基于現場生產要求的碼垛機器人工作站仿真設計

嚴偉

（湖南省工業技師學院，湖南岳陽，414000）

0 引言

碼垛機器人由于占地面積小，工作到達區域大，碼放精度高，故障率低，可以大幅度提高生產效率，減少人力投入，節約生產成本，可以很好的解決包裝生產中出現的各種各樣的問題，使得在實際生產中得到大量使用[1]。

1 現實的工作環境要求

現實的工作環境是要從傳送鏈上把箱體搬運并碼放到托盤上，每個托盤上碼放5×2的箱體，第一層和第二層的碼放的形式如圖1所示。箱體的尺寸為0.6m×0.35m×0.2m，碼垛工作區間為0.8m×0.8m×0.3m。托盤的尺寸為1.7m×1.3m，承重約為1噸。要求箱體之間的誤差不能超過±6mm，每小時完成400箱的碼垛。

2 碼垛工作站的選型

根據現實的工作要求，選擇市場上速度最快，距離可達到2.4米，最精確，精簡度高，防護等級高，占地面積減少20%的機器人IRB 460[2]。箱體是固體，而且是固定尺寸。再根據抓取型抓手的特點是用于固體工件，最適合于固定尺寸的箱類，所以選擇抓取型抓手[3]。

3 碼垛工作站仿真模型的構建

根據前面的選型，在Robotstudio仿真軟件ABB模型庫中選擇IRB 460，根據箱體尺寸的要求，利用三維建模軟件（SW）設計抓手模型、托盤及底座，如圖2所示。托盤使得箱體平穩碼放，底座使叉車能夠快速叉出。

圖2 仿真模型

4 碼垛工作站仿真系統的構建

■4.1 系統的構建流程

第一步是模型的導入及布局：①導入模型并設定位置，②創建機器人系統；第二步是工件的紋理貼圖：①工件貼圖，②設定紋理坐標，③將工件保存為庫文件；第三步是用Smart組件創建動態輸送鏈：①設定輸送鏈產品源，②設定輸送鏈運動屬性，③設定輸送鏈限位傳感器，④創建屬性與連結，⑤創建信號與連接[4]；第四步是用Smart組件創建動態夾具：①設定夾具屬性，②設定檢測傳感器，③設定拾取放置動作，④創建屬性與連結，⑤創建信號與連接；第五步是用Smart組件創建動態叉車：①創建叉車機械裝置，②設定叉車移動動作，③設定叉車拾取放置動作，④創建信號與連接；第六步是配置編輯器和工作站邏輯的設定：①創建控制器單元和I/O信號，②設定工作站邏輯；第七步是編寫離線程序并仿真：①第一層碼垛程序的編寫，②第二層碼垛程序的編寫；第八步是機器人碼垛仿真設定與運行：①同步到VC，②仿真順序的設定，③仿真運行。

■4.2 Smart組件創建動態輸送鏈、動態抓手、動態叉車

用Smart組件創建動態輸送鏈SC_ssl、動態抓手SC_zs、動態叉車SC_cc，其中Source（產品源），每觸發一次，產生一個碼垛產品復制品。Queue（隊列），將同類型的物體做隊列處理。LinearMover設定輸送鏈的運動屬性，表示運動的物體是隊列Queue中的物體，運動方向是X軸的負方向。PlaneSensor（傳感器），在輸送鏈的末端設置傳感器，以檢測箱體是否到位。LineSensor（傳感器），工具檢測傳感器，檢測抓手下是否有箱體。Attacher（拾取動作），抓手拾取箱體。Detacher（釋放動作），抓手把箱體釋放到托盤上。zsjj表示抓手夾緊，zsgq表示抓手鉤起。LinearMoverccxq使叉車向前移動到托盤處，LinearMoverccht使叉車向后移動到圍欄外，Attachercc（抬起動作）叉車抬起托盤，Detachercc（釋放動作）叉車把托盤放下，ccxs表示叉車貨叉向上動作，ccxx表示叉車貨叉向下動作。

圖3 Smart組件創建

■4.3 輸送鏈、抓手、叉車I/O信號的設置

I/O信號是本工作站中自行創建的數字量信號，用于與各個Smart組件進行信號交互，I/O信號連接是指設定的I/O信號與Smart組件信號的連接關系以及各Smart組件信號之間的信號連接關系，如圖4所示。

圖4 輸送鏈、抓手、叉車I/O信號的設置

disslks信號用于啟動Smart輸送鏈，自動產生一個復制品。產品源Source產生復制品的完成信號Executed觸發Queue組件加入隊列動作Enqueue，復制品自動加入隊列。復制品與輸送鏈末端的傳感器PlaneSensor接觸后SensorOut，觸發 Queue退出隊列動作 Dequeue ，輸送鏈上的的箱子停止運動。將傳感器PlaneSensor的輸出信號SensorOut和非門LogicGate[NOT]相連接，非門的輸出InputA變化和傳感器的輸出變化正好相反。用非門LogicGate[NOT]的輸出信號Output觸發Source的執行Execute，即當傳感器信號由1變0時，觸發產品源產生一個復制品。doxtdw用于箱體到位檢測的輸出信號。產品運動到輸送鏈末端PlaneSensor和限位傳感器接觸后SensorOut，將產品到位信號doxtdw設置為1。dizsjj用于啟動抓手的夾緊動作，用該信號觸發傳感器LineSensor開始執行檢測，觸發夾緊動作zsjj[0]執行。傳感器LineSensor檢測到物體之后SensorOut觸發拾取動作Attacher執行Execute。 dizsgq用于啟動抓手的鉤起動作， dixtfj用于將碼垛好的箱子附加到托盤上，dosqwc用于機器人拾取動作的完成信號。dicc啟動Smart叉車。

■4.4 工作站I/0信號的設置

工作站I/0信號的設置目的是把Smart組件的輸入輸出信號與機器人端的輸入輸出信號進行關聯，即把Smart組件的輸出信號作為機器人端的輸入信號，把機器人端的輸出信號作為Smart組件的輸入信號，如表1所示。比如機器人端GzzSystem的箱體到位檢測輸出信號doxtdw和Smart組件的輸送鏈SC_ssl啟動輸入信號disslks相關聯；Smart組件的抓手SC_zs機器人拾取動作的完成輸出信號dosqwc和機器人端GzzSystem的機器人拾取動作的完成信號輸入信號disqwc相關聯。

表1 工作站I/0信號的設置

5 仿真結果

根據本文的設計方法生成了碼垛工作站整體，最后對工作站的進行仿真。從仿真結果可以看到，完成5×2箱體碼垛，碼垛機器人需要150s，如圖5所示。從機器人將托盤裝滿，加上用叉車將箱體搬走，總計需要160s。按照這個工作過程，1小時將完成420個箱體的碼垛，基本完成實際任務要求，使得生產線率大大提高。

6 結語

本文根據現場碼垛工作要求，選擇好碼垛機器人和末端工具。通過三維建模軟件（SW）和ABB Robotstudio仿真軟件構建了碼垛工作站仿真模型和系統，通過仿真結果分析，碼垛箱體的數量和時間完全符合現場的要求，大大提高了工作效率，為企業碼垛工作站的設計提供理論依據。

圖5 仿真結果