趙錫恒

（廣州市輕工職業(yè)學(xué)校，廣州 510650）

0 引言

工業(yè)機(jī)器人作為智能制造的重要組成部分，在傳統(tǒng)工廠向智能化工廠的改造過程中扮演著重要的角色，目前在全球工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)商中，以瑞典ABB、德國KUKA、日本FANUC和安川電機(jī)YASKAWA最為有名，并稱工業(yè)機(jī)器人四大家族，在中國的市場份額占據(jù)70%以上，被廣泛應(yīng)用于焊接、搬運、噴涂等行業(yè)［1］。

工業(yè)機(jī)器人的運作離不開應(yīng)用仿真，而工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用仿真是指通過計算機(jī)軟件對實際的機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行模擬和檢測［2］。且為提高編程效率，使編程者遠(yuǎn)離危險的工作環(huán)境，改善編程環(huán)境，可以采用機(jī)器人虛擬離線編程［3］。離線編程在實際機(jī)器人安裝前，通過可視化及可確認(rèn)的解決方案和布局來降低風(fēng)險，并通過創(chuàng)建更加精確的路徑來獲得更好的部件質(zhì)量［4］。

RobotStudio作為ABB工業(yè)機(jī)器人配套開發(fā)的軟件，主要用于工業(yè)現(xiàn)場工業(yè)機(jī)器人軟件調(diào)試及離線編程，所以，基于RobotStudio軟件能夠十分形象地模擬工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)過程［5］。此外，軟件提供的工業(yè)機(jī)器人環(huán)境還能與真實環(huán)境相對應(yīng)［6］，從而更合理地配置規(guī)劃生產(chǎn)資源，評價智能生產(chǎn)線的可行性及潛在問題［7］。這種虛擬仿真技術(shù)已成為智能機(jī)器人工作站搭載模擬仿真的趨勢［8］。

本文以ABB機(jī)器人為例，介紹基于RobotStudio軟件在裝配工作站中的仿真技術(shù)應(yīng)用，對其仿真過程中存在的問題進(jìn)行研究，并提出可行性技術(shù)修正及優(yōu)化仿真軟件存在的問題。最后通過仿真結(jié)果對比及效果分析驗證技術(shù)的可行性及有效性。

1 裝配工作站概況及其工作流程

本裝配工作站采用ABB IRB1200機(jī)器人，設(shè)有工件傳送帶、裝配臺、工具區(qū)、成品傳送帶，如圖1所示。圖2所示為此裝配工作站簡易工作流程圖。

圖1 裝配工作站

圖2 裝配工作站簡易工作流程圖

2 仿真問題描述

2.1 傳送帶工件偏移問題

由于RobotStudio的仿真機(jī)制問題，某些特定大小、形狀的物體容易出現(xiàn)傳感器檢測不一的情況：如此裝配工作站小工件傳送帶上，第1個小工件比后續(xù)工件檢測到位時間較早，導(dǎo)致第1個小工件停止位置較前。當(dāng)機(jī)器人將小工件裝配在大工件盲孔時會造成明顯縫隙，影響仿真質(zhì)量及精度。如圖3所示，位于上方的是第1個傳送的小工件（已人為向上偏移，方便對照），下方則是后續(xù)工件，可看出兩者位置存在明顯偏差。

圖3 第1個小工件位置偏差示意圖

2.2 成品裝配問題

小工件裝配到大工件盲孔處組成成品。在RobotStudio仿真機(jī)制中，裝配過程只是把小工件移動到指定位置，如不對裝配環(huán)節(jié)及大小工件之間關(guān)系做相關(guān)處理，小工件與大工件在裝配后仍是獨立的部件，無法對成品進(jìn)行整體操作，如移動、消失等。

其中一種思路是：在裝配時，利用安裝組件可把小工件安裝在大工件上，將它們組成一個整體。但在成品傳送帶將成品做消失操作時不能整體使其消失，而是必須在成品傳送帶末端設(shè)置多個傳感器以檢測大工件和小工件到位后再獨立進(jìn)行消失操作。這種思路相對繁復(fù)且不能體現(xiàn)成品的整體性，本文以另一種技術(shù)路線解決成品裝配問題。

3 構(gòu)建Smart組件及其技術(shù)路線

3.1 傳送帶Smart組件

該部分利用一個放置在傳送帶末端的小工件作為“錨點”（設(shè)置為不可見），如圖4所示?！板^點”對所有小工件進(jìn)行統(tǒng)一定點，修正小工件偏移位置，其Smart組件基本與一般的傳送帶Smart類似，主要增加一個“錨點”小工件、安裝（Attacher）組件及拆除（Detacher）組件。如圖5所示。

圖4 傳送帶利用小工件作為“錨點”示意圖

當(dāng)小工件被傳送到傳送帶末端時，面?zhèn)鞲衅魈綔y到物體，觸發(fā)安裝組件動作，將其安裝到“錨點”，使所有小工件與“錨點”位置重合，達(dá)到修正位置的目的。如圖6所示，在安裝組件設(shè)置中，勾選“Mount”使小工件調(diào)整到“錨點”位置。

圖5 小工件傳送帶Smart組件設(shè)計圖

圖6 安裝（Attacher）組件設(shè)置圖（需勾選Mount）

圖7 裝配組件工作流程圖

3.2 裝配組件

解決成品裝配及后續(xù)對成品進(jìn)行整體移動、消失等操作問題的重點是考慮如何使成品整體化，即裝配的1個大工件和6個小工件如何由獨立部件變?yōu)閱我徊考?/p>

該部分需要吸盤工具（組件）與裝配組件共同配合。當(dāng)吸盤工具裝配好第6個小工件時，裝配組件刪除當(dāng)前裝配的1個大工件和6個小工件，同時將預(yù)先裝配好并放置在裝配臺的成品（單一整體部件，設(shè)置為不可見）作為“源部件”再復(fù)制顯現(xiàn)，這樣能達(dá)到成品整體化的目的及視覺上裝配成品的效果。

吸盤工具（組件）輸出一個刪除工件的信號，而裝配組件則負(fù)責(zé)刪除、復(fù)制重現(xiàn)，流程圖如圖7所示。

吸盤工具（組件）基本與一般夾具設(shè)置一致，不同的是增加了計數(shù)及比較組件，用于計算裝配小工件的數(shù)量，從而輸出刪除及復(fù)制顯現(xiàn)的信號SC，如圖8所示。

圖8 吸盤工具（組件）Smart組件設(shè)計圖

裝配組件輸入信號assemble信號與吸盤工具（組件）的輸出信號SC相連。如圖9所示，利用安裝在吸盤工具的線傳感器為裝配的小工件進(jìn)行探測，每裝配一個小工件就將其加入隊列，一旦輸出信號SC置“1”輸出，將聯(lián)動輸入信號assemble觸發(fā)隊列（Queue＿4）組件及另一個線傳感器探測的大工件進(jìn)行刪除操作，同時使源（Source）組件復(fù)制顯現(xiàn)成品。

圖9 裝配組件Smart組件設(shè)計圖

4 仿真

4.1 傳送帶修正技術(shù)使用前后對比

圖10所示是未使用傳送帶修正技術(shù)時的裝配效果圖。由圖可見，第1個小工件裝配在大工件盲孔時出現(xiàn)明顯的縫隙和位置偏差。如圖11所示，當(dāng)使用了傳送帶修正技術(shù)后第1個傳送的小工件位置已被修正，大工件各盲孔已看不出明顯縫隙，裝配仿真效果良好。

圖10 第1個小工件出現(xiàn)明顯的縫隙和位置偏差

圖11 使用傳送帶修正技術(shù)后的裝配效果圖

4.2 成品整體生成技術(shù)效果分析

在吸盤工具吸取第6個小工件的瞬間，如圖12所示，工作站共有1個不可見大工件，2個可見大工件（1個位于傳送帶，1個位于裝配臺）；2個不可見小工件（1個為傳送帶的源工件，1個為“錨點”，“錨點”小工件未在圖中顯示），6個可見小工件。參考圖中的布局列表，當(dāng)前瞬間各工件仍處于獨立狀態(tài)，尚未整合。如圖13所示，當(dāng)機(jī)器人裝配完第6個小工件瞬間（吸盤工具釋放小工件時），圖12顯示的零件＿小工件1、4、5、6、7、8，零件＿大工件2均已消失。且在裝配組件復(fù)制顯現(xiàn)成品＿10，如圖13所示。至此，裝配環(huán)節(jié)完成，單一成品已整體生成。

圖12 在吸盤工具吸取第6個小工件的瞬間

圖13 裝配完第6個小工件瞬間

當(dāng)成品工件在成品傳送帶移動到末端時，觸發(fā)消失組件能使成品整體消失，不需額外增加其他組件。

5 結(jié)束語

通過上述仿真效果分析，本文介紹的2種技術(shù)即傳送帶修正技術(shù)及成品工件整體生成技術(shù)，均能較好地解決傳送帶工件偏移及成品工件整體移動、消失問題，能保證工作站仿真精度及穩(wěn)定度，較真實地還原仿真現(xiàn)象，對此裝配工作站用到的技術(shù)及相關(guān)的方法，亦可用于其他具有類似環(huán)節(jié)的工作站仿真中，幫助提高工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線設(shè)計的仿真準(zhǔn)確性。