基于Robot Studio6.08的ABB機(jī)器人碼垛排序工作站設(shè)計(jì)

襄陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 公相

通過Robot Studio6.08環(huán)境中搭建虛擬碼垛排序工作站，先分析 ABB 工業(yè)機(jī)器人離線編程環(huán)境中的 Smart 組件設(shè)計(jì)和信號(hào)連接；在重點(diǎn)分析程序算法。最后介紹，利用華航唯實(shí)CHL-JC-01實(shí)訓(xùn)工作站，成功實(shí)現(xiàn)物料碼垛排序任務(wù)過程。

1 虛擬工作場(chǎng)景建立

本研究以ABB機(jī)器人為對(duì)象，在Robot Studio6.08中創(chuàng)建虛擬工作站，對(duì)碼垛與排序機(jī)器人的工作過程進(jìn)行了仿真模擬，為實(shí)際機(jī)器人配置、編程、調(diào)試提供了技術(shù)參考。第一步，按CHL-JC-01工作站實(shí)際尺寸建模構(gòu)建碼垛機(jī)器人工作場(chǎng)景；第二步，進(jìn)行Smart組件設(shè)計(jì)和I/O信號(hào)連接，并創(chuàng)建機(jī)器人I/O信號(hào)板卡并與外圍設(shè)備控制信號(hào)配置關(guān)聯(lián)；第三步，規(guī)劃路徑點(diǎn)、編寫機(jī)器人程序?qū)崿F(xiàn)碼垛與排序工作過程仿真和分析。虛擬工作站如圖1所示。并按照如圖2所示要求將物料整齊、按序地在工作臺(tái)上排列，并且間距可以任意調(diào)節(jié)。

圖1 虛擬工作場(chǎng)景布局 Fig.1 Virtual work scene layout

圖2 物料排列Fig.2 Material arrangement

2 Smart組件設(shè)計(jì)和/O信號(hào)連接

在Robot Studio軟件中創(chuàng)建離線仿真工作站，動(dòng)態(tài)效果對(duì)整個(gè)工作站的仿真起到一個(gè)關(guān)鍵的作用。Smart組件功能就是在Robot Studio軟件中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)效果的高效工具，適用于比較復(fù)雜，需要進(jìn)行邏輯控制的動(dòng)作仿真。Smart組件功能需要進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)。本文通過實(shí)現(xiàn)物塊下落、拾取、放置的動(dòng)態(tài)效果來介紹一下Smart組件的強(qiáng)大功能。Smart組件流水線搬運(yùn)碼垛動(dòng)態(tài)效果包括：機(jī)器人使用工具的安裝和拆除，夾爪拾取/放置料庫上的物料塊，物料塊沿料井下落，夾爪拾取/放置物料。

Smart組件功能按鈕在“建模”功能選項(xiàng)卡中，單擊后打開Smart組件編輯器，在軟件界面左側(cè)“建模”瀏覽器中生成默認(rèn)名稱為“SmarComponent 1”的組件，右擊“SmartComoponent 1”可以對(duì)組件進(jìn)行重命名。在Smart組件編輯器中可以創(chuàng)建、編輯和組合Smart組件，用來完成要求的動(dòng)作仿真。

通過添加物塊下落Smart組件，具體情況如圖3所示，和其I/O信號(hào)連接，具體情況如表1所示。實(shí)現(xiàn)了工作站系統(tǒng)“物料”輸送的動(dòng)態(tài)效果，以wukuai_INPos虛擬輸出信號(hào)，代表物塊在料倉輸送到位。通過添加物塊與放置Smart組件，具體情況如圖4所示，和其I/O信號(hào)連接，具體情況如表2所示。以GripOk虛擬輸出信號(hào)，代表物塊拾取到位，實(shí)現(xiàn)了工作站系統(tǒng)“物料”拾取放置的動(dòng)態(tài)效果。

圖3 物塊下落Smart組件Fig.3 Block falling Smart component

圖4 物塊拾取與放置 Smart 組Fig.4 Blocks and placement Smart groups

表1 物塊下落Smart組件I/O連接Tab.1 Block drop Smart component I/O connection

表 2 物塊拾取與放置 Smart組件I/O連接Tab.2 Block pick and place smart component I/O connections

夾爪的動(dòng)態(tài)效果是把夾爪工具設(shè)計(jì)成機(jī)械裝置，有兩個(gè)機(jī)械狀態(tài)：張開和閉合，如圖5所示。并用事件管理器來實(shí)現(xiàn)夾爪的動(dòng)態(tài)效果，如表3所示。在用事件管理器創(chuàng)建夾爪動(dòng)作之前，需要先配置機(jī)器人的IO板，并創(chuàng)建機(jī)器人的輸出信號(hào)，因?yàn)樵赗obor Studio軟件中，如果需要模擬夾爪夾取不同的物料，夾取每種物料時(shí)，夾爪閉合的程度不一樣，故這里設(shè)置三種輸出信號(hào)以方便后續(xù)的對(duì)應(yīng)。具體步驟如下：（1）調(diào)出事件管理器，單擊“添加”按鈕，系統(tǒng)彈出“創(chuàng)建新事件”對(duì)話框，“設(shè)定啟用”設(shè)置為 “開”，“事件觸發(fā)類型”設(shè)置為“T0 信號(hào)已更改”，然后單擊“下一個(gè)”按鈕。（2）在下一個(gè)界面中，“信號(hào)名稱”選擇“D01”，“觸發(fā)器條件”選擇“信號(hào)是True”，然后單擊“下一個(gè)”按鈕。（3）在下一界面中，“動(dòng)作類型”設(shè)置為“將機(jī)械裝置移至姿態(tài)”，單擊“下一個(gè)”按鈕，在下一個(gè)界面中“機(jī)械裝置”選擇為“夾爪”，“姿態(tài)”為“張開”，然后單擊“完成”按鈕。（4）設(shè)置完成后，會(huì)顯示設(shè)置的行為動(dòng)作。（5）按照上述生驟，完成“閉合”的姿態(tài)設(shè)置。

圖5 夾爪的機(jī)械裝置模型Fig.5 Mechanical model of the gripper

表3 夾爪裝置動(dòng)態(tài)效果的事件管理器Tab.3 Event manager for the dynamic effect of the gripper device

3 程序分析

3.1 坐標(biāo)計(jì)算程序

其中，pHandPOS10{i，j，k} 是一個(gè)三維，共i*j*k個(gè)元素的數(shù)組可變量。利用For循環(huán)把每個(gè)物塊的位置計(jì)算出來。要注意的是要以面對(duì)工作臺(tái)左下角來建立工件坐標(biāo)系，保證是右手系。那么偏移函數(shù)的計(jì)算才是正確的。

3.2 位置輸出程序

其中，利用了if...ELSEIF語句，來判斷在不同物塊編號(hào)i時(shí)，X，Y，Z（列、行、層）號(hào)的數(shù)值。最后把每個(gè)物塊位置賦值給參數(shù)targetPOS。

這兩程序是此工作站的核心程序，也是算法程序。

3.3 主程序

在主程序調(diào)用Caculpos程序時(shí)，dx、dy、dz值可以任意設(shè)置， fwk_1為示教的1號(hào)物塊位置。在主程序調(diào)用Getpos程序時(shí)，i為物塊編號(hào)，F(xiàn)WKWZ為物塊放置點(diǎn)位，是個(gè)變量。其他程序如取物塊程序QWKCX、放物塊程序FWKCX，放初始化程序Chushihua等按標(biāo)準(zhǔn)編寫即可。

4 利用CHL-JC-01工作站實(shí)際操作

利用Robot Studio軟件將程序?qū)С鰹镸OD格式，拷貝到示教器中。在實(shí)際操作中，要注意開始要建立工具坐標(biāo)系和工件坐標(biāo)系，并按圖示教1號(hào)物塊放置位即可。對(duì)于程序中的虛擬信號(hào)可以刪除。

5 結(jié)論

本文以碼垛排序工作站系統(tǒng)研究對(duì)象，運(yùn)用虛擬仿真技術(shù)，在Robot Studio環(huán)境下完成機(jī)器人系統(tǒng)的配置、調(diào)試、編程和仿真，生成的機(jī)器人離線程序經(jīng)過坐標(biāo)變換后可以同步到生產(chǎn)線機(jī)器人中進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行。

這種設(shè)計(jì)方法不僅為設(shè)計(jì)者提供了更加靈活的評(píng)估環(huán)境，同時(shí)有助于縮短工作站的研發(fā)周期，提高可靠性，對(duì)指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)具有重要意義。