周立求 趙永豪 安娟 牟海榮

摘要：以工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)生產(chǎn)線為研究對象， 提出了用RobotStudio軟件中的Smart組件功能對搬運(yùn)工作站進(jìn)行仿真的設(shè)計方案。創(chuàng)建了動態(tài)輸送鏈、動態(tài)夾具的Smart組件，實現(xiàn)了一臺ABB機(jī)器人搬運(yùn)生產(chǎn)線的仿真設(shè)計，獲得了較好的動畫效果。對仿真中的各種處理措施和生產(chǎn)實際中采取的措施進(jìn)行了對比分析，從而幫助從事相關(guān)工作的技術(shù)人員更快地掌握工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)和實際生產(chǎn)線設(shè)計工作。

關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人;RobotStudio;Smart組件;仿真

中圖分類號：TP165? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）13-0261-03

Abstract： Analysis compares and contrasts the computer simulation of ABB RobotStudio software with the ABB carrying robot in real working environment. This computer simulation is built with Smart Component which comes from RobotStudio software. An excellent animation reflects each step and motion of the ABB carrying robot on assembly line. The objective of this analysis is to help technicians in this field to study and work on ABB carrying robot quickly and easily.

Key words： Industrial Robot;RobotStudio; Smart Components; Simulation

1前言

工業(yè)機(jī)器人計算機(jī)仿真是為適應(yīng)制造業(yè)的智能化、數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展要求[1]，通過機(jī)器人技術(shù)與計算機(jī)技術(shù)結(jié)合，在工業(yè)機(jī)器人投入到產(chǎn)品制造與生產(chǎn)線使用之前模擬出實物，從而合理配置生產(chǎn)線，提高工作效率[2]。

ABB公司的RobotStudio是最優(yōu)秀的工業(yè)機(jī)器人仿真軟件之一。建模時，RobotStudio可導(dǎo)入各種主流CAD格式的數(shù)據(jù)，有效地完善了RobotStudio的造型功能[3]，從而方便地建立與生產(chǎn)線一致的模型。設(shè)計的機(jī)器人程序無需任何轉(zhuǎn)換便可通過在線功能直接下載到實際機(jī)器人系統(tǒng)運(yùn)行。邱雪松等[4]建立了沖壓生產(chǎn)線的虛擬樣機(jī)模型。陸葉[5]分析了機(jī)床上下料工作站。而目前生產(chǎn)線大多是多機(jī)器人自動線[6]。徐光[7]通過對比MATLAB與RobotStudio軟件中機(jī)器人模型，對角矢量差進(jìn)行修正，方春林[8]實現(xiàn)了一個機(jī)器人開發(fā)平臺的可視化開發(fā)環(huán)境。王功亮等研究了RobotStudio在輸送鏈跟蹤中的實際應(yīng)用，提出了機(jī)器人啟動窗口寬度和產(chǎn)品輸送鏈速度對產(chǎn)品拾取率的影響分析[9]。郝建豹等研究了設(shè)計適應(yīng)箱柜等狹窄空間工作的機(jī)器人的可行性[10]。這些方法都較為復(fù)雜，難以做到虛擬與現(xiàn)實的無縫銜接。

本文對仿真中的各種處理措施和生產(chǎn)實際中采取的措施進(jìn)行對比分析，從而幫助從事相關(guān)工作的技術(shù)人員更快地掌握工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)和實際生產(chǎn)線設(shè)計工作。

2 搬運(yùn)機(jī)器人工作站的建模與布局

本項目選用ABB公司的IRB4600機(jī)器人，主要用于機(jī)床上下料、產(chǎn)品的搬運(yùn)、組裝等作業(yè)。

建模時，先建一個空工作站，再從ABB模型庫導(dǎo)入機(jī)器人本體，依次從模型庫導(dǎo)入吸盤、左右垛板、輸送鏈。從幾何體中導(dǎo)入產(chǎn)品模型，工作站模型布局如圖1所示。在完成了布局后，要建立機(jī)器人系統(tǒng)，建立虛擬的控制器來完成相關(guān)的仿真操作。

所建工作站模型與實際工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)情況對應(yīng)。其工作過程是： 當(dāng)輸送鏈將產(chǎn)品移送到末端，傳感器開始檢測到產(chǎn)品;觸發(fā)信號使機(jī)器人帶抓取工具（吸盤）運(yùn)動到抓取位置;工具抓取產(chǎn)品后，把產(chǎn)品放到垛板上。當(dāng)產(chǎn)品被搬離輸送鏈，又會生成新的產(chǎn)品向輸送鏈末端運(yùn)行。

3 Smart 組件的設(shè)計

用RobotStudio軟件自帶的Smart組件，能實現(xiàn)產(chǎn)品在輸送鏈上運(yùn)動、機(jī)器人工具抓取產(chǎn)品、機(jī)器人搬運(yùn)產(chǎn)品到垛板等動作。用Smart組件仿真的動畫效果好，仿真質(zhì)量高。

3.1用Smart 組件構(gòu)建動態(tài)輸送鏈SC_InFeeder

動態(tài)輸送鏈SC_InFeeder由五個子組件構(gòu)成。Source的作用是創(chuàng)建一個圖形組件（產(chǎn)品）的拷貝，LinearMover的作用是使對象（產(chǎn)品）沿著一條直線移動，Queue表示對象（產(chǎn)品）是一個隊列（即不是唯一的），PlaneSensor監(jiān)測對象（產(chǎn)品）是否與末端平面相交。SinulatlonEvents是仿真開始和停止時發(fā)出的脈沖信號（用于對傳感器置位和復(fù)位），增加一個LogicSRLatch鎖定信號（因為SinulatlonEvents是脈沖信號）。用LogicGate[NOT]進(jìn)行數(shù)字信號的非邏輯運(yùn)算，利用PlaneSensor的下降沿使Source產(chǎn)生新的拷貝。

將動態(tài)輸送鏈SC_InFeeder各子組件建立屬性連結(jié)，設(shè)計邏輯如圖2 所示。diStart和doBoxInPos與各子組件信號，需要創(chuàng)建連接關(guān)系，如表1所示。

3.2 用Smart 組件構(gòu)建動態(tài)夾具SC_Tool

動態(tài)夾具SC_Tool的Smart組件由Attacher、Detacher、LineSensor、LogicGate[NOT]和LogicSRLatch鎖定信號五個子對象組件構(gòu)成。Attacher是安裝一個對象（抓取產(chǎn)品），Detacher拆除一個對象（釋放產(chǎn)品），LineSensor是檢測夾具是否抓取產(chǎn)品。LineSensor檢測到的產(chǎn)品作為Attacher安裝和Detacher拆除的子對象，這樣就解決了安裝和拆除的對象不是唯一的問題。拆除的操作要用到LineSensor的下降沿，所以將LogicGate 屬性中的Operator設(shè)為NOT。LineSensor的上升沿和下降沿都是脈沖信號，這里也要用到LogicSRLatch鎖定信號，如圖3。

動態(tài)夾具SC_Tool的I/O連接關(guān)系如表2所示。Attacher信號使LogicSRLatch鎖定信號置位，Detacher使LogicSRLatch鎖定信號復(fù)位。LogicSRLatch用于啟動工具的真空吸盤。

4工作站I/O 信號設(shè)計和仿真動畫

工作站系統(tǒng)中的I/O信號和兩個動態(tài)組件的I/O信號之間的設(shè)計邏輯如圖4 所示。

機(jī)器人系統(tǒng)的dotGripper抓取輸出信號用來啟動工具系統(tǒng)的Grip抓取信號，機(jī)器人系統(tǒng)的輸出信號doStartCNV用來啟動輸送鏈系統(tǒng)的StartCNV信號。工具系統(tǒng)的抓取檢測信號VacuumOK去控制機(jī)器人系統(tǒng)的diVacuumOK真空檢測輸入信號，輸送鏈系統(tǒng)的BoxInPos產(chǎn)品到位輸出信號去控制機(jī)器人的diBoxInPos產(chǎn)品到位輸入信號。工作站系統(tǒng)I/O信號見表3。

根據(jù)以上設(shè)計， 實現(xiàn)的搬運(yùn)工作站仿真動畫截圖如圖5所示。

5仿真信號處理方式與生產(chǎn)實際中的應(yīng)用方式對比分析

用RobotStudio中的Smart組件對工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真，動畫效果流暢、逼真。但畢竟仿真不是生產(chǎn)中使用的實際設(shè)備，產(chǎn)生的動作和信號都不相同，現(xiàn)對仿真中動作和信號的處理方式與生產(chǎn)實際中應(yīng)用的方式進(jìn)行對比分析。

生產(chǎn)實際中，輸送鏈?zhǔn)峭ㄟ^電機(jī)拖動的，仿真中則是用子組件LinearMover。產(chǎn)品到達(dá)輸送鏈末端需要停下來，生產(chǎn)實際中是通過感應(yīng)式或光電式傳感器檢測產(chǎn)品是否到位，這個傳感器是不能被輸送鏈感應(yīng)或遮擋的。仿真中也要用到面?zhèn)鞲衅鱽頇z測產(chǎn)品是否到位，只要將輸送鏈設(shè)置為不被傳感器檢測就行。在工具的使用方面，生產(chǎn)實際中是通過氣動夾?。ㄋ砷_）或吸附（釋放）產(chǎn)品，仿真中則是用Attacher安裝和Detacher拆除子組件的方式實現(xiàn)。和生產(chǎn)實際中類似，用線傳感器LineSensor檢測到的產(chǎn)品作為Attacher安裝和Detacher拆除的子對象，解決了安裝和拆除的是不同對象（產(chǎn)品）的問題。

生產(chǎn)實際中，傳感器不存在擔(dān)心檢測的是同一產(chǎn)品的問題。仿真中也可以做到，但要注意屬性設(shè)置：隊列中，因復(fù)制品不是唯一的，所以Back屬性不能設(shè)置;輸送鏈中的面?zhèn)鞲衅?，因為監(jiān)測的部件不是唯一的，屬性SensedPart不能設(shè)置;工具中，線傳感器檢測的部件不是唯一的，屬性SensedPart也不能設(shè)置。

6結(jié)束語

用Smart組件對工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)過程進(jìn)行仿真設(shè)計，可以產(chǎn)生非常好的仿真動畫效果。本文使用Smart組件，通過I/O控制的方式，對使用最廣泛的搬運(yùn)機(jī)器人，包括產(chǎn)品在輸送鏈上的運(yùn)動、工具的動作和機(jī)器人的搬運(yùn)動作進(jìn)行仿真，并對仿真中為產(chǎn)生與實際應(yīng)用相同效果而采取的各種處理措施和實際生產(chǎn)中采取的處理措施進(jìn)行了對比分析，從而可幫助從事仿真和設(shè)計實際生產(chǎn)線的技術(shù)人員更快地掌握工業(yè)機(jī)器人仿真技術(shù)和實際生產(chǎn)線設(shè)計工作。

參考文獻(xiàn)：

[1] 郝建豹，許煥彬，林炯南.基于RobotStudio的多機(jī)器人柔性制造生產(chǎn)線虛擬仿真設(shè)計[J].機(jī)床與液壓，2018，46（11）：54-57，81.

[2] 郝翠霞，葉暉.基于Smart組件的工業(yè)機(jī)器人碼垛仿真設(shè)計[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2018，37（8）：63-66.

[3] 孫立新，高菲菲，王傳龍，等.基于RobotStudio的機(jī)器人分揀工作站仿真設(shè)計[J].機(jī)床與液壓，2019，47（21）：29-33.

[4] 邱雪松，肖超，譚候金，等.大型機(jī)器人沖壓生產(chǎn)線多軟件聯(lián)合仿真[J].中國機(jī)械工程，2016，27（6）：772-777.

[5] 陸葉.基于RobotStudio的機(jī)器人柔性制造生產(chǎn)線的仿真設(shè)計[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2016（6）：157-160.

[6] 程智勇，李曉娟，陳華龍，等.基于FANUC0iTD和GSK工業(yè)機(jī)器人柔性制造單元的設(shè)計[J].機(jī)床與液壓，2014，42（21）：97-100.

[7] 徐光.水槽自動化拋光系統(tǒng)及機(jī)器人路徑規(guī)劃研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2016.

[8] 方春林.機(jī)器人模塊可視化組裝開發(fā)環(huán)境的設(shè)計與實現(xiàn)[D].廣州：華南理工大學(xué)，2017.

[9] 王功亮，王好臣，李振雨，等.基于RobotStudio的工業(yè)機(jī)器人輸送鏈跟蹤仿真[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2019（11）：231-234.

[10] 郝建豹，宋春華.基于MATLAB和RobotStudio的6-DOF機(jī)器人運(yùn)動學(xué)分析與仿真[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2018（2）：238-241.

【通聯(lián)編輯：梁書】