基于RobotStudio仿真軟件的ABB工業(yè)機(jī)器人去毛刺打磨工作站的設(shè)計(jì)

摘要：通過RobotStudio軟件對(duì)ABB工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)去毛刺打磨工作站仿真，在仿真工作站中，建立ABB工業(yè)機(jī)器人的工件坐標(biāo)，設(shè)置機(jī)器人工具，創(chuàng)建Smart組件，創(chuàng)建工具坐標(biāo)系，創(chuàng)建軌跡、編程，進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的驗(yàn)證。該仿真為亞龍YL-1360A型工業(yè)機(jī)器人去毛刺系統(tǒng)控制和應(yīng)用裝備打磨運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)提供了重要的參考依據(jù)，能夠進(jìn)一步提高現(xiàn)場工作效率。

關(guān)鍵詞：RobotStudio;ABB工業(yè)機(jī)器人;去毛刺打磨

中圖分類號(hào)：TP242.2;TP391.9? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）01-0067-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.01.018

0? ? 引言

RobotStudio作為一款A(yù)BB機(jī)器人官方離線編程軟件，不僅具有強(qiáng)大的模擬仿真、離線編程功能，還具有自動(dòng)生成路徑功能、仿真監(jiān)控碰撞功能，能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)場景機(jī)器人的模擬仿真，從而及時(shí)對(duì)機(jī)器人已有程序進(jìn)行優(yōu)化?，F(xiàn)場示教編程會(huì)影響現(xiàn)場正常的生產(chǎn)活動(dòng)，而RobotStudio軟件離線編程的應(yīng)用能夠減少現(xiàn)場示教編程時(shí)間[1]。

去毛刺打磨作為機(jī)械加工的一項(xiàng)傳統(tǒng)工藝，應(yīng)用范圍極廣。但長期以來，在人工去毛刺打磨過程中，工人之間在操作方面存在差異，人工操作重復(fù)性不高，去毛刺效果不穩(wěn)定，導(dǎo)致產(chǎn)品成品的表面質(zhì)量和使用壽命受到嚴(yán)重影響[2];且工作環(huán)境中有大量粉塵飄散，條件惡劣，嚴(yán)重危害勞動(dòng)者的身心健康。隨著“中國制造2025”的提出，智能制造生產(chǎn)成為未來制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要發(fā)展方向[3]，重復(fù)性的批量加工作業(yè)采用工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)線，不但可以極大地提高生產(chǎn)效率，還可以大幅提高產(chǎn)品的良品率和生產(chǎn)穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)機(jī)器人打磨程序前，如果已知被打磨工件的形狀、尺寸及打磨量，則可根據(jù)現(xiàn)有條件在RobotStudio軟件上編寫出機(jī)器人離線程序，從而提高現(xiàn)場編程工作效率。

1? ? 設(shè)計(jì)任務(wù)描述

本任務(wù)為在ABB機(jī)器人仿真軟件RobotStudio中新建一個(gè)仿真工作站，相對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)中的實(shí)訓(xùn)設(shè)備為亞龍YL-

1360A型工業(yè)機(jī)器人去毛刺打磨系統(tǒng)控制和應(yīng)用裝備，仿真工作站的工業(yè)機(jī)器人選型與法蘭盤安裝的打磨頭參考亞龍YL-1360A型工業(yè)機(jī)器人去毛刺打磨系統(tǒng)控制和應(yīng)用裝備，工件自定義。該ABB工業(yè)機(jī)器人去毛刺打磨工作站仿真實(shí)訓(xùn)過程包括：創(chuàng)建工作站，設(shè)置工具，Smart組件創(chuàng)建，創(chuàng)建工具坐標(biāo)系，創(chuàng)建軌跡、編程，仿真設(shè)計(jì)、驗(yàn)證。

2? ? 任務(wù)實(shí)施

2.1? ? 創(chuàng)建工作站

導(dǎo)入機(jī)器人：首先在RobotStudio軟件中新建一個(gè)仿真工作站，工作站名字為自命名，再導(dǎo)入相應(yīng)的工業(yè)機(jī)器人IRB1410，機(jī)器人位置默認(rèn)不變。創(chuàng)建機(jī)器人系統(tǒng)，修改系統(tǒng)選項(xiàng)，勾選上709-1 DeviceNet Master/Slave后，語言選擇中文，其余選項(xiàng)默認(rèn)不變即可，接著點(diǎn)擊確認(rèn)創(chuàng)建機(jī)器人系統(tǒng)。待機(jī)器人系統(tǒng)創(chuàng)建完成后，隱藏工業(yè)機(jī)器人IRB1410，以方便后面工作站操作。

導(dǎo)入工件：此處工件為自定義，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際選擇相應(yīng)的工件。本文采用RobotStudio軟件里原有工件Curve_thing，將其導(dǎo)入工作站后，根據(jù)機(jī)器人的可達(dá)范圍，將工件放置在機(jī)器人可達(dá)范圍內(nèi)合適的位置即可，如圖1所示。

導(dǎo)入打磨轉(zhuǎn)頭工具：首先在SolidWorks三維軟件中新建好打磨轉(zhuǎn)頭工具組件——轉(zhuǎn)頭—副本（2）與轉(zhuǎn)頭—副本，其中轉(zhuǎn)頭—副本（2）為可旋轉(zhuǎn)打磨轉(zhuǎn)頭，轉(zhuǎn)頭—副本為工具本體，為打磨轉(zhuǎn)頭機(jī)架，并安裝到機(jī)器人法蘭盤上，如圖2所示。

2.2? ? 設(shè)置工具

先將可旋轉(zhuǎn)打磨轉(zhuǎn)頭與工具本體一起以A點(diǎn)為基準(zhǔn)移動(dòng)到本地原點(diǎn)，并調(diào)整好初始工具角度，令打磨轉(zhuǎn)頭與大地坐標(biāo)系x軸平行，如圖3所示。設(shè)定工具本體此時(shí)的本地原點(diǎn)，位置x、y、z改為0、0、0，方向x、y、z改為0、0、0。

在工具本體的B點(diǎn)位置新建一個(gè)框架，命名為“框架1”，并調(diào)整框架1的方向，令z軸垂直于B點(diǎn)平面，具體方向如圖4所示。

2.3? ? Smart組件創(chuàng)建

調(diào)用Rotator組件：該組件作用為讓可旋轉(zhuǎn)打磨轉(zhuǎn)頭能夠在仿真時(shí)旋轉(zhuǎn)，模擬打磨真實(shí)場景。在Rotator組件的參數(shù)中，設(shè)置參考Reference為Object，參考對(duì)象Reference

Object為框架1，Object為轉(zhuǎn)頭—副本（2）可旋轉(zhuǎn)打磨轉(zhuǎn)頭，轉(zhuǎn)速Speed為120 mm/s（打磨頭轉(zhuǎn)速會(huì)影響打磨成品品質(zhì)），參考中心軸為z軸（以框架1為基準(zhǔn)，centerpoint中心點(diǎn)的x、y、z設(shè)置為0、0、0，Axis設(shè)置x、y、z為0、0、1 000 mm）。

調(diào)用Attach組件：該組件作用為讓可旋轉(zhuǎn)打磨轉(zhuǎn)頭能夠與工具本體連為一體，當(dāng)工具本體安裝在法蘭盤時(shí)，可以一同跟隨著法蘭盤運(yùn)動(dòng)。在Attach組件的參數(shù)中，設(shè)置子對(duì)象為轉(zhuǎn)頭—副本（2）可旋轉(zhuǎn)打磨轉(zhuǎn)頭，父對(duì)象為轉(zhuǎn)頭—副本工具本體，偏移量offset與orientation根據(jù)B點(diǎn)相對(duì)于原點(diǎn)的偏移量而設(shè)定，可用RobotStudio軟件中的測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量后進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。

驗(yàn)證：將轉(zhuǎn)頭—副本工具本體安裝到機(jī)器人法蘭盤上，再點(diǎn)擊Attach組件中的執(zhí)行Execute，即可觀察此時(shí)可旋轉(zhuǎn)打磨轉(zhuǎn)頭的位置是否正確，有偏差時(shí)及時(shí)調(diào)整位置，如圖5所示。

2.4? ? 創(chuàng)建工具坐標(biāo)系

在轉(zhuǎn)頭中心處采用六點(diǎn)法在機(jī)器人示教器上創(chuàng)建工具坐標(biāo)系Tooldata_1。在基礎(chǔ)選項(xiàng)中更改工具坐標(biāo)系為Tooldata_1，此時(shí)點(diǎn)擊機(jī)器人手動(dòng)線性，可以隨意拖動(dòng)機(jī)器人線性移動(dòng)。

2.5? ? 創(chuàng)建軌跡、編程

確定軌跡：根據(jù)工作任務(wù)要求，在工件周邊設(shè)計(jì)好打磨軌跡，確定打磨軌跡所需的軌跡點(diǎn)、過渡點(diǎn)，打磨的動(dòng)作過程如圖6所示。

設(shè)置I/O、編程：亞龍YL-1360A型工業(yè)機(jī)器人去毛刺打磨系統(tǒng)控制和應(yīng)用裝備采用DSQC652的I/O通信板，地址為10，Do1為數(shù)字量輸出信號(hào)，地址為1。先設(shè)置I/O板，再設(shè)置I/O數(shù)字輸出信號(hào)Di1后，在仿真示教器上編程，程序如下：

PROC main（）

Set Do1;置位Do1信號(hào)，讓外部打磨轉(zhuǎn)頭開始旋轉(zhuǎn)動(dòng)作

WaitTime 1;機(jī)器人待在原地不動(dòng)作，等待1 s，讓打磨轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)到指定轉(zhuǎn)速，過渡

MoveAbsj jpos10＼NoEOffs， v1000， z50， Tooldata_1;機(jī)器人移動(dòng)到p10點(diǎn)上方初始點(diǎn)jpos10，jpos10點(diǎn)作為機(jī)器人動(dòng)作的開始點(diǎn)、結(jié)束點(diǎn)

MoveL p10， v1000， z50， Tooldata_1;直線打磨移動(dòng)到p10點(diǎn)

MoveL p20， v1000， z50， Tooldata_1;直線打磨移動(dòng)到p20點(diǎn)

MoveL p30， v1000， z50， Tooldata_1;直線打磨移動(dòng)到p30點(diǎn)

MoveL p40， v1000， z50， Tooldata_1;直線打磨移動(dòng)到p40點(diǎn)

MoveL p10， v1000， z50， Tooldata_1;直線打磨移動(dòng)到p10點(diǎn)

MoveAbsj jpos10＼NoEOffs， v1000， z50， Tooldata_1;機(jī)器人移動(dòng)到p10點(diǎn)上方初始點(diǎn)jpos10

WaitTime 1;等待1 s，過渡

Reset Do1;復(fù)位Do1信號(hào)，讓轉(zhuǎn)頭停止旋轉(zhuǎn)

ENDPROC

2.6? ? 仿真設(shè)計(jì)、驗(yàn)證

仿真設(shè)計(jì)：創(chuàng)建一個(gè)Smart組件輸入Di1信號(hào)，用Di1信號(hào)模擬外部打磨啟動(dòng)信號(hào)，來執(zhí)行Smart組件的Rotator組件、Attach組件，達(dá)到打磨轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)打磨的視覺效果。再在工作站邏輯設(shè)計(jì)里面，將Smart組件輸入Di1信號(hào)與機(jī)器人Do1信號(hào)關(guān)聯(lián)起來，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人信號(hào)Do1能夠控制Smart組件輸入Di1信號(hào)，從而控制打磨轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的啟動(dòng)和停止。

驗(yàn)證：在示教器的程序中先設(shè)置pp指令移至Main后，再設(shè)置機(jī)器人啟動(dòng)方式為自動(dòng)。在RobotStudio軟件的仿真中點(diǎn)擊播放，驗(yàn)證軌跡是否與設(shè)想的一致，針對(duì)仿真存在的問題，及時(shí)優(yōu)化路徑。

3? ? 總結(jié)及展望

本設(shè)計(jì)是基于亞龍YL-1360A型工業(yè)機(jī)器人去毛刺系統(tǒng)控制打磨機(jī)器人工作站的編程仿真，從創(chuàng)建工作站，設(shè)置工具，Smart組件創(chuàng)建，創(chuàng)建工具坐標(biāo)系，創(chuàng)建軌跡、編程，仿真設(shè)計(jì)、驗(yàn)證等方面入手，通過RobotStudio軟件的Smart組件功能實(shí)現(xiàn)了工作站的打磨仿真，動(dòng)畫效果直觀、逼真，不僅方便教學(xué)演示，還有利于程序的調(diào)試，對(duì)生產(chǎn)和教學(xué)都具有應(yīng)用價(jià)值。

在工件打磨軌跡的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，針對(duì)工件不同的粗糙度、打磨量工藝要求，打磨轉(zhuǎn)頭的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、進(jìn)給量、打磨角度也是不同的，可以根據(jù)現(xiàn)場情況及時(shí)調(diào)整進(jìn)給量、進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)速、打磨角度等參數(shù)，適當(dāng)調(diào)整后再在RobotStudio軟件上將運(yùn)動(dòng)軌跡用相應(yīng)的程序編寫出來，進(jìn)一步降低實(shí)際調(diào)試過程中發(fā)生機(jī)器人碰撞以及軌跡中包含奇異點(diǎn)的可能性，優(yōu)化路徑，提高調(diào)試工作效率。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 鄭明輝.基于RobotStudio的工業(yè)機(jī)器人焊接工作站仿真設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代信息科技，2020，4（23）：118-121.

[2] 溫濤.五金件砂帶磨削機(jī)器人單元設(shè)計(jì)及程序復(fù)用技術(shù)研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2016.

[3] 劉海龍，張蕾，吳海波.基于多工業(yè)機(jī)器人的輪轂打磨工作站系統(tǒng)[J].計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2020（9）：118-121.

收稿日期：2021-10-20

作者簡介：張濱濤（1994—），男，廣東揭陽人，助理講師，研究方向：工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用技術(shù)。