基于RobotStudio的机器人码垛工作站虚拟仿真设计研究

来源:用户上传      作者:孙红英

　　摘  要：在机器人仿真方面，RobotStudio得到了有效运用。基于这种认识，该文采用RobotStudio对机器人码垛工作站的虚拟仿真设计方法进行了分析，完成了工作站的布置，对输送链组件设计和信号连接方法展开了探讨，并完成了信号板卡和工作站的工作逻辑设计，最终实现了机器人的控制仿真。从仿真结果来看，设计的工作站能够顺利完成码垛作业，并且作业效率较高，旨在为有关人士提供参考与借鉴。
　　关键词：RobotStudio  机器人码垛工作站  虚拟仿真设计
　　中图分类号：TP391    文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）07（c）-0025-02
　　在现代工业中，机器人得到了广泛应用。在生产包装线上，码垛机器人属于后续设备，能够按照预定编组将产品码放在托盘或箱体内，实现产品高效运转和生产。但就目前来看，机器人码垛工作站设计普遍存在效率低和精度低的问题，无法满足实际生产需求。因此，还应加强机器人码垛工作站的虚拟仿真设计，以便通过观察机器人动作加强机器人控制。
　　1  RobotStudio虚拟仿真软件
　　RobotStudio虚拟仿真软件由ABB公司开发，属于PC软件，能够在各类ABB工业机器人上适用，实现机器人单元建模、离线创建和虚拟仿真分析。实际进行机器人系统设计时，采用该软件进行离线仿真，能够对设计出的系统进行试运行。利用软件，能够实现CAD文件的导入，并且实现路径自动生成和自动分析伸展，完成碰撞检测和模拟仿真，从而为系统二次设计提供支持[1]。此外，软件提供的工业机器人环境能够与真实环境相对应，因此采用软件建立工作站和进行机器人调试能够完成实际应用验证。
　　2  基于RobotStudio的机器人码垛工作站虚拟仿真设计
　　2.1 工作站布局分析
　　采用RobotStudio进行机器人码垛工作站布局，可以PLC为核心控制模式，将控制柜放置在仅靠生产线外围栅栏的外侧。工作站的产品码垛采用ABB-IRB2600码垛机器人，在1.65m范围内工作，承重能够达到12kg。在末端执行机构上进行真空吸盘的安装，能够对周转箱进行吸取，然后利用滚轮式输送链实现产品的传送。在产品达到传送末端后，利用传感器实现信号检测，然后反馈给机器人，能够实现真空置位，完成产品吸取[2]。按照要求完成足够数量产品输送后，机器人将发出停止动作信号，由AGV小车将空托盘运走，然后进行下一阶段的工作。
　　2.2 输送链组件设计
　　在对输送链进行虚拟仿真设计时，需要采用Smart组件，其能够实现传输链中货物的动态模拟。采用RobotStudio进行该组件的添加，能够完成货物复制，然后根据队列Queue进行货物复制命令的执行，确保所有货物拥有相同动态属性。利用线性运动组件Linear-Mover，能够实现传感器接触控制。在货物达到传输链末端时，其将与传感器接触，进行相应信号的发送。采用面传感器Plane Sensor，能够实现这部分功能仿真。对Logic Gate[NOT]逻辑反组件进行添加，能够进行信号取反操作。实际上，ABB型号机器人在信号实现高频和低频切换时不会产生动作，所以将导致码垛运行受到影响。进行取反操作，可以保证机器人正常动作，因此可以完成码垛动作仿真。
　　2.3 输送链信号连接
　　在输送链信号连接方面，可以采用Smart组件进行信号连接。在实际操作时，还要先完成信号设置，然后进行信号连接。首先，需要将I/O信号当成是基础，在周转箱和货物托盘位置进行信号放置。此时，信号初始值为0，作用端位于小车和机器人上。根据传输链信号和逻辑值，可以进行信号连接，即完成工作站信号创建，实现组件信号交互。具体来讲，就是要先完成Simulation Event组件创建，然后进行脉冲信号发送，对Logic SR Latch进行置1。传感器完成信号状态检测后，系统将生成复制产品，进行入队操作执行。在传感器接触后，会接收到货物信号，并发出停止信号，实现出队操作和信号传递。在InPos获得检测信号后，机器人将自动取件。
　　2.4 机器人信号板卡设计
　　在信号板卡设计方面，还要采用DSQC652通讯板卡，通过在机器人中安装实现信号通讯连接。板卡数字量为16进16出，总线地址为10。在机器人与外围I/O信号连接过程中，需要完成I/O板块设置，总计完成机械人吸盘动作控制信号、更换托盘触发数据恢复信号、输送链末端及工位托盘检测到位信号这4个输入输出数字信号的设置。
　　2.5 工作站工作逻辑
　　在机器人工作方面，还应完成工具坐标系及载荷的设置，然后实现机器人和输送链信号连接，对仿真选项下工作站逻辑按钮进行点击。实际设计时，需要采用默认坐标系tool，然后沿着Z轴向正方向偏移100mm，得到trans[0，0，100]坐标系原点，重心cog为[0，0，90]，负载重10kg[3]。利用LoadIdentify，能够进行工具载荷和工作重心自动测算。在机器人完成产品吸取后，重心相对tGrip来讲沿着Z轴正方向偏移约50mm，利用LoadIdentify能够进行有效载荷测算，得到空负载数据。通过实现负载数据合理设置，能够使机器人保持平稳运行，使其使用壽命得到延长。为简化程序编写，还应将pHome设置为机器人安全等待位置，选用默认wobj0工件坐标系，将输送链末端产品位置设定为pPick，示教工具坐标系为tGrip，栈板位置为pBase。针对示教点意外的路径，需要利用程序执行加强控制，对合理姿态进行配置。采用偏移算法，能够对栈板位置变动进行确认，如果位置处于基准位置，可以确定栈板奇、偶层的摆放姿态。在完成机器人和输送链信号连接后，确定产品到位，输送链能够将信号传递给输入信号diBoxInPos/diPalletInPos，然后执行运行程序，直至达到吸取位置。在吸取前，需要提前0.2s实现置位真空，实现信号建立，然后在延迟0.5s后进行产品完全吸取，最后放置产品。在工作站的逻辑源信号和目标信号之间，存在对应逻辑关系，如源信号为doGrip，对应目标信号为diVacuum，能够体现出源对象PalletizeSys和目标对象SC工具的逻辑关系。将编辑好的程序输入PC机，然后向控制器传送，能够实现机器人动作控制。
　　2.6 工作站虚拟仿真分析
　　按照上述方法完成机器人码垛工作站的虚拟仿真设计后，对工作站工作进行虚拟仿真分析，可以先完成I/O通信、搬运工具坐标系、组件运用等内容的设置，然后对RobotStudio的仿真运行按钮进行点击。在仿真过程中，可以要求机器人完成一个托盘产品装运，进行5×4结构码垛，并且进行碰撞检测。从仿真结果来看，机器人需要90s将托盘装满，加上用AGV小车更换托盘的时间，总计需要100s。在整个过程中，各执行对象不会发生碰撞。在一个工作循环中，需要花费190s。如果按照8h/d工作制度，将完成150个托盘装载，因此能够使生产效率得到显著提升。
　　3  结语
　　综上所述，在机器人码垛工作站设计中，采用Robot Studio进行虚拟仿真设计，能够通过调用相应组件完成工作站布局和仿真，实现工作站的准确组建。直接进行编程结果的查找，能够发现机器人动作存在的问题，然后通够人工修正实现机器人调试，为工作站的设计提供科学依据。
　　参考文献
　　[1] 黄明鑫，惠为东.基于RobotStudio的机器人码垛工作站仿真研究[J].南方农机，2018，49（23）：43-44，51.
　　[2] 李勇.基于RobotStudio的码垛机器人智能工作站仿真的探究[J].科技资讯，2018，16（28）：31-32.
　　[3] 郝翠霞，叶晖.基于Smart组件的工业机器人码垛仿真设计[J].自动化技术与应用，2018，37（8）：63-66.
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