DELMIA 机器人仿真教程：从入门到精通

第一部分：基础概念与环境准备

什么是 DELMIA？

DELMIA (Digital Enterprise Lean Manufacturing Interactive Application) 是达索系统旗下的一款强大的数字化制造解决方案，在机器人仿真领域，我们主要使用其 DELMIA Robotics 模块,它允许用户在虚拟环境中：

• 创建机器人工作站： 导入机器人模型、工装夹具、零件、传送带等。
• 进行路径规划： 手动或自动引导机器人到达目标点。
• 进行碰撞检测： 在仿真运行前，检查机器人、工具与周围环境的干涉。
• 生成机器人程序： 自动生成机器人控制器（如 KUKA, FANUC, ABB 等）可执行的代码。
• 优化与验证： 分析周期时间、可达性、工作空间,验证工艺的可行性。

DELMIA 的核心界面

启动 DELMIA 后,您会看到几个关键窗口：

• 结构树： 这是您模型的“大脑”，显示工作站中所有的组件（机器人、工具、零件、程序等）,所有操作都围绕它展开。
• 3D 视窗： 您进行模型查看、交互和仿真的主要区域。
• 属性编辑器： 当您选中结构树中的某个对象时，这里会显示其详细属性（如位置、速度、颜色等）,供您修改。
• 命令日志： 记录您执行过的所有操作,方便回溯和检查。
• 工具栏： 包含最常用的命令，如新建、打开、保存、仿真、碰撞检测等。

环境准备

1. 安装软件： 确保您已安装 DELMIA (Delmia V6R201x 或更高版本)。
2. 获取机器人库： DELMIA 自带了一个庞大的机器人库，如果您的机器人型号不在其中，您可能需要从机器人制造商（如 FANUC, KUKA）处获取 .kin 或 .mdl 格式的机器人数据包，并导入到 DELMIA 中。
3. 熟悉基本操作：
   • 旋转/平移/缩放视图： 使用鼠标中键（滚轮）拖动旋转，Shift+中键平移，Ctrl+中键缩放。
   • 选择对象： 单击选择,框选多个。
   • 使用罗盘： 右下角的罗盘是强大的定位工具,您可以拖动它来快速移动或旋转选中的对象。

第二部分：创建第一个机器人工作站

步骤 1：创建一个新的机器人应用

1. 打开 DELMIA，选择 File > New > Robot Application。
2. 为您的应用命名（My_First_Robot_App），选择一个保存位置，然后点击 OK。
3. 系统会创建一个空的应用程序,并打开相应的界面。

步骤 2：放置机器人

1. 在左侧的 结构树 中，找到 Resources 文件夹。
2. 右键点击 Resources > Robot，选择 Create > From Library。
3. 在弹出的机器人库中，选择一个机器人（我们选择 KUKA_KR10）。
4. 点击 OK，机器人模型会出现在 3D 视窗的原点。

步骤 3：放置机器人底座

1. 机器人需要固定在某个平面上，我们在 Resources 下创建一个 Base。
2. 右键点击 Resources > Base，选择 Create > From Library。
3. 选择一个基座（Base_01），点击 OK。
4. 您需要将机器人“安装”到底座上。
   • 选中机器人。
   • 点击顶部工具栏的 “固定” 按钮（一个带磁铁的图标）。
   • 然后点击底座，现在机器人已经与底座关联,移动底座时机器人会一起移动。

步骤 4：放置一个目标零件

1. 在 Resources 下，右键点击 Product，选择 Create > From Library。
2. 选择一个简单的零件（Box_01），点击 OK。
3. 将零件拖放到一个方便操作的位置。

至此，一个最基础的工作站就搭建完成了！ 结构树中应该包含 Resources（内有机器人、底座、零件）和 Program（程序文件夹）。

第三部分：核心任务 - 创建机器人程序

步骤 1：理解坐标系

在编程前,必须理解几个关键坐标系：

• 世界坐标系： 工作站的全局坐标系。
• 基坐标系： 机器人安装的坐标系（即我们创建的 Base）。
• 工具坐标系： 定义机器人末端工具的中心点和方向。这是编程时最常用的坐标系！
• 用户坐标系： 定义工件上的一个参考坐标系,方便编程。

步骤 2：创建并定义工具

1. 在 Resources 下，右键点击 Tool，选择 Create > New Tool，命名为 My_Tool。
2. 在 3D 视窗中，您会看到一个默认的工具模型（一个简单的箭头）。
3. 定义工具中心点：
   • 选中 My_Tool。
   • 在 属性编辑器 中，找到 Mechanisms > TCP。
   • 您需要手动输入 TCP 的坐标值（X, Y, Z），如果您用一个夹爪夹取零件，TCP 通常在夹爪的两个手指中心。
   • 更直观的方法是：在 3D 视窗中，使用 罗盘 将原点拖到您希望成为 TCP 的位置，然后点击属性编辑器中的 “应用” 按钮。

步骤 3：将工具附加到机器人

1. 在结构树中，选中您创建的机器人（KUKA_KR10）。
2. 在 属性编辑器 中，找到 Mechanisms > Tool。
3. 点击右侧的箭头，从列表中选择您刚刚创建的工具 My_Tool,现在机器人的末端就显示为您的工具了。

步骤 4：手动示教 - 创建关键位置点

这是最核心的编程步骤,即引导机器人到达一系列关键位置。

1. 在结构树中，右键点击 Program 文件夹，选择 New Program，命名为 Pick_and_Place_Program。
2. 在结构树中，右键点击这个新程序，选择 New Target，创建一个目标点，命名为 Pick_Point。
3. 我们需要手动控制机器人移动到 Pick_Point 的位置。
   • 使用控制面板
     • 选中机器人。
     • 在左侧会出现一个 机器人控制面板。
     • 您可以在这里选择关节运动 或线性运动。
     • 使用 Jog 模式下的按钮，微调机器人的每个关节，直到机器人末端工具（TCP）精确地移动到您想要抓取零件的位置。
     • 关键： 在移动过程中，时刻关注 属性编辑器 中 Pick_Point 的坐标值，当位置满意后，在属性编辑器中点击 “应用” 或 “确定”，将当前机器人的姿态保存到 Pick_Point 这个目标点中。
   • 使用 3D 视窗
     • 在 3D 视窗中，选中机器人或目标点 Pick_Point。
     • 您可以直接拖动机器人身上的绿色箭头（代表轴）来调整姿态。
4. 重复以上步骤，创建第二个目标点 Place_Point,并将机器人移动到放置零件的目标位置。
5. （可选）创建一个 Home_Point（机器人安全位置），通常在所有动作开始前,机器人会先回到这个位置。

步骤 5：添加运动指令

现在我们有了位置点,需要用指令将它们连接起来。

1. 在结构树中，双击打开 Pick_and_Place_Program。
2. 程序编辑器会打开。
3. 右键点击程序编辑器的空白处，选择 Instruction > Motion。
4. 在弹出的窗口中：
   • Type: 选择 L (Linear - 直线运动) 或 J (Joint - 关节运动)，直线运动更平滑,关节运动更快。
   • Target: 选择您创建的第一个目标点 Pick_Point。
   • Tool: 确认是 My_Tool。
   • Base: 确认是 Base_01。
5. 点击 OK，一条运动指令 Move L 就被添加到程序中。
6. 用同样的方法，添加一条从 Pick_Point 到 Place_Point 的 Move L 指令。
7. 再添加一条从 Place_Point 回到 Home_Point 的指令。

步骤 6：添加 I/O 信号（可选但重要）

真实的机器人需要与外部设备交互（如夹爪、传感器）。

1. 在程序中，您可以在运动指令之间添加 I/O 指令。
2. 右键点击程序编辑器，选择 Instruction > I/O。
3. 在到达 Pick_Point 后，可以添加一个 DO Gripper_Close (数字输出，夹爪闭合) 指令。
4. 在离开 Pick_Point 前，可以添加一个 DO Gripper_Open (数字输出，夹爪打开) 指令。

第四部分：仿真与验证

步骤 1：运行仿真

1. 确保您的程序是打开的。
2. 点击顶部工具栏的 “仿真” 按钮（一个绿色的三角形）。
3. 机器人会按照您编写的程序开始运动,您可以再次点击按钮暂停仿真。

步骤 2：进行碰撞检测

这是仿真最重要的功能之一。

1. 点击顶部工具栏的 “碰撞检测” 按钮（一个带感叹号的球体图标）。
2. 在弹出的窗口中，选择要检测的对象（检测 机器人 和 零件 之间，以及 机器人 和 基座 之间）。
3. 点击 Start。
4. 运行您的仿真程序，如果发生碰撞，程序会自动停止，并在结构树和 3D 视窗中高亮显示发生碰撞的两个对象。
5. 解决碰撞： 回到程序，修改目标点的位置或运动类型,直到碰撞消失。

步骤 3：分析与优化

1. 周期时间分析： 仿真结束后，在程序编辑器中右键，选择 Analysis > Cycle Time，可以查看每个指令的执行时间,总周期时间一目了然。
2. 可达性分析： 在放置目标点时，如果某个位置机器人无法到达，DELMIA 通常会给出提示（TCP 变成红色）,您需要调整目标点的位置。

第五部分：后处理 - 生成机器人代码

这是将虚拟程序应用到真实机器人的最后一步。

1. 在结构树中，右键点击您的程序 Pick_and_Place_Program。
2. 选择 Robotics > Generate Program。
3. 在弹出的窗口中：
   • Post Processor: 这是最关键的一步！ 您必须选择与您真实机器人控制器相匹配的 后处理器，如果您有 KUKA 机器人，就选择 KUKA_KRC。
   • Output File: 选择一个保存路径和文件名。
   • 其他选项： 根据需要设置，如是否包含 I/O 指令、速度、加速度等。
4. 点击 OK，DELMIA 会自动生成 .src 或 .dat 等格式的机器人程序文件。
5. 您可以将生成的文件通过 U 盘或网络传输到真实的机器人控制器中,然后进行微调并运行。

第六部分：进阶学习路径

• 使用 DELMIA Process: 学习使用更高级的 Process 模块，它可以创建更复杂的、带有工艺逻辑的机器人任务。
• 传感器仿真： 模拟视觉传感器、力传感器等,实现更智能的抓取和路径规划。
• 人机工程学分析： 使用 DELMIA 的 Ergonomics 模块,分析机器人工作站的布局是否便于人工干预和维护。
• 与 DELMIA/QM 集成： 了解如何将机器人仿真与数字孪生、质量管理系统结合,实现闭环验证。

学习资源推荐

1. 达索系统官方文档： 这是最权威、最准确的资料。
2. DELMIA 官方培训课程： 达索系统提供在线和线下培训。
3. YouTube 视频教程： 搜索 "DELMIA Robotics Tutorial",有很多用户和官方发布的视频。
4. 在线社区和论坛： 参与达索系统的用户社区,可以提问并分享经验。

希望这份详细的教程能帮助您顺利开启 DELMIA 机器人仿真的学习之旅！实践是最好的老师，多动手尝试,您很快就能掌握它。