工業機器人計算機仿真與生產線使用對比分析

周立求 趙永豪 安娟 牟海榮

摘要：以工業機器人搬運生產線為研究對象， 提出了用RobotStudio軟件中的Smart組件功能對搬運工作站進行仿真的設計方案。創建了動態輸送鏈、動態夾具的Smart組件，實現了一臺ABB機器人搬運生產線的仿真設計，獲得了較好的動畫效果。對仿真中的各種處理措施和生產實際中采取的措施進行了對比分析，從而幫助從事相關工作的技術人員更快地掌握工業機器人仿真技術和實際生產線設計工作。

關鍵詞：工業機器人;RobotStudio;Smart組件;仿真

中圖分類號：TP165? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）13-0261-03

Abstract： Analysis compares and contrasts the computer simulation of ABB RobotStudio software with the ABB carrying robot in real working environment. This computer simulation is built with Smart Component which comes from RobotStudio software. An excellent animation reflects each step and motion of the ABB carrying robot on assembly line. The objective of this analysis is to help technicians in this field to study and work on ABB carrying robot quickly and easily.

Key words： Industrial Robot;RobotStudio; Smart Components; Simulation

1前言

工業機器人計算機仿真是為適應制造業的智能化、數字化和網絡化的發展要求[1]，通過機器人技術與計算機技術結合，在工業機器人投入到產品制造與生產線使用之前模擬出實物，從而合理配置生產線，提高工作效率[2]。

ABB公司的RobotStudio是最優秀的工業機器人仿真軟件之一。建模時，RobotStudio可導入各種主流CAD格式的數據，有效地完善了RobotStudio的造型功能[3]，從而方便地建立與生產線一致的模型。設計的機器人程序無需任何轉換便可通過在線功能直接下載到實際機器人系統運行。邱雪松等[4]建立了沖壓生產線的虛擬樣機模型。陸葉[5]分析了機床上下料工作站。而目前生產線大多是多機器人自動線[6]。徐光[7]通過對比MATLAB與RobotStudio軟件中機器人模型，對角矢量差進行修正，方春林[8]實現了一個機器人開發平臺的可視化開發環境。王功亮等研究了RobotStudio在輸送鏈跟蹤中的實際應用，提出了機器人啟動窗口寬度和產品輸送鏈速度對產品拾取率的影響分析[9]。郝建豹等研究了設計適應箱柜等狹窄空間工作的機器人的可行性[10]。這些方法都較為復雜，難以做到虛擬與現實的無縫銜接。

本文對仿真中的各種處理措施和生產實際中采取的措施進行對比分析，從而幫助從事相關工作的技術人員更快地掌握工業機器人仿真技術和實際生產線設計工作。

2 搬運機器人工作站的建模與布局

本項目選用ABB公司的IRB4600機器人，主要用于機床上下料、產品的搬運、組裝等作業。

建模時，先建一個空工作站，再從ABB模型庫導入機器人本體，依次從模型庫導入吸盤、左右垛板、輸送鏈。從幾何體中導入產品模型，工作站模型布局如圖1所示。在完成了布局后，要建立機器人系統，建立虛擬的控制器來完成相關的仿真操作。

所建工作站模型與實際工業機器人搬運情況對應。其工作過程是： 當輸送鏈將產品移送到末端，傳感器開始檢測到產品;觸發信號使機器人帶抓取工具（吸盤）運動到抓取位置;工具抓取產品后，把產品放到垛板上。當產品被搬離輸送鏈，又會生成新的產品向輸送鏈末端運行。

3 Smart 組件的設計

用RobotStudio軟件自帶的Smart組件，能實現產品在輸送鏈上運動、機器人工具抓取產品、機器人搬運產品到垛板等動作。用Smart組件仿真的動畫效果好，仿真質量高。

3.1用Smart 組件構建動態輸送鏈SC_InFeeder

動態輸送鏈SC_InFeeder由五個子組件構成。Source的作用是創建一個圖形組件（產品）的拷貝，LinearMover的作用是使對象（產品）沿著一條直線移動，Queue表示對象（產品）是一個隊列（即不是唯一的），PlaneSensor監測對象（產品）是否與末端平面相交。SinulatlonEvents是仿真開始和停止時發出的脈沖信號（用于對傳感器置位和復位），增加一個LogicSRLatch鎖定信號（因為SinulatlonEvents是脈沖信號）。用LogicGate[NOT]進行數字信號的非邏輯運算，利用PlaneSensor的下降沿使Source產生新的拷貝。

將動態輸送鏈SC_InFeeder各子組件建立屬性連結，設計邏輯如圖2 所示。diStart和doBoxInPos與各子組件信號，需要創建連接關系，如表1所示。

3.2 用Smart 組件構建動態夾具SC_Tool

動態夾具SC_Tool的Smart組件由Attacher、Detacher、LineSensor、LogicGate[NOT]和LogicSRLatch鎖定信號五個子對象組件構成。Attacher是安裝一個對象（抓取產品），Detacher拆除一個對象（釋放產品），LineSensor是檢測夾具是否抓取產品。LineSensor檢測到的產品作為Attacher安裝和Detacher拆除的子對象，這樣就解決了安裝和拆除的對象不是唯一的問題。拆除的操作要用到LineSensor的下降沿，所以將LogicGate 屬性中的Operator設為NOT。LineSensor的上升沿和下降沿都是脈沖信號，這里也要用到LogicSRLatch鎖定信號，如圖3。

動態夾具SC_Tool的I/O連接關系如表2所示。Attacher信號使LogicSRLatch鎖定信號置位，Detacher使LogicSRLatch鎖定信號復位。LogicSRLatch用于啟動工具的真空吸盤。

4工作站I/O 信號設計和仿真動畫

工作站系統中的I/O信號和兩個動態組件的I/O信號之間的設計邏輯如圖4 所示。

機器人系統的dotGripper抓取輸出信號用來啟動工具系統的Grip抓取信號，機器人系統的輸出信號doStartCNV用來啟動輸送鏈系統的StartCNV信號。工具系統的抓取檢測信號VacuumOK去控制機器人系統的diVacuumOK真空檢測輸入信號，輸送鏈系統的BoxInPos產品到位輸出信號去控制機器人的diBoxInPos產品到位輸入信號。工作站系統I/O信號見表3。

根據以上設計， 實現的搬運工作站仿真動畫截圖如圖5所示。

5仿真信號處理方式與生產實際中的應用方式對比分析

用RobotStudio中的Smart組件對工業機器人生產過程進行仿真，動畫效果流暢、逼真。但畢竟仿真不是生產中使用的實際設備，產生的動作和信號都不相同，現對仿真中動作和信號的處理方式與生產實際中應用的方式進行對比分析。

生產實際中，輸送鏈是通過電機拖動的，仿真中則是用子組件LinearMover。產品到達輸送鏈末端需要停下來，生產實際中是通過感應式或光電式傳感器檢測產品是否到位，這個傳感器是不能被輸送鏈感應或遮擋的。仿真中也要用到面傳感器來檢測產品是否到位，只要將輸送鏈設置為不被傳感器檢測就行。在工具的使用方面，生產實際中是通過氣動夾?。ㄋ砷_）或吸附（釋放）產品，仿真中則是用Attacher安裝和Detacher拆除子組件的方式實現。和生產實際中類似，用線傳感器LineSensor檢測到的產品作為Attacher安裝和Detacher拆除的子對象，解決了安裝和拆除的是不同對象（產品）的問題。

生產實際中，傳感器不存在擔心檢測的是同一產品的問題。仿真中也可以做到，但要注意屬性設置：隊列中，因復制品不是唯一的，所以Back屬性不能設置;輸送鏈中的面傳感器，因為監測的部件不是唯一的，屬性SensedPart不能設置;工具中，線傳感器檢測的部件不是唯一的，屬性SensedPart也不能設置。

6結束語

用Smart組件對工業機器人生產過程進行仿真設計，可以產生非常好的仿真動畫效果。本文使用Smart組件，通過I/O控制的方式，對使用最廣泛的搬運機器人，包括產品在輸送鏈上的運動、工具的動作和機器人的搬運動作進行仿真，并對仿真中為產生與實際應用相同效果而采取的各種處理措施和實際生產中采取的處理措施進行了對比分析，從而可幫助從事仿真和設計實際生產線的技術人員更快地掌握工業機器人仿真技術和實際生產線設計工作。

參考文獻：

[1] 郝建豹，許煥彬，林炯南.基于RobotStudio的多機器人柔性制造生產線虛擬仿真設計[J].機床與液壓，2018，46（11）：54-57，81.

[2] 郝翠霞，葉暉.基于Smart組件的工業機器人碼垛仿真設計[J].自動化技術與應用，2018，37（8）：63-66.

[3] 孫立新，高菲菲，王傳龍，等.基于RobotStudio的機器人分揀工作站仿真設計[J].機床與液壓，2019，47（21）：29-33.

[4] 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，2016，27（6）：772-777.

[5] 陸葉.基于RobotStudio的機器人柔性制造生產線的仿真設計[J].組合機床與自動化加工技術，2016（6）：157-160.

[6] 程智勇，李曉娟，陳華龍，等.基于FANUC0iTD和GSK工業機器人柔性制造單元的設計[J].機床與液壓，2014，42（21）：97-100.

[7] 徐光.水槽自動化拋光系統及機器人路徑規劃研究[D].廣州：廣東工業大學，2016.

[8] 方春林.機器人模塊可視化組裝開發環境的設計與實現[D].廣州：華南理工大學，2017.

[9] 王功亮，王好臣，李振雨，等.基于RobotStudio的工業機器人輸送鏈跟蹤仿真[J].機械設計與制造，2019（11）：231-234.

[10] 郝建豹，宋春華.基于MATLAB和RobotStudio的6-DOF機器人運動學分析與仿真[J].機械設計與制造，2018（2）：238-241.

【通聯編輯：梁書】