机器人自动化生产线过程仿真研究

陆沐晖，王昕

(吉林商务旅游学校，吉林吉林,132013)

0 引言

分析了工业机器人在现阶段自动化生产链中的应用，探讨了工业机器人在自动化生产链中的应用，为制造业提供更好的服务。通过在自动化生产线中应用工业机器人，可以大幅提升工业行业的生产效率，降低废品率，在确保产品加工质量的同时，降低生产成本，为工业行业的长久发展打下坚实的基础。由于经济发展水平与日俱增，市场竞争环境日渐复杂，制造行业的发展也将面临着前所未有的机遇和挑战。在这种发展背景下，工业机器人的引入，可以大幅提升制造业的自动化生产水平，加快行业智能化发展速度，帮助企业在竞争激烈的市场中占据一席之地，促进制造业全面转型，提升其经济效益。为了能进一步研究冲皮生产线的关键技术，如轨迹、干渉检查和传感器系统等，采用虚拟样机仿真软件进行研究，更直观地反应整个冲压生产线中压机和机器人的工作过程，强大的后处理系统也能直观的显示各执行机构的速度、位移和加速度，方便设计者评估各参数的正确性。通过仿真软件能消除设计阶段的误差，也能更好的实现负责不同工作部分人员的并行研究，节省新产品的开发周期巧预算成本。从仿真内容来看，生产线自动化机器人仿真可以看作是单个机器人制造过程中协议规划、性能规划和监控控制等离散事件仿真的综合。从虚拟环境中连续过程仿真的设计与验证到生产线的实际操作与配置，机器人仿真是连续机器人生产线事件仿真的核心内容之一。

1 虚拟样机技术简介

虚拟样机技术起源于上世纪90 年代，是集计算机辅助技术、虚拟现实技术和仿真技术等于一体的现代分析和设计新方法。兴起之初，美国国防部定义为：能真实反映原型产品或原系统的物理特征且可与物理样机相近的计算机仿真模型。虚拟样机技术的研究至今仍处于探索阶段。大多数人的定义如下：在第一个原型生产之前，使用计算机技术开发模型。通过模型试验、仿真和匹配分析，最终产品的特性反映在实际工况下。提高产品性能，进行数字化性能测试，以缩短开发周期，降低开发风险和研发成本，提高发展中国家的生活能力，其生产目的：虚拟样机技术相关技术为研究原型，包括有限元分析技术、仿真编程、控制系统建模、控制系统分析与优化设计，研究更具代表性的是其开发交互完整的虚拟样机分析软件，可以分析机械系统的动态，进行动态分析，优化分析和振动分析，成熟的虚拟样机技术拥有先进的计算机设计技术和用户。目前，虚拟样机技术已广泛应用于工程、国防、航空航天等领域。

2 自动化生产线仿真过程的实现

2.1 生产线设备三维建模

高可靠性是设备建模的关键因素，高可靠性仿真试验可以有效地缩短启动时间，避免可能出现的问题。在本文中利用solidworks 仿真软件，通过开发一条用于模拟电压产生的机器人线，精确地模拟电压产生的过程。基于生产线设备选型的三维设备模型如图1 所示。这是精密压缩机的三维模型和单螺杆焊接的三维模型。关键操作的结构尺寸和实际配置如下：与所选设备相同：整个生产线的模拟围绕FANUC roboguide 进行，对整个生产线进行模拟。根据压力生产线的初步图纸，精确地设计了三维模型。这些设备包括虚拟空间中的一台涂油机和四台压缩机的三维结构模型，并调动6 台fanuc-m20i-a 机器人精确设计两个三维总分布模型。

图1 自动化生产线布局

2.2 三维模型驱动

仿真的目的是模拟真实的动画，所有动画在生产线上的表现精度，以及基于设备的工作方式。在本论文的仿真中有机器人运作过程、压机动模的上下运作动画、物料形变的体现等，ROBOGUIDE 作为 FANUC 机器人自配的仿真软件，可以运用机器人编程技术设定路径，但其软件本身不提供压机模型，也无法满足不同压机模型实现精准压机动模运作，而压机动模运作是仿真真实性不可缺少的动画，实现压机动模驱动的优势有：通过设定压机的动模节拍时间，能够精准的计算出整个冲压生产线的生产节拍；在仿真环境下，借助压机动模的三维模型动画，可以确定压机的空间干涉区域和压机动模驱动点；同时可以引入物料的形变过程，以此提高仿真的可靠性，并且能够直观看出压机的利用率。

本文是将压机动模三维结构模型作为压机本体的附属运动轴导入到ROBOGUIDE 仿真软件中，可在Motion 菜单栏下设定动模运作行程、动模运作速度、动模驱动接口，如图2所示，以粗拉伸压机三维模型驱动方式为例，将动模的驱动方式设置为DeviceI/OControlled（I/O 点位控制设备），图中-400mm 是动模的运作行程，50mm/sec 是动模的运作速度，在机器人编程中可通过DO1 设置成ON 即可实现动模的运作，当其运作规定节拍后，将DO1 置OFF 即可。生产线其余压机的三维模型驱动，可根据各自的动模行程和生产节拍设置其运行速度，并且根据需要设定I/O 驱动点位。

图2 三维模型驱动方式

2.3 冲压机器人轨迹的规划

根据机器人工作环境的三维模型大小，很容易完成机器人的轨迹规划，机械采集器初始位置和机械采集器初始形状的基本参数应根据参考值选取，以保证周围设备不受干扰，被分析材料的处理方法，线性过渡通常由采集器直接进入设备区或在设备区增加线路规划点来实现；安全分析，多个机器人和变压器相互连接，由空间路径确定。为了保证多个机器人的轨迹不重叠，在机器人技术和收集器轨迹记录系统中采用干涉检测技术，保证机器人的运行不受干扰。

在自动化生产线控制程序编写前，需要对机器人进行轨迹的规划及目标点的示教。自动化生产线中机器人分为三类：拆垛机器人、传送机器人和下料机器人。拆垛机器人共有 3 个示教点，分别是机器人拾起板料点、中间过渡点 home点、机器人放置点；传送机器人共有 5 个示教点，分别是机器人拾取点、机器人在机床 1 等待点，机器人中间过渡点、机器人在机床 2 等待点、机器人放置点；下料机器人共有4 个示教点，分别是机床中拾取板料点、机床外等待点、过渡点、机器人放置点。目标点示教后同步至 rapid 程序中，进行程序的编程。

3 结语

本文所描述的生产线自动仿真模型，通过在仿真环境中的测试，可以直观地演示整个生产线，为生产线配置中的问题提供预解决方案，并能精确定位。对实际生产的预期影响以及实际节省的生产设计和生产投资所需的时间。机器人生产线是数字化化工厂的重要组成部分，它具有数字化设计。虚拟机人机面向对象的仿真建模方法适用于连续生产过程和离散制造过程。生产线是机器人生产线数字化建模的实用技术。基于该仿真模型设计的门壳自动化生产线，已成功应用于实际并开始生产运行，大大缩短了生产线的设计周期，降低了调试过程中的经济损失，对制造业自动化生产线有重要的参考意义。