机器人关节装配工作站的仿真设计与实现

陈 莉

（长沙职业技术学院，湖南 长沙 410005）

目前，我国众多企业的经营模式开始从劳动密集型向技术密集型转变，企业生产的自动化程度越来越高，工业机器人在工业上的应用也越来越广泛，全国很多高校也陆续开设了工业机器人技术专业。我国虽然有沈阳新松、广州数控等机器人生产企业，但由于核心技术缺失，在应用的可靠性和性价比上，自主品牌和国际品牌相比均处于劣势。国际机器人品牌ABB的市场占有率高，拥有完善的仿真系统，且开发出了配套的实用型教材，因此有很多高职院校与机构采用ABB机器人为载体进行教学。为帮助初学者系统梳理本专业的知识，笔者以基于ABB机器人的关节装配工作站仿真设计为例，来谈一谈本仿真工作站的基本设计流程。

1 工作站功能要求

本仿真工作站要装配的机器人关节由底座、电机、减速器和输出法兰4个工件组成。首先4类工件由流水输送链从前段入货口运输到末端机器人抓取处，输送链末端装有感应装置以判别工件是否到达，不同工件的类型机器人采用不同的工具进行抓取，并将其放置于装配区，在抓取过程中，一旦满足装配要求，即4个工件抓取完毕，则立马按底座—电机模块—减速器—输出法兰的顺序进行装配，装配完毕后将成品放入成品库。

2 设计流程

为使工作站达到以上控制要求，需按三维建模、场景搭建、创建smart组件、建立组件与机器人信号的连接、程序设计与调试等五个步骤进行设计实施。

2.1 三维建模

本工作站中所用到的4类工件与机器人用工具，在Robotstudio仿真软件的模型库中均未有可直接选用的成品，因此需选用合适的软件对4类工件、机器人用工具以及相关辅助设备的完成建模，并将其保存成.STEP格式。图1所示即为本例所建的工具模型。

图1 工具3D模型

2.2 场景搭建

选用合适的机器人，导入流水输送链及自建模型，完成工作站的布局，本工作站具体布局如图2所示。左边为成品区用来摆放成品，等待工业机器人加工完成后将完成后的工件夹至此区域；右侧为装配加工区域，将工件从流水线上面夹取后放置定位模块上，进行二次定位来减少误差，提高精度；前侧为装配流水线区域；工作站中心位置为工业机器人，该位置能很好的覆盖全部工作区域能很好的协调作业，是该工作站核心位置。

图2 工作站仿真布局图

2.3 创建smart组件

本站要完成的功能中有输送链搬运、吸盘吸放、三爪卡盘抓取、定位装置的松紧四个部分需要用smart组件来实现。

2.3.1 输送链组件

建立4个source的组件用来从源头复制底座、电机模块、减速器、输出法兰；建立4个面传感器用于分别检测物品的类型以及是否到达，完成参数设定集属性连接，建立I/O连接。

表1 输送链组件中单个物品输送I/O连接表

2.3.2 吸盘与气爪组件

创建两个工具的柱形传感器用来检测线段之间是否有物体，创建出两种分别用于吸盘传感器与气爪传感器安装与拆除的smart组件，设置出取反信号与设定锁定的置位与设定锁定的复位信号用于后面的I/O连接。

表2 吸盘与气爪组件I/O连接表

2.3.3 定位气缸组件

通过创建机械装置来定义四种不同位置的姿态，记忆一种原点位置用来复位四个定位气缸，并设定好位置转换时间。

表3 单个定位气缸组件I/O连接表

2.4 建立组件与机器人信号的连接

表4 组件与机器人系统I/O连接表

如表4所示建立信号连接，在工作站仿真设定中关联信号，将所创立的信号通过连接一对一关联好。

QZ7对应smart组件中DIQZ，XP7对应 smart组件中DIXP，Song对应smart组件中DIKS。Ding1对应 smart组件中 DI1，Ding2对应 smart组件中DI2，Ding3对应 smart组件中 DI3，Ding4对应 smart组件中DI4，Rding对应smart组件中DI0。

2.5 程序设计与调试

机器人程序设计如下

3 结语

文章通过在Robotstudio虚拟仿真软件上搭建关节装配工作站，让初学者系统梳理了三维建模、ABB工业机器人虚拟仿真、ABB工业机器人离线编程的基本知识和技能；仿真工作站功能的实现，可以让初学者从感官上找到学习的成就感，有利于提高初学者的学习兴趣；文章展示了一个工作站的完整设计流程，对高职学生毕业设计有一定的指导作用。