在智能制造場景中，離線編程（OLP）技術(shù)通過虛擬仿真可減少70%的現(xiàn)場調(diào)試時間，同時降低碰撞風險。本文以ABB IRB 2600機器人焊接任務為例，解析路徑規(guī)劃與碰撞檢測的核心步驟，結(jié)合RoboDK仿真平臺提供可復用的實操方案。

一、離線編程環(huán)境搭建

1. 3D模型導入與標定

使用SolidWorks創(chuàng)建工裝夾具模型后，導出為STEP格式導入RoboDK。通過"Measure"工具獲取實際工件坐標系（WCS）與機器人基坐標系（Base Frame）的相對位置關系，輸入以下參數(shù)完成標定：

python

# 坐標系標定參數(shù)示例

calibration_params = {

   'X_offset': 125.3,  # mm

   'Y_offset': -42.7,

   'Z_offset': 89.0,

   'rotation_angle': 15.2  # degrees

}

實測表明，標定誤差<0.5mm時可確保虛擬仿真與實際作業(yè)的軌跡一致性。

2. 機器人工具定義

針對焊接任務，需在RoboDK中創(chuàng)建焊槍工具模型：

導入STEP格式的焊槍3D模型

設置TCP（工具中心點）位置：通過"Set Tool Frame"功能，將TCP定義在焊絲伸出端中心

驗證工具坐標系：執(zhí)行"Teach Tool"命令，使機器人帶動焊槍指向預設標定點，誤差需<1mm

二、智能路徑規(guī)劃實現(xiàn)

1. 基于CAD模型的自動軌跡生成

對于規(guī)則焊縫（如直線/圓弧），可直接提取工件邊緣生成路徑：

python

# RoboDK API自動生成直線焊縫路徑（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

對于復雜曲面焊縫，需采用"Project Path"功能將2D路徑投影至3D表面，設置投影容差為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)自動計算各段路徑的加速度/減速度，使焊接速度波動<5%

姿態(tài)優(yōu)化：通過"Set Approach"功能設置焊槍接近方向（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)整奇異點附近的關節(jié)角度，避免機器人抖動

三、碰撞檢測與規(guī)避

1. 靜態(tài)碰撞檢測

在RoboDK中執(zhí)行"Collision Detection"命令，系統(tǒng)自動檢查：

機器人本體與工裝夾具的干涉

焊槍與工件的碰撞

多機器人協(xié)同作業(yè)時的空間沖突

某汽車零部件焊接案例中，通過檢測發(fā)現(xiàn)原路徑中第12點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. 動態(tài)仿真驗證

設置仿真參數(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）

運行仿真時，若檢測到碰撞，系統(tǒng)會生成碰撞報告（含時間戳與碰撞體名稱），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

針對檢測到的碰撞，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：在碰撞風險區(qū)域設置速度上限（建議<30mm/s）

四、實操效果評估

在某變速箱殼體焊接項目中應用本方案后：

路徑生成時間：從4小時/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

通過標準化離線編程流程，工程師可系統(tǒng)化解決路徑規(guī)劃與碰撞檢測難題。實操中需重點關注：

3D模型精度（建議使用三坐標測量儀校驗）

TCP標定誤差（重復性需<0.1mm）

動態(tài)仿真速度設置（避免過快導致漏檢）

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)機器人編程的主流模式，助力企業(yè)實現(xiàn)高效、安全的智能制造升級。