基于IRobotSIM的注塑生产线仿真系统研究

韩 浩 ，邓三鹏 ＊，祁宇明 ，张香玲 ，赵丹丹

（1.天津职业技术师范大学机器人及智能装备研究院，天津300222；2.湖北博诺机器人有限公司，湖北 黄石435099；3.天津博诺智创机器人技术有限公司，天津 300350）

0 引言

随着虚拟仿真技术的不断成熟，仿真软件在各个领域的应用越发广泛。方明[1]等人将仿真软件应用于半导体领域，基于Simul8复杂系统仿真软件对半导体硅片制造生产线进行建模和仿真，有效解决了工序加工时间和运输时间的统计计算问题。曾建潮[2]等人所介绍的生产线仿真软件SSTL能够在生产线系统实际运行前评价它的性能，因而可作为设计一个有效且经济的先进生产线系统以及有效运行生产线系统的有力工具。熊隽[3]等人基于RobotStudio设计了一种基于工业机器人的综合虚拟仿真实验平台，提高了操作安全性的同时，加强了学习者的实践能力，对工业机器人相关课程的教学起到了很好的辅助作用。蔡汉明[4]等人将机器人、VGV等应用于传统的注塑机的自动化生产线改造中，效果明显。本文通过设计了基于IRobotSIM软件的注塑机生产线仿真系统。

1 注塑生产线仿真系统

注塑生产线仿真系统主要有四个模块构成，包括机器人模块、注塑机模块、物料传送带模块。注塑生产线如图1所示。仿真系统的过程如下：料斗下料后注塑机开始工作，当注塑成型后注塑机仓门开启同时给机器人一个信号，机器人完成抓取任务后将塑料件放到物料传送带上，传送带上的传感器“感知”后，传输到达收纳盒，所有的塑料件零部件到A、B、C收纳盒的终点位置后，组装机器人进行装配，印刷机进行打标，最终完成一个成品。

图1 生产线组成

2 仿真系统

注塑生产线仿真系统搭建之前，需要进行模型的调用与测绘，从而保证仿真系统与现实工作站的真实性。在SolidWorks软件中通过草图绘制、特征编辑等命令进行三维模型的创建，并利用装配功能对产线中三个模块进行装配，模块建模流程如图2所示。

图2 建模流程

2.1 机器人模块

KUKA16-2工业机器人的实际尺寸经过计算尺寸、绘制草图、拉伸、抽壳、桥接、装配等步骤从而创建三维模型。搭建在仿真环境中的机器人模块，首先需要将六个关节进行分离，并在机器人逻辑树中添加六个运动轴将六个关节相关联；然后根据生产工艺和注塑机的模具腔添加合适的机器人外部工装，将其添加至机器人逻辑树结构中；最后渲染美化机器人模块。仿真环境中的机器人模块如图3所示。

图3 KUKA16-2机器人

2.2 注塑机模块

注塑机三维建模完成后导入仿真软件中，首先将各部件分离，在注塑机模块逻辑树结构中关联各分离部件，添加运动关节、物理属性；然后设置机器人抓取位置，并配置相关距离传感器。最后渲染注塑机模块，贴图人机交互界面。仿真环境中的注塑机模块如图4所示。

图4 注塑机

2.3 传输模块

传送带模块主要是配合机器人进行物料的传输，因此在机器人模块和注塑机模块位置确定之后，传输模块的位置就相应的得以确定。仿真环境的搭建主要是距离传感器的设置，如图5所示。

图5 物料传送带的建模

2.4 脚本控制

注塑机模块和传输模块需要添加二个脚本实现注塑产线的仿真，线性脚本1（图6）是将注塑机塑料件成型后仓门开启，脚本2（图7）是仓门开启信号触发工业机器人进行抓取，抓取后放置传送带上，同时触发传送带进行运动。

图7 线性脚本2

3 产线布局

首先确定工业机器人底座的位置，其次根据塑料件的需求选择适合的注塑机。然后合理的布置物料传送带、支架、防护等辅助零部件的位置，如图8所示。最后搭建注塑机生产线场景的树状结构，如图9所示。因此可以有效实现注塑生产线仿真系统的设计和动作，通过不断对产线布局、生产节拍进行优化，使得效率最大化，安装调试成本最小化。

图8 生产线布局

图9 产线逻辑树

4 仿真分析后的优化

在确保机器人、注塑机、物料传送带能正常工作的同时，使得整个生产线紧凑。同时不断的优化，选择最佳等待时间，使得生产节拍最更快。在虚拟环境中模拟真实生产线的运动和节拍，通过发现和修改设计缺陷，对生产线系统进行迭代优化。

5 结论

通过对注塑生产线仿真系统的组成、模型的建立、仿真系统运行以及仿真分析后的优化四个方面的论述，利用仿真软件搭建出符合实际生产需求的注塑生产线，可演示生产线实际的运行结果，也可改变系统参数，演示系统随参数变化的变化结果或变化趋势，对设计工程师优化生产线意义深远，同时也有助于初学者对抽象理论的理解，提高教学效果，更能弥补实验手段的不足，有利于学生创新能力的培养及提高。