基于RobotStudio的机器人码垛工作站虚拟仿真设计

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2024年1月6日发(作者：)

基于RobotStudio的机器人码垛工作站虚拟仿真设计

郝建豹;许焕彬;林炯南

【摘 要】介绍一种利用SolidWorks和RobotStudio构建机器人码垛工作站的虚拟仿真方案.首先,利用SolidWorks设计传送带等工作站的三维仿真模型,分析构建码垛工作站的基本流程;其次,创建仿真运行I/O信号和动态Smart组件;最后,离线编制了机器人码垛仿真程序.仿真结果表明,该虚拟码垛工作站可实现码垛作业.

【期刊名称】《自动化与信息工程》

【年(卷),期】2017(038)002

【总页数】4页(P26-29)

【关键词】SolidWorks;RobotStudio;码垛工作站;虚拟仿真

【作 者】郝建豹;许焕彬;林炯南

【作者单位】广东交通职业技术学院机电工程系;广东交通职业技术学院机电工程系;广东交通职业技术学院机电工程系

【正文语种】中 文

工业机器人作为现代工业的三大支柱之一，广泛应用于食品、化工、医药包装等行业。码垛机器人作为包装线的后续设备，将包装袋按照预定的编组方式、逐个逐层码放在托盘或箱体内，能极大地提高生产能力和转运能力。随着物流自动化技术领域的扩大，码垛机器人应用场合也逐渐在扩大[1]。

当前，应用于生产的机器人系统大多采用示教再现编程方式，而示教再现编程在实际生产应用中存在精度靠目测、效率低等问题[2-4]。为提高编程效率，使编程者

远离危险的工作环境，改善编程环境，可采用机器人虚拟离线编程[5]。其基本思想是利用离线仿真技术，构造虚拟机器人及其工作环境；在虚拟模型中引入机器人和场景，同时操作者能够操纵机器人在场景中移动，可以选择不同的观察角度，从不同的侧面观察机器人的运动情况；可以在计算机屏幕上引导虚拟机器人末端执行器运动，进行虚拟在线示教，产生机器人作业轨迹，由此生成机器人语言程序，将编辑好的程序保存在PC机上，并传送给机器人控制器。

本文以六自由度关节型机器人IRB120为研究对象，运用SolidWorks软件建立码垛工作站的三维实体模型，导入RobotStudio中，并进行仿真，为机器人编程和调试提供安全灵活的环境，提高编程效率，指导现场生产，在一定程度上提高了现场操作人员的安全性，减轻了现场调试的工作量。

RobotStudio软件具有CAD模型导入、路径自动规划、离线编程、仿真调试、到达性检测、碰撞检测、程序的直接下载和载入、二次开发等功能[6-7]。其仿真示教器、控制器、机器人本体与实际机器人一样，仿真信号、程序等与实际机器人生产线运行过程中的信号及程序也是一致的，还可以进行干涉检查以及运行情况的报警。但是该软件的造型功能有限，多数情况下需要其他三维CAD软件进行建模等操作后再由接口导入。

仿真系统创建步骤：1)利用SolidWorks软件设计机器人末端执行器、传送带、托盘等工作站的三维仿真模型，转换为.STL格式，导入该文件完成建模布局工作；2)打开软件模型库，导入IRB120机器人；3)调整RobotStudio的可视化系统，将工作站调节在机器人的工作空间。码垛工作站仿真系统如图1所示。

2.1 仿真和离线编程流程

RobotStudio仿真和离线编程的基本流程如图2所示。

2.2 仿真运行I/O信号

仿真应用中，标准IO板提供的常用信号处理有数字输入DI、数字输出DO、模拟

输入AI、模拟输出AO和输送链跟踪。I/O板是下挂在DeviceNet现场总线下的设备，将Smart组件的I/O信号与机器人的I/O信号关联，即Smart组件的输出信号作为机器人端的输入信号，机器人端的输出信号作为Smart组件的输入信号，此时Smart组件可以看成一个与机器人进行I/O通信的模拟PLC，离线编写生产线程序，就可以实现生产线整体仿真。本项目采用8个DI，8个DO的DSQC651板，设定地址为10，连接总线为DeviceNet。码垛工作站I/O信号如表1所示。

2.3 动态组件设计

传送带以及码垛相关的外围器件装有虚拟传感器。以传送带为例，当传送带上的工件被搬运走以后，需要产生一个新的工件供机器人搬运。当工件到达某个点时，传感器要给机器人系统一个信号，表示有工件到达，这样机器人就按照程序要求去指定点搬运工件，搬运后的工件放置在机器人系统中指定的位置。

在RobotStudio中创建机器人码垛装置的动态效果对仿真起了极其重要的作用。其软件中的Smart组件能实现动画效果。以传送带Smart组件为例，首先添加子组件，如本体子组件、动作子组件，设定传送带的运动属性，传送带限位传感器；再设定各子组件的属性连结；然后创建输送链 Smart组件所需的 I/O信号，用于与各 Smart子组件进行信号交互；最后进行机器人信号与Smart组件信号间的关联。Smart组件的动态仿真模拟了真实的生产线工件抓取、搬运和码垛的工作过程。码垛工作站 Smart组件设计如图3所示。

3.1 程序编制

在码垛工作站模型建立的前提下，RobotStudio软件可进行离线编程。根据码垛流程、I/O信号设计的Smart组件，可在RAPID离线开发程序，示教目标点。码垛机器人程序中需要定位的有4个点（2个放置点和2个拾取点）。拾取点由固定的传感器检测，放置点主要跟设置的坐标系与位置计算有关。这4个点之间以

外的路径由程序指令控制，需配置合理的姿态移动。将编辑好的程序保存在PC机上，并传送给机器人控制器。

机器人码垛的主程序和部分例行程序如下：

PROCMain()!主程序

rInitAll;!调用初始化程序

WHILE TRUEDO!利用程序WHILE将初始化程序隔开

3.2 仿真分析

在不影响码垛品质及安全的前提下，工作站节拍最大的影响因素是机器人的TCP速度，改变TCP速度可改变节拍。仿真过程中，笔者设定抓取工件时最大速度数据speeddatavLoadMax:=[800,300,5000,1000]和最小速度数据vLoadM

in:=[500,200,5000,1000]，空载时最大速度数据vEmptyMax:=[1500,500,5000,1000]和最小速度数据vEmptyM

in:=[100,200,5000,1000]。设置机器人的TCP最大速度为1500mm/s，设定2个托盘完成3×5的码垛作业，根据仿真可知码垛的节拍为140 s。码垛作业效果图如图4所示。

同时，仿真过程中也可以设置碰撞模块，可自动监测并显示程序执行时这些对象是否会发生碰撞，这对以后的实际生产非常有用。

本文利用RobotStudio软件可识别各种CAD格式数据，结合SolidWorks的三维造型功能，使得组建虚拟码垛工作站变得更加方便和准确。通过仿真直观地检查编程结果，并进行人工修正。工业机器人轨迹数据、虚拟仿真生成的程序可以通过数据传输给现场工业机器人，便于现场调试。

该设计方案可以为企业实际码垛工作站的设计提供理论依据和试验平台，为工作人员机器人编程和调试提供安全、灵活的环境。

郝建豹，男，1978年生，讲师，硕士，主要研究方向：工业机器人技术及应用等。E-mail:****************

【相关文献】

[1]褚金钱,徐方.基于Solidworks与Matlab的码垛机器人动力学仿真[J].组合机床与自动化加工技术,2013(9):28-31.

[2]徐正,单忠德,李周,等.基于lightning的生产线仿真[J].中国机械工程,2011,22(14):1690-1693．

[3]徐清华,张艳峰,贾现春.机器人冲压生产线的虚拟设计仿真[J].现代制造技术与装备,2013(6):63-64,67.

[4]陕军峰,鱼海翔,朱学军.机器人码垛离线仿真与远程控制技术研究[J].组合机床与自动化加工技术,2011(4):70-73.

[5]邱雪松,肖超,谭候金,等.大型机器人冲压生产线多软件联合仿真[J].中国机械工程,2016,27(6):772-777.

[6]陆叶.基于RobotStudio的机器人柔性制造生产线的仿真设计[J].组合机床与自动化加工技术,2016(6):157-160.

[7]叶晖,何智勇,杨薇.工业机器人工程应用虚拟仿真教程[M].北京:机械工业出版社,2014.

本文标签： 机器人码垛工作站