基于RobotStudio的搬运码垛机器人仿真工作站设计与研究.pdf

SOFTWARE2023软 件第 44 卷 第 9期2023 年Vol.44,No.9基金项目：承德应用技术职业学院课程开发与教学设计专项课题“高职院校工业机器人现场编程课程开发与教学设计实践研究”作者简介：李国静（1989），女，河北承德人，硕士研究生，工程师，研究方向：工业机器人；林连宗（1984），男，河北承德人，本科，讲师，研究方向：工业机器人、电气自动化。基于 RobotStudio 的搬运码垛机器人仿真工作站设计与研究李国静 林连宗（承德应用技术职业学院，河北承德 067000）摘要：本文以工业机器人搬运码垛工作站为研究对象，利用 RobotStudio 仿真软件设计一个搬运码垛机器人仿真工作站。首先用仿真软件 RobotStudio 进行工作环境的搭建；其次通过 Smart 组件设计，模拟生产线传送带依次出现产品的效果，通过创建机器人 I/O 信号及工作站逻辑设计，使吸盘工具可以搬运产品到达指定位置；最后，编写机器人搬运码垛仿真程序，使搬运码垛机器人仿真工作站的功能得以实现。关键词：RobotStudio；工业机器人；搬运码垛中图分类号：TP242.2;TP391.9 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2023.09.006本文著录格式：李国静,林连宗.基于RobotStudio的搬运码垛机器人仿真工作站设计与研究J.软件,2023,44(09):025-027Design and Research of Robot Simulation Workstation for Handling and Palletizing Based on RobotStudioLI Guojing,LIN Lianzong(Chengde College of Applied Technology,Chengde Hebei 067000)【Abstract】：This paper takes the industrial robot handling and palletizing workstation as the research object,and uses RobotStudio simulation software to design a handling and palletizing robot simulation workstation.Firstly,using the RobotStudio simulation software to build the working environment;Then,through designing Smart component,the effect of products appears in sequence on the conveyor belt of the simulated production line,by creating robot I/O signals and workstation logic design,the suction cup tool can handle the product to the specified position;Finally,the robot handling and palletizing simulation program is written to realize the function of the handling and palletizing robot simulation workstation.【Key words】：RobotStudio;industrial robots;handling palletizing基金项目论文机器人被誉为“制造业皇冠顶端的明珠”，其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。现在工业机器人已被广泛应用在自动化产线、物流配送等各个行业领域。根据工业机器人的用途不同，分为搬运、码垛、焊接、涂胶、组装等工业机器人。其中，搬运码垛机器人被广泛应用于机床上下料、自动生产线、集装箱的自动搬运等场所。搬运码垛机器人能代替人工搬运，把人从劳动强度高、重复性高的工作环境中解脱出来，提高劳动效率，使搬运作业变得更高效、准确，降低了生产成本1。本文以工业机器人搬运码垛工作站为研究对象，利用 RobotStudio 仿真软件设计一个搬运码垛机器人仿真工作站，实现物料地搬运并根据实际要求进行码垛。1 RobotStudio 虚拟仿真软件工业机器人仿真技术主要应用于方案仿真、结构与空间的验证、工艺节拍验证以及机器人技术研究等。ABB RobotStudio 软件是瑞士 ABB 公司研发的与其工业机器人设备相配套的仿真软件，具有强大的离线编程和仿真功能以及友好的操作界面2，通过 RobotStudio软件，模拟工厂自动化生产线物料搬运过程，由工业机26软 件第 44 卷 第 9 期SOFTWARE器人将货物按照一定的规则或方式堆放在托盘上,让物品的搬运、装卸、运输、存储等活动转化成单元化作业，极大地提高了生产效率和安全性，降低了生产成本。2 仿真工作站设计2.1 设计内容搬运码垛仿真工作站的设计主要依靠 RobotStudio和SoildWorks软件。首先使用SoildWorks建模，构建出创建工作站所需要的物块以及真空吸盘，再用RobotStudio仿真软件创建一个新的工作站，选择合适的机器人及外围设备，并将创建的模型全部导入工作站，完成工作站布局，进行系统参数的配置，I/O 信号的分配；然后对Smart 进行设计，编写搬运码垛程序、示教搬运点和放置点；最后进行程序的调试运行，实现工业机器人搬运码垛工作站的仿真运行3。2.2 工作站布局将传送带、工件等放置在机器人的运动范围内，保证机器人高效工作。其他外围设备、防护装置等要放在合适位置，避免影响机器人正常工作。2.2.1 机器人选型ABB 公司生产的 IRB 460 型号是全球最快的四轴多功能工业机器人，在紧凑空间内汇聚了 ABB 产品中的所有特点和技术，在保持了原来的紧凑、高效、高性能的基本功能之外，还拥有了新的紧凑型结构，高精度操作，成本低、编程简便，并使其在货物搬运、堆码等过程中的效率得以最大化。IRB 460 可以提供在同类产品中最佳的精确度和加速度，可确保高产量及低废品率，从而提高生产效率。2.2.2 模型创建使用 SoildWorks 建立搬运码垛工作站所需要的物块模型，一个三角形模型和一个长方形模型，作为搬运物块放在传送带上。2.2.3 外围设备布局外围设备包括机器人的底座、工具、安全防护装置、安全防护内设备、防护装置外设备等。RobotStudio 软件库中包含已创建好的模型，可以从库中选择后导入到工作站里并放置到合适的位置。2.3 系统创建工业机器人系统是其编程、操作的基础，在完成系统布局之后，就需要添加操作系统，让其具备电气功能并进行相应的模拟仿真操作。本次加载系统选择从布局创建系统，选择菜单栏中的 机器人系统 从布局。在弹出的界面中，编辑系统的名称和位置，选择 机械装置，在弹出的界面修改默认语言以及通讯方式等。2.4 组件创建与链接Smart 组件是一种智能化的组件，它具有自动化、智能化、可编程、可控制等特性，可用于机器人、智能家居、无人机、智能车辆、智能制造等应用领域。在搬运码垛仿真工作站中，需要用到传送带机构，确保工作站的正常运行，要建立 Smart 组件实现传送带与物块的连接。在此次仿真工作站中，所用的 Smart组件包括以下几种：（1）实现传送带和物块间的连接。首先构建传递带的Smart组件，添加线传感器Linear Mover 组件，能够实现搬运物块的直接运动，添加面传感器 PlaneSensor，用来测量物块的位置，Source 组件可以实现对搬运物块的拷贝、队列 Queue 组件可以实现物块的排序、逻辑运算、仿真启动和停止，组件创建完成后对其进行信号的连接，实现传送带传送搬运物块。（2）实现吸盘的动态功能。建立动态吸盘的 Smart组件，在 Smart 组件中加入了 Attacher 组件，即安装一个对象；Detacher 组件，即拆除一个对象，LinSensor-检查是否有一个对象和两点中间的线交叉，添加完成后进行属性设定及连接，最后通过 I/O 信号连接，实现吸盘对搬运物块的拾取与放置4。2.5 I/O 设置2.5.1 I/O 板卡创建常见的 ABB 标准 I/O 板包括 DSQC651、DSQC652、DSQC653 等。其中 DSQC651 是最常用的 ABB 标准的I/O 模板，主要提供 8 个数字输入信号、8 个数字输出信号和 2 个模拟输出信号的处理。在系统中定义 DSQC651 模板，参数设定为：Name：Board10；Network：DeviceNet；Address：10。点击虚拟示教器上菜单按钮进入控制面板，点击设置，单击“Device net Device”进入I/O板设置，在“使用来自模板的值”中选择“DSQC 651combi I/O Device”，对照 I/O 板配置表进行相应参数的设定，完成所有 I/O 功能的设置。2.5.2 I/O 信号创建在虚拟示教器界面进入控制面板，点击配置，选择 Signal 后进入信号设置界面；点击添加或增加输入输出信息；点击 Name 设定输入输出信号名称；按照实际情况依次选定输入或输出信号的类型、所在 I/O 单元、地址等信息；完成所有配置后单击“确认”，并在弹出的重新启动对话框中点击“是”进行重启。在搬运码垛仿真工作站中，要设置的 I/O 信号依次为：diP1、diP2、doGrip1 等5。27李国静 林连宗：基于 RobotStudio 的搬运码垛机器人仿真工作站设计与研究2.6 工作站逻辑工作站逻辑是将 Smart 组件与机器人系统配置信号进行相关联的配置，在本次研究中，工作站逻辑是实现传送带 Smart 组件和机器人真空吸盘信号的关联，实现物块到达指定位置时，机器人可以接收到指令拾取物块。3 程序编写与仿真程序编写是实现工作任务的关键，搬运码垛仿真系统可以在实操机器人之前进行仿真训练，及时解决在仿真过程中遇到的错误和报警，既提高了操作能力，又减少了危险的发生，安全性得以保障。3.1 RAPID 程序编写3.1.1 主程序的编写PROC Main()chushihua;WHILE TRUE DOIF diBoxInPos1=1 ANDdiPalletInPos1=1 AND bPalletFull=fiase then;rPick1;rPlace1；ENDIFIFdiBoxInPos2=1 AND diPalletInPos2=1 AND bFalletFull=fiase then;rPick2;rPlace2;ENDIFWaittime 0.1;ENDWHILEENDPROC3.1.2 例行程序编写PROC rPick1()MoveJ Offs(pPick1,0,0,400),MaxSpeed,z50,tGripWObj:=wobjo;MoveJ Offs(pPick1,0,0,400),MaxSpeed,z50,tGripWObj:=wobjo;MoveL pPick1,MinSpeed,fine,tGripWObj:wobj0；Set doGrip;WaitTime 0.3;ENDPROCROC rPlace1()Rweizhijisuan1；MoveJ OffS(pPlace1,0,0,400),MidSpeed,z50,tGrip/WObj:=wobjo;MoveL pPlace1,MinSpeed,fine,tGripWObj:wobj0;Reset doGrip;WaitTime 0.3;ENDPROC3.2 仿真运行采用 RobotStudio 软件，根据实际生产情况对系统进行离线编程以及仿真，实现了搬运码垛任务；不同形状的物料通过传送带输送出来，物块到达指定位置后由传感器输出信号，机器人接收信号去拾取物块，根据形状的不同分别按要求放置码垛。仿真运行结果如图 1 所示。图 1 工业机器人搬运码垛仿真工作站Fig.1 Industrial robot handling and palletizing simulation workstation4 结语我国工业技术发展已经得到了质的飞跃，当代人工智能技术已经成为工业 4.0 的核心技术，智能生产正在取代人力生产。搬运码垛工业机器人代替人工重复繁琐的工作，让其从繁杂无味的工作环境中解脱，研究更完善、功能更多的搬运码垛机器人已经刻不容缓，相信未来的工业机器人系统功能会更加强大，技术更加多样化、系统化、智能化、综合化。参考文献1 王宁.中国工业机器人贸易格局、竞争力与发展策略J.对外经贸实务,2021(8):65-70.2 刘海燕,苏宇,林春兰,等.基于RobotStudio的生产线下料系统设计与仿真J.制造技术与机床,2019(5):67-71+75.3 孙立新,高菲菲,王传龙,等.基于RobotStudio的机器人分拣工作站仿真设计J.机床与液压,2019,47(21):29-33.4 祁晓玲.基于RobotStudio的生产线搬运工作站的仿真设计J.机械工程与自动化,2021(6):45-47.5 王小刚,李飞.工业机器人搬运工作站仿真应用研究J.机械工程与自动化,2022(2):93-95.