李怡林

摘 要：本文介紹了一種借助RobotStudio軟件構(gòu)建機(jī)器人搬運(yùn)、焊接等多功能于一體的雙機(jī)協(xié)作工作站虛擬仿真方案。首先，利用SolidWorks三維建模軟件對(duì)機(jī)器人末端夾具進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，搭建基于RobotStudio仿真軟件的雙機(jī)協(xié)作虛擬仿真平臺(tái)空間布局;其次，設(shè)計(jì)雙機(jī)協(xié)作工作站工藝流程，完成動(dòng)態(tài)Smart組件及工作站邏輯設(shè)定;最后，完成工作站系統(tǒng)離線編程與仿真優(yōu)化。仿真結(jié)果表明，該虛擬雙機(jī)協(xié)作工作站可實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)、焊接等作業(yè)，該方案可為焊接生產(chǎn)線設(shè)計(jì)提供可行性參考。

關(guān)鍵詞：RobotStudio;雙機(jī)協(xié)同;離線仿真

中圖分類(lèi)號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）25-0014-05

Simulation Design of Two-machine Cooperative

Workstation Based on RobotStudio

LI Yilin

（Sichuan Technology & Business College，Chengdu Sichuan 611830）

Abstract： This paper introduced a virtual simulation scheme of two computer cooperative workstation， which was based on the RobotStudio software to build a multi-functional integration of robot handling and welding. First of all， 3D design of robot end fixture was carried out by using SolidWorks 3D modeling software， and spatial layout of dual computer collaborative virtual simulation platform was built based on RobotStudio simulation software; secondly， process flow of dual computer collaborative workstation was designed， dynamic Smart components and logic setting of workstation were completed; finally， offline programming and simulation optimization of workstation system were completed. The simulation results show that the virtual two machine cooperative workstation can realize the operation of carrying and welding， and the scheme can provide a feasible reference for the design of welding production line.

Keywords： RobotStudio;two computer collaboration;offline simulation

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用仿真是指通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件對(duì)實(shí)際的機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行模擬和檢測(cè)，其間可以在仿真軟件中進(jìn)行與實(shí)際一致的全部工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程與調(diào)試[1]。為提高編程效率，使編程者遠(yuǎn)離危險(xiǎn)的工作環(huán)境，改善編程環(huán)境，當(dāng)前可以采用機(jī)器人虛擬離線編程[2]。離線編程在實(shí)際機(jī)器人安裝前，通過(guò)可視化及可確認(rèn)的解決方案和布局來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)，并通過(guò)創(chuàng)建更加精確的路徑來(lái)獲得更高的部件質(zhì)量。

在傳統(tǒng)的工業(yè)機(jī)器人逐漸取代單調(diào)、重復(fù)性高、危險(xiǎn)性強(qiáng)的工作之時(shí)，協(xié)同作業(yè)的機(jī)器人也將會(huì)慢慢滲入各工業(yè)領(lǐng)域，其具有提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)穩(wěn)定性的作用。為此，本文分別選用ABB IRB 1410型機(jī)器人和ABB IRB 4600型機(jī)器人構(gòu)建了可以進(jìn)行搬運(yùn)、裝配、焊接的多功能一體的雙機(jī)器人協(xié)同仿真工作站。

1 搭建仿真平臺(tái)

工作站布局如圖1所示，工作站以一臺(tái)IRB1410型機(jī)器人和一臺(tái)IRB4600型機(jī)器人為核心。IRB1410型機(jī)器人末端配備手爪，用于搬運(yùn)和裝配零件。IRB4600型機(jī)器人末端配備焊槍設(shè)備，用于組合零件的焊接。焊接零件如圖2所示，焊接工藝參數(shù)如表1所示[3]。當(dāng)?shù)鬃慵竭_(dá)輸送鏈的末端時(shí)，面?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)發(fā)出信號(hào)反饋給IRB1410型機(jī)器人，夾取零件，將底座擺放在焊接臺(tái)上，機(jī)器人回到等待位置，緊接著焊接零件通過(guò)輸送鏈到達(dá)末端，面?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)并反饋信號(hào)給IRB1410型機(jī)器人，夾取焊接零件，將其放在底座零件上的固定位置。當(dāng)IRB1410型機(jī)器人回到等待位置時(shí)，IRB4600型機(jī)器人進(jìn)行焊接，焊接完成后回到等待位置。

另外，焊接工藝的技術(shù)要求為：焊前準(zhǔn)備，在坡口及坡口邊緣各25mm范圍內(nèi)，將油、污、銹、垢和氧化皮清除，直至呈現(xiàn)金屬光澤;焊縫表面無(wú)裂紋、氣孔及咬邊等缺陷為合格;焊縫余高[e1]≤1.5mm。

2 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)

虛擬仿真技術(shù)是目前機(jī)器人柔性制造研究的熱點(diǎn)，尤其在設(shè)計(jì)階段，最直觀的效果是利用專(zhuān)業(yè)軟件仿真實(shí)際的機(jī)器人制造、裝配等過(guò)程，以可視化的方式展示并改進(jìn)系統(tǒng)的性能[4]。

2.1 仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程

雙機(jī)器人仿真設(shè)計(jì)工作站流程如圖3所示。

2.2 Smart組件設(shè)計(jì)

2.2.1 用Smart組件創(chuàng)建動(dòng)態(tài)輸送鏈SC_InFeeder。Smart組件是RobotStudio的一種仿真功能，專(zhuān)門(mén)用于仿真模擬ABB型號(hào)機(jī)器人，因此在本研究中具有良好的應(yīng)用價(jià)值[5]。在RobotStudio中，Smart組件是實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)效果的高效工具。Smart組件輸送鏈的動(dòng)態(tài)效果包含：輸送鏈前端自動(dòng)生成復(fù)制品、復(fù)制品隨著輸送鏈向前運(yùn)動(dòng)、復(fù)制品到達(dá)輸送鏈末端后停止運(yùn)動(dòng)、復(fù)制品被移走后輸送鏈前端再次生成復(fù)制品，依次循環(huán)。

本文以底座零件為例，介紹如何創(chuàng)建屬性與連接以及創(chuàng)建信號(hào)與連接，如表2至表4所示。屬性連接就是指各Smart子組件的某項(xiàng)屬性之間的連接。I/O信號(hào)指的是在本工作站中自行創(chuàng)建的數(shù)字信號(hào)，用于與各個(gè)Smart子組件進(jìn)行信號(hào)交互。I/O連接指的是創(chuàng)建的I/O信號(hào)與Smart子組件信號(hào)的連接關(guān)系，以及各Smart子組件之間的信號(hào)連接關(guān)系。

2.2.2 用Smart組件創(chuàng)建動(dòng)態(tài)夾具SC_Gripper。夾具動(dòng)態(tài)效果包含三個(gè)方面，即在輸送鏈末端夾取復(fù)制品、在放置位置將其釋放、自動(dòng)置位復(fù)位真空反饋信號(hào)，如表5至表7所示。

2.3 工作站邏輯設(shè)定

2.3.1 機(jī)器人I/O信號(hào)。將Smart組件的輸入/輸出信號(hào)與機(jī)器人端的輸入/輸出信號(hào)作信號(hào)關(guān)聯(lián)，這就是工作站邏輯設(shè)定。Smart組件的輸出信號(hào)作為機(jī)器人端的輸入信號(hào)，機(jī)器人端的輸出信號(hào)作為Smart組件的輸入信號(hào)，這樣也可將Smart組件當(dāng)作一個(gè)與機(jī)器人進(jìn)行I/O通信的PLC。ABB IRB 1410型機(jī)器人I/O信號(hào)和ABB IRB 4600型機(jī)器人I/O信號(hào)分別如表8和表9所示。

2.3.2 設(shè)定工作站邏輯。在本任務(wù)中，創(chuàng)建I/O信號(hào)連接的過(guò)程中，需要注意的是，在選擇機(jī)器人信號(hào)時(shí)，選的是機(jī)器人系統(tǒng)，而不是默認(rèn)于列表首位的工作站，如表10所示。

3 系統(tǒng)編程與仿真

3.1 程序編制

ABB IRB 1410型機(jī)器人程序如下：

PROC main（）

Reset start1;

Reset do;

Reset start2;

Set start1;

WaitDI diBoxlnPos， 1;

MoveAbsJ [[0，0，0，0，90，0]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]＼NoEOffs， v1000， fine， tool0;

MoveJ p10， v1000， fine， tool0;

Set doGripper;

WaitDI diVacuumOK， 1;

MoveJ p20， v1000， fine， tool0;

MoveJ p30， v1000， fine， tool0;

Reset doGripper;

WaitDI diVacuumOK， 0;

MoveJ p20， v1000， fine， tool0;

MoveAbsJ [[0，0，0，0，90，0]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]＼NoEOffs， v1000， fine， tool0;

Set start2;

WaitDI diBoxlnPos1， 1;

MoveJ p40， v1000， fine， tool0;

Set doGripper;

WaitDI diVacuumOK， 1;

MoveJ p50， v1000， fine， tool0;

MoveJ Offs（p60，79.70，55.03，0）， v1000， fine， tool0;

Reset doGripper;

WaitDI diVacuumOK， 0;

MoveJ p50， v1000， fine， tool0;

MoveAbsJ [[0，0，0，0，90，0]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]＼NoEOffs， v1000， fine， tool0;

Set do;

ENDPROC

ENDMODULE

ABB IRB 4600型機(jī)器人程序如下：

PROC main（）

！Add your code here

WaitDI di， 1;

MoveAbsJ [[8.20053，-35.5002，35.5932，-7.38807，48.207，11.0297]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]＼NoEOffs， v1000， z50， tool0;

MoveJ p10， v1000， fine， tool0;

MoveC p20， p30， v1000， fine， tool0;

MoveC p40， p10， v1000， fine， tool0;

MoveAbsJ [[8.20053，-35.5002，35.5932，-7.38807，48.207，11.0297]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]＼NoEOffs， v1000， z50， tool0;

MoveJ p130， v1000， z50， tool0;

ENDPROC

ENDMODULE

3.2 仿真分析及優(yōu)化

工業(yè)機(jī)器人仿真因具備安全、快速、程序優(yōu)化方便等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域重要的研究方向之一[5-7]。本研究搭建了雙機(jī)協(xié)作仿真工作站，其主要包括Smart組件的運(yùn)用、I/O通信的設(shè)置、工作站邏輯設(shè)定以及機(jī)器人離線編程等內(nèi)容，經(jīng)檢驗(yàn)，該工作站能正常工作。在建立雙機(jī)器人協(xié)作工作站時(shí)，要重點(diǎn)突破兩點(diǎn)：Smart組件的應(yīng)用及工作站邏輯設(shè)定。同時(shí)，要注意在設(shè)置I/O信號(hào)時(shí)理清思路、關(guān)系一一對(duì)應(yīng)，理解各個(gè)信號(hào)存在的意義。在編輯程序時(shí)，要一步銜接一步、層層遞進(jìn)，提升程序的可理解性和易修改性。

4 結(jié)論

工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)代制造行業(yè)中應(yīng)用廣泛，在RobotStudio中離線編程、操作仿真，能夠有效地輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行機(jī)器人虛擬示教、機(jī)器人工作站布局、機(jī)器人工作姿態(tài)優(yōu)化。但雙機(jī)器人協(xié)作，載重能力和剛性更優(yōu)，適應(yīng)性更強(qiáng)，效率更高。本文在仿真軟件中進(jìn)行與實(shí)際一致的全部工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程與調(diào)試，并通過(guò)離線編程創(chuàng)建更加精確的路徑來(lái)獲得更高的部件質(zhì)量。

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