4. 虚拟工作站建模基础

ROBOGUIDE 虚拟工作站能否真实反映现场，关键不在机器人本体，而在于机器人之外的“外围对象”是否被正确建模和装配。工具（Tool）、工件（Workpiece）、夹具（Fixture）、变位机（Positioner）、导轨（Rail/Track）这五类对象，构成了机器人作业的物理环境。本节围绕它们的导入、定位与装配约束展开，目标是让虚拟工作站的几何关系与现场一致，从而为后续离线编程和联调提供可信的坐标基础。

一、五类对象的角色与建模层级

在 ROBOGUIDE 中，这些对象并非平级堆放，而是有明确的父子层级和运动属性：

• 工具（Tool）：安装在机器人法兰末端，随机器人运动，是 TCP 的载体。通常由 CAD 导入或使用简单几何体近似。
• 工件（Workpiece）：被加工对象，其位姿决定了焊缝、喷涂轨迹或抓取点的位置。
• 夹具（Fixture）：固定工件的装置，一般作为静态对象，与工件保持确定的相对位置。
• 变位机（Positioner）：带旋转轴的外部轴，工件或夹具安装其上，可随轴翻转。
• 导轨（Rail）：带直线轴的外部轴，机器人本体安装其上，实现行走。

理解层级关系是装配的前提：导轨承载机器人，机器人承载工具；变位机承载夹具，夹具承载工件。任何一层位姿错误，都会沿链条向下传递误差。

二、三维模型的导入与格式处理

ROBOGUIDE 支持导入 IGES、STEP、STL 等格式。导入前建议在 CAD 中完成三件事：统一单位为毫米、将模型原点设置在装配基准点（如法兰面中心、夹具定位销中心）、删除无关曲面以减小文件体积。导入路径为 Model → CAD → Import，选择文件后需指定缩放比例和坐标系。

导入后常见问题是模型“飘”在空间中，原因是 CAD 原点与 ROBOGUIDE 世界原点不重合。此时不要急于用鼠标拖动，而应通过属性面板输入精确位姿。例如某夹具导入后需要放置在工作台面，已知台面高度 800 mm，则将其 Z 值设为 800，X、Y 按定位销坐标输入。

三、定位方法：从粗略摆放走向精确对齐

定位的核心是确定对象在父坐标系下的位姿（X、Y、Z、W、P、R）。ROBOGUIDE 提供三种手段：

1. 属性输入法：直接键入六维位姿，适合已知精确尺寸的场合，重复性最好。
2. 三点对齐法：在模型上选取三个特征点，与目标坐标系对应点匹配，适合不规则工件。
3. 相对定位法：先定位基准对象，再让关联对象“附着”其上，减少累计误差。

实际工程中推荐“先绝对、后相对”：夹具用属性输入法定位到世界坐标，工件再相对夹具定位。这样当夹具位置调整时，工件可自动跟随。

四、装配约束与运动链的建立

装配约束的本质是建立父子关系和运动副。ROBOGUIDE 中通过 Attach 将子对象挂到父对象上，通过 Link 或外部轴配置建立运动关系。需要区分两类约束：

• 刚性约束：工件与夹具之间无相对运动，用 Attach 固定，位姿一旦确定不再变化。
• 运动约束：变位机轴、导轨轴与机器人之间的联动，需要在外部轴配置中定义轴类型、行程、减速比和方向。

方向约定必须统一：本节约定所有旋转轴以右手定则为正，导轨以机器人前进方向为 +X。若现场定义相反，需在轴配置中勾选反向，而不是靠修改模型朝向“凑”出来。

五、装配正确性的检查

装配完成后，用三个动作验证：手动移动机器人到几个关键点，观察工具 TCP 是否与工件特征重合；驱动变位机旋转，确认工件随夹具整体翻转而机器人相对位置不变；驱动导轨行走，确认机器人本体移动而工具姿态保持。若出现对象错位、抖动或“脱离”，多半是父子关系或轴方向配置有误。

六、一个可复用的装配检查清单

为避免反复返工，建议在完成装配后逐项核对下表。该清单可直接用于项目交付前的自检。

七、从虚拟到现场的衔接

虚拟工作站的装配精度直接决定离线程序的可用性。当虚拟模型中夹具位置与现场偏差 5 mm，生成的焊接轨迹就会整体偏移 5 mm。因此，导入模型时应优先使用现场实测的安装尺寸，而不是设计图纸的理论值。对于变位机和导轨，还需记录现场的实际零点位置和减速比，在 ROBOGUIDE 外部轴配置中如实填写。

完成本节装配后，工作站应达到的状态是：手动移动机器人，工具能准确到达工件上的目标点；驱动变位机，工件随夹具整体运动且机器人可跟随补偿；驱动导轨，机器人本体平移而工具姿态稳定。满足这三条，虚拟工作站才具备进入下一步离线编程与联调的条件。