够模拟系统的实际工作方式,模拟事件的启动、停止和协调,我们就可以更准确的模拟真实世界中机器人的运动。
通过传感器,机器人也可以补偿部分误差。例如,执行插孔应用的机器人可以使用接触传感器来寻找孔位,而不依赖于高度精确的点。"具体应用将决定传感器的使用方式,"Cakmak说。例如,在弧焊中,机器人可以使用接触传感或激光跟踪来精确定位。根据客户工艺,这些或其他类型的传感器除了补偿机器人的精度不足外,还有助于将真实零件与理论CAD模型相匹配。
据RoboDK首席执行官Albert Nubiola说,正确理解机器人不是CNC是很重要的。有了正确的软件,你可以使机器人像5轴铣床一样工作,然而,机器人的刚性和精度不如CNC。因此,与CNC相比,真正的机器人路径可能偏离编程路径更多。当然,仍有许多应用(通常由CNC完成)可以交给机器人处理。此外,机器人校准是另一种可以显著提高机器人精度的工具。
机器人厂商软件

虽然本文侧重于第三方仿真软件,但几乎每个机器人厂商也提供仿真工具。那为什么不直接选择ABB Robotstudio或者FanucRoboguide呢?
首先,如果您车间的机器人有多个品牌,您可能无法使用单个品牌的仿真软件。大多数机器人厂家的仿真软件不支持其他品牌和型号的机器人,因此兼容性可能是一个麻烦,甚至是不可能的。此外,二手机器人用户可能会发现在最新的厂家软件中很难实现对旧控制器的支持。
此外,Glover指出,OCTOPUZ的目标是在软件中提供比主要机器人厂家软件更简单的用户体验。"我想说最大的区别是,我们的软件是围绕用户和用户体验构建的,而不是围绕机器人和机器。"他解释道。"话虽如此,我们重视与每家机器人厂商的伙伴关系。没有他们,我们的产品对客户就没有意义。这种密切的关系使我们能够从厂家直接获得数据来构建每个机器人。我的想法,是比厂商软件更进一步,使事情尽可能简单。我们的整个设计都是为了简化复杂性。这就是我们所从事的业务。
西门子PS

如果您熟悉西门子的机器人仿真软件,您可能已经知道该公司传统的 OLP 工具 Robcad。据Rouman说,Robcad现在仍然在支持和使用。然而,PS是较新的产品。此外,西门子 NX 还具有机器人加工功能。
PS的一个功能是它可以连接到西门子TeamCenter,一个PLM数据存储库。这允许用户将其机器人仿真与整个产品生命周期管理系统以及其他类型的制造数据(包括设计和流程)联系起来。但是,仅对于机器人仿真和编程而言,PS不需要此连接。
根据Rouman的说法,在选择包含 OLP的仿真解决方案时,寻找专用的工艺工具非常重要。"例如,如果有人想进行机器人喷涂或喷漆,而又想使用通用仿真工具,他们可能会遇到困难,"Rouman说。如果他们找到一个解决方案,该解决方案具有专用工艺包,那么他们的成功率可能会高得多。例如,PS使用户能够在软件中设置喷涂工具的参数,并在模拟中以图形方式显示喷雾的沉积。
成本
PS当前以永久许可销售,具有单点、通过网络共享的多点或其他部署选项。根据 Rouman 的说法,一些客户更喜欢基于订阅的软件服务(SaaS),在某些情况下,这也是可行的。
"我们的价格范围最低可以下探到中端偏下,"Rouman说。"我们提供了软件的附加配置,以降低入门成本。例如,一个解决方案如果不包括所有工艺包,但仅适合基本的应用,如搬运和分拣,其入门价格要低得多。然后随着时间的推移,客户可以根据需要添加其他模块,而扩展到其它的应用。或者,如果我想对几个品牌的机器人编程,在入门的软件价格基础上,可以为不同的机器人品牌增加接口,并支付额外费用。这样就可以通过中端价格,得到基本软件包、一个应用模块以及一个或两个或多个机器人的数据库。
Robotmaster

Robotmaster的特点是通过一键点击和拖动,快速创建和修改机器人轨迹。与大多数其他通用解决方案一样,Robotmaster与机器人品牌无关,可以适用所有机器人品牌和不同工具。据该公司宣称,Robotmaster V7通过重新架构,成为了第一个面向任务的机器人编程平台。
"使用离线编程,您可以处理非常复杂的问题。无论是焊接、切割、铣削、喷涂或其他工艺,Robotmaster都能创建具有适当参数的轨迹,并快速解决在潜在的机器人错误,"Cakmak说。 "我们的以专有的优化功能闻名,允许最终用户以尽量少的鼠标点击,创建无错的机器人程序,即使客户此前并无机器人经验。
成本
Robotmaster目前销售永久许可,可以选择本地或网络节点。据该公司称,该软件属于中端价位(在10,000美元至40,000美元之间)。而订阅服务的单点价格在6,000美元左右。
Cakmak 说:"根据应用的不同,从价格角度来看,我们认为自己处于中端,但从功能角度来看,我们提供中端价格的高端功能。
Delfoi
Delfoi 在VisualComponents仿真平台上开发,该平台有包含 1,300 多个模型的机器人库。Delfoi 为每个机器人品牌提供后处理。Visual Components于2017年被KUKA收购。收购后,KUKA发表声明,确认Visual Components仍将是品牌中立的仿真平台,支持30多个机器人品牌。
Delfoi提供三种主要产品:弧焊、切割和喷涂。每个应用都有专门的软件包。据Aalto公司称,该公司旨在通过提高编程速度为客户提供价值。"在我们的软件中,有一些自动化算法。因此,当您定义沿曲面焊接的路径时,软件将自动检测曲线并创建完整的焊缝,然后只需单击一个按钮即可开始。我们称之为自动编程。这减少了创建程序所需的鼠标点击。
关于Delfoi需要注意的一件事是,它目前无法为UR机器人生成代码,尽管它可以模拟它们。据该公司称,这是因为UR机器人不常用于其主要工艺领域:弧焊、切割或喷涂。
Aalto指出,Delfoi目前是一家成长中的小型公司。虽然目前北美没有 Delfoi合作伙伴,但该软件可提供到这些地区,从欧洲交付。
成本
根据Aalto的说法,Delfoi机器人模块以永久许可销售,支持和更新需额外付费。一个点的价格位于中端,16,800欧元(约合20,000美元)可支持一个机器人品牌。还有更高级的版本,附加功能的价格可达48,000 欧元(约 54,000 美元)。
OCTOPUZ

与Delfoi一样,OCTOPUZ也在VisualComponents仿真平台上开发。在该平台之上,OCTOPUZ提供特定工艺插件,来示教特定的路径和程序,例如焊接。"一旦生成这些路径,我们的平台内有一些工具,允许您分析,然后自动或手动找到方案,以解决您的刀具路径中的潜在错误。这些误差包括但不限于奇点、关节极限、达到极限或加速度极限," Glover说。
目前,OCTOPUZ支持15个品牌的机器人。对于使用两种编程语言的品牌,如KUKA(其主要产品线使用KRL,而协作机器人使用java),OCTOPUZ也提供了支持。生成的代码导出到U盘,然后将程序上传到机器人控制器。OCTOPUZ 通过了UR机器人认证的 UR+。
据Glover介绍,许多OCTOPUZ客户将其用于焊接应用。"由于对焊接的兴趣,我们有机会投入大量的时间和金钱,用于开发软件内的焊接功能,因为这是由我们的客户和他们的经验驱动的,"他解释道。"软件的大多数功能升级都是由客户驱动的。最受欢迎的应用也是对开发影响最大的应用。我认为,从产品的角度来看,焊接可能是 OCTOPUZ最适合的应用。不过,他强调,OCTOPUZ拥有众多应用和行业客户,2018年新增的项目比以往任何时候都多。
成本
根据Glover的说法,OCTOPUZ 属于中间价位,具有广泛的可用模块和应用。 "对于我们的软件以及我们的一些竞争对手的软件,平均投入从 25,000到40,000加元不等(约 18,800美元到30,000美元)。这真的取决于不同的选项。这取决于你是想要一个单机版还是一个网络版。这取决于培训和实施。这取决于工作站的数量、部件的复杂性、培训和应用。”
RoboDK

RoboDK 是市场上一个独特的选择,因为它提供 30 天的免费试用。试用版过期后,用户可以继续试用该软件,但无法保存。据Nubiola称,虽然这样的免费试用在工业软件供应商中是独一无二的,但RoboDK相信,它为用户提供了更好的选择,可以在做出决定之前试用该软件。RoboDK也通过了UR机器人的 UR+ 认证。
RoboDK 的一个有趣功能是能够导入 CAM刀具路径并将其转换为机器人程序,用于机器人加工等应用。
Nubiola 提醒用户仔细考虑机器人仿真和 OLP 所需的软件许可数量。"有时,一些公司会购买一个许可,并且部署在一台专用于该软件的电脑上,需要使用机器人的每个人都通过该计算机编程。即使公司想做一百万件事,他们也只会购买一个许可,而且一周内可能有10个用户使用它,"他解释道。”请考虑选择网络许可,以允许用户从多个本地电脑访问软件,并购买足够的许可以支持容量。”
成本
目前,一个试用版的RoboDK是免费的,你可以在任何时候下载和尝试。根据RoboDK网站,完整版作为永久许可提供,售价略低于3000美元。此选项包括1 年的支持和更新。(在网站上称为"维护"。)此外,校准和性能测试软件包还包括机器人校准工具,根据公司的说法,这些工具可以将机器人的精度提高十倍。据Nubiola称,这种校准对于机器人加工应用尤为重要。因为CNC 铣床具有大量铸件,其精度通常远远高于工业机器人。该软件包还包括专门的技术支持。此选项费用约为 15,000 加元或约 12,000 美元。
选择机器人仿真软件:
如何向供应商提问:
在购买机器人仿真和 OLP 解决方案时,下面是一些好问题,可以问问自己和供应商:
软件支持哪些机器人品牌和型号?
培训和支持有哪些选择?
这是最适合我应用的软件解决方案吗?
创建典型程序需要多长时间?
解决机器人错误和碰撞需要多长时间?
通过我的CAD知识或其它仿真软件的知识来学习此新软件会有多困难?
从我当前应用(如焊接)扩展到堆垛或喷涂等其他应用是否可行或方便?
如何处理和共享数据?
机器人会显示我需要的所有过程细节吗?不仅仅是机器人(喷涂效果,零件位置等)?
软件的准确性如何?是否需要外部测量设备,还是只需要机器人自我标定?


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