基于RobotStudio的碼垛機器人智能工作站仿真的探究

李勇

摘 要：在一些工業領域當中，為了能夠良好地將貨物存放或者放置到指定位置堆疊，需要進行碼垛，然而傳統碼垛工作主要由人工執行，那么隨著貨物重量、搬運要求的增長與變化，人工因為自身能力所限，無法滿足碼垛需求，此時為了能夠良好地進行碼垛工作，就需要采用碼垛機器人來進行作業。本文主要在RobotStudio基礎上，對碼垛機器人以及智能工作站進行分析。

關鍵詞：RobotStudio 碼垛機器人 智能工作站

中圖分類號：TP24 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）10（a）-0031-02

碼垛機器人的運作是受到智能工作站的管制，管制決策由人工根據機器人運行的狀態來決策，但是在決策之前，相關人員往往會借助仿真軟件，對碼垛機器人的運行生產線各階段進行仿真，再根據仿真結果來分析碼垛機器人運行是否存在潛在問題，此舉能夠有效提高碼垛機器人的工作效率，并且降低開發成本，因此有必要在使用碼垛機器人之前進行相關的仿真研究。

1 智能化生產線模型構建

本研究將以PLC作為控制核心，之后進行碼垛機器人選型，主要選擇ABB-IRB2600型號機器人，其工作有效范圍為1.65m，承重載荷達12kg[1]。ABB-IRB2600型號機器人結構簡單，其工作端安置了真空吸盤，吸盤可以吸住周轉箱，保障碼垛過程中貨物的安全[2]。

2 傳輸鏈Smart組件添加與連接

2.1 Smart組件概述

Smart組件是RobotStudio的一種仿真功能，專門用于仿真模擬ABB型號機器人，因此在本研究基礎上具有良好的應用價值[3]。在本文中，通過Smart組件實現了貨物在傳輸鏈當中的動態模擬。

2.2 傳輸鏈Smart組件添加

首先添加源組件（Sourse）來實現貨物的復制，同時結合隊列（Queue）來執行貨物復制命令，在此兩項運作之下，使得所有貨物都具備了相同的動態屬性。其次，通過線性運動組件（Linear-Mover）對貨物與機器人傳感器接觸進行控制，即當貨物運行到傳輸鏈末端之后，貨物會與傳感器相互接觸，此時傳感器會發出相應的信號，此部分傳感器為面傳感器（Plane Sensor）。添加邏輯反組件（LogicGate[NOT]），以此實現信號的取反操作，取反操作的功能在于：因為ABB型號機器人在信號高頻與低頻的切換過程當中不會出現動作，會影響到碼垛運行，而通過取反操作能夠時機器人在切換過程當中同樣進行運作，保障碼垛工作順利開展。

2.3 傳輸鏈Smart組件連接

傳輸鏈Smart組件連接主要采用信號連接方法，連接主要分為兩個階段，即信號設置以及信號連接，具體分析如下。

（1）傳輸鏈Smart組件連接信號設置。主要采用I/O信號作為連接信號，在此基礎上將信號放置在周轉箱與貨物托盤處，兩組信號的初始值均為0，信號的作用端在于碼垛機器人以及AGV小車。表1為傳輸鏈I/O信號與邏輯值。

（2）傳輸鏈Smart組件連接信號連接。信號的連接主要實現工作站信號創建，與上述各Smart組件進行信號交互。首先創建Simulation Events組件，此時可以在仿真開始或結束時間發出脈沖信號，實現信號的創建，之后Logic SRLatch組件進行置1的操作，此時機器人的面傳感器會出于檢測狀態。其次Sours會生成復制產品，同時執行入隊操作，使復制品進入Queue組件，當復制品在隊列當中進行傳輸，并于面傳感器接觸之后，面傳感器會接收到物體信號，此時發出信號同時停止將產品加入隊列，并進行出隊操作、信號傳遞操作，信號傳遞操作主要將檢測信號傳遞到InPos處，此時機器人會自動取件。

3 碼垛機器人I/O信號板卡創建與設置

3.1 碼垛機器人I/O信號板卡創建

為了實現目標，本文選擇了DSQC652通訊板卡，將其安置在碼垛機器人當中，據悉該板卡的數字量為16進16出，將板卡的總線地址設為10。根據設置情況可見，本文機器人工作站中共有4個數字信號輸入/輸出點，即為輸送鏈末端檢測紙箱到位信號、工位托盤檢測到位信號、更換托盤觸發數據恢復信號、用于控制真空吸盤動作機器人I/O信號。

3.2 機器人坐標與載荷設置

首先，對機器人的坐標進行設置，此部分本文主要在默認坐標系tool基礎上，向Z軸方向偏移100mm，此時機器人的坐標系原點trans為[0，0，100]，相應的重心cog需要設置為[0，0，90]，在此基礎上機器人的載荷外圍數值為10kg，工作當中具體的載荷與重心計算，本文將通過LoadIdentify來進行測算，這種測算方法具有較高的自動化程度。

其次，對機器人的載荷進行設置，結合坐標設置中的LoadIdentify算法，可以得到有效的載荷。具體來說，假設機器人吸取了10kg的周轉箱之后，其中心與tGrip相比存在Z軸正向偏移現象，具體偏移數值為50mm，那么此時通過LoadIdentify就可以得到有效載荷。

4 工作站邏輯運行即仿真結果分析

4.1 工作站邏輯運行

本文在仿真選項卡下應用單機工作站邏輯按鈕，實現機器人與信號的連接，之后進行邏輯分析。仿真中可見，傳輸鏈面傳感器在檢測到周轉箱或者托盤之后，會將信號發送到數字輸入信號，此時機器人依靠工作站的自動程序控制進行貨物吸取，在此過程當中機器人會提前0.2s進行置位真空信號創建，同時延遲信號0.5s，此舉可以給系統提供反應時間，確認貨物是否吸取完畢，當所有貨物吸取完畢之后，機器人自動開始進行產品放置。

4.2 仿真結果

在仿真運行的過程當中，本文要求碼垛機器人進行5×4結構安裝碼垛.在仿真數據結果上可見，碼垛機器人每完成一個托盤的時間為90s，結合之后的AGV小車運輸→托盤更換，每次托盤碼垛過渡到下一批工作的時間為100s，兩者相加之下得知，碼垛機器人的一個工作循環時長為190s，那么以往人工的8h正常工作時間，碼垛機器人在此時間端內可以完成150個托盤的裝載，那么將人工與機器人的工作效率相互對比之下，機器人的工作效率要遠超人工。

5 結語

本文主要進行了基于RobotStudio的碼垛機器人智能工作站仿真研究。研究當中，首先進行了智能化生產線模型構建，此部分是支撐之后研究的基礎，當中本文主要進行了機器人選型，并介紹了機器人的性能與結構。其次通過傳輸鏈Smart組件添加與連接、碼垛機器人I/O信號板卡創建與設置兩個部分來實現仿真建設，最終在工作站邏輯運行即仿真結果分析中，對仿真建設進行運作，通過數據結果證明了碼垛機器人的功效。

參考文獻

[1] 王功亮，王好臣，李振雨，等.基于RobotStudio的碼垛機器人智能工作站仿真研究[J].機電工程，2017（11）：1359-1362.

[2] 管菊花，徐姍.基于RobotStudio的瓷磚智能識別分類仿真工作站[J].南方農機，2017（2）：90.

[3] 郝建豹，許煥彬，林炯南.基于RobotStudio的多機器人生產線仿真設計[J].組合機床與自動化加工技術，2017（11）：122-125.