基于RobotStudio的機器人輪轂鑄件去毛刺工作站設計與仿真

葛 捷 諸葛鎬 童誠昊 金 帥

（浙江今躍機械科技開發有限公司，金華 321000）

當前的摩托車輪轂去毛刺采用人工打磨的方式，用毛刺刮刀和氣動打磨工具去除鑄造毛坯上的合模線毛刺。但是，人工去毛刺過程中，因工人之間的力量、注意力以及打磨角度等存在差異，去毛刺效果穩定性不佳，嚴重影響了輪轂成品的表面質量和使用壽命[1]。現有的去除毛刺方法主要有氣動工具式去除法和刮刀式去除法，都無法滿足現場生產線的質量要求。本課題提出了一種自動化輪轂鑄件去毛刺的新方法，并通過實驗證明了該方法具有良好的效果。運用RobotStudio軟件實現機器人自動化去毛刺工作站的設計與仿真，為機器人自動化去毛刺技術的開發提供了技術支持。

1 工作站總體方案設計

1.1 工作站布局設計

機器人自動化去毛刺工作站采用兩臺地裝式ABB IRB2600型工業機器人負責去毛刺工作，另搭配一臺IRB6700型工業機器人負責工件上下料工作。此種布局方式具有節省工作空間、可充分發揮機器人工作范圍、縮短鑄件毛坯去毛刺節拍以及有效節約加工成本等優點，主要由工業機器人、可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、送料輥道、裝夾定位機構、視覺識別系統和光電傳感器等部件組成[2]。以PLC為控制核心，通過PLC連接外圍設備建立設備間通信及管理，實現了工作站完整的工作流程。

1.2 工作站工作流程設計

首先，由進料輥道向工作站內輸送毛坯，輸送線速度為800 mm·s-1。其次，當毛坯觸發到光電傳感器時，輥道前段機械限位啟動，輥道驅動電機延時1 s后停止工作，待輥道完全停止，輥道線上抬升機構啟動將毛坯抬起，抬起高度為80 mm，之后IRB6700機器人抓取毛坯上料，由兩臺IRB2600機器人依據上料順序分別依次開始進行去毛刺作業。再次，去毛刺完成后，IRB6700機器人再次啟動，將去毛刺完成的毛坯運送至出料輥道線上，同時自身回到初始位置。最后，當毛坯成品到達待出料輥道線時，輥道啟動，同時下一件毛坯開始運送，至此整個去毛刺流程完成[3]。

2 工作站仿真系統設計

2.1 系統工作流程及生產線布局

根據摩托車輪轂的制造工藝要求和去毛刺工序工作節拍要求。由兩臺去毛刺機器人和一臺上下料機器人組成一個去毛刺自動化單元。IRB2600機器人分別完成兩件輪轂毛坯的去毛刺工作。IRB6700機器人可為兩個去毛刺工位完成工件上下料。兩個去毛刺工位平行擺放，每個工位中機器人與裝夾定位機構和相機安裝在同一平臺上。IRB6700機器人安裝在輥道線與去毛刺工位之間，兩臺輥道線分別進行毛坯和成品的供料運料。在滿足不影響機器人運動的前提下，將輥道線盡可能放在接近去毛刺工位的位置，便于縮短機器人進行工件上下料的工作節拍[4]。

依據工作站的布局設計思路，在RobotStudio中建立工作站數模。RobotStudio自帶機器人庫和模型庫等模型，可根據要求選用相應型號的機器人并直接加載到工作站中。運用設計軟件SolidWorks繪制完成輥道線和裝夾定位機構等設備的三維數模，并轉換為STL或SAT等格式，導入RobotStudio。機器人自動化去毛刺工作站的空間布局如圖1所示。

圖1 機器人去毛刺工作站空間布局圖

2.2 輪轂裝夾定位機構的設計

考慮去毛刺工作站的去毛刺效果和效率，裝夾定位機構需要具備精確的角度旋轉定位精度。因此，在機構的底部必須裝有由伺服電機驅動的精密傳動機構，以此帶動工件調整定位角度。鑒于RV減速器具有傳動精度高、速比大以及體積小的優點，采用RV減速器作為定位機構的傳動核心零件。此外，機構還包含三爪夾緊機構、電磁閥、傳感器及其他機械部件。利用SolidWorks設計的定位機構如圖2所示。在RV減速器的輸出端，安裝的氣動三爪夾緊機構采用同步氣缸，可實現工件的三點同步定位，有效提升了工件裝夾的同心度[5]。

圖2 輪轂去毛刺裝夾定位機構圖

2.3 機器人生產線仿真運行I/O信號

去毛刺工作站由一個PLC控制各執行機構的運作。PLC與包括機器人在內的設備，通過I/O板進行信號傳遞。采用總線式通信模式，接收并處理來自送料輥道、裝夾定位機構、視覺識別系統以及工業機器人等機構發送的I/O信號。在RobotStudio軟件模擬仿真工作站運行時，Smart組件起到類似PLC的作用。當將Smart組件的I/O信號與工業機器人的I/O信號相關聯時，等同于模擬PLC與機器人、裝夾定位機構以及視覺識別系統之間的通信。工作站完整的一個工作循環可以借由RobotStudio的離線編程功能，在軟件中的虛擬工作站上展現出來。

3 工作站的仿真分析

3.1 仿真模型的建立

根據工作站的設計布局及工藝流程，結合兩個去毛刺工位同時進行去毛刺工作。因此，在規劃工作站運行程序架構時，將程序的架構設置成在一個主程序之下，編寫兩個獨立的去毛刺子程序，即工位A和工位B中的兩臺IRB2600機器人獨立完成各自的工作任務。使用RobotStudio軟件仿真時，依據工作站設計要求，先行設置工件數據（Tooldate）、工具數據（Wobdate）以及有效載荷（Loaddate）等關鍵數據，后按系統布局和工作節拍等信息規劃機器人運動軌跡。運用RobotStudio軟件對Rapid程序進行驗證并運行后，可以得到去毛刺機器人的仿真運動軌跡。工作站完整實現了輪轂去毛刺的工作流程，待輪轂毛坯被定位裝置定位后，去毛刺機器人先以20 mm·s-1的速度將刀具的刀尖移動至去毛刺起點，后機器人以200 mm·s-1的速度完成毛刺去除，最后去毛刺機器人又以200 mm·s-1的速度返回初始位置，同時定位裝置松開，由上下料機器人移動至出料輥道線上，使進料輥道線再次啟動，并輸送下一件毛坯[6]。

4 結語

隨著工業生產中智能制造的逐步深入，機器人柔性制造技術從最初的加工和涂裝等應用，拓展至技術難度更高的去毛刺和裝配應用。本文介紹機器人去毛刺工作站的系統設計方案，依據去毛刺工序要求，構建工作站的虛擬布局，同時開發了機器人專用的上下料夾具，創建了動態Smart組件，并用RobotStudio軟件模擬了PLC與輥道線、機器人以及裝夾定位機構等設備的I/O信號通信，實現了工業機器人自動上下料、搬運的路徑規劃以及離線編程的仿真調試，為工作站的開發提供了可行性驗證數據，將顯著縮短去毛刺機器人工作站的設計制造和調試周期，有效節約系統研發成本。