基于現(xiàn)場生產(chǎn)要求的碼垛機(jī)器人工作站仿真設(shè)計(jì)

嚴(yán)偉

（湖南省工業(yè)技師學(xué)院，湖南岳陽，414000）

0 引言

碼垛機(jī)器人由于占地面積小，工作到達(dá)區(qū)域大，碼放精度高，故障率低，可以大幅度提高生產(chǎn)效率，減少人力投入，節(jié)約生產(chǎn)成本，可以很好的解決包裝生產(chǎn)中出現(xiàn)的各種各樣的問題，使得在實(shí)際生產(chǎn)中得到大量使用[1]。

1 現(xiàn)實(shí)的工作環(huán)境要求

現(xiàn)實(shí)的工作環(huán)境是要從傳送鏈上把箱體搬運(yùn)并碼放到托盤上，每個(gè)托盤上碼放5×2的箱體，第一層和第二層的碼放的形式如圖1所示。箱體的尺寸為0.6m×0.35m×0.2m，碼垛工作區(qū)間為0.8m×0.8m×0.3m。托盤的尺寸為1.7m×1.3m，承重約為1噸。要求箱體之間的誤差不能超過±6mm，每小時(shí)完成400箱的碼垛。

2 碼垛工作站的選型

根據(jù)現(xiàn)實(shí)的工作要求，選擇市場上速度最快，距離可達(dá)到2.4米，最精確，精簡度高，防護(hù)等級高，占地面積減少20%的機(jī)器人IRB 460[2]。箱體是固體，而且是固定尺寸。再根據(jù)抓取型抓手的特點(diǎn)是用于固體工件，最適合于固定尺寸的箱類，所以選擇抓取型抓手[3]。

3 碼垛工作站仿真模型的構(gòu)建

根據(jù)前面的選型，在Robotstudio仿真軟件ABB模型庫中選擇IRB 460，根據(jù)箱體尺寸的要求，利用三維建模軟件（SW）設(shè)計(jì)抓手模型、托盤及底座，如圖2所示。托盤使得箱體平穩(wěn)碼放，底座使叉車能夠快速叉出。

圖2 仿真模型

4 碼垛工作站仿真系統(tǒng)的構(gòu)建

■4.1 系統(tǒng)的構(gòu)建流程

第一步是模型的導(dǎo)入及布局：①導(dǎo)入模型并設(shè)定位置，②創(chuàng)建機(jī)器人系統(tǒng)；第二步是工件的紋理貼圖：①工件貼圖，②設(shè)定紋理坐標(biāo)，③將工件保存為庫文件；第三步是用Smart組件創(chuàng)建動態(tài)輸送鏈：①設(shè)定輸送鏈產(chǎn)品源，②設(shè)定輸送鏈運(yùn)動屬性，③設(shè)定輸送鏈限位傳感器，④創(chuàng)建屬性與連結(jié)，⑤創(chuàng)建信號與連接[4]；第四步是用Smart組件創(chuàng)建動態(tài)夾具：①設(shè)定夾具屬性，②設(shè)定檢測傳感器，③設(shè)定拾取放置動作，④創(chuàng)建屬性與連結(jié)，⑤創(chuàng)建信號與連接；第五步是用Smart組件創(chuàng)建動態(tài)叉車：①創(chuàng)建叉車機(jī)械裝置，②設(shè)定叉車移動動作，③設(shè)定叉車拾取放置動作，④創(chuàng)建信號與連接；第六步是配置編輯器和工作站邏輯的設(shè)定：①創(chuàng)建控制器單元和I/O信號，②設(shè)定工作站邏輯；第七步是編寫離線程序并仿真：①第一層碼垛程序的編寫，②第二層碼垛程序的編寫；第八步是機(jī)器人碼垛仿真設(shè)定與運(yùn)行：①同步到VC，②仿真順序的設(shè)定，③仿真運(yùn)行。

■4.2 Smart組件創(chuàng)建動態(tài)輸送鏈、動態(tài)抓手、動態(tài)叉車

用Smart組件創(chuàng)建動態(tài)輸送鏈SC_ssl、動態(tài)抓手SC_zs、動態(tài)叉車SC_cc，其中Source（產(chǎn)品源），每觸發(fā)一次，產(chǎn)生一個(gè)碼垛產(chǎn)品復(fù)制品。Queue（隊(duì)列），將同類型的物體做隊(duì)列處理。LinearMover設(shè)定輸送鏈的運(yùn)動屬性，表示運(yùn)動的物體是隊(duì)列Queue中的物體，運(yùn)動方向是X軸的負(fù)方向。PlaneSensor（傳感器），在輸送鏈的末端設(shè)置傳感器，以檢測箱體是否到位。LineSensor（傳感器），工具檢測傳感器，檢測抓手下是否有箱體。Attacher（拾取動作），抓手拾取箱體。Detacher（釋放動作），抓手把箱體釋放到托盤上。zsjj表示抓手夾緊，zsgq表示抓手鉤起。LinearMoverccxq使叉車向前移動到托盤處，LinearMoverccht使叉車向后移動到圍欄外，Attachercc（抬起動作）叉車抬起托盤，Detachercc（釋放動作）叉車把托盤放下，ccxs表示叉車貨叉向上動作，ccxx表示叉車貨叉向下動作。

圖3 Smart組件創(chuàng)建

■4.3 輸送鏈、抓手、叉車I/O信號的設(shè)置

I/O信號是本工作站中自行創(chuàng)建的數(shù)字量信號，用于與各個(gè)Smart組件進(jìn)行信號交互，I/O信號連接是指設(shè)定的I/O信號與Smart組件信號的連接關(guān)系以及各Smart組件信號之間的信號連接關(guān)系，如圖4所示。

圖4 輸送鏈、抓手、叉車I/O信號的設(shè)置

disslks信號用于啟動Smart輸送鏈，自動產(chǎn)生一個(gè)復(fù)制品。產(chǎn)品源Source產(chǎn)生復(fù)制品的完成信號Executed觸發(fā)Queue組件加入隊(duì)列動作Enqueue，復(fù)制品自動加入隊(duì)列。復(fù)制品與輸送鏈末端的傳感器PlaneSensor接觸后SensorOut，觸發(fā) Queue退出隊(duì)列動作 Dequeue ，輸送鏈上的的箱子停止運(yùn)動。將傳感器PlaneSensor的輸出信號SensorOut和非門LogicGate[NOT]相連接，非門的輸出InputA變化和傳感器的輸出變化正好相反。用非門LogicGate[NOT]的輸出信號Output觸發(fā)Source的執(zhí)行Execute，即當(dāng)傳感器信號由1變0時(shí)，觸發(fā)產(chǎn)品源產(chǎn)生一個(gè)復(fù)制品。doxtdw用于箱體到位檢測的輸出信號。產(chǎn)品運(yùn)動到輸送鏈末端PlaneSensor和限位傳感器接觸后SensorOut，將產(chǎn)品到位信號doxtdw設(shè)置為1。dizsjj用于啟動抓手的夾緊動作，用該信號觸發(fā)傳感器LineSensor開始執(zhí)行檢測，觸發(fā)夾緊動作zsjj[0]執(zhí)行。傳感器LineSensor檢測到物體之后SensorOut觸發(fā)拾取動作Attacher執(zhí)行Execute。 dizsgq用于啟動抓手的鉤起動作， dixtfj用于將碼垛好的箱子附加到托盤上，dosqwc用于機(jī)器人拾取動作的完成信號。dicc啟動Smart叉車。

■4.4 工作站I/0信號的設(shè)置

工作站I/0信號的設(shè)置目的是把Smart組件的輸入輸出信號與機(jī)器人端的輸入輸出信號進(jìn)行關(guān)聯(lián)，即把Smart組件的輸出信號作為機(jī)器人端的輸入信號，把機(jī)器人端的輸出信號作為Smart組件的輸入信號，如表1所示。比如機(jī)器人端GzzSystem的箱體到位檢測輸出信號doxtdw和Smart組件的輸送鏈SC_ssl啟動輸入信號disslks相關(guān)聯(lián)；Smart組件的抓手SC_zs機(jī)器人拾取動作的完成輸出信號dosqwc和機(jī)器人端GzzSystem的機(jī)器人拾取動作的完成信號輸入信號disqwc相關(guān)聯(lián)。

表1 工作站I/0信號的設(shè)置

5 仿真結(jié)果

根據(jù)本文的設(shè)計(jì)方法生成了碼垛工作站整體，最后對工作站的進(jìn)行仿真。從仿真結(jié)果可以看到，完成5×2箱體碼垛，碼垛機(jī)器人需要150s，如圖5所示。從機(jī)器人將托盤裝滿，加上用叉車將箱體搬走，總計(jì)需要160s。按照這個(gè)工作過程，1小時(shí)將完成420個(gè)箱體的碼垛，基本完成實(shí)際任務(wù)要求，使得生產(chǎn)線率大大提高。

6 結(jié)語

本文根據(jù)現(xiàn)場碼垛工作要求，選擇好碼垛機(jī)器人和末端工具。通過三維建模軟件（SW）和ABB Robotstudio仿真軟件構(gòu)建了碼垛工作站仿真模型和系統(tǒng)，通過仿真結(jié)果分析，碼垛箱體的數(shù)量和時(shí)間完全符合現(xiàn)場的要求，大大提高了工作效率，為企業(yè)碼垛工作站的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

圖5 仿真結(jié)果