2. 装配工作站对象建模

任务编排要能落地，前提是工作站里的每个对象都能被计算机“认识”。对象建模的本质，是把物理工位翻译成一组带类型、带参数、带约束、带坐标的数字实体，让编排系统知道“谁在哪里、能做什么、和谁有连接、什么时候会变”。本节围绕工件、夹具、工具、机器人、传感器与工位布局六类对象，说明数字化表达的关键字段与建模方法。

一、六类对象的建模定位

六类对象在编排中承担不同角色，建模时关注点也不同：

• 工件（Workpiece）：被操作对象，核心是几何外形、质量、抓取特征、装配基准与工艺要求。
• 夹具（Fixture）：定位与夹紧对象，核心是定位面、夹紧点、开合状态与占用关系。
• 工具（Tool）：执行工艺的末端执行器，核心是类型、TCP、可达姿态与工艺参数。
• 机器人（Robot）：运动主体，核心是基座位姿、关节限位、负载与工作空间。
• 传感器（Sensor）：状态感知对象，核心是测量类型、安装位姿、触发条件与输出信号。
• 工位布局（Layout）：承载以上对象的空间框架，核心是坐标系、工位分区与对象间相对位置。

这六类对象不是孤立清单，而是通过坐标、接口和状态相互约束。建模的目标，是让编排系统在生成任务序列时，能自动判断“机器人能否到达夹具上的工件”“工具是否与工件匹配”“传感器是否在正确位置触发”。

二、统一坐标与位姿表达

所有对象都必须挂接在统一的世界坐标系下。工程上常用右手坐标系：X 轴向前，Y 轴向左，Z 轴向上，姿态用绕 Z-Y-X 的欧拉角（偏航 yaw、俯仰 pitch、横滚 roll）或四元数表示。每个对象记录一个 6 维位姿：

pose = {x, y, z, rx, ry, rz}   // 位置单位 mm，姿态单位 °

例如某工位世界坐标系原点设在工位底板中心，机器人基座位姿为 {x:0, y:0, z:800, rx:0, ry:0, rz:0}，表示机器人安装在底板中心上方 800 mm 处，朝向与 X 轴一致。夹具安装面位姿为 {x:600, y:-300, z:750, rx:0, ry:0, rz:90}，表示夹具位于机器人右前方，绕 Z 轴旋转 90°。工件在夹具上的装配位姿为 {x:600, y:-300, z:780, rx:0, ry:0, rz:90}，比夹具安装面高 30 mm，即工件厚度方向。这些数值均为示例，实际应以现场标定为准。

三、对象属性与约束字段

仅有位姿不足以支撑编排，还需要属性与约束。以机器人、夹具、工具为例，建议字段如下：

约束字段是编排的“规则来源”。例如夹具的“占用工件 ID”为空时表示可放置，非空时表示已被占用；机器人的关节限位决定某些姿态不可达；工具的适配工件特征决定它只能抓取特定工件。把这些约束显式建模，编排算法才能在生成任务时自动排除非法组合。

四、工位布局与对象关系

工位布局不是简单的位置列表，而是对象之间的空间与逻辑关系。建议按“分区—对象—连接”三层表达：分区划分上料区、装配区、下料区；对象挂接到分区；连接描述对象间的可达、供料、检测关系。下图给出一个典型装配工作站的数字化对象关系：

五、状态与动态属性

对象建模不仅要描述静态几何，还要描述动态状态。编排系统在运行时需要知道：夹具是开还是合、是否已占用；工件是在上料区、被夹持还是已装配；传感器是触发还是未触发；机器人当前是否空闲。建议为每个对象定义状态机字段，例如夹具状态可简化为 idle → closing → closed → opening → idle，工件状态可简化为 at_feed → grasped → placed → assembled。状态迁移由传感器信号和机器人动作共同驱动，编排逻辑据此判断下一步是否可执行。

六、建模落地建议

实际建模时，建议按以下顺序推进：先建立世界坐标系与工位底板尺寸，再录入机器人与工具，随后录入夹具与传感器，最后录入工件并绑定工艺要求。每录入一个对象，立即检查其位姿是否与相邻对象存在干涉、其约束是否与已有对象冲突。对于示例中的参数，务必以现场标定和实际设备手册为准，不可直接照搬。建模完成后，可用一个简单任务验证：让机器人从夹具上抓取工件 P1，若系统能自动判断可达性、工具适配性和夹具占用状态，说明对象模型已具备支撑编排的基本能力。