機器人關節裝配工作站的仿真設計與實現

陳 莉

（長沙職業技術學院，湖南 長沙 410005）

目前，我國眾多企業的經營模式開始從勞動密集型向技術密集型轉變，企業生產的自動化程度越來越高，工業機器人在工業上的應用也越來越廣泛，全國很多高校也陸續開設了工業機器人技術專業。我國雖然有沈陽新松、廣州數控等機器人生產企業，但由于核心技術缺失，在應用的可靠性和性價比上，自主品牌和國際品牌相比均處于劣勢。國際機器人品牌ABB的市場占有率高，擁有完善的仿真系統，且開發出了配套的實用型教材，因此有很多高職院校與機構采用ABB機器人為載體進行教學。為幫助初學者系統梳理本專業的知識，筆者以基于ABB機器人的關節裝配工作站仿真設計為例，來談一談本仿真工作站的基本設計流程。

1 工作站功能要求

本仿真工作站要裝配的機器人關節由底座、電機、減速器和輸出法蘭4個工件組成。首先4類工件由流水輸送鏈從前段入貨口運輸到末端機器人抓取處，輸送鏈末端裝有感應裝置以判別工件是否到達，不同工件的類型機器人采用不同的工具進行抓取，并將其放置于裝配區，在抓取過程中，一旦滿足裝配要求，即4個工件抓取完畢，則立馬按底座—電機模塊—減速器—輸出法蘭的順序進行裝配，裝配完畢后將成品放入成品庫。

2 設計流程

為使工作站達到以上控制要求，需按三維建模、場景搭建、創建smart組件、建立組件與機器人信號的連接、程序設計與調試等五個步驟進行設計實施。

2.1 三維建模

本工作站中所用到的4類工件與機器人用工具，在Robotstudio仿真軟件的模型庫中均未有可直接選用的成品，因此需選用合適的軟件對4類工件、機器人用工具以及相關輔助設備的完成建模，并將其保存成.STEP格式。圖1所示即為本例所建的工具模型。

圖1 工具3D模型

2.2 場景搭建

選用合適的機器人，導入流水輸送鏈及自建模型，完成工作站的布局，本工作站具體布局如圖2所示。左邊為成品區用來擺放成品，等待工業機器人加工完成后將完成后的工件夾至此區域；右側為裝配加工區域，將工件從流水線上面夾取后放置定位模塊上，進行二次定位來減少誤差，提高精度；前側為裝配流水線區域；工作站中心位置為工業機器人，該位置能很好的覆蓋全部工作區域能很好的協調作業，是該工作站核心位置。

圖2 工作站仿真布局圖

2.3 創建smart組件

本站要完成的功能中有輸送鏈搬運、吸盤吸放、三爪卡盤抓取、定位裝置的松緊四個部分需要用smart組件來實現。

2.3.1 輸送鏈組件

建立4個source的組件用來從源頭復制底座、電機模塊、減速器、輸出法蘭；建立4個面傳感器用于分別檢測物品的類型以及是否到達，完成參數設定集屬性連接，建立I/O連接。

表1 輸送鏈組件中單個物品輸送I/O連接表

2.3.2 吸盤與氣爪組件

創建兩個工具的柱形傳感器用來檢測線段之間是否有物體，創建出兩種分別用于吸盤傳感器與氣爪傳感器安裝與拆除的smart組件，設置出取反信號與設定鎖定的置位與設定鎖定的復位信號用于后面的I/O連接。

表2 吸盤與氣爪組件I/O連接表

2.3.3 定位氣缸組件

通過創建機械裝置來定義四種不同位置的姿態，記憶一種原點位置用來復位四個定位氣缸，并設定好位置轉換時間。

表3 單個定位氣缸組件I/O連接表

2.4 建立組件與機器人信號的連接

表4 組件與機器人系統I/O連接表

如表4所示建立信號連接，在工作站仿真設定中關聯信號，將所創立的信號通過連接一對一關聯好。

QZ7對應smart組件中DIQZ，XP7對應 smart組件中DIXP，Song對應smart組件中DIKS。Ding1對應 smart組件中 DI1，Ding2對應 smart組件中DI2，Ding3對應 smart組件中 DI3，Ding4對應 smart組件中DI4，Rding對應smart組件中DI0。

2.5 程序設計與調試

機器人程序設計如下

3 結語

文章通過在Robotstudio虛擬仿真軟件上搭建關節裝配工作站，讓初學者系統梳理了三維建模、ABB工業機器人虛擬仿真、ABB工業機器人離線編程的基本知識和技能；仿真工作站功能的實現，可以讓初學者從感官上找到學習的成就感，有利于提高初學者的學習興趣；文章展示了一個工作站的完整設計流程，對高職學生畢業設計有一定的指導作用。