基于IRobotSIM的物料分揀仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張 睿，李國(guó)琴，鄧三鵬＊，祁宇明，趙丹丹

（天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)機(jī)器人及智能裝備研究院，天津300222）

0 引言

近幾年來，虛擬仿真技術(shù)在實(shí)際教學(xué)的應(yīng)用越來越廣泛。陳勇強(qiáng)[1]使用VUP軟件搭建了一個(gè)物料分揀虛擬仿真平臺(tái)，開發(fā)了相應(yīng)的虛擬仿真系統(tǒng)，描述了模型的仿真動(dòng)作和實(shí)現(xiàn)過程，為遠(yuǎn)程線上教學(xué)提供了參考。劉甘霖[2]等人通過RobotStudio做出了氣動(dòng)手爪模型的虛擬仿真，設(shè)計(jì)了Smart組件，綜合機(jī)械模型和Smart組件給出了完整的授課內(nèi)容，為學(xué)生提供了工業(yè)機(jī)器人虛擬仿真的具體應(yīng)用實(shí)例。熊雋[3]等人基于RobotStudio設(shè)計(jì)了一種基于工業(yè)機(jī)器人的綜合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了綜合虛擬平臺(tái)機(jī)器人的涂膠、搬運(yùn)、碼垛等功能，提高了操作安全性的同時(shí)，加強(qiáng)了學(xué)生的實(shí)踐能力，對(duì)工業(yè)機(jī)器人相關(guān)課程的教學(xué)起到了很好的輔助作用。本文基于IRobotSIM建立了仿真平臺(tái)，擁有較豐富的模型庫(kù)，包括國(guó)內(nèi)外知名品牌工業(yè)機(jī)器人、機(jī)床、夾具等，模型庫(kù)中的模型可拖拽應(yīng)用于系統(tǒng)搭建，可根據(jù)任務(wù)需求進(jìn)行選擇，研發(fā)的物料分揀仿真系統(tǒng)對(duì)職業(yè)院校的并聯(lián)機(jī)器人離線仿真教學(xué)提供了條件，節(jié)約了成本，提高了安全性。

1 物料分揀仿真系統(tǒng)的組成

過來的物料，并有序放置在收納盒中；物料傳送帶的主要功能是對(duì)物料進(jìn)行輸送，配合并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行抓取，保證物料的順利傳輸；收納盒傳送帶的主要任務(wù)是把收納盒輸送至并聯(lián)機(jī)器人開始放置物料的位置；機(jī)器人支架的作用是固定并聯(lián)機(jī)器人，使并聯(lián)機(jī)器人處于工作的最佳位置。

2 物料分揀仿真系統(tǒng)模型的建立

2.1 并聯(lián)機(jī)器人建模

應(yīng)用Solidworks對(duì)三自由度delta型并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行三維模型建模，建模完成后導(dǎo)成.stp格式導(dǎo)入到仿真軟件中。分析并聯(lián)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)，找出動(dòng)平臺(tái)、定平臺(tái)和工作空間，每條分支鏈的組成部分，包括各連桿、中間鏈、各分支鏈以及關(guān)節(jié)類型，并重新設(shè)置各部分實(shí)體，在每個(gè)相應(yīng)的關(guān)節(jié)處添加對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)或平行關(guān)節(jié)，在建立關(guān)節(jié)時(shí)，將每個(gè)關(guān)節(jié)的求解模式設(shè)置為反向運(yùn)動(dòng)模式。拖動(dòng)關(guān)節(jié)和實(shí)體，按照主鏈從定平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)的順序，其它分支鏈從動(dòng)平臺(tái)到定平臺(tái)的順序，中間鏈從定平臺(tái)到動(dòng)平臺(tái)，依次構(gòu)建如圖1所示的關(guān)節(jié)樹。將已構(gòu)建好的機(jī)器人支架，與已建模的并聯(lián)機(jī)器人進(jìn)行裝配，確定其安裝位置與運(yùn)動(dòng)方式。建模完成的并聯(lián)機(jī)器人如圖2所示。

物料分揀仿真系統(tǒng)主要有四個(gè)部分組成，包括并聯(lián)機(jī)器人、物料傳送帶、收納盒傳送帶、機(jī)器人支架。并聯(lián)機(jī)器人的主要功能是抓取物料傳送帶輸送

圖1 關(guān)節(jié)樹

圖2 并聯(lián)機(jī)器人建模

2.2 傳送帶建模

應(yīng)用Solidworks對(duì)物料分揀仿真系統(tǒng)的物料傳送帶和收納盒傳送帶進(jìn)行三維模型建模。將完成后的零件圖轉(zhuǎn)換為.stp格式，并導(dǎo)入至仿真軟件中。添加其各部分物理屬性，并設(shè)置其顏色、位置坐標(biāo)；設(shè)置物料和收納盒被并聯(lián)機(jī)器人抓取的位置坐標(biāo)；配置相關(guān)距離傳感器。搭建完成的仿真系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 物料分揀仿真系統(tǒng)

3 仿真系統(tǒng)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)

仿真系統(tǒng)需要運(yùn)動(dòng)動(dòng)作的有物料傳送帶、并聯(lián)機(jī)器人以及收納盒傳送帶。虛擬仿真系統(tǒng)的動(dòng)作過程如下：收納盒傳送帶和物料傳送帶同時(shí)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)收納盒到達(dá)并聯(lián)機(jī)器人放置物料的位置時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，同時(shí)物料傳送帶將物料輸送至并聯(lián)機(jī)器人的抓取位置，并聯(lián)機(jī)器人開始依次抓取物料并放置在收納盒中。

仿真系統(tǒng)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)需要添加三個(gè)線性腳本，線性腳本1的功能是將物料傳送至并聯(lián)機(jī)器人的抓取位置，同時(shí)觸發(fā)機(jī)器人的機(jī)械臂抓取物料，線性腳本1如下所示：

線性腳本2的功能是將收納盒傳送至并聯(lián)機(jī)器人開始放置物料的固定位置，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)收納盒裝滿物料后，第二個(gè)收納盒再次移動(dòng)到上次的固定位置，重復(fù)以上的動(dòng)作，線性腳本2如下所示：

線性腳本3實(shí)現(xiàn)的主要功能是當(dāng)物料移動(dòng)到并聯(lián)機(jī)器人開始抓取的位置時(shí)，并聯(lián)機(jī)器人開始依次抓取物料至收納盒中，線性腳本3如下所示：

夫葬者，藏也。藏也者，欲人之不得見也。而大為棺槨，備贈(zèng)存物， 無異于埋金路隅而書表于上也。雖甚愚之人，必將笑之。豐財(cái)厚葬以啟 奸心，或剖破棺槨，或牽曳形骸，或剝臂捋金環(huán)，或捫腸求珠玉。焚如 之形，不痛于是？自古及今，未有不死之人，又無不發(fā)之墓也。[16](P746)

ITC官方的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,2017年,世界甘薯(HS編碼:071420)的出口貿(mào)易總量和總額分別為63.0萬t和5.256億美元．世界甘薯貿(mào)易的主要輸出國(guó)包括美國(guó)、荷蘭、中國(guó)、西班牙等國(guó)家,其中美國(guó)的出口貿(mào)易額占世界比重為35.01%,排名前5位的國(guó)家出口貿(mào)易量和貿(mào)易額占到世界出口總量的比重分別為66.42%和71.61%(表1),行業(yè)集中度較高．進(jìn)口市場(chǎng)方面相對(duì)分散,世界甘薯主要進(jìn)口市場(chǎng)包括英國(guó)、荷蘭、加拿大、德國(guó)等國(guó)家,排名前5位國(guó)家甘薯進(jìn)口額約為62%．

潘天壽是1966年9月6日被揪出來的。拉上街在雨中游斗，當(dāng)夜即發(fā)燒病倒了。據(jù)小兒子潘公凱統(tǒng)計(jì)，此后總計(jì)批斗達(dá)百次，其中牛棚里有記錄可查的批斗即有70多次。

通過上述模型建立的方法以及動(dòng)作設(shè)置可以有效實(shí)現(xiàn)物料分揀仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和動(dòng)作。

4 結(jié)論

本文分別對(duì)物料分揀仿真系統(tǒng)的組成、仿真系統(tǒng)模型的建立以及仿真系統(tǒng)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)等三個(gè)方面進(jìn)行了論述，利用以上模塊搭建出符合實(shí)際授課需求的物料分揀仿真系統(tǒng)。該仿真系統(tǒng)在實(shí)際教學(xué)中滿足了學(xué)生對(duì)并聯(lián)機(jī)器人離線仿真的學(xué)習(xí)，作為學(xué)生在實(shí)際操作前的模擬仿真模型示例，有效提高了學(xué)生在實(shí)際操作時(shí)的學(xué)習(xí)效率和安全性。