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1、中国焊接协会机器人焊接（厦门）培训基地推荐教材焊接机器人离线编程及仿真系统应用教学大纲适用专业：焊接技术及自动化专业相关专业修订年月：2013年10月修订人：刘伟、林庆平、纪承龙机械工业出版社一、 课程名称课程中文名称：焊接机器人离线编程及仿真系统应用课程英文名称：Application For Robotic Arc Welding Off-Line Programming And SimulationSystem二、 课程简介机器人离线编程系统是在机器人编程语言的基础上发展起来的，是机器人语言的拓展。它利用机器人图形学的成果，建立起机器人及其作业环境的模型，再利用一些规划算法，通过对图形的
2、操作和控制，在离线的情况下进行轨迹规划。用机器人离线编程方式编制的机器人离线编程系统，在不接触实际机器人及机器人作业环境的情况下，通过图形技术，在计算机上提供一个和机器人进行交互作用的虚拟现实环境。近年以来，离线编程引起了人们的广泛重视，并成为机器人学中一个十分活跃的研究方向。目前，工业生产所采用的焊接机器人编程方式大多为示教编程。操作人员利用示教盒控制机器人运动，使焊枪到达完成焊接作业所需位姿，并记录下各个示教点的焊枪位姿数据,随后，机器人便可以在再现状态完成这条焊缝的焊接。离线编程系统则是借助模拟与离线编程软件，在办公室内完成机器人编程，无需中断生产。机器人程序可提前准备就绪，提高整体生产
3、效率，还可借助软件提供的各种工具，在不影响生产的前提下执行培训、编程和优化等任务，提升机器人系统的盈利能力，获得多种利益，如风险降低、投产更迅速、换线更快捷。离线编程系统应用了模拟仿真技术，在虚拟现实环境下创建三维互动模型，便于观察模型结构、了解动态过程，执行十分逼真的模拟，所用的系统模型均为生产车间实际使用的真实机器人系统和相同的程序配置文件，可以不受时间和空间限制，完成机器人的编程（示教）工作。因此，机器人焊接离线编程及仿真是提高机器人焊接系统柔性化的一项关键技术，是现代机器人焊接制造业的一个重要发展趋势。日本的机器人技术在20世纪80年代之后得以迅速发展，由松下公司开发的DTPS（弧焊）
4、机器人离线编程及仿真系统，是一款在Windows环境下运行的软件，具有与工作站相当的高速图形处理能力，能方便地实现三维图形的仿真，便捷地实现用户的机器人系统建模。本书所介绍的DTPS离线编程及仿真软件是其第三代版本，适用于日本松下生产的G和G系列机器人进行实时仿真和离线编程。建议初学者在学习本教程时，将系列教材之一焊接机器人基本操作及应用作为前导课程。这本教程以仿真概念及机器人离线编程的基础知识为切入点，选取机器人离线编程仿真软件的电脑显示界面截图、根据实际案例逐步讲解，图文并茂、便于学习和掌握机器人离线编程仿真软件的原理及使用。对其他品牌的机器人离线编程及模拟仿真软件的学习及应用能起到触类旁
5、通和举一反三的效果。对于没有机器人设备的学校和个人也可通过这本教材提供的软件学习机器人编程，希望通过这本教程的出版能够使机器人离线编程及仿真系统应用技术得以普及和推广，促进和推动我国焊接机器人应用技术的不断进步！三、 课程教学任务、在专业中的地位与作用通过学习本课程使学生掌握离线编程原理特点及应用，熟练掌握DTPS软件的操作技术。由于离线编程方便实用、适用范围广、操作简便，得到广泛应用。本课程是学生掌握机器人焊接理论与操作技能并熟练应用与工业生产的一门重要专业课四、 课程教学目标1掌握离线编程基本原理、特点及应用。2掌握离线编程方法及程序的修改编辑。3了解离线编程各种建模方法及相关工具。4熟练
6、掌握离线编程各种模型的组合。5掌握应用焊接机器人模型进行平焊、横焊、立焊、T形接头焊、管对接水平固定焊等各个项目焊接的示教编程及结束的操作全过程。6掌握离线程序的导入和导出方法。五、 课程教学内容及教学安排课程总学时课堂讲授总学时课带实验总学时自修学时实训教学周数602347101第一章虚拟现实与仿真技术教学目标对虚拟现实与仿真技术的理解教学方法以课堂讲授，做题为主章总学时（学时）7课堂讲授（学时）5课带实验（学时）2教学环境要求多媒体教室，观摩为主教学内容教学安排第一节虚拟现实课堂讲授0.5学时第二节仿真技术课堂讲授0.5学时第三节动画仿真与机械仿真课堂讲授0.5学时第四节可视化仿真技术课堂
7、讲授0.5学时第五节仿真资源与网络教学课堂讲授1学时第六节焊接仿真课堂讲授1学时 课带实验1学时第七节机器人仿真课堂讲授1学时 课带实验1学时第二章机器人离线编程技术教学目标了解机器人离线编程技术教学方法以课堂讲授，操作为主章总学时（学时）8课堂讲授（学时）3课带实验（学时）5教学环境要求多媒体教室教学内容教学安排第一节机器人离线编程概述课堂讲授0.5学时 课带实验1学时第二节机器人在线编程课堂讲授0.5学时 课带实验1学时第三节机器人离线编程的技术特点及组成课堂讲授1学时 课带实验1学时第四节焊接机器人离线编程技术课堂讲授1学时 课带实验2学时第三章“DTPS”离线编程仿真软件教学目标1 “
8、DTPS”的概念及主要用途。2 DTPS软件的功能及特点。 教学方法以课堂讲授，操作为主章总学时（学时）12课堂讲授（学时）4课带实验（学时）8教学环境要求多媒体教室教学内容教学安排第一节“DTPS”的概念及主要用途课堂讲授1学时 课带实验2学时第二节 DTPS软件的功能及特点课堂讲授1学时 课带实验2学时第三节 DTPS软件的安装方法与步骤课堂讲授2学时 课带实验4学时第四章DTPS离线编程仿真软件的使用教学目标1 DTPS 软件的安装与链接的建立。2 Installation（设备）属性的编辑。 3 编辑外部轴。4 编辑（导入）工件5 DTPS简易CAD绘图功能举例6 编辑程序及模拟示教7
9、 双协调的设定8 其他常用操作的若干说明教学方法以课堂讲授，操作为主章总学时（学时）10课堂讲授（学时）4课带实验（学时）6教学环境要求多媒体教室教学内容教学安排第一节简单模型的创建课堂讲授1学时 课带实验1学时第二节设备的初始化设置课堂讲授1学时 课带实验2学时第三节各模型单元的导入课堂讲授2学时 课带实验3学时第五章应用举例教学目标了解离线编程的特点以及工艺参数的选择。教学方法以课堂讲授，操作为主章总学时（学时）8课堂讲授（学时）2课带实验（学时）6教学环境要求多媒体教室教学内容教学安排第一节简单模型的创建课堂讲授0.5学时 课带实验2学时第二节设备的初始化设置课堂讲授0.5学时 课带实验
10、2学时第三节各模型单元的导入课堂讲授1学时 课带实验2学时第六章DTPS软件的扩展应用教学目标了解DTPS软件的扩展应用操作的全过程。教学方法以课堂讲授，操作为主章总学时（学时）10课堂讲授（学时）4课带实验（学时）6教学环境要求多媒体教室教学内容教学安排第一节外部程序的导入与导出课堂讲授0.5学时 课带实验1学时第二节离线程序的格式转换课堂讲授0.5学时 课带实验1学时第三节机器人轨迹线条的编辑课堂讲授0.5学时 课带实验1学时第四节外部工件导入及去除表面纹线课堂讲授0.5学时 课带实验1学时第五节焊缝平移功能课堂讲授1学时 课带实验1学时第六节应用简易CAD制作场地三维效果图课堂讲授1学时
11、 课带实验1学时第七章DTPS在汽车行业的仿真应用教学目标1了解焊接机器人系统形式仿真。2了解汽车座椅焊接机器人系统仿真及其他工件焊接系统的仿真。教学方法以课堂讲授，操作为主章总学时（学时）6课堂讲授（学时）2课带实验（学时）4教学环境要求多媒体教室教学内容教学安排第一节焊接机器人系统形式仿真课堂讲授0.5学时 课带实验2学时第二节汽车座椅焊接机器人系统仿真课堂讲授0.5学时 课带实验1学时第二节后扭力梁焊接机器人系统仿真课堂讲授1学时 课带实验1学时六、 实验及实训教学安排实训1 离线编程板对接平焊（2学时）教学环境要求多媒体教室教学目标熟练掌握离线编程对接平焊的操作技术。教学内容1虚拟示教
12、设备的装配。2虚拟示教焊前的准备。3模拟CO2气体保护焊板对接平焊焊接过程。4虚拟示教焊接结束。教学实施建议企业观摩：组织学生下厂参观学习实训2 离线编程对接横焊（2学时）教学环境要求多媒体教室教学目标熟练掌握虚拟示教CO2气体保护焊板对接横焊的操作技术。教学内容1虚拟设备的装配。2虚拟焊前的准备。3虚拟CO2气体保护焊板对接横焊焊接过程。4虚拟焊接结束。教学实施建议企业观摩：组织学生下厂参观学习实训3 离线编程对接立焊（2学时）教学环境要求多媒体教室教学目标熟练掌握虚拟示教CO2气体保护焊板对接立焊的操作技术。教学内容1虚拟示教设备的装配。2虚拟示教焊前的准备。3虚拟示教CO2气体保护焊板对
13、接立焊焊接过程。4焊接结束。教学实施建议企业观摩：组织学生下厂参观学习实训4 离线编程T型接头焊接（平角焊立角焊）（2学时）教学环境要求多媒体教室教学目标熟练掌握虚拟示教CO2气体保护焊T型接头（平角焊立角焊）的操作技术。教学内容1虚拟示教设备的装配。2虚拟示教焊前的准备。3虚拟示教CO2气体保护焊T型接头（平角焊立角焊）焊接过程。4焊接结束。教学实施建议企业观摩：组织学生下厂参观学习实训5 离线编程低碳钢管对接水平固定焊接（2学时）教学环境要求多媒体教室教学目标熟练掌握虚拟示教CO2气体保护焊低碳钢管对接水平固定焊接操作技术。教学内容1虚拟设备的装配。2虚拟焊前的准备。3虚拟示教CO2气体保
14、护焊低碳钢管对接水平固定焊接焊接过程。4虚拟焊接结束。教学实施建议企业观摩：组织学生下厂参观学习七、 考核评价方式本课程主要考核方式是平时成绩+考核成绩，平时成绩占30%（其中包括作业完成情况、出勤情况、学习态度、是否触犯校纪校规等），理论考试成绩占30%，实训考核成绩占40%。八、 本课程与其他课程的关系前导课程：钳工基础、焊工工艺、机械制图、金属材料及热处理、机械基础以及安全操作等课程、焊接结构生产、金属材料焊接、弧焊电源、焊接方法与设备。焊接机器人基本操作及应用后续课程：中厚板焊接机器人焊接工艺、焊接检验九、推荐教材及参考资料参考资料焊接方法与设备，机械工业出版社，2007电焊工，中国劳
15、动社会保障出版社焊接冶金与焊接性，机械工业出版社，2007焊工技能实训（第3版），中国劳动社会保障出版社，2008焊工工艺（第3版），中国劳动社会保障出版社，2005焊工工艺与技能训练，中国劳动社会保障出版社，2001焊接机器人基本操作及应用，电子工业出版社，2012年十、 大纲编写依据与说明机器人技术作为先进制造技术的典型代表和主要技术手段，在提高企业的产能、提升生产效率、改善劳动条件等方面有着重要的作用。焊接机器人以其应用行业广、工艺灵活多样、重复精度高、产品质量好、生产清洁、易于实现自动化、柔性化和智能化等优点，正逐步取代传统的焊接方法。然而，大部分焊接机器人都是在某一工序的特定环境下完
16、成单一工作。在集约化、大规模、连续生产的发展趋势下，焊接机器人应用技术将得到进一步提升，并越来越多地用于一些复杂环境和多任务的场合。因此，焊接机器人进行实际作业前的模拟仿真和生产过程中的离线编程就变得非常重要。1机器人离线编程系统的研制和开发机器人离线编程系统的研制和开发涉及的问题很多包括多个领域的多个学科及以下几个主要方面的研究工作：1)多媒体技术在机器人离线编程中的研究和应用。友好的人机界面、直观的图形显示及生动的语言信息都是离线编程系统所需要的效果。2)多传感器的融合技术的建模与仿真。随着机器人智能化的提高，传感器技术在机器人系统中的应用越来越重要。因此，需要在离线编程系统中对多传感器进
17、行建模，实现多传感器的通讯，执行基于多传感器的操作。3)各种规划算法的进一步研究。包括路径规划、抓取规划和细微运动规划等。规划算法一方面要考虑到环境的复杂性、运动性和不确定性，另一方面又要充分注意计算的复杂性。4)错误检测和修复技术。系统执行过程中发生错误是难免的，应对系统的运行状态进行检测以监视错误的发生，并采用相应的修复技术。此外，能达到错误预报，以避免不可恢复动作错误的发生。5)研究一种通用有效的误差标定技术，以应用于各种实际应用场合的机器人标定。2我国的机器人离线编程技术与国外的差距由于我国对机器人技术的研究起步较晚，与国外相比，我国的机器人离线编程技术还有很大的差距，主要体现在以下四
18、个方面：（1）几何建模 国外商品化系统的几何建模功能比较强，且与其他外部CAD系统具有数据交换接口。国内自主开发的系统由于投入小, 功能较弱, 缺少与外部CAD系统的数据交换接口。（2）专业化 国外系统除提供通用性的功能之外，为了提高编程效率，往往在通用系统之上开发专业化的模块，如IGRIP中的点焊、弧焊等。而国内的通用系统很少有专业化模块。（3）标定 国外系统大多将标定作为主要模块之一，而国内还缺少这方面的研究。（4）机器人程序下载 国外商品化系统都有多种机器人的接口,可以方便地下载这些机器人的程序。而国内系统还主要停留在仿真阶段和离线编程的试验阶段，缺少与实际机器人的接口，很少有自主知识产
19、权的机器人程序下载与执行的应用案例。3. 离线编程技术在国内的应用近年来，国内许多大中型企业都装备了自动化加工设备和计算机辅助设备与系统。同时，CADCAM技术已趋于成熟，其高效便捷的建模手段和集成技术，使之成为工业机器人编程中的有力工具。这些设备和系统为工业机器人的离线编程技术的研究和推广提供了基本的硬件和软件条件，使离线编程的实用化成为研究重点。从总体上看，国内的工业机器人离线编程应用技术已经或正在趋于成熟。综上所述，机器人离线编程技术对工业机器人的推广应用及其工作效率的提高有着重要意义，离线编程可以大幅度节省制造时问，实现计算机的实时仿真，为机器人编程和调试提供安全灵活的环境，是机器人开发应用的重要研究方向。因此，开发此课程对于推进现代焊接职业技术教育的发展具有十分重要的意义。