機(jī)器人關(guān)節(jié)裝配工作站的仿真設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

陳 莉

（長(zhǎng)沙職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410005）

目前，我國(guó)眾多企業(yè)的經(jīng)營(yíng)模式開(kāi)始從勞動(dòng)密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變，企業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，工業(yè)機(jī)器人在工業(yè)上的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，全國(guó)很多高校也陸續(xù)開(kāi)設(shè)了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)專(zhuān)業(yè)。我國(guó)雖然有沈陽(yáng)新松、廣州數(shù)控等機(jī)器人生產(chǎn)企業(yè)，但由于核心技術(shù)缺失，在應(yīng)用的可靠性和性?xún)r(jià)比上，自主品牌和國(guó)際品牌相比均處于劣勢(shì)。國(guó)際機(jī)器人品牌ABB的市場(chǎng)占有率高，擁有完善的仿真系統(tǒng)，且開(kāi)發(fā)出了配套的實(shí)用型教材，因此有很多高職院校與機(jī)構(gòu)采用ABB機(jī)器人為載體進(jìn)行教學(xué)。為幫助初學(xué)者系統(tǒng)梳理本專(zhuān)業(yè)的知識(shí)，筆者以基于ABB機(jī)器人的關(guān)節(jié)裝配工作站仿真設(shè)計(jì)為例，來(lái)談一談本仿真工作站的基本設(shè)計(jì)流程。

1 工作站功能要求

本仿真工作站要裝配的機(jī)器人關(guān)節(jié)由底座、電機(jī)、減速器和輸出法蘭4個(gè)工件組成。首先4類(lèi)工件由流水輸送鏈從前段入貨口運(yùn)輸?shù)侥┒藱C(jī)器人抓取處，輸送鏈末端裝有感應(yīng)裝置以判別工件是否到達(dá)，不同工件的類(lèi)型機(jī)器人采用不同的工具進(jìn)行抓取，并將其放置于裝配區(qū)，在抓取過(guò)程中，一旦滿足裝配要求，即4個(gè)工件抓取完畢，則立馬按底座—電機(jī)模塊—減速器—輸出法蘭的順序進(jìn)行裝配，裝配完畢后將成品放入成品庫(kù)。

2 設(shè)計(jì)流程

為使工作站達(dá)到以上控制要求，需按三維建模、場(chǎng)景搭建、創(chuàng)建smart組件、建立組件與機(jī)器人信號(hào)的連接、程序設(shè)計(jì)與調(diào)試等五個(gè)步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)施。

2.1 三維建模

本工作站中所用到的4類(lèi)工件與機(jī)器人用工具，在Robotstudio仿真軟件的模型庫(kù)中均未有可直接選用的成品，因此需選用合適的軟件對(duì)4類(lèi)工件、機(jī)器人用工具以及相關(guān)輔助設(shè)備的完成建模，并將其保存成.STEP格式。圖1所示即為本例所建的工具模型。

圖1 工具3D模型

2.2 場(chǎng)景搭建

選用合適的機(jī)器人，導(dǎo)入流水輸送鏈及自建模型，完成工作站的布局，本工作站具體布局如圖2所示。左邊為成品區(qū)用來(lái)擺放成品，等待工業(yè)機(jī)器人加工完成后將完成后的工件夾至此區(qū)域；右側(cè)為裝配加工區(qū)域，將工件從流水線上面夾取后放置定位模塊上，進(jìn)行二次定位來(lái)減少誤差，提高精度；前側(cè)為裝配流水線區(qū)域；工作站中心位置為工業(yè)機(jī)器人，該位置能很好的覆蓋全部工作區(qū)域能很好的協(xié)調(diào)作業(yè)，是該工作站核心位置。

圖2 工作站仿真布局圖

2.3 創(chuàng)建smart組件

本站要完成的功能中有輸送鏈搬運(yùn)、吸盤(pán)吸放、三爪卡盤(pán)抓取、定位裝置的松緊四個(gè)部分需要用smart組件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2.3.1 輸送鏈組件

建立4個(gè)source的組件用來(lái)從源頭復(fù)制底座、電機(jī)模塊、減速器、輸出法蘭；建立4個(gè)面?zhèn)鞲衅饔糜诜謩e檢測(cè)物品的類(lèi)型以及是否到達(dá)，完成參數(shù)設(shè)定集屬性連接，建立I/O連接。

表1 輸送鏈組件中單個(gè)物品輸送I/O連接表

2.3.2 吸盤(pán)與氣爪組件

創(chuàng)建兩個(gè)工具的柱形傳感器用來(lái)檢測(cè)線段之間是否有物體，創(chuàng)建出兩種分別用于吸盤(pán)傳感器與氣爪傳感器安裝與拆除的smart組件，設(shè)置出取反信號(hào)與設(shè)定鎖定的置位與設(shè)定鎖定的復(fù)位信號(hào)用于后面的I/O連接。

表2 吸盤(pán)與氣爪組件I/O連接表

2.3.3 定位氣缸組件

通過(guò)創(chuàng)建機(jī)械裝置來(lái)定義四種不同位置的姿態(tài)，記憶一種原點(diǎn)位置用來(lái)復(fù)位四個(gè)定位氣缸，并設(shè)定好位置轉(zhuǎn)換時(shí)間。

表3 單個(gè)定位氣缸組件I/O連接表

2.4 建立組件與機(jī)器人信號(hào)的連接

表4 組件與機(jī)器人系統(tǒng)I/O連接表

如表4所示建立信號(hào)連接，在工作站仿真設(shè)定中關(guān)聯(lián)信號(hào)，將所創(chuàng)立的信號(hào)通過(guò)連接一對(duì)一關(guān)聯(lián)好。

QZ7對(duì)應(yīng)smart組件中DIQZ，XP7對(duì)應(yīng) smart組件中DIXP，Song對(duì)應(yīng)smart組件中DIKS。Ding1對(duì)應(yīng) smart組件中 DI1，Ding2對(duì)應(yīng) smart組件中DI2，Ding3對(duì)應(yīng) smart組件中 DI3，Ding4對(duì)應(yīng) smart組件中DI4，Rding對(duì)應(yīng)smart組件中DI0。

2.5 程序設(shè)計(jì)與調(diào)試

機(jī)器人程序設(shè)計(jì)如下

3 結(jié)語(yǔ)

文章通過(guò)在Robotstudio虛擬仿真軟件上搭建關(guān)節(jié)裝配工作站，讓初學(xué)者系統(tǒng)梳理了三維建模、ABB工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真、ABB工業(yè)機(jī)器人離線編程的基本知識(shí)和技能；仿真工作站功能的實(shí)現(xiàn)，可以讓初學(xué)者從感官上找到學(xué)習(xí)的成就感，有利于提高初學(xué)者的學(xué)習(xí)興趣；文章展示了一個(gè)工作站的完整設(shè)計(jì)流程，對(duì)高職學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用。