工業(yè)機(jī)器人離線編程路徑規(guī)劃與碰撞檢測(cè)實(shí)操指南
在智能制造場(chǎng)景中，離線編程（OLP）技術(shù)通過虛擬仿真可減少70%的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間，同時(shí)降低碰撞風(fēng)險(xiǎn)。本文以ABB IRB 2600機(jī)器人焊接任務(wù)為例，解析路徑規(guī)劃與碰撞檢測(cè)的核心步驟，結(jié)合RoboDK仿真平臺(tái)提供可復(fù)用的實(shí)操方案。
一、離線編程環(huán)境搭建
1. 3D模型導(dǎo)入與標(biāo)定
使用SolidWorks創(chuàng)建工裝夾具模型后，導(dǎo)出為STEP格式導(dǎo)入RoboDK。通過"Measure"工具獲取實(shí)際工件坐標(biāo)系（WCS）與機(jī)器人基坐標(biāo)系（Base Frame）的相對(duì)位置關(guān)系，輸入以下參數(shù)完成標(biāo)定：
python
# 坐標(biāo)系標(biāo)定參數(shù)示例
calibration_params = {
'X_offset': 125.3, # mm
'Y_offset': -42.7,
'Z_offset': 89.0,
'rotation_angle': 15.2 # degrees
}
實(shí)測(cè)表明，標(biāo)定誤差<0.5mm時(shí)可確保虛擬仿真與實(shí)際作業(yè)的軌跡一致性。
2. 機(jī)器人工具定義
針對(duì)焊接任務(wù)，需在RoboDK中創(chuàng)建焊槍工具模型：
導(dǎo)入STEP格式的焊槍3D模型
設(shè)置TCP（工具中心點(diǎn)）位置：通過"Set Tool Frame"功能，將TCP定義在焊絲伸出端中心
驗(yàn)證工具坐標(biāo)系：執(zhí)行"Teach Tool"命令，使機(jī)器人帶動(dòng)焊槍指向預(yù)設(shè)標(biāo)定點(diǎn)，誤差需<1mm
二、智能路徑規(guī)劃實(shí)現(xiàn)
1. 基于CAD模型的自動(dòng)軌跡生成
對(duì)于規(guī)則焊縫（如直線/圓?。芍苯犹崛」ぜ吘壣陕窂剑?
python
# RoboDK API自動(dòng)生成直線焊縫路徑（偽代碼）
import Robolink
def generate_linear_path(part_name, start_point, end_point):
RDK = Robolink.Robolink()
part = RDK.Item(part_name)
feature = part.ExtractFeature('EDGE') # 提取邊緣特征
path = RDK.AddPath(feature)
path.setPoints([start_point, end_point])
path.setSpeed(50) # mm/s
return path
對(duì)于復(fù)雜曲面焊縫，需采用"Project Path"功能將2D路徑投影至3D表面，設(shè)置投影容差為0.2mm可保證貼合度。
2. 路徑優(yōu)化策略
速度規(guī)劃：在RoboDK的"Path"菜單中啟用"Speed Optimization"，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算各段路徑的加速度/減速度，使焊接速度波動(dòng)<5%
姿態(tài)優(yōu)化：通過"Set Approach"功能設(shè)置焊槍接近方向（建議與焊縫切線夾角≤15°），減少飛濺
微調(diào)工具：使用"Move Joints"逐軸調(diào)整奇異點(diǎn)附近的關(guān)節(jié)角度，避免機(jī)器人抖動(dòng)
三、碰撞檢測(cè)與規(guī)避
1. 靜態(tài)碰撞檢測(cè)
在RoboDK中執(zhí)行"Collision Detection"命令，系統(tǒng)自動(dòng)檢查：
機(jī)器人本體與工裝夾具的干涉
焊槍與工件的碰撞
多機(jī)器人協(xié)同作業(yè)時(shí)的空間沖突
某汽車零部件焊接案例中，通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)原路徑中第12點(diǎn)位置焊槍與夾具干涉，調(diào)整TCP偏移量（Z軸+8mm）后消除碰撞。
2. 動(dòng)態(tài)仿真驗(yàn)證
設(shè)置仿真參數(shù)：
循環(huán)次數(shù)：3次
速度倍率：50%
顯示模式：Collision Visualization（碰撞部位高亮顯示）
運(yùn)行仿真時(shí)，若檢測(cè)到碰撞，系統(tǒng)會(huì)生成碰撞報(bào)告（含時(shí)間戳與碰撞體名稱），例如：
Collision at t=2.3s:
- Object A: Robot Link 3
- Object B: Clamping Fixture_2
- Penetration depth: 3.2mm
3. 碰撞規(guī)避方案
針對(duì)檢測(cè)到的碰撞，可采取以下措施：
路徑重規(guī)劃：使用"Replan Path"功能自動(dòng)生成避障路徑
工裝優(yōu)化：調(diào)整夾具位置或增加避讓空間（如某案例將夾具旋轉(zhuǎn)15°后消除碰撞）
速度限制：在碰撞風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域設(shè)置速度上限（建議<30mm/s）
四、實(shí)操效果評(píng)估
在某變速箱殼體焊接項(xiàng)目中應(yīng)用本方案后：
路徑生成時(shí)間：從4小時(shí)/工件縮短至20分鐘
碰撞發(fā)生率：從12%降至0.3%
焊接合格率：從88%提升至99.2%
結(jié)語
通過標(biāo)準(zhǔn)化離線編程流程，工程師可系統(tǒng)化解決路徑規(guī)劃與碰撞檢測(cè)難題。實(shí)操中需重點(diǎn)關(guān)注：
3D模型精度（建議使用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x校驗(yàn)）
TCP標(biāo)定誤差（重復(fù)性需<0.1mm）
動(dòng)態(tài)仿真速度設(shè)置（避免過快導(dǎo)致漏檢）
隨著數(shù)字孿生技術(shù)的普及，基于虛擬調(diào)試的離線編程將成為工業(yè)機(jī)器人編程的主流模式，助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)高效、安全的智能制造升級(jí)。
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