基于RobotStudio的機(jī)器人碼垛工作站虛擬仿真設(shè)計研究

孫紅英

摘? 要：在機(jī)器人仿真方面，RobotStudio得到了有效運用。基于這種認(rèn)識，該文采用RobotStudio對機(jī)器人碼垛工作站的虛擬仿真設(shè)計方法進(jìn)行了分析，完成了工作站的布置，對輸送鏈組件設(shè)計和信號連接方法展開了探討，并完成了信號板卡和工作站的工作邏輯設(shè)計，最終實現(xiàn)了機(jī)器人的控制仿真。從仿真結(jié)果來看，設(shè)計的工作站能夠順利完成碼垛作業(yè)，并且作業(yè)效率較高，旨在為有關(guān)人士提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：RobotStudio? 機(jī)器人碼垛工作站? 虛擬仿真設(shè)計

中圖分類號：TP391 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）07（c）-0025-02

在現(xiàn)代工業(yè)中，機(jī)器人得到了廣泛應(yīng)用。在生產(chǎn)包裝線上，碼垛機(jī)器人屬于后續(xù)設(shè)備，能夠按照預(yù)定編組將產(chǎn)品碼放在托盤或箱體內(nèi)，實現(xiàn)產(chǎn)品高效運轉(zhuǎn)和生產(chǎn)。但就目前來看，機(jī)器人碼垛工作站設(shè)計普遍存在效率低和精度低的問題，無法滿足實際生產(chǎn)需求。因此，還應(yīng)加強(qiáng)機(jī)器人碼垛工作站的虛擬仿真設(shè)計，以便通過觀察機(jī)器人動作加強(qiáng)機(jī)器人控制。

1? RobotStudio虛擬仿真軟件

RobotStudio虛擬仿真軟件由ABB公司開發(fā)，屬于PC軟件，能夠在各類ABB工業(yè)機(jī)器人上適用，實現(xiàn)機(jī)器人單元建模、離線創(chuàng)建和虛擬仿真分析。實際進(jìn)行機(jī)器人系統(tǒng)設(shè)計時，采用該軟件進(jìn)行離線仿真，能夠?qū)υO(shè)計出的系統(tǒng)進(jìn)行試運行。利用軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)CAD文件的導(dǎo)入，并且實現(xiàn)路徑自動生成和自動分析伸展，完成碰撞檢測和模擬仿真，從而為系統(tǒng)二次設(shè)計提供支持[1]。此外，軟件提供的工業(yè)機(jī)器人環(huán)境能夠與真實環(huán)境相對應(yīng)，因此采用軟件建立工作站和進(jìn)行機(jī)器人調(diào)試能夠完成實際應(yīng)用驗證。

2? 基于RobotStudio的機(jī)器人碼垛工作站虛擬仿真設(shè)計

2.1 工作站布局分析

采用RobotStudio進(jìn)行機(jī)器人碼垛工作站布局，可以PLC為核心控制模式，將控制柜放置在僅靠生產(chǎn)線外圍柵欄的外側(cè)。工作站的產(chǎn)品碼垛采用ABB-IRB2600碼垛機(jī)器人，在1.65m范圍內(nèi)工作，承重能夠達(dá)到12kg。在末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上進(jìn)行真空吸盤的安裝，能夠?qū)χ苻D(zhuǎn)箱進(jìn)行吸取，然后利用滾輪式輸送鏈實現(xiàn)產(chǎn)品的傳送。在產(chǎn)品達(dá)到傳送末端后，利用傳感器實現(xiàn)信號檢測，然后反饋給機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)真空置位，完成產(chǎn)品吸取[2]。按照要求完成足夠數(shù)量產(chǎn)品輸送后，機(jī)器人將發(fā)出停止動作信號，由AGV小車將空托盤運走，然后進(jìn)行下一階段的工作。

2.2 輸送鏈組件設(shè)計

在對輸送鏈進(jìn)行虛擬仿真設(shè)計時，需要采用Smart組件，其能夠?qū)崿F(xiàn)傳輸鏈中貨物的動態(tài)模擬。采用RobotStudio進(jìn)行該組件的添加，能夠完成貨物復(fù)制，然后根據(jù)隊列Queue進(jìn)行貨物復(fù)制命令的執(zhí)行，確保所有貨物擁有相同動態(tài)屬性。利用線性運動組件Linear-Mover，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器接觸控制。在貨物達(dá)到傳輸鏈末端時，其將與傳感器接觸，進(jìn)行相應(yīng)信號的發(fā)送。采用面?zhèn)鞲衅鱌lane Sensor，能夠?qū)崿F(xiàn)這部分功能仿真。對Logic Gate[NOT]邏輯反組件進(jìn)行添加，能夠進(jìn)行信號取反操作。實際上，ABB型號機(jī)器人在信號實現(xiàn)高頻和低頻切換時不會產(chǎn)生動作，所以將導(dǎo)致碼垛運行受到影響。進(jìn)行取反操作，可以保證機(jī)器人正常動作，因此可以完成碼垛動作仿真。

2.3 輸送鏈信號連接

在輸送鏈信號連接方面，可以采用Smart組件進(jìn)行信號連接。在實際操作時，還要先完成信號設(shè)置，然后進(jìn)行信號連接。首先，需要將I/O信號當(dāng)成是基礎(chǔ)，在周轉(zhuǎn)箱和貨物托盤位置進(jìn)行信號放置。此時，信號初始值為0，作用端位于小車和機(jī)器人上。根據(jù)傳輸鏈信號和邏輯值，可以進(jìn)行信號連接，即完成工作站信號創(chuàng)建，實現(xiàn)組件信號交互。具體來講，就是要先完成Simulation Event組件創(chuàng)建，然后進(jìn)行脈沖信號發(fā)送，對Logic SR Latch進(jìn)行置1。傳感器完成信號狀態(tài)檢測后，系統(tǒng)將生成復(fù)制產(chǎn)品，進(jìn)行入隊操作執(zhí)行。在傳感器接觸后，會接收到貨物信號，并發(fā)出停止信號，實現(xiàn)出隊操作和信號傳遞。在InPos獲得檢測信號后，機(jī)器人將自動取件。

2.4 機(jī)器人信號板卡設(shè)計

在信號板卡設(shè)計方面，還要采用DSQC652通訊板卡，通過在機(jī)器人中安裝實現(xiàn)信號通訊連接。板卡數(shù)字量為16進(jìn)16出，總線地址為10。在機(jī)器人與外圍I/O信號連接過程中，需要完成I/O板塊設(shè)置，總計完成機(jī)械人吸盤動作控制信號、更換托盤觸發(fā)數(shù)據(jù)恢復(fù)信號、輸送鏈末端及工位托盤檢測到位信號這4個輸入輸出數(shù)字信號的設(shè)置。

2.5 工作站工作邏輯

在機(jī)器人工作方面，還應(yīng)完成工具坐標(biāo)系及載荷的設(shè)置，然后實現(xiàn)機(jī)器人和輸送鏈信號連接，對仿真選項下工作站邏輯按鈕進(jìn)行點擊。實際設(shè)計時，需要采用默認(rèn)坐標(biāo)系tool，然后沿著Z軸向正方向偏移100mm，得到trans[0，0，100]坐標(biāo)系原點，重心cog為[0，0，90]，負(fù)載重10kg[3]。利用LoadIdentify，能夠進(jìn)行工具載荷和工作重心自動測算。在機(jī)器人完成產(chǎn)品吸取后，重心相對tGrip來講沿著Z軸正方向偏移約50mm，利用LoadIdentify能夠進(jìn)行有效載荷測算，得到空負(fù)載數(shù)據(jù)。通過實現(xiàn)負(fù)載數(shù)據(jù)合理設(shè)置，能夠使機(jī)器人保持平穩(wěn)運行，使其使用壽命得到延長。為簡化程序編寫，還應(yīng)將pHome設(shè)置為機(jī)器人安全等待位置，選用默認(rèn)wobj0工件坐標(biāo)系，將輸送鏈末端產(chǎn)品位置設(shè)定為pPick，示教工具坐標(biāo)系為tGrip，棧板位置為pBase。針對示教點意外的路徑，需要利用程序執(zhí)行加強(qiáng)控制，對合理姿態(tài)進(jìn)行配置。采用偏移算法，能夠?qū)０逦恢米儎舆M(jìn)行確認(rèn)，如果位置處于基準(zhǔn)位置，可以確定棧板奇、偶層的擺放姿態(tài)。在完成機(jī)器人和輸送鏈信號連接后，確定產(chǎn)品到位，輸送鏈能夠?qū)⑿盘杺鬟f給輸入信號diBoxInPos/diPalletInPos，然后執(zhí)行運行程序，直至達(dá)到吸取位置。在吸取前，需要提前0.2s實現(xiàn)置位真空，實現(xiàn)信號建立，然后在延遲0.5s后進(jìn)行產(chǎn)品完全吸取，最后放置產(chǎn)品。在工作站的邏輯源信號和目標(biāo)信號之間，存在對應(yīng)邏輯關(guān)系，如源信號為doGrip，對應(yīng)目標(biāo)信號為diVacuum，能夠體現(xiàn)出源對象PalletizeSys和目標(biāo)對象SC工具的邏輯關(guān)系。將編輯好的程序輸入PC機(jī)，然后向控制器傳送，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人動作控制。

2.6 工作站虛擬仿真分析

按照上述方法完成機(jī)器人碼垛工作站的虛擬仿真設(shè)計后，對工作站工作進(jìn)行虛擬仿真分析，可以先完成I/O通信、搬運工具坐標(biāo)系、組件運用等內(nèi)容的設(shè)置，然后對RobotStudio的仿真運行按鈕進(jìn)行點擊。在仿真過程中，可以要求機(jī)器人完成一個托盤產(chǎn)品裝運，進(jìn)行5×4結(jié)構(gòu)碼垛，并且進(jìn)行碰撞檢測。從仿真結(jié)果來看，機(jī)器人需要90s將托盤裝滿，加上用AGV小車更換托盤的時間，總計需要100s。在整個過程中，各執(zhí)行對象不會發(fā)生碰撞。在一個工作循環(huán)中，需要花費190s。如果按照8h/d工作制度，將完成150個托盤裝載，因此能夠使生產(chǎn)效率得到顯著提升。

3? 結(jié)語

綜上所述，在機(jī)器人碼垛工作站設(shè)計中，采用Robot Studio進(jìn)行虛擬仿真設(shè)計，能夠通過調(diào)用相應(yīng)組件完成工作站布局和仿真，實現(xiàn)工作站的準(zhǔn)確組建。直接進(jìn)行編程結(jié)果的查找，能夠發(fā)現(xiàn)機(jī)器人動作存在的問題，然后通夠人工修正實現(xiàn)機(jī)器人調(diào)試，為工作站的設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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