基于RobotStudio的搬运码垛工作站仿真设计

苏士超

摘要：在工业企业中，当新建单台或多台机器人组成的工作站或生产线时，为缩短生产工期，避免返工，节省成本等，需要运用工业机器人工作站系统进行仿真设计。搬运码垛工作站仿真主要工作流程包括：工作站外围模型导入、工作站布局、smart组件的创建、工作站逻辑创建、IO信号仿真、轨迹编程。仿真结果可验证项目的可行性，亦可以用于学生教学训练。

关键词：RobotStudio;仿真;码垛工作站

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）32-0235-02

1 引言

ABB公司专门开发的工业机器人仿真软件的RobotStudio，在工业机器人四大家族当中，先进程度当属第一梯队。该软件良好的集成了三维建模、外围控制的smart组件、机器人控制器及虚拟示教器。通过该软件即可仿真整个工作站，可对ABB机器人的大部分指令进行测试。在项目设计前期，通过必要的仿真进行论证，可优化机器人工作站系统集成项目的设计。

1.1 搬运码垛工作站

在企业中，不同的工位间或不同产线间往往需要物料的转移。以往的人工转移耗时费力，有些物料重量较大，人工堆放存在安全隐患。在以机器换人的时代背景下，越来越多的企业引进码垛机器人。智能的码垛机器人集成了传感器技术，可实现物料按指定方式的取出和堆放。码垛机器人替代人工搬运码垛，降低了操作者的劳动强度，避免操作者在危险的环境下作业，提高效率的同时提高了堆放的齐整性。工业机器人工作站系统集成投资大，项目前期利用仿真软件进行论证显得尤為必要。

1.2 RobotStudio软件简介

RobotStudio仿真软件可实现ABB各个系列的工业机器人的离线编程和外围设备的协同仿真。基于Windows系统的开发的RobotStudio软件，操作界面友好、软件功能强大，可实现机器人离线编程与仿真，提高了编程效率，降低了程序出错率，可不停机的离线编程，提高了设备的稼动率。RobotStudio的虚拟控制器和虚拟示教器与真实的ABB机器人几乎相同，可准确模拟真实机器人的各项功能，用户可在RobotStudio上完成IO配置、程序编写，软件直接下载到机器人中。

2 码垛工作站

2.1 工作流程

码垛机器人工作站采用串联式6关节机器人，占地空间小，布置安装紧凑灵活。工业机器人实现码垛，前端送料采用流水线送料，为了提高效率，采用两条输送链同时送料。生产流程如下：

（1）ABB输送链将产品输送至输送链尾端挡板，PLC发送到位信号给机器人;

（2）机器人运动至AB输送链上方，等待来料信号;

（3）当接收到来料信号，机器人前往输送链尾端，通过吸盘将物料吸起，搬运至托盘;

（4）机器人到达托盘上方，通过累计的物料堆放个数，自动计算出放置的目标坐标点，并进行堆放;

（5）堆放完成，返回输送链上方等待;

（6）码垛好的产品电动叉车拉走。

2.2 工作站布局

工作站布局包括搬运机器人、工具、输送链、托盘、托盘垛、控制柜、机器人底座、物料等。这些模型除了工具和物料模型，都可在RobotStudio模型库中找到，可直接导入。工具和物料通过3D建模工具如RobotStudio自带建模组件或SolidWorks创建，再导入模型库。导入模型后，位置不是理想位置，需要通过两点法、三点法等方法进行调整布置。输送链和工具要勾选传感器不可检测，防止传感器将输送链和工具误检为物料。

3 仿真程序编写

3.1 输送链Smart组件创建

在创建搬运码垛仿真工作站，输送链的动态效果对整个工作站的效果起着关键的作用。Smart组件拥有运动、传感器、信号模拟、逻辑判断、事件触发等功能，是实现动画效果的绝佳工具。输送链仿真的工作流程：输送链首端自动复制产生产品，产品自动传输至末端，碰到挡板或光电开关，停止传输等待机器人抓取，当机器人抓走后，再产生一个产品……如此循环往复。

（1）首端复制产品采用Source组件，它的作用是复制一个模型。本仿真工作站将Source当作一个产品源，每次触发产品一个搬运码垛产品。

（2）产品传送至输送链末端采用LinearMover组件，它的作用是使模型在直线上运动。由于有多个产品需要搬运，所有需要运动一组产品，采用Queue队列组件。LinearMover组件受控与PlaneSensor组件。除此之外，还要设置运动的速度和方向。LinearMover组件使能开关通常处于一直激活状态。

（3）产品碰到挡板停止运动采用PlaneSensor组件，它的作用是检测模型到位类似光电传感器。PlaneSensor组件为面传感器，需要设置面的起始点，这个点通常采用端点捕捉输送链末端的某个点。除此之外，还需要设置面传感器的长和宽。PlaneSensor组件使能开关通常处于一直激活状态。

（4）为了有效连接以上4 个组件，需要将部分信号进行逻辑电平转换，采用逻辑门、触发器和事件触发器。

3.2 吸盘工具Smart组件创建

吸盘工具的动画效果对整个搬运码垛工作站起着至关重要的作用。在真实的工业场景中多采用数个真空吸盘组件进行抓取物料。吸盘工具动画效果：接受机器人信号将物料吸起，等待机器人到达堆放目标位置，放下物料。

（1）抓取物料采用Attacher组件，它将物料的框架坐标系与工具坐标重合，进行安装模型。

（2）放下物料采用Detacher组件，它是Attacher组件的逆运动，拆除对象模型。