基于RobotStudio的搬運(yùn)碼垛工作站仿真設(shè)計(jì)

蘇士超

摘要：在工業(yè)企業(yè)中，當(dāng)新建單臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器人組成的工作站或生產(chǎn)線時(shí)，為縮短生產(chǎn)工期，避免返工，節(jié)省成本等，需要運(yùn)用工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)。搬運(yùn)碼垛工作站仿真主要工作流程包括：工作站外圍模型導(dǎo)入、工作站布局、smart組件的創(chuàng)建、工作站邏輯創(chuàng)建、IO信號(hào)仿真、軌跡編程。仿真結(jié)果可驗(yàn)證項(xiàng)目的可行性，亦可以用于學(xué)生教學(xué)訓(xùn)練。

關(guān)鍵詞：RobotStudio;仿真;碼垛工作站

中圖分類號(hào)：G642? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2020）32-0235-02

1 引言

ABB公司專門開發(fā)的工業(yè)機(jī)器人仿真軟件的RobotStudio，在工業(yè)機(jī)器人四大家族當(dāng)中，先進(jìn)程度當(dāng)屬第一梯隊(duì)。該軟件良好的集成了三維建模、外圍控制的smart組件、機(jī)器人控制器及虛擬示教器。通過該軟件即可仿真整個(gè)工作站，可對(duì)ABB機(jī)器人的大部分指令進(jìn)行測試。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)前期，通過必要的仿真進(jìn)行論證，可優(yōu)化機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。

1.1 搬運(yùn)碼垛工作站

在企業(yè)中，不同的工位間或不同產(chǎn)線間往往需要物料的轉(zhuǎn)移。以往的人工轉(zhuǎn)移耗時(shí)費(fèi)力，有些物料重量較大，人工堆放存在安全隱患。在以機(jī)器換人的時(shí)代背景下，越來越多的企業(yè)引進(jìn)碼垛機(jī)器人。智能的碼垛機(jī)器人集成了傳感器技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)物料按指定方式的取出和堆放。碼垛機(jī)器人替代人工搬運(yùn)碼垛，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免操作者在危險(xiǎn)的環(huán)境下作業(yè)，提高效率的同時(shí)提高了堆放的齊整性。工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成投資大，項(xiàng)目前期利用仿真軟件進(jìn)行論證顯得尤為必要。

1.2 RobotStudio軟件簡介

RobotStudio仿真軟件可實(shí)現(xiàn)ABB各個(gè)系列的工業(yè)機(jī)器人的離線編程和外圍設(shè)備的協(xié)同仿真?；赪indows系統(tǒng)的開發(fā)的RobotStudio軟件，操作界面友好、軟件功能強(qiáng)大，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人離線編程與仿真，提高了編程效率，降低了程序出錯(cuò)率，可不停機(jī)的離線編程，提高了設(shè)備的稼動(dòng)率。RobotStudio的虛擬控制器和虛擬示教器與真實(shí)的ABB機(jī)器人幾乎相同，可準(zhǔn)確模擬真實(shí)機(jī)器人的各項(xiàng)功能，用戶可在RobotStudio上完成IO配置、程序編寫，軟件直接下載到機(jī)器人中。

2 碼垛工作站

2.1 工作流程

碼垛機(jī)器人工作站采用串聯(lián)式6關(guān)節(jié)機(jī)器人，占地空間小，布置安裝緊湊靈活。工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)碼垛，前端送料采用流水線送料，為了提高效率，采用兩條輸送鏈同時(shí)送料。生產(chǎn)流程如下：

（1）ABB輸送鏈將產(chǎn)品輸送至輸送鏈尾端擋板，PLC發(fā)送到位信號(hào)給機(jī)器人;

（2）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)至AB輸送鏈上方，等待來料信號(hào);

（3）當(dāng)接收到來料信號(hào)，機(jī)器人前往輸送鏈尾端，通過吸盤將物料吸起，搬運(yùn)至托盤;

（4）機(jī)器人到達(dá)托盤上方，通過累計(jì)的物料堆放個(gè)數(shù)，自動(dòng)計(jì)算出放置的目標(biāo)坐標(biāo)點(diǎn)，并進(jìn)行堆放;

（5）堆放完成，返回輸送鏈上方等待;

（6）碼垛好的產(chǎn)品電動(dòng)叉車?yán)摺?/p>

2.2 工作站布局

工作站布局包括搬運(yùn)機(jī)器人、工具、輸送鏈、托盤、托盤垛、控制柜、機(jī)器人底座、物料等。這些模型除了工具和物料模型，都可在RobotStudio模型庫中找到，可直接導(dǎo)入。工具和物料通過3D建模工具如RobotStudio自帶建模組件或SolidWorks創(chuàng)建，再導(dǎo)入模型庫。導(dǎo)入模型后，位置不是理想位置，需要通過兩點(diǎn)法、三點(diǎn)法等方法進(jìn)行調(diào)整布置。輸送鏈和工具要勾選傳感器不可檢測，防止傳感器將輸送鏈和工具誤檢為物料。

3 仿真程序編寫

3.1 輸送鏈Smart組件創(chuàng)建

在創(chuàng)建搬運(yùn)碼垛仿真工作站，輸送鏈的動(dòng)態(tài)效果對(duì)整個(gè)工作站的效果起著關(guān)鍵的作用。Smart組件擁有運(yùn)動(dòng)、傳感器、信號(hào)模擬、邏輯判斷、事件觸發(fā)等功能，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果的絕佳工具。輸送鏈仿真的工作流程：輸送鏈?zhǔn)锥俗詣?dòng)復(fù)制產(chǎn)生產(chǎn)品，產(chǎn)品自動(dòng)傳輸至末端，碰到擋板或光電開關(guān)，停止傳輸?shù)却龣C(jī)器人抓取，當(dāng)機(jī)器人抓走后，再產(chǎn)生一個(gè)產(chǎn)品……如此循環(huán)往復(fù)。

（1）首端復(fù)制產(chǎn)品采用Source組件，它的作用是復(fù)制一個(gè)模型。本仿真工作站將Source當(dāng)作一個(gè)產(chǎn)品源，每次觸發(fā)產(chǎn)品一個(gè)搬運(yùn)碼垛產(chǎn)品。

（2）產(chǎn)品傳送至輸送鏈末端采用LinearMover組件，它的作用是使模型在直線上運(yùn)動(dòng)。由于有多個(gè)產(chǎn)品需要搬運(yùn)，所有需要運(yùn)動(dòng)一組產(chǎn)品，采用Queue隊(duì)列組件。LinearMover組件受控與PlaneSensor組件。除此之外，還要設(shè)置運(yùn)動(dòng)的速度和方向。LinearMover組件使能開關(guān)通常處于一直激活狀態(tài)。

（3）產(chǎn)品碰到擋板停止運(yùn)動(dòng)采用PlaneSensor組件，它的作用是檢測模型到位類似光電傳感器。PlaneSensor組件為面?zhèn)鞲衅?，需要設(shè)置面的起始點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)通常采用端點(diǎn)捕捉輸送鏈末端的某個(gè)點(diǎn)。除此之外，還需要設(shè)置面?zhèn)鞲衅鞯拈L和寬。PlaneSensor組件使能開關(guān)通常處于一直激活狀態(tài)。

（4）為了有效連接以上4 個(gè)組件，需要將部分信號(hào)進(jìn)行邏輯電平轉(zhuǎn)換，采用邏輯門、觸發(fā)器和事件觸發(fā)器。

3.2 吸盤工具Smart組件創(chuàng)建

吸盤工具的動(dòng)畫效果對(duì)整個(gè)搬運(yùn)碼垛工作站起著至關(guān)重要的作用。在真實(shí)的工業(yè)場景中多采用數(shù)個(gè)真空吸盤組件進(jìn)行抓取物料。吸盤工具動(dòng)畫效果：接受機(jī)器人信號(hào)將物料吸起，等待機(jī)器人到達(dá)堆放目標(biāo)位置，放下物料。

（1）抓取物料采用Attacher組件，它將物料的框架坐標(biāo)系與工具坐標(biāo)重合，進(jìn)行安裝模型。

（2）放下物料采用Detacher組件，它是Attacher組件的逆運(yùn)動(dòng)，拆除對(duì)象模型。