基于RobotStudio的工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線仿真的研究*

蔣慶磊，聶永濤，郇新

基于RobotStudio的工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線仿真的研究*

蔣慶磊，聶永濤，郇新

（濰坊工程職業(yè)學(xué)院山工機(jī)電工程學(xué)院，山東 青州 262500）

文章闡述了基于RobotStudio軟件運(yùn)用Smart組件實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線仿真研究，主要用Smart組件創(chuàng)建動(dòng)態(tài)輸送鏈、動(dòng)態(tài)夾具，設(shè)定工作站邏輯等項(xiàng)目。關(guān)鍵技術(shù)是Smart組件的應(yīng)用。在RobotStudio中創(chuàng)建碼垛工作站進(jìn)行仿真，利用Smart組件實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果。案例應(yīng)用調(diào)試結(jié)果說明，基于RobotStudio仿真工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線可以獲取高效、直觀的結(jié)果。

RobotStudio；工業(yè)機(jī)器人；自動(dòng)化生產(chǎn)線；仿真

引言

RobotStudio是為ABB工業(yè)機(jī)器人配套開發(fā)的軟件，并應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場工業(yè)機(jī)器人軟件調(diào)試編程，所以，基于RobotStudio軟件能夠十分形象的模擬工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)工作過程，設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人程序代碼和運(yùn)行文件，都可以移植到工業(yè)現(xiàn)場。根據(jù)可查詢到的文獻(xiàn)資料，都有RobotStudio軟件設(shè)計(jì)虛擬工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線的方案，而基于RobotStudio軟件具體進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)線仿真的技術(shù)要求不是很清晰。在工業(yè)現(xiàn)場生產(chǎn)線中，工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)作業(yè)周期和任務(wù)要求等指標(biāo)，是設(shè)計(jì)自動(dòng)化生產(chǎn)線仿真環(huán)節(jié)必須考慮到的。

本文以ABB工業(yè)機(jī)器人的IRB460_110_240_01型號(hào)為例，介紹利用RobotStudio軟件的Smart組件操作和指令進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線仿真優(yōu)化。仿真結(jié)果說明，基于RobotStudio的工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線仿真，提高了編程設(shè)計(jì)效率，可以滿足自動(dòng)線重組設(shè)計(jì)要求。

1 RobotStudio軟件簡述

RobotStudio軟件是重要的工業(yè)機(jī)器人離線編程軟件，與ABB品牌工業(yè)機(jī)器人配套使用?；谠撥浖軌虼罱üI(yè)機(jī)器人及其工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的模型，借助各種編程方式實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的工作路徑控制及操作，優(yōu)化現(xiàn)有的機(jī)器人程序，即在離線環(huán)境下完成軌跡設(shè)計(jì)。利用編程手段能夠十分形象的模擬生產(chǎn)線工作過程，實(shí)現(xiàn)三維多角度仿真，十分方便的檢查程序正誤，確認(rèn)機(jī)器人能否達(dá)到目標(biāo)位置，把生成的控制代碼上傳到工業(yè)機(jī)器人控制柜，進(jìn)而控制工業(yè)機(jī)器人進(jìn)給，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)任務(wù)。設(shè)計(jì)人員借助RobotStudio軟件，減少了工業(yè)現(xiàn)場操作人員設(shè)計(jì)編程工作量，提高了項(xiàng)目運(yùn)作效率，計(jì)算工作周期，節(jié)約了生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

RobotStudio軟件具有以下優(yōu)勢：導(dǎo)入CAD模型、生成自動(dòng)路徑、程序編輯器、優(yōu)化路徑、自動(dòng)分析伸展能力、防碰撞檢測、在線仿真作業(yè)。RobotStudio軟件的用戶界面包含功能選項(xiàng)卡、布局瀏覽器、路徑和目標(biāo)點(diǎn)瀏覽器等，其中功能選項(xiàng)卡用的最頻繁，包含文件選項(xiàng)卡、基本選項(xiàng)卡、建模選項(xiàng)卡、仿真選項(xiàng)卡等。利用Smart組件強(qiáng)大功能，動(dòng)態(tài)仿真工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線運(yùn)行過程。

2 工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線仿真

在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，工業(yè)機(jī)器人已成為智能制造產(chǎn)業(yè)中十分重要的生產(chǎn)工藝，而工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的核心之一是工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線重組，可以進(jìn)一步提升工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用水平、生產(chǎn)能力。目前國內(nèi)為適應(yīng)“中國制造2025”、新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換重大工程發(fā)展需求，對(duì)智能制造人才的要求越來越高，那么工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線可以降低生產(chǎn)成本、提高工作效率、提升質(zhì)量水平，受到了社會(huì)廣泛關(guān)注。因此，對(duì)工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線仿真展開研究具有十分重要的意義。

工業(yè)產(chǎn)品自動(dòng)化的市場競爭越來越激烈，用戶對(duì)生產(chǎn)效率的要求越來越高，追求低成本高品質(zhì)。當(dāng)前在新產(chǎn)品生產(chǎn)之前，需要對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行編程與調(diào)試花費(fèi)時(shí)間太長不可取，所以采用工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線仿真，提高生產(chǎn)效率，僅需要對(duì)修改部分進(jìn)行設(shè)計(jì)編程。RobotStudio軟件是基于ABB工業(yè)機(jī)器人VirtualController開發(fā)的，開發(fā)者能夠在電腦中很容易地模擬工業(yè)現(xiàn)場自動(dòng)線工作過程，讓用戶充分了解設(shè)計(jì)和管理生產(chǎn)全過程的狀況。借助RobotStudio軟件能夠提升工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線設(shè)計(jì)編程的正確性和效率，節(jié)約停機(jī)檢修時(shí)間，滿足工業(yè)機(jī)器人不同生產(chǎn)任務(wù)需求，具有一定的故障排查、安全生產(chǎn)教育、風(fēng)險(xiǎn)管理等作用。

3 利用Smart組件實(shí)現(xiàn)碼垛工作站仿真

3.1 用Smart組件創(chuàng)建動(dòng)態(tài)輸送鏈

在RobotStudio中創(chuàng)建碼垛工作站仿真，輸送鏈的效果對(duì)整個(gè)工作站起到一個(gè)關(guān)鍵的作用。在工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線中，輸送鏈前端自動(dòng)生成產(chǎn)品、產(chǎn)品隨著輸送鏈向前運(yùn)動(dòng)、產(chǎn)品到達(dá)輸送鏈末端后停止前進(jìn)、產(chǎn)品被移走后輸送鏈前端再次生成產(chǎn)品，周而復(fù)始，循環(huán)運(yùn)行。設(shè)定輸送鏈的產(chǎn)品源屬性設(shè)置效果如圖1所示。設(shè)定輸送鏈的運(yùn)動(dòng)屬性設(shè)置效果如圖2所示。設(shè)定輸送鏈限位傳感器屬性設(shè)置效果如圖3所示。創(chuàng)建屬性與連結(jié)仿真效果如圖4所示。創(chuàng)建信號(hào)與連接仿真效果如圖5所示。碼垛工作站的動(dòng)態(tài)輸送鏈仿真運(yùn)行如圖6所示。

圖1 Source設(shè)置

圖2 LinearMover設(shè)置

圖3 PlaneSensor設(shè)置

圖4 屬性與連結(jié)設(shè)定效果

圖5 信號(hào)和連接設(shè)定效果

圖6 動(dòng)態(tài)輸送鏈仿真運(yùn)行效果

3.2 用Smart組件創(chuàng)建動(dòng)態(tài)夾具

在RobotStudio中創(chuàng)建碼垛工作站仿真，夾具的動(dòng)態(tài)效果也是十分重要的。在輸送鏈末端拾取產(chǎn)品、在放置位置釋放產(chǎn)品、自動(dòng)置位復(fù)位真空反饋信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)夾具的動(dòng)態(tài)效果。本案例中借助海綿式真空吸盤進(jìn)行產(chǎn)品的拾取和釋放，利用Smart組件創(chuàng)建夾具。夾具屬性設(shè)定效果如圖7所示。檢測傳感器設(shè)定效果如圖8所示。拾取放置動(dòng)作設(shè)定效果如圖9(a)、(b)所示。屬性與連結(jié)創(chuàng)建效果如圖10所示。信號(hào)與連接創(chuàng)建效果如圖11所示。夾具動(dòng)態(tài)模擬運(yùn)行效果如圖12(a)、(b)所示。

圖7 tGripper設(shè)定

圖8 LineSensor設(shè)置

圖9 (a)Attacher設(shè)置

圖9 (b)Detacher設(shè)置

圖10 屬性與連結(jié)設(shè)定效果

圖11 信號(hào)和連接設(shè)定效果

圖12 (a)夾具動(dòng)態(tài)模擬產(chǎn)品拾取效果

圖12 (b)夾具動(dòng)態(tài)模擬產(chǎn)品釋放效果

3.3 碼垛工作站仿真

按照上述步驟，設(shè)定好機(jī)器人程序以及I/O信號(hào)，再進(jìn)行Smart組件與機(jī)器人端的信號(hào)通信，即設(shè)定碼垛工作站邏輯，將Smart組件的I/O信號(hào)與機(jī)器人端的I/0信號(hào)進(jìn)行信號(hào)關(guān)聯(lián)。MainMoudle程序模塊內(nèi)容如圖13所示。Smart夾具的反饋信號(hào)與機(jī)器人端的反饋信號(hào)相關(guān)聯(lián)，設(shè)定效果如圖14所示。輸送鏈前端產(chǎn)生復(fù)制產(chǎn)品，并沿著輸送鏈運(yùn)動(dòng)；復(fù)制品到達(dá)輸送鏈末端后，機(jī)器人接收到產(chǎn)品到位信號(hào)，則機(jī)器人將其拾起來并放置到托盤的指定位置；依次循環(huán)，直到碼垛到10個(gè)產(chǎn)品后，機(jī)器人復(fù)位，即整體仿真效果，如圖15(a)、(b)所示。

圖13 MainMoudle程序模塊內(nèi)容

圖14 工作站邏輯設(shè)定

圖15 (a)整體運(yùn)行仿真開始效果

圖15 (b)整體運(yùn)行仿真效果

4 結(jié)論

通過生產(chǎn)線仿真運(yùn)行，了解到RobotStudio在工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線仿真的應(yīng)用，以及督促現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)實(shí)際技術(shù)革新與改造。設(shè)計(jì)的仿真程序能夠下載到工業(yè)機(jī)器人上運(yùn)行，與傳統(tǒng)的編程方法相比較，發(fā)展了生產(chǎn)力，提升了工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

[1] 衡偉.基于RobotStudio的螺旋槳轉(zhuǎn)軸自動(dòng)焊接設(shè)計(jì)[J].山東工業(yè)技術(shù),2019(4):6-11.

[2] 程福.應(yīng)用RobotStudio軟件分析工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)性能[J].機(jī)械工程與自動(dòng)化,2019(2):26-27.

Research on the Simulation of Industrial Robot Automatic Production Line Based on RobotStudio*

Jiang Qinglei, Nie Yongtao, Huan Xin

( SEM School of Electromechanical Engineering, Weifang Engineering Vocational College, Shandong Qingzhou 262500 )

This paper describes research on the simulation of industrial robot automatic production line using Smart components based on RobotStudio software, mainly creating dynamic transport chain, dynamic fixture and setting the logic of workstation with Smart components. The key technology is the application of Smart components. Creating stacking workstation for simulation in RobotStudio, and using Smart component to achieve animation effect. The debugging results of the case application show that the simulation of industrial robot automatic production line can get efficient and intuitive results based on RobotStudio.

RobotStudio; Industrial robot; Automatic production line; The simulation

TP242.2

A

1671-7988(2019)18-177-04

TP242.2

A

1671-7988(2019)18-177-04

蔣慶磊（1986-），男，山工機(jī)電工程學(xué)院團(tuán)總支書記、講師，就職于濰坊工程職業(yè)學(xué)院，從事機(jī)電一體化技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、精密檢測與質(zhì)量控制技術(shù)研究工作。

本論文是2018年度山東省高等學(xué)?？蒲杏?jì)劃項(xiàng)目（一般項(xiàng)目）A類項(xiàng)目的階段性研究成果，項(xiàng)目編號(hào)：J18KA060。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.18.059