基于RobotStudio的仿真平臺設計*

熊 雋，陳運軍，李 剛

（1.瀘州職業(yè)技術學院機械工程學院，四川瀘州 646000；2.瀘州職業(yè)技術學院信息工程學院，四川瀘州 646000）

0 引言

隨著工業(yè)機器人在各行各業(yè)中應用領域的擴大，為滿足市場人才培養(yǎng)需要，許多高校，特別是職業(yè)院校都開設了工業(yè)機器人相關課程。但工業(yè)機器人實驗實訓設備昂貴，后期維修維護成本較高，使得設備數(shù)量很難滿足教學需要，平均到每位學生的實踐時間較少。為解決此問題，本文開發(fā)一款綜合教學仿真平臺，使學生可在電腦上進行工業(yè)機器人操作、編程、調(diào)試相關實驗實訓活動，不僅成本低，還大大增加了每位學生實踐時間。仿真平臺操作熟練后再到實際設備操作，也提高了人員和設備的安全性。

應用SolidWorks建立平臺所需模型，并在RobotStudio軟件中導入。2個軟件配合搭建出仿真平臺結(jié)構(gòu)后，對平臺中的相應部件創(chuàng)建機械裝置和Smart組件。使用者不僅可以在仿真平臺中練習機器人基本操作，還可編寫機器人程序、調(diào)試點位后進行I/O連接，實現(xiàn)虛擬仿真運行[1]。

1 仿真平臺搭建

利用SolidWorks設計和繪制零部件三維模型，在Robot-Studio軟件中搭建教學仿真平臺[2]，如圖1所示。

仿真平臺主要由ABB IRB1200機器人、產(chǎn)品及傳送帶、搬運碼垛放置區(qū)、涂膠面板、末端工具更換區(qū)等組成。產(chǎn)品、傳送帶、搬運放置區(qū)、碼垛放置區(qū)共同構(gòu)成搬運碼垛工作區(qū)，配合機器人可實現(xiàn)搬運產(chǎn)品到固定位置的仿真運行和按要求碼垛的仿真運行。而機器人更換涂膠工具后，可編程在涂膠面板上實現(xiàn)涂膠仿真運行[3]。

搬運碼垛時，采用氣動手爪為機器人末端執(zhí)行工具，結(jié)構(gòu)如圖2所示，主要由連接法蘭、氣缸及2個手指構(gòu)成。涂膠時，采用基本涂膠工具為末端執(zhí)行工具，結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要由連接法蘭、涂膠槍體、涂膠槍頭構(gòu)成[4]。由于不同工作使用的末端執(zhí)行器不相同，為更換方便，末端執(zhí)行工具與機器人法蘭之間利用快換接頭進行連接。

圖1 仿真平臺布局圖

圖2 搬運碼垛工具

圖3 涂膠工具

2 仿真系統(tǒng)設計

2.1 工具姿態(tài)

對于搬運、碼垛仿真系統(tǒng)，要讓機器人末端執(zhí)行器（即氣動手爪）在仿真運行時具有動態(tài)效果，就需要先創(chuàng)建對應的動作姿態(tài)。在氣動手爪建模時，保證2個手指分別為獨立部件。導入后，創(chuàng)建機械裝置，裝置類型為“工具”，基體選擇為法蘭與氣缸的組合部件，依次對兩個手指進行鏈接創(chuàng)建、接點創(chuàng)建及工具數(shù)據(jù)修改，最后添加氣動手爪夾緊、張開2種動作姿態(tài)如圖4所示。

2.2 Smart組件

Smart組件是實現(xiàn)仿真運行的關鍵，可以實現(xiàn)各種動態(tài)效果。本設計中，針對搬運、碼垛仿真系統(tǒng)中，需要分別對機器人氣動手爪和傳送帶進行Smart組件的創(chuàng)建[5]。

2.2.1 氣動手爪Smart組件

添加2個姿態(tài)運動“poseMover”分別用于卡盤張開與夾緊動作的執(zhí)行；添加1個線性傳感器“LineSensor”用于產(chǎn)品檢測；添加1個安裝對象“Attacher”和1個拆除對象“Detacher”用于手爪上產(chǎn)品的安裝和拆卸；添加1個邏輯非門“LogicGate[NOT]”用于邏輯控制。添加組件后，設定子對象組件屬性連結(jié)，分別為：LineSensor的SensedPart作為Attacher的Child；Attacher的Child作為Detacher的Child。最后，創(chuàng)建手爪控制的數(shù)字輸入信號di1，并添加I/O連接如圖5所示。最終得到設計信號關聯(lián)如圖6所示，可通過di1信號控制實現(xiàn)手爪姿態(tài)及產(chǎn)品抓取的仿真[6]。

圖4 手爪張開與閉合姿態(tài)

圖5 I/O連接設置

圖6 氣動手爪Smart組件設計

2.2.2 傳送帶Smart組件

2個傳送帶Smart組件設置方法相同。添加1個復制對象“Source”和1個隊列對象“Queue”分別用于產(chǎn)品的復制與隊列；添加1個平面?zhèn)鞲衅鳌癙lanceSensor”用于產(chǎn)品到位檢測；添加1個直線移動“LinearMover”用于復制隊列后的產(chǎn)品沿著傳送帶移動到抓取位；添加1個邏輯非門“LogicGate[NOT]”用于邏輯控制。添加組件后，設定子對象組件屬性連結(jié)：Source的Copy作為Quece的Back[7]。最后，創(chuàng)建傳送帶啟動的瞬時數(shù)字輸入信號di2和通知機器人產(chǎn)品已到位的數(shù)字輸出信號do1，并添加I/O連接如圖7所示。最終得到設計信號關聯(lián)如圖8所示，可通過di1信號控制實現(xiàn)傳送帶的運行仿真。

圖7 I/O連接設置

圖8 傳送帶Smart組件設計

3 仿真平臺應用

3.1 機器人編程

仿真平臺具有與實際機器人示教器完全一致的操作界面。不僅可進行現(xiàn)場編程，也可利用離線編程界面進行離線編程。以搬運機器人運行仿真為例，可編寫機器人程序如下。

PROC main()MoveJ p_home,v200,fine,tool0;//機器人運行到原點等待

WaitDI di1,1;//等待產(chǎn)品到位

MoveJ Offs(p_pick,0,0,100),v200,fine,tool0;//到達抓取點正上方

Movel p_pick,v100,fine,tool0;//到達抓取點

Set do1;//控制手爪夾緊抓取產(chǎn)品

WaitTime 1;//延時1s

MoveL Offs(p_pick,0,0,100),v200,fine,tool0;//回到抓取點正上方

Movej Offs(p_place,0,0,100),v200,fine,tool0;//到達放置點正上方

Movel p_place,v100,fine,tool0;//到達放置點

Reset do1;//控制手爪松開放下產(chǎn)品

WaitTime 1;//延時1s

Movel Offs(p_place,0,0,100),v200,fine,tool0;//回到放置點正上方MoveJ p_home,v200,fine,tool0;//機器人運行回到原點

ENDPROC

3.2 工作站邏輯創(chuàng)建

要實現(xiàn)最后的運行仿真，機器人信號必須與設備Smart組件中的信號建立相應的聯(lián)系,即可把Smart組件看作外部設備與機器人進行通訊。針對機器人搬運工作，可設計通訊關系如圖9所示。

圖9 機器人與設備通訊關系

3.3 仿真運行

仿真運行效果與實際設備完全一致，可在運行中發(fā)現(xiàn)控制程序的邏輯錯誤并進行糾正，也可對運行軌跡進行優(yōu)化，對節(jié)拍進行調(diào)整，對碰撞進行檢測，將生產(chǎn)中的實際問題一一解決，培養(yǎng)學生綜合應用能力與創(chuàng)新能力。

4 結(jié)束語

本文設計的仿真實訓平臺能滿足工業(yè)機器人操作、編程、調(diào)試的相關實驗實訓項目需求。實驗表明，仿真平臺作為實際設備的補充，大大提高了學習者的人身安全，避免了以前常出現(xiàn)的設備碰撞現(xiàn)象，增加了人均操作練習時間。在一定程度上增加了學生學習興趣與參與度，提高了學生學習效果的同時，培養(yǎng)學生的信息化素養(yǎng)、分析解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。引入仿真平臺進行教學后，設備需求有所緩和，建設成本得到了很好的控制，在相同的培訓時長內(nèi)，學生的訓練效果大大提高。