基于RobotStudio的雙機協同工作站仿真設計

李怡林

摘 要：本文介紹了一種借助RobotStudio軟件構建機器人搬運、焊接等多功能于一體的雙機協作工作站虛擬仿真方案。首先，利用SolidWorks三維建模軟件對機器人末端夾具進行三維設計，搭建基于RobotStudio仿真軟件的雙機協作虛擬仿真平臺空間布局;其次，設計雙機協作工作站工藝流程，完成動態Smart組件及工作站邏輯設定;最后，完成工作站系統離線編程與仿真優化。仿真結果表明，該虛擬雙機協作工作站可實現搬運、焊接等作業，該方案可為焊接生產線設計提供可行性參考。

關鍵詞：RobotStudio;雙機協同;離線仿真

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）25-0014-05

Simulation Design of Two-machine Cooperative

Workstation Based on RobotStudio

LI Yilin

（Sichuan Technology & Business College，Chengdu Sichuan 611830）

Abstract： This paper introduced a virtual simulation scheme of two computer cooperative workstation， which was based on the RobotStudio software to build a multi-functional integration of robot handling and welding. First of all， 3D design of robot end fixture was carried out by using SolidWorks 3D modeling software， and spatial layout of dual computer collaborative virtual simulation platform was built based on RobotStudio simulation software; secondly， process flow of dual computer collaborative workstation was designed， dynamic Smart components and logic setting of workstation were completed; finally， offline programming and simulation optimization of workstation system were completed. The simulation results show that the virtual two machine cooperative workstation can realize the operation of carrying and welding， and the scheme can provide a feasible reference for the design of welding production line.

Keywords： RobotStudio;two computer collaboration;offline simulation

工業機器人應用仿真是指通過計算機軟件對實際的機器人系統進行模擬和檢測，其間可以在仿真軟件中進行與實際一致的全部工業機器人應用編程與調試[1]。為提高編程效率，使編程者遠離危險的工作環境，改善編程環境，當前可以采用機器人虛擬離線編程[2]。離線編程在實際機器人安裝前，通過可視化及可確認的解決方案和布局來降低風險，并通過創建更加精確的路徑來獲得更高的部件質量。

在傳統的工業機器人逐漸取代單調、重復性高、危險性強的工作之時，協同作業的機器人也將會慢慢滲入各工業領域，其具有提高生產效率和生產穩定性的作用。為此，本文分別選用ABB IRB 1410型機器人和ABB IRB 4600型機器人構建了可以進行搬運、裝配、焊接的多功能一體的雙機器人協同仿真工作站。

1 搭建仿真平臺

工作站布局如圖1所示，工作站以一臺IRB1410型機器人和一臺IRB4600型機器人為核心。IRB1410型機器人末端配備手爪，用于搬運和裝配零件。IRB4600型機器人末端配備焊槍設備，用于組合零件的焊接。焊接零件如圖2所示，焊接工藝參數如表1所示[3]。當底座零件到達輸送鏈的末端時，面傳感器檢測發出信號反饋給IRB1410型機器人，夾取零件，將底座擺放在焊接臺上，機器人回到等待位置，緊接著焊接零件通過輸送鏈到達末端，面傳感器檢測并反饋信號給IRB1410型機器人，夾取焊接零件，將其放在底座零件上的固定位置。當IRB1410型機器人回到等待位置時，IRB4600型機器人進行焊接，焊接完成后回到等待位置。

另外，焊接工藝的技術要求為：焊前準備，在坡口及坡口邊緣各25mm范圍內，將油、污、銹、垢和氧化皮清除，直至呈現金屬光澤;焊縫表面無裂紋、氣孔及咬邊等缺陷為合格;焊縫余高[e1]≤1.5mm。

2 仿真系統設計

虛擬仿真技術是目前機器人柔性制造研究的熱點，尤其在設計階段，最直觀的效果是利用專業軟件仿真實際的機器人制造、裝配等過程，以可視化的方式展示并改進系統的性能[4]。

2.1 仿真系統設計流程

雙機器人仿真設計工作站流程如圖3所示。

2.2 Smart組件設計

2.2.1 用Smart組件創建動態輸送鏈SC_InFeeder。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，因此在本研究中具有良好的應用價值[5]。在RobotStudio中，Smart組件是實現動畫效果的高效工具。Smart組件輸送鏈的動態效果包含：輸送鏈前端自動生成復制品、復制品隨著輸送鏈向前運動、復制品到達輸送鏈末端后停止運動、復制品被移走后輸送鏈前端再次生成復制品，依次循環。

本文以底座零件為例，介紹如何創建屬性與連接以及創建信號與連接，如表2至表4所示。屬性連接就是指各Smart子組件的某項屬性之間的連接。I/O信號指的是在本工作站中自行創建的數字信號，用于與各個Smart子組件進行信號交互。I/O連接指的是創建的I/O信號與Smart子組件信號的連接關系，以及各Smart子組件之間的信號連接關系。

2.2.2 用Smart組件創建動態夾具SC_Gripper。夾具動態效果包含三個方面，即在輸送鏈末端夾取復制品、在放置位置將其釋放、自動置位復位真空反饋信號，如表5至表7所示。

2.3 工作站邏輯設定

2.3.1 機器人I/O信號。將Smart組件的輸入/輸出信號與機器人端的輸入/輸出信號作信號關聯，這就是工作站邏輯設定。Smart組件的輸出信號作為機器人端的輸入信號，機器人端的輸出信號作為Smart組件的輸入信號，這樣也可將Smart組件當作一個與機器人進行I/O通信的PLC。ABB IRB 1410型機器人I/O信號和ABB IRB 4600型機器人I/O信號分別如表8和表9所示。

2.3.2 設定工作站邏輯。在本任務中，創建I/O信號連接的過程中，需要注意的是，在選擇機器人信號時，選的是機器人系統，而不是默認于列表首位的工作站，如表10所示。

3 系統編程與仿真

3.1 程序編制

ABB IRB 1410型機器人程序如下：

PROC main（）

Reset start1;

Reset do;

Reset start2;

Set start1;

WaitDI diBoxlnPos， 1;

MoveAbsJ [[0，0，0，0，90，0]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]＼NoEOffs， v1000， fine， tool0;

MoveJ p10， v1000， fine， tool0;

Set doGripper;

WaitDI diVacuumOK， 1;

MoveJ p20， v1000， fine， tool0;

MoveJ p30， v1000， fine， tool0;

Reset doGripper;

WaitDI diVacuumOK， 0;

MoveJ p20， v1000， fine， tool0;

MoveAbsJ [[0，0，0，0，90，0]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]＼NoEOffs， v1000， fine， tool0;

Set start2;

WaitDI diBoxlnPos1， 1;

MoveJ p40， v1000， fine， tool0;

Set doGripper;

WaitDI diVacuumOK， 1;

MoveJ p50， v1000， fine， tool0;

MoveJ Offs（p60，79.70，55.03，0）， v1000， fine， tool0;

Reset doGripper;

WaitDI diVacuumOK， 0;

MoveJ p50， v1000， fine， tool0;

MoveAbsJ [[0，0，0，0，90，0]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]＼NoEOffs， v1000， fine， tool0;

Set do;

ENDPROC

ENDMODULE

ABB IRB 4600型機器人程序如下：

PROC main（）

！Add your code here

WaitDI di， 1;

MoveAbsJ [[8.20053，-35.5002，35.5932，-7.38807，48.207，11.0297]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]＼NoEOffs， v1000， z50， tool0;

MoveJ p10， v1000， fine， tool0;

MoveC p20， p30， v1000， fine， tool0;

MoveC p40， p10， v1000， fine， tool0;

MoveAbsJ [[8.20053，-35.5002，35.5932，-7.38807，48.207，11.0297]，[9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9，9E+9]]＼NoEOffs， v1000， z50， tool0;

MoveJ p130， v1000， z50， tool0;

ENDPROC

ENDMODULE

3.2 仿真分析及優化

工業機器人仿真因具備安全、快速、程序優化方便等優點已經成為工業機器人應用領域重要的研究方向之一[5-7]。本研究搭建了雙機協作仿真工作站，其主要包括Smart組件的運用、I/O通信的設置、工作站邏輯設定以及機器人離線編程等內容，經檢驗，該工作站能正常工作。在建立雙機器人協作工作站時，要重點突破兩點：Smart組件的應用及工作站邏輯設定。同時，要注意在設置I/O信號時理清思路、關系一一對應，理解各個信號存在的意義。在編輯程序時，要一步銜接一步、層層遞進，提升程序的可理解性和易修改性。

4 結論

工業機器人在現代制造行業中應用廣泛，在RobotStudio中離線編程、操作仿真，能夠有效地輔助設計人員進行機器人虛擬示教、機器人工作站布局、機器人工作姿態優化。但雙機器人協作，載重能力和剛性更優，適應性更強，效率更高。本文在仿真軟件中進行與實際一致的全部工業機器人應用編程與調試，并通過離線編程創建更加精確的路徑來獲得更高的部件質量。

參考文獻：

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[2]邱雪松，肖超，譚候金，等.大型機器人沖壓生產線多軟件聯合仿真[J].中國機械工程，2016（6）：772-777.

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