畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(論文)設(shè)計(jì)(論文)題目:_基于RobotStudio6.08的搭建搬運(yùn)碼垛工作站___________________專業(yè):___________班級(jí):_____________學(xué)號(hào):___________姓名:_________指導(dǎo)教師:___________________年月日目錄第1章緒論11.1設(shè)計(jì)背景11.2國(guó)內(nèi)外機(jī)器人現(xiàn)狀11.3發(fā)展趨勢(shì)41.4主要內(nèi)容5第2章碼垛工作站搭建62.1碼垛工作站的組成62.2零部件的選型設(shè)計(jì)72.2.1碼垛機(jī)器人夾具82.2.2碼垛機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)82.2.3碼垛機(jī)器人夾具的安裝及坐標(biāo)建立92.3本章小結(jié)9第3章仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)103.1仿真和離線編程流程103.2動(dòng)態(tài)組件的設(shè)計(jì)113.2.1夾具組態(tài)設(shè)計(jì)113.2.2傳送帶組態(tài)設(shè)計(jì)123.3關(guān)聯(lián)I/O信號(hào)123.3.1夾具信號(hào)123.3.2傳送帶信號(hào)153.4本章小結(jié)17第4章系統(tǒng)編程與仿真184.1整體I/O信號(hào)創(chuàng)建184.2工作站邏輯184.3創(chuàng)建目標(biāo)點(diǎn)204.4程序編制214.41Rapid程序組成214.42程序內(nèi)容224.5本章小結(jié)28結(jié)論29致謝30參考文獻(xiàn)31摘要工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，而單一的工業(yè)機(jī)器人本體不能充分發(fā)揮其協(xié)同作業(yè)的功能，為了解決這一問(wèn)題，將ABB工業(yè)機(jī)器人本體與搬運(yùn)單元、碼垛單元、以及安全單元等外圍設(shè)備進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人與周圍環(huán)境的信息交互。本文以機(jī)器人碼垛工作站為研究對(duì)象，進(jìn)行機(jī)器人碼垛工作站的設(shè)計(jì)與仿真。本次設(shè)計(jì)選用ABB公司研發(fā)的Robotstudio軟件，利用其進(jìn)行機(jī)器人碼垛工作站的工作過(guò)程仿真，對(duì)碼垛工作站的組成、組件設(shè)計(jì)、程序編程等進(jìn)行研究。利用Robotstudio的Solidworks模型導(dǎo)入、路程規(guī)劃、程序編輯器、工具輔助等功能來(lái)提供機(jī)器人碼垛工作站工作流程方案，為機(jī)器人碼垛過(guò)程提供實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和理論依據(jù)。本次設(shè)計(jì)將分為三個(gè)部分:碼垛機(jī)器人工作站的構(gòu)筑;為工作站添加動(dòng)態(tài)效果;仿真路線并依此編寫程序。第一部分主要由Robotstudio自身附帶的組件和Solidworks建模來(lái)進(jìn)行，第二部分需靈活運(yùn)用Smart組件，使機(jī)器人的夾具和傳送鏈有動(dòng)態(tài)效果。第三部分需要將工作站的工作方式、系統(tǒng)信號(hào)組成與Smart組件關(guān)聯(lián)起來(lái)，再編寫程序從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的仿真運(yùn)行。關(guān)鍵字：機(jī)器人碼垛工作站；虛擬仿真；編程應(yīng)用第頁(yè)第一章緒論1.1設(shè)計(jì)背景隨著現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化的推進(jìn)和發(fā)展，機(jī)器人在各種工業(yè)環(huán)境的綜合應(yīng)用也愈加深入。碼垛機(jī)器人被廣泛應(yīng)用于各種物料運(yùn)輸行業(yè)，能夠替代大量的人力，在降低成本的同時(shí)也大大提高了生產(chǎn)率。所謂碼垛就是將物料按照一定的模式堆碼成垛，以便使單元化的物垛實(shí)現(xiàn)物料的搬運(yùn)、裝卸、運(yùn)輸、存儲(chǔ)、等物流活動(dòng)。在單元化物體的運(yùn)輸和卸載過(guò)程中除了散裝的物體和液體外，一般的物體都是以碼垛的形式進(jìn)行存儲(chǔ)或組裝，這樣即可使工作站承載更多的單位物體，又為物品的放置節(jié)省空間。對(duì)于工作站整體來(lái)說(shuō)，僅僅改良機(jī)器人的性能是顧此失彼的，本次設(shè)計(jì)還需要注意到工作站工作的安全性與合理性，這就需要精細(xì)化的各方面分析與設(shè)計(jì)。對(duì)于碼垛機(jī)器人模擬仿真是基于RobotStudio的。RobotStudio是用于工業(yè)機(jī)器人仿真的軟件，這款軟件制作精良、功能強(qiáng)大,它包含了幾乎所有ABB機(jī)器人的模型,能夠進(jìn)行復(fù)雜幾何體模型的導(dǎo)入、路徑規(guī)劃、碰撞檢測(cè)、虛擬仿真、離線編程、在線作業(yè)等,涵蓋了碼垛機(jī)器人操作的整個(gè)周期。利用其Smart組件，可以實(shí)現(xiàn)各型號(hào)ABB公司工業(yè)機(jī)器人的碼垛。1.2國(guó)內(nèi)外機(jī)器人現(xiàn)狀歐美在碼垛機(jī)器人的研究上經(jīng)過(guò)幾十年已經(jīng)不止于機(jī)器人本身的性能，而是更簡(jiǎn)潔、高效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與新型結(jié)構(gòu)的研發(fā)。澳大利亞中央昆士蘭大學(xué)的AbdulMdMazid和PavelDzitac進(jìn)行了高速碼垛機(jī)器人的高效控制配置研發(fā)，通過(guò)在運(yùn)行在人機(jī)界面觸摸屏上的圖形應(yīng)用程序、plc程序和執(zhí)行碼垛機(jī)重構(gòu)創(chuàng)造使高速機(jī)器人堆垛成為可能的伺服系統(tǒng)。碼垛機(jī)的伺服系統(tǒng)允許plc根據(jù)配置數(shù)據(jù)自動(dòng)重新配置堆垛機(jī)，并控制對(duì)貨物進(jìn)給執(zhí)行碼垛功能的機(jī)器人。這使得機(jī)器人可以同時(shí)處理多個(gè)盒子，從而實(shí)現(xiàn)高速碼垛。德國(guó)杜伊斯堡-埃森大學(xué)的BashirSalah、OmarJaneh、BerndNoche、TobiasBruckmann、SaberDarmoul進(jìn)行了新型繩牽引機(jī)器人堆垛機(jī)控制體系的仿真設(shè)計(jì),介紹了基于創(chuàng)新的線驅(qū)動(dòng)SRM的堆垛起重機(jī)的基于設(shè)計(jì)和仿真的評(píng)估，描述了基本組件，并對(duì)系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行了概述。設(shè)計(jì)了允許處理小負(fù)載操作的高級(jí)控制體系結(jié)構(gòu).開(kāi)發(fā)方程式，以確定在隨機(jī)和基于類的存儲(chǔ)策略的情況下，線驅(qū)動(dòng)SRM的單命令周期和雙基于Robotstudio的機(jī)器人碼垛工作站虛擬仿真設(shè)計(jì)研究。在仿真軟件方面，國(guó)外仿真軟件仍占據(jù)主流。日本FANUC公司的Roboguide，達(dá)索DELMIA界面，ROBCAD界面，這些軟件都有較好的普遍應(yīng)用性，界面簡(jiǎn)單明了，友好的人機(jī)交互等優(yōu)點(diǎn)，為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域機(jī)器人虛擬仿真設(shè)計(jì)提供了優(yōu)良的方案。我國(guó)碼垛機(jī)器人相關(guān)技術(shù)研發(fā)起步較晚在安全性、可靠性、承載能力方面與發(fā)達(dá)國(guó)家仍有一段差距。隨著我國(guó)在相關(guān)方向上的投入不斷加大，在碼垛機(jī)器人技術(shù)上的研發(fā)也正逐漸被各個(gè)研究所、企業(yè)所重視。昆明船舶設(shè)計(jì)研究院與哈爾濱工業(yè)大學(xué)合作進(jìn)行的基于DSP運(yùn)動(dòng)控制器的拆垛、碼垛SCARA機(jī)器人研制項(xiàng)目中，李濤、張勇、蔡磊運(yùn)用水平關(guān)節(jié)的機(jī)械結(jié)構(gòu)形式，以基于PC的開(kāi)放式DSP多軸運(yùn)動(dòng)控制器作為控制系統(tǒng)的核心，采用面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)模式,自主開(kāi)發(fā)了機(jī)器人控制系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)，如圖1.1所示。圖1.1碼垛SCARA機(jī)器人珠海格力電器股份有限公司的朱元豐開(kāi)發(fā)了一種基于機(jī)器視覺(jué)的表針自動(dòng)碼垛系統(tǒng)。為了有效識(shí)別表針的位置信息和正反面信息，設(shè)計(jì)了一種新穎的照明方案。利用送料轉(zhuǎn)盤的半透明特性，在表針待吸取區(qū)域的上方和下方分別安裝一個(gè)組合條光源和一個(gè)背光源，通過(guò)送料轉(zhuǎn)盤上方組合條光源采集的圖像，可以提取表針的幾何輪廓特征，結(jié)合正反面特征圖像和幾何輪廓特征圖像，可以確定送料轉(zhuǎn)盤上待吸取區(qū)域內(nèi)每一根表針的位置和正反面信息，然后控制平面關(guān)節(jié)型機(jī)器人自動(dòng)吸取表針。在機(jī)器人虛擬仿真開(kāi)發(fā)上，清華大學(xué)的崔培蓮和孫增圻過(guò)去曾開(kāi)發(fā)了仿真系統(tǒng)PCROBSM。是一個(gè)適用于ＩＢＭ－ＰＣ及其兼容機(jī)的機(jī)器人仿真系統(tǒng)，它的主要特色在于具有豐富的機(jī)器人控制算法和軌跡規(guī)劃算法。系統(tǒng)具有良好的用戶界面，為用戶設(shè)計(jì)、驗(yàn)證自己的軌跡規(guī)劃和控制算法提供了方便的環(huán)境，如系統(tǒng)提供了機(jī)器人語(yǔ)言SVAL、三維示教和三維圖顯功能．同時(shí)為了更接近實(shí)用，系統(tǒng)還考慮了許多實(shí)際因素．系統(tǒng)采用Ｃ語(yǔ)言和FORTRAN語(yǔ)言編程，具有模塊化結(jié)構(gòu)，可擴(kuò)充，易移植，如圖1-2所示。圖1-2PCROBSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖山東理工大學(xué)的王功亮、王好臣、李振雨、李家鵬于2017年進(jìn)行了基于ＲobotStudio的碼垛機(jī)器人智能工作站仿真研究，利用Solid-Works/Pro-E等三維建模軟件對(duì)機(jī)器人末端吸盤進(jìn)行了三維實(shí)體建模，并導(dǎo)入到RobotStudio，添加了輸送鏈、機(jī)器人控制柜等部件，從而完成了整個(gè)生產(chǎn)線的空間布局;進(jìn)行了機(jī)器人和輸送鏈之間的工作站邏輯關(guān)系連接與設(shè)定，建立了兩者之間的通訊與連接，完成了碼垛機(jī)器人工作站的仿真，如圖1-3所示。圖1-3碼垛工作站仿真從目前來(lái)看，我國(guó)在機(jī)器人虛擬仿真開(kāi)發(fā)上仍落后于一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，還需設(shè)計(jì)自己的工業(yè)仿真軟件。但隨著工業(yè)自動(dòng)化的推進(jìn)、工業(yè)市場(chǎng)對(duì)智能仿真的迫切需求，在未來(lái)工業(yè)機(jī)器人設(shè)計(jì)制造的應(yīng)用中，終有一天能夠站在同樣的高度。1.3發(fā)展趨勢(shì)隨著工業(yè)機(jī)器人自動(dòng)化的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，對(duì)于各方面的需求也在不斷提高。無(wú)論是時(shí)間還是金錢成本都是需要盡可能的減少。停止機(jī)器進(jìn)行調(diào)試意味著要在停止設(shè)備生產(chǎn)的情況下進(jìn)行修改或編程，會(huì)大大提高成本。目前常規(guī)做法是在設(shè)計(jì)階段就對(duì)新部件的可實(shí)用性和可制造性進(jìn)行檢查。在生產(chǎn)制造的同時(shí)進(jìn)行編程。RobotStudio通過(guò)離線編程，可以更合理的安排布局，從而提高精度和安全性。這樣就可以讓工程師更關(guān)注于碼垛機(jī)器人的性能與人機(jī)交互友好度上，制造出更加有競(jìng)爭(zhēng)力的貨物。近幾年來(lái)，為增加市場(chǎng)需求，國(guó)內(nèi)技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，一大批高校及企業(yè)紛紛積極研究開(kāi)發(fā)相關(guān)技術(shù)，但在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中國(guó)機(jī)器人占比僅有百分之三十左右，這說(shuō)明本次設(shè)計(jì)在性價(jià)比、技術(shù)含量上仍有不小的差距，本次設(shè)計(jì)應(yīng)該在多個(gè)方面同時(shí)發(fā)展，未來(lái)的新型技術(shù)一定是復(fù)合的、多元的，不止在性能上，在示教器系統(tǒng)設(shè)計(jì)、智能感應(yīng)等方面都會(huì)體現(xiàn)一個(gè)機(jī)器人是否足夠先進(jìn)。目前仍有一些小中型企業(yè)仍按照比較原始的人工流水線方式進(jìn)行作業(yè)，這就造成了效率低下且人工成本高昂的缺點(diǎn)，影響了企業(yè)發(fā)展。碼碼垛機(jī)器人不僅操作簡(jiǎn)單，效率高，而且可以降低成本，大大提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。進(jìn)行智能化改革，采用更加少人多智能的生產(chǎn)模式，將會(huì)成為機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的主流。1.4主要內(nèi)容本文以對(duì)機(jī)器人碼垛工作站進(jìn)行仿真碼垛為內(nèi)容，模擬仿真碼垛機(jī)器人工作站的工作流程并編程，以此通過(guò)Robotstudio軟件對(duì)機(jī)器人碼垛工作站的各個(gè)組件機(jī)制和相關(guān)的設(shè)計(jì)有更深入的了解。運(yùn)用Smart組件的設(shè)計(jì)，為機(jī)器人工作站各個(gè)相關(guān)聯(lián)的地方創(chuàng)建模塊，并對(duì)工作方式和路線進(jìn)行離線編程，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人碼垛工作站的虛擬仿真。第一章，主要介紹了機(jī)器人虛擬仿真設(shè)計(jì)的主要背景、應(yīng)用的方向和國(guó)內(nèi)外機(jī)器人研究成果以及發(fā)展趨勢(shì)。第二章，主要講述了機(jī)器人碼垛工作站的組成部分，選用了IRB460機(jī)器人，進(jìn)行了機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)及安裝。第三章，主要介紹了碼垛工作站的工作流程，并依據(jù)總流程分別對(duì)夾具、傳送裝置進(jìn)行了Smart組件的創(chuàng)建，對(duì)Smart組件各部分的含義內(nèi)容進(jìn)行了概述。第四章，主要介紹了最后編程過(guò)程，首先將部件信號(hào)與要編程的信號(hào)串聯(lián)，為了編寫程序確定關(guān)鍵目標(biāo)點(diǎn)，介紹Rapid的組成，進(jìn)行仿真后依照邏輯編寫出Rapid程序，并詳細(xì)介紹程序。第2章碼垛工作站搭建2.1碼垛工作站組成圖2-1碼垛工作站碼垛機(jī)器人工作站如圖2-1所示由機(jī)器人、機(jī)器人底座、托盤、控制器、傳送帶、叉車等組成。其中機(jī)器人作為核心可以安裝各種工具，用以實(shí)現(xiàn)各種功能；托盤用來(lái)放置貨物；傳送帶起輸送貨物的作用，也可以作為信號(hào)的發(fā)起點(diǎn)；叉車可以將裝滿了的托盤運(yùn)走，然后運(yùn)過(guò)來(lái)一個(gè)新的托盤；機(jī)器人底座可以平衡機(jī)器人受力點(diǎn)，防止機(jī)器人傾斜；機(jī)器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定的動(dòng)作或作業(yè)任務(wù)的裝置；示教器是一種手持式操作裝置，用于執(zhí)行與操作機(jī)器人系統(tǒng)有關(guān)的許多任務(wù)：比如運(yùn)行程序、操縱機(jī)器的微小運(yùn)動(dòng)、修改機(jī)器人系統(tǒng)程序等。本次設(shè)計(jì)中的貨物為長(zhǎng)方體，尺寸為600mmx400mmx250mm，如圖2-2所示根據(jù)貨物的各項(xiàng)數(shù)值進(jìn)行下面的選型。圖2-2貨物2.2零部件的選型設(shè)計(jì)IRB460是ABBRobotics的最新一代4軸裝盤機(jī)器人，其設(shè)計(jì)特點(diǎn)為：高產(chǎn)能、在高有效載荷下具備短周期時(shí)間、大工作范圍以及ABB機(jī)器人的重要特征–超長(zhǎng)的正常運(yùn)行時(shí)間。IRB460只有一個(gè)版本，其處理能力可達(dá)110kg，工作范圍2.4米。從機(jī)器人底座到機(jī)器人工具法蘭處的連接，機(jī)器人中集成了各種用戶連接（如電源、信號(hào)、總線信號(hào)和一個(gè)氣源），如圖2-3所示。IRB460是高速運(yùn)作的四軸多功能工業(yè)機(jī)器人，能縮短各項(xiàng)作業(yè)的節(jié)拍時(shí)間，提升生產(chǎn)效率。這款緊湊型的4軸機(jī)器人到達(dá)距離為2.4m，有效荷重110kg；荷重60kg條件下的操作節(jié)拍高可達(dá)2190次循環(huán)/小時(shí)（400mm×2000mm×400mm），比類似條件下的競(jìng)爭(zhēng)貨物快約15%。圖2-3IRB4602.2.1碼垛機(jī)器人夾具碼垛機(jī)器人上的夾具分為三種:夾爪式、夾板式和真空吸盤式，夾爪式主要用于速度要求較高的工作，夾板式多用于在重量小、精度要求比較高的作業(yè)，真空吸盤式夾具主要針對(duì)難以?shī)A起的貨物，比如薄壁曲面的物件。本次設(shè)計(jì)的貨物結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單且重量小，所以選用夾板式夾具。2.2.2碼垛機(jī)器人夾具設(shè)計(jì)因貨物尺寸為600mmx400mmx250mm,依據(jù)此尺寸可以將夾具兩邊夾板長(zhǎng)度定義為180mm,兩夾板間距為401mm。為了和法蘭盤相匹配，在頂端設(shè)置一個(gè)直徑200mm，高度70mm的圓盤，以此固定后面的內(nèi)容。為了造出更加合理的夾具模型，應(yīng)該使用Soildworks進(jìn)行建模。打開(kāi)Solidworks，選擇一個(gè)基準(zhǔn)面繪制夾板型的草圖，可以依據(jù)上述的簡(jiǎn)略尺寸進(jìn)行拉伸增料或除模。完成夾板設(shè)計(jì)后保存并再打開(kāi)新的零件繪制界面，將夾具的后端利用逐層的拉伸進(jìn)行建模，最后利用solidworks的組裝功能進(jìn)行組裝，如圖2-4所示。圖2-4夾具2.2.3碼垛機(jī)器人夾具的安裝及坐標(biāo)建立工業(yè)機(jī)器人的一端法蘭盤可以安裝各種工具，你可以安裝一個(gè)自定義的工具模型。但如果不進(jìn)行特殊處理就直接安裝，可能會(huì)使外部導(dǎo)入的工具無(wú)法達(dá)到需要的朝向，也不會(huì)在自定義的工具模型末端生成工具坐標(biāo)系，會(huì)造成仿真的誤差從而影響結(jié)果。在導(dǎo)入夾具后隱藏機(jī)械臂，選擇“捕捉中點(diǎn)”并將視角調(diào)整到合適的角度，如圖2-5所示，選中夾具底部中心，進(jìn)入該夾具的“修改”界面進(jìn)行設(shè)置本地原點(diǎn)，參考坐標(biāo)為大地坐標(biāo)。最后在布局界面將其標(biāo)簽拖動(dòng)在機(jī)器人標(biāo)簽上即可。圖2-5拾取原點(diǎn)2.3本章小結(jié)本章將機(jī)器人碼垛工作站中的各個(gè)組件導(dǎo)入，組建了整個(gè)工作站。本次設(shè)計(jì)所建構(gòu)的工作站屬于較為簡(jiǎn)單的類型，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)實(shí)現(xiàn)多臺(tái)機(jī)器人同時(shí)運(yùn)作，這就需要更加精細(xì)的布局。對(duì)于本次設(shè)計(jì)，將工作站搭建完畢只是作為后續(xù)內(nèi)容的鋪墊，此時(shí)的工作站各部件只能手動(dòng)操控甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)控制夾具改變姿態(tài)的功能。想要工作站實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)，就需要后續(xù)Smart組件的設(shè)計(jì)。第3章仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1仿真和離線編程流程循環(huán)開(kāi)始復(fù)制貨物貨物抵達(dá)傳送帶貨物抵達(dá)抓取點(diǎn)傳感器發(fā)出信號(hào)，貨物已抵達(dá)抓取點(diǎn)貨物被運(yùn)到放置點(diǎn)傳感器發(fā)出信號(hào)，夾具上無(wú)貨物檢測(cè)托盤未滿托盤放滿結(jié)束循環(huán)圖3-1工作流程圖3-1為碼垛工作站系統(tǒng)的工作流程。打開(kāi)“信號(hào)管理器”，將復(fù)制貨物信號(hào)置為“1”，此時(shí)進(jìn)貨口收到信號(hào)，開(kāi)始循環(huán)，貨物落到傳送帶上，傳送帶將貨物送到抓取點(diǎn)后傳感器傳出信號(hào)，機(jī)器人收到信號(hào)將貨物送到放置點(diǎn)，放置點(diǎn)放置后夾具上的傳感器傳遞信號(hào)，夾具上無(wú)貨物，機(jī)器人回到抓取點(diǎn)上方，判斷托盤是否放滿，否則繼續(xù)循環(huán)。機(jī)器人碼垛工作站按照上述進(jìn)行。由此可知需要兩個(gè)傳感器；在傳送帶與夾具上。要定位五個(gè)目標(biāo)點(diǎn)：抓取點(diǎn)正上方高處和將貨物放抓取時(shí)的位置、放置點(diǎn)正上方高處和將貨物放置時(shí)的位置、原點(diǎn)。3.2動(dòng)態(tài)組件的設(shè)計(jì)3.2.1夾具組態(tài)設(shè)計(jì)點(diǎn)擊“建模”-“Smart組件”創(chuàng)建一個(gè)名為smartComponent_1的smart組件，如圖3-2所示，并改名為SC_Gripper,它將包涵接下來(lái)的各種功能：添加一個(gè)線傳感器（LineSensor）組件，在夾具上確定一點(diǎn)，使其能在夾具夾起貨物時(shí)有所反饋（與之關(guān)聯(lián)信號(hào)從0變?yōu)?）；添加類型為“動(dòng)作”的Attacher組件并設(shè)置使夾具能夾起貨物；添加類型為“動(dòng)作”的Detacher組件并設(shè)置使夾具能放置貨物；添加類型為“信號(hào)與屬性”的LogicGate組件并設(shè)置為非門能與動(dòng)作相關(guān)聯(lián)，即觸發(fā)該組件定義為非；添加LogicSLatch組件，它能與其他信號(hào)關(guān)聯(lián)使一定條件下運(yùn)行復(fù)位或置位操作，最終效果如圖3-3所示。圖3-2Smart組件界面圖3-3最終效果3.2.2傳送帶組態(tài)設(shè)計(jì)創(chuàng)建名為smartComponent_2的組件并改名為SC_InFeeder，以此基礎(chǔ)上進(jìn)行拓展實(shí)現(xiàn)功能：添加一個(gè)PlaneSensor（面?zhèn)鞲衅鳎┙M件，實(shí)現(xiàn)貨物運(yùn)動(dòng)全程的感應(yīng)（與之后的Queue組件息息相關(guān)）；添加類型為“動(dòng)作”的Sourse組件實(shí)現(xiàn)對(duì)貨物及其位置的記錄；添加一個(gè)類型為“本體”的LineMover組件對(duì)應(yīng)一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)；添加LogicGate組件并設(shè)置成非門；添加一個(gè)類型為“其他”的Queue組件，能夠?qū)崿F(xiàn)各組件任務(wù)的隊(duì)列效果，用于機(jī)械命令有序進(jìn)行，最終效果如圖3-4所示。圖3-4傳送帶smart組件3.3關(guān)聯(lián)I/O信號(hào)在仿真過(guò)程中，可以將smart組件當(dāng)做可編程操控器，只要將smart組件的I/O信號(hào)與機(jī)器人的I/O信號(hào)串聯(lián)起來(lái)，，模擬可編程操控器與ABB機(jī)器人或傳送裝置之間的數(shù)據(jù)通信，本次設(shè)計(jì)只要在總控制器中進(jìn)行信號(hào)的改變即可實(shí)現(xiàn)各個(gè)裝置姿態(tài)的改變。3.3.1夾具信號(hào)點(diǎn)到屬性與通信界面添加連結(jié)，如圖3-5所示。圖3-5添加連結(jié)界面單擊“添加連結(jié)”,分別添加源對(duì)象為L(zhǎng)ineSensor的源屬性Sensedpart。目標(biāo)對(duì)象Attacher的目標(biāo)屬性或信號(hào)Child，如表3-1所示。表3-1夾具屬性連結(jié)源對(duì)象源屬性目標(biāo)對(duì)象目標(biāo)屬性或信號(hào)LineSensorSensedpartAttacherChildAttacherChildDetacherChild最終效果如圖3-6圖3-6屬性連結(jié)切換到信號(hào)與連接選項(xiàng)卡，如圖3-7所示。圖3-7添加信號(hào)界面單擊“添加I/OSignals”,分別添加信號(hào)類型為DigitalInput信號(hào)名稱為diGripper的信號(hào)和信號(hào)類型為DigitalOnput信號(hào)名稱為doVacuumOK的信號(hào)，如表3-2所示。表3-2夾具I/O信號(hào)信號(hào)類型信號(hào)名稱信號(hào)值DigitalInputdiGripper0DigitalOnputdoVacuumOK0點(diǎn)擊“添加I/OConnection”添加如下表的連接，如表3-3所示。表3-3夾具I/O連接源對(duì)象源屬性目標(biāo)對(duì)象目標(biāo)屬性或信號(hào)含義SC_GripperdiGripperLineSensorActivediGripper置為1時(shí)，線傳感器開(kāi)始檢測(cè)LineSensorSensedpartAttacherExecute傳感器檢測(cè)到物體時(shí)，Attacher組件開(kāi)始工作AttacherExecuteLogicSRLatchSetAttacher完成安裝操作后進(jìn)行置位操作SC_GripperdiGripperLogicGate(not)InputAdiGripper當(dāng)前狀態(tài)發(fā)送至邏輯非門進(jìn)行運(yùn)算LogicGate(not)OutPutDetacherExecute邏輯非門與Detacher拆除動(dòng)作相關(guān)聯(lián)DetacherExecuteLogicSRLatchReSetDetacher完成拆除工作進(jìn)行復(fù)位LogicSRLatchOutPutSC_GripperdoVacuumOK兩者互相關(guān)聯(lián)最終效果如圖3-8所示圖3-8I/O連接3.3.2傳送帶信號(hào)單擊“添加連結(jié)”,分別添加源對(duì)象為Source的源屬性Copy。目標(biāo)對(duì)象Queue的目標(biāo)屬性或信號(hào)Back，如圖3-9所示。圖3-9屬性連結(jié)切換到信號(hào)與連接選項(xiàng)卡，單擊“添加I/OSignals”,分別添加信號(hào)類型為DigitalInput信號(hào)名稱為diStart的信號(hào)和信號(hào)類型為DigitalOnput信號(hào)名稱為doBoxInPos的信號(hào)，如表3-4所示。表3-4傳送帶I/O信號(hào)信號(hào)類型信號(hào)名稱信號(hào)值DigitalInputdiStart0DigitalOnputdoBoxInPos0點(diǎn)擊“添加I/OConnection”添加如下表的連接，如表3-5所示。表3-5傳送帶I/O連接源對(duì)象源屬性目標(biāo)對(duì)象目標(biāo)屬性或信號(hào)含義SC_InFeederdiStartSourceExecutediStart置為1時(shí)觸Source復(fù)制動(dòng)作SourceExecuteQueueExecute完成復(fù)制后，復(fù)制品加QueuePlaneSensorSensorOutQueueDequeue面?zhèn)鞲衅鳈z測(cè)到物體，觸發(fā)并退出QueuePlaneSensorSensorOutLogicGate(not)InputAPlaneSensor_檢測(cè)到物體，輸出一個(gè)信號(hào)到LogicGateLogicGate(not)OutputSourceExecute將兩組件相關(guān)聯(lián)PlaneSensorSensorOutSC_InFeederdoBoxInPos將兩信號(hào)相關(guān)聯(lián)最終效果如圖3-10所示圖3-10傳送帶I/O連接3.4本章小結(jié)本章主要進(jìn)行Smart組件的創(chuàng)建，在Robotstudio軟件中，僅僅手動(dòng)調(diào)整機(jī)械姿態(tài)并不足夠，還需要運(yùn)用Smart組件將各個(gè)組件相互關(guān)聯(lián)，能夠協(xié)同運(yùn)作。在本次設(shè)計(jì)中，夾具能夠在感應(yīng)到夾起貨物并傳遞信號(hào)，傳送裝置能夠在感應(yīng)到貨物進(jìn)入并將其送至抓取點(diǎn)完成了動(dòng)態(tài)效果。四、系統(tǒng)編程與仿真4.1整體I/O信號(hào)創(chuàng)建上一章將傳送裝置與夾具分別實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)仿真，但仍無(wú)法使機(jī)器人進(jìn)行整個(gè)碼垛過(guò)程，這是因?yàn)樾枰~外添加I/O信號(hào)將smart組件信號(hào)與機(jī)器人相關(guān)聯(lián)，此時(shí)的I/O信號(hào)就相當(dāng)于模擬PLC,再將程序輸入，即可實(shí)現(xiàn)整體仿真。仿真應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)I/O板提供常用信號(hào)有：數(shù)字輸入DI、數(shù)字輸出DO、模擬輸入AI、模擬輸出AO和輸送鏈跟蹤。本次設(shè)計(jì)采用DSQC652板，設(shè)置地址為10，連接總線為DeviceNet。以下為所設(shè)置信號(hào)，如表4-1所示。表4-1I/O信號(hào)序號(hào)信號(hào)名稱類型地址1di_1BOxinpos_R輸入02dijiazhua輸入13do00_ClampAct輸出04dostart輸出44.2工作站邏輯工作站邏輯將Smart組件的輸入/輸出信號(hào)與機(jī)器人端的輸入/輸出信號(hào)作信號(hào)關(guān)聯(lián)。，實(shí)現(xiàn)在虛擬示教器中配置信號(hào)運(yùn)行時(shí)機(jī)器人進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。在仿真頁(yè)面點(diǎn)擊工作站邏輯，在點(diǎn)擊信號(hào)和連接，如圖4-1所示。圖4-1工作站邏輯的信號(hào)和連接頁(yè)面點(diǎn)擊“添加I/OConnection”添加如下表的連接，如表4-2所示。表4-2工作站邏輯I/O連接源對(duì)象源屬性目標(biāo)對(duì)象目標(biāo)屬性或信號(hào)含義SC_InFeederdoBoxInposSystem24di_1BOxinpos_R兩信號(hào)相關(guān)聯(lián)System24do00_ClampActSC_GripperdiGripper兩信號(hào)相關(guān)聯(lián)SC_GripperdoVacuumOKSystem24dijiazhua兩信號(hào)相關(guān)聯(lián)System24dostartSC_InFeederdistart兩信號(hào)相關(guān)聯(lián)最終效果如圖4-2所示圖4-2工作站邏輯I/O連接4.3創(chuàng)建目標(biāo)點(diǎn)MoveJ指令是在精度不高的情況下從一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)，路徑可以為弧線。MoveL是運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終為一條直線，MoveC為圓弧運(yùn)動(dòng)指令，一般定義三個(gè)內(nèi)容：圓弧的起點(diǎn)終點(diǎn)和弧度，碼垛過(guò)程中不需要此類型運(yùn)動(dòng)。所以從初始點(diǎn)到抓取點(diǎn)上方為MoveJ指令，向下移動(dòng)到抓取點(diǎn)為MoveL指令，MoveL抬起，MoveJ移動(dòng)到放置點(diǎn)上方，MoveL放下并松開(kāi)夾具，MoveL抬起為一次循環(huán)。設(shè)置一個(gè)合適的初始狀態(tài)，在虛擬示教器中的程序數(shù)據(jù)中點(diǎn)robtarget，在robtarget中創(chuàng)建pHome,將機(jī)器人移動(dòng)到準(zhǔn)備開(kāi)始循環(huán)的點(diǎn),在虛擬示教器里選中pHome點(diǎn)擊編輯里的修改位置，如圖4-3所示，以pHome為機(jī)器人原點(diǎn)。圖4-3修改pHome點(diǎn)在虛擬示教器的robtarget里創(chuàng)建pPick設(shè)為抓取點(diǎn)，選擇“手動(dòng)線性”，如圖4-4所示，移動(dòng)機(jī)器人，將機(jī)器人移動(dòng)到剛好能夾起貨物，虛擬示教器里選中pPick點(diǎn)擊編輯里的修改位置。圖4-4手動(dòng)線性圖標(biāo)在robtarget里創(chuàng)建pPlaceBase設(shè)為放置點(diǎn),選擇“手動(dòng)線性”移動(dòng)機(jī)器人，將機(jī)器人移動(dòng)到剛好能放置的位置,虛擬示教器里選中pPick點(diǎn)擊編輯里的修改位置。剩余放置點(diǎn)通過(guò)偏移計(jì)算進(jìn)行定位。4.4程序編制4.41Rapid程序組成Rapid程序由程序模塊和系統(tǒng)模塊組成，如圖4-5所示，編程模塊由各種數(shù)據(jù)和程序組成，每個(gè)模塊或整個(gè)程序都可以復(fù)制到磁盤和內(nèi)存盤等設(shè)備中，反過(guò)來(lái)亦可。其中，包含在入口和整體處理的模塊被稱為主處理執(zhí)行程序?qū)嶋H執(zhí)行主過(guò)程。系統(tǒng)模塊不會(huì)隨程序一同保存，也就是說(shuō)對(duì)系統(tǒng)模塊的任何更新都會(huì)影響程序內(nèi)存中所有的隨后被載入的程序。本次設(shè)計(jì)只利用程序模塊構(gòu)建機(jī)器人的程序。圖4-5模塊頁(yè)面4.42程序內(nèi)容本次設(shè)計(jì)可將程序內(nèi)容分為6個(gè)例行程序，分別有各自的作用。第一個(gè)程序?yàn)橹鞒绦?，可調(diào)用例行程序?qū)崿F(xiàn)碼垛功能。PROCMain()rInitAll;運(yùn)行rInitAll例行程序setdostart;置位dostartWHILETRUEDOIFbPalletFull=FALSETHEN判斷bPalletFull是否為假這個(gè)條件是否滿足，若滿足條件則執(zhí)行下面程序，不滿足條件就跳過(guò)rPick;運(yùn)行rPick例行程序rPlace;運(yùn)行rPlace例行程序ELSEWaitTime0.3;等待0.3秒Stop;停止ENDIFENDWHILEENDPROC第二個(gè)程序?yàn)槌跏蓟绦?，讓機(jī)器人回到原點(diǎn)。PROCrInitAll()pActualPos:=CRobT(\tool:=tGripper);讀取當(dāng)前機(jī)器人位置數(shù)據(jù)賦值給pActualPospActualPos.trans.z:=pHome.trans.z;將pHome的z軸坐標(biāo)賦值給pActualPosMoveLpActualPos,v500,fine,tGripper\WObj:=wobj0;移動(dòng)到pActualPos點(diǎn)MoveJpHome,v500,fine,tGripper\WObj:=wobj0;移動(dòng)到pHome點(diǎn)bPalletFull:=FALSE;將bPalletFull賦值為假nCount:=1;將賦值為1Resetdo00_ClampAct;復(fù)位doGripperResetdostart;復(fù)位dostartENDPROC第3個(gè)程序是從傳輸鏈上抓取貨物PROCrPick()MoveJOffs(pPick,0,0,300),v2000,z50,tGripper\WObj:=wobj0;移動(dòng)到pPick點(diǎn)正上方Z軸的正方向300mm處WaitDIdi01_Boxinpos_R,1;當(dāng)貨物到拾取點(diǎn)MoveLpPick,v500,fine,tGripper\WObj:=wobj0;移動(dòng)到拾取點(diǎn)Setdo00_ClampAct;置位抓取信號(hào)MoveLOffs(pPick,0,0,300),v500,z50,tGripper\WObj:=wobj0;移動(dòng)到拾取點(diǎn)正上方z軸300mm處ENDPROC第4個(gè)程序是在托盤上放置貨物PROCrPlace()rPosition;放置點(diǎn)的例行程序MoveJOffs(pPlace,0,0,300),v2000,z50,tGripper\WObj:=wobj0;移動(dòng)到放置點(diǎn)正上方z軸的正方向300mm處MoveLpPlace,v500,fine,tGripper\WObj:=wobj0;移動(dòng)到放置點(diǎn)WaitTime0.5;等待0.5秒Resetdo00_ClampAct;復(fù)位抓取信號(hào)，放下貨物WaitDIdijiazhua,0;當(dāng)夾具上沒(méi)有貨物時(shí)，執(zhí)行下一條程序MoveLOffs(pPlace,0,0,300),v500,z50,tGripper\WObj:=wobj0;移動(dòng)到拾取點(diǎn)正上方z軸的正方向300mm處rPlaceRD;運(yùn)行rPlaceRD例行程序ENDPROC第5個(gè)程序是計(jì)算放在托盤上貨物的數(shù)量PROCrPlaceRD()IncrnCount;將nCount的值加1IFnCount>15THEN判斷nCount是否大于或等于15這個(gè)條件是否滿足，若滿足條件則執(zhí)行下面程序，不滿足條件就跳過(guò)nCount:=1;將nCount賦值為1bPalletFull:=TRUE;將bPalletFull賦值為真MoveJpHome,v1000,fine,tGripper\WObj:=wobj0;回到pHome點(diǎn)ENDIFENDPROC第6個(gè)程序是計(jì)算放置貨物的位置PROCrPosition()TESTnCount根據(jù)nCount的數(shù)值，計(jì)算放置位置數(shù)據(jù)CASE1:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,100,-500,0\Rz:=90);第1個(gè)放置位置CASE2:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,-300,-500,0\Rz:=90);第2個(gè)放置位置CASE3:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,-700,-500,0\Rz:=90);第3個(gè)放置位置CASE4:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,0,0,0\Rz:=0);第4個(gè)放置位置CASE5:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,-600,0,0\Rz:=0);第5個(gè)放置位置CASE6:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,0,0,-250\Rz:=0);第6個(gè)放置位置CASE7:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,-600,0,-250\Rz:=0);第7個(gè)放置位置CASE8:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,100,-500,-250\Rz:=90);第8個(gè)放置位置CASE9:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,-300,-500,0-250\Rz:=90);第9個(gè)放置位置CASE10:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,-700,-500,-250\Rz:=90);第10個(gè)放置位置CASE11:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,100,-500,-500\Rz:=90);第11個(gè)放置位置CASE12:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,-300,-500,-500\Rz:=90);第12個(gè)放置位置CASE13:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,-700,-500,-500\Rz:=90);第13個(gè)放置位置CASE14:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,0,0,-500\Rz:=0);第14個(gè)放置位置CASE15:pPlace:=RelTool(pPlaceBase,-600,0,-500\Rz:=0);第15個(gè)放置位置ENDTESTENDPROCENDMODULE4.5本章小結(jié)本章探討了點(diǎn)位的創(chuàng)建和程序的編寫。在編寫程序之前，需要將整個(gè)要用的點(diǎn)位進(jìn)行進(jìn)行定位，還要通過(guò)軟件的仿真系統(tǒng)進(jìn)行包括機(jī)械運(yùn)動(dòng)的模式、速度、姿態(tài)等觀察可行型，最后依此編寫的程序才能順利運(yùn)行。機(jī)器人碼垛的運(yùn)動(dòng)并不復(fù)雜，但對(duì)于對(duì)于精度、效率的要求使其需要進(jìn)行嚴(yán)格的過(guò)程監(jiān)控。在Robotstudio軟件中調(diào)節(jié)各個(gè)組件之間的協(xié)調(diào)關(guān)聯(lián)運(yùn)作的同時(shí)，還需要調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)機(jī)械臂姿態(tài)和保持各個(gè)部件的安全距離。Rapid語(yǔ)言與c語(yǔ)言G代碼等機(jī)械語(yǔ)言類似，都是建立在一定語(yǔ)言邏輯之上的，對(duì)于編程者只需要將運(yùn)動(dòng)的過(guò)程與需要觸發(fā)的信號(hào)融入，再利用示教器編寫程序，即可完成仿真碼垛。結(jié)論本次設(shè)計(jì)是以ABB公司研發(fā)的Robotstudio軟件為基礎(chǔ)，進(jìn)