`基于ABB120的自動裝配系統(tǒng)三維建模與運動仿真摘要:隨著工廠的自動化程度越來越高，機器人已經(jīng)廣泛地運用了各行各業(yè)，為了讓人們更好的了解機器人，我們結(jié)合ABB120的自動裝配系統(tǒng)的設(shè)計要求，以及綜合考慮夾具的動力性和輕便性，整體輕量化，人機工程等多方面因素，設(shè)計一套最佳的機器人夾具自動裝配系統(tǒng)；然后利用ABB機器人仿真軟件RobotStudio結(jié)合UG三維建模軟件，根據(jù)工作中的整體裝配系統(tǒng)布局，建立鐵塊裝配系統(tǒng)的虛擬仿真模型。關(guān)鍵詞：自動化ABB機器人，自動轉(zhuǎn)配系統(tǒng)三維建模虛擬仿真3DModelingandMotionSimulationofAutomaticAssemblySystemBasedonABB120Abstract:Withtheincreasingdegreeofautomationinfactories,robotshavebeenwidelyusedinvariousindustries.Inordertoletpeoplebetterunderstandrobots,wecombinethedesignrequirementsofABB120'sautomaticassemblysystemandcomprehensivelyconsiderthedynamicsoffixturesAndavarietyoffactorssuchasportability,overalllightweight,ergonomics,etc.,designanoptimalrobotfixtureautomaticassemblysystem;thenuseABBrobotsimulationsoftwareRobotStudiocombinedwithUG3Dmodelingsoftware,accordingtotheoverallassemblysystematworkLayout,establishavirtualsimulationmodeloftheironblockassemblysystem.KeyWords:AutomatedABBrobot,3Dmodelingvirtualsimulationofautomatictransfersystem1.緒論1.1研究目的由于勞動力成本的日益增多，越來越多的公司著手建造機器人自動化的流水產(chǎn)業(yè)鏈，而工業(yè)機器人屬于新興產(chǎn)業(yè)，加之具有安全性高，節(jié)省人工，提高效率和品質(zhì)，降低產(chǎn)業(yè)不良率，節(jié)省人工和原料成本，提高企業(yè)形象等一系列的優(yōu)點，從上世紀(jì)50年代開始，機器人就開始融入人類社會，開始在人類的生產(chǎn)和生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。并受到的廣泛的好評，尤其是在一些工作環(huán)境極其惡劣、體力勞動強度極大、需要大量重復(fù)性勞動的領(lǐng)域，代替人類發(fā)揮著重要的作用，使人類開始從中解放出來。并且可編程可大大加快機器人的發(fā)展過程，通過編程實現(xiàn)柔性啟動化，使機器人可隨其工作環(huán)境變化的需要而再編程，因此它在小型復(fù)雜的柔性制造過程中發(fā)揮很好的作用。并且在工業(yè)機器人可以通過在機械手上的傳感器來提高對工作環(huán)境的自適應(yīng)能力。而工業(yè)機器人涉及到了數(shù)學(xué)，計算機，電子設(shè)計，動畫設(shè)計等一系列的學(xué)科，都具有很高的研究價值，而本課題旨在通過RobotStudio軟件仿真模擬裝配系統(tǒng)來檢驗實物在現(xiàn)實生活中的可行性。1.2研究內(nèi)容本課題通過用UG對自動轉(zhuǎn)配系統(tǒng)的零件和配套設(shè)施進行三維建模。工業(yè)機器人自動裝配所使用機器人技術(shù)與計算機技術(shù)結(jié)合，其借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，在虛擬環(huán)境中對機器人自動裝配過程進行演示仿真。其中SMART組件在機器人運動仿真中具有關(guān)鍵作用，運用SMART組件能夠有效模擬真實工作時的動作過程及工作邏輯，能夠體現(xiàn)傳感器在系統(tǒng)中發(fā)揮的重要作用。通過編寫設(shè)計PLC控制程序，能夠?qū)崿F(xiàn)識別抓取擰緊等裝配工序內(nèi)容。因此需要考慮機器人加速度突變對機器人末端運行時的影響，需要保證機器人在關(guān)節(jié)空間角加速度曲線的連續(xù)，得到一條高效、平滑、準(zhǔn)確、可靠的運行軌跡是最終的需要。進一步改進和完善機器人自動裝配系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計，并進一步減少機器人在自動裝配中遇到的故障。從而能夠用更加經(jīng)濟、合理、有效的方式對自動裝配系統(tǒng)進行合理配置，降低設(shè)備投資風(fēng)險。而選擇ABB機器人是因為ABB搬運機器人動作靈活、運動慣性小、通用性強、能抓取靠近機座的工件,并能繞過機體和工作機械之間的障礙物進行工作,隨著生產(chǎn)的需要,對多關(guān)節(jié)手臂的靈活性,定位精度及作業(yè)空間等提出越來越高的要求。前后左右位移靠導(dǎo)軌來實現(xiàn),更適合于操作空間狹小的場合。配有氣泵,可在斷氣情況下繼續(xù)使用一個循環(huán),在氣壓下降到一定程度，啟動自鎖功能，防止工件下降。并設(shè)有安全系統(tǒng)，在搬運過程中或是工件沒有被放置在安全表面時，操作者不能釋放工件。而IRB-120是ABB新型第四代機器人家族的最新成員，也是迄今為止ABB制造的最小機器人。IRB-120具有敏捷，緊湊，輕量的特點，控制精度與路徑精度俱優(yōu)，更是物料搬運與裝配應(yīng)用的理想選擇。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀劉安軍[2]先是提出ABB工業(yè)機器人模擬碼垛的構(gòu)想，然后通過smart組件，建立通信信號和建立控制通信鏈路來進行工作的搭建，并編寫程序?qū)崿F(xiàn)仿真。劉海燕[3]先提出了自動化焊接的方案，然后設(shè)計用I/O信號對機器人與外界設(shè)備進行交互，并且運用REPID語言對機器人的邏輯運動以及I/O控制進行編程并用RobotStudio進行仿真。朱洪雷[4]等設(shè)計的基于ABBIRB2600機器人的高效自動化打磨平臺，具有良好的通用性，能夠滿足木質(zhì)音箱等各類平板式小件產(chǎn)品的打磨，并有效提高產(chǎn)品品質(zhì)和生產(chǎn)效率，降低企業(yè)開發(fā)周期和生產(chǎn)成本。通過使用旋轉(zhuǎn)式上下料機構(gòu)能夠最大限度適應(yīng)市場上各類平板式小件產(chǎn)品的打磨，更換其他類型產(chǎn)品時只需重新設(shè)計相應(yīng)的工裝夾具即可滿足生產(chǎn)需求。并設(shè)計多功能打磨夾具，實現(xiàn)了打磨夾具的多功能化。并且最后利用先粗砂打磨，后海綿砂打磨來保證產(chǎn)品的細膩度、高品質(zhì)。王沐雨為了驗證工業(yè)機器人ABBIRB1600的運動學(xué)性能，依據(jù)其基本結(jié)構(gòu)及參數(shù)，利用改進的D-H方法在MATLAB中進行機器人建模，調(diào)用MATLAB機器人工具箱中的fkine函數(shù)進行正—逆運動學(xué)仿真，最后得到了各關(guān)節(jié)空間的運動位移、角速度和角加速度的曲線，實現(xiàn)了對ABBIRB1600機器人的運動學(xué)仿真。郝建豹[6]等在《基于RobotStudio的多機器人生產(chǎn)線仿真設(shè)計》中,為了解決設(shè)計程序的復(fù)雜和操作起來不方便的問題，介紹了一種利用RobotStudio對多機器人自動線建模及虛擬生產(chǎn)的方案。首先利用SolidWorks設(shè)計了數(shù)控機床根工作站的三維仿真模型，創(chuàng)建了多機器人生產(chǎn)的放置布局，其次根據(jù)生產(chǎn)線連續(xù)運行模式，并且利用動態(tài)Smart組件仿真運行I/O信號，最后離線編制了簡潔的程序，通過該設(shè)計方案可以隨時隨地觀察工作情況，并且可以隨時隨地改變參數(shù)來調(diào)整生產(chǎn)節(jié)拍。該設(shè)計方案可以為機器人生產(chǎn)線設(shè)計提供理論依據(jù)和試驗平臺，可降低生產(chǎn)線設(shè)計、調(diào)試的成本，指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)。魯鵬[7]等在《基于RobotStudio的工業(yè)機器人虛擬仿真實驗室的構(gòu)建》中在構(gòu)建虛擬仿真實驗室的時候，分析了傳統(tǒng)工業(yè)機器人實驗室的利弊，并提出了利用ABBRobotStudio軟件構(gòu)建工業(yè)機器人仿真實驗室的框架和構(gòu)建方案。利用RobotStudio開發(fā)平臺的優(yōu)勢，表達了工業(yè)機器人虛擬仿真項目內(nèi)容及實驗方法。講軟件仿真和實際機器人兩個毫不相干的東西結(jié)合起來，達到教學(xué)質(zhì)量并提高了教學(xué)效率，為學(xué)生提供了更具有創(chuàng)造性的實驗環(huán)境，同時也緊密結(jié)合當(dāng)前企業(yè)的實際需要，實現(xiàn)學(xué)校與企業(yè)間人才培養(yǎng)的無縫銜接。蔣慶磊[8]等在《基于RobotStudio的工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線仿真的研究[J].汽車實用技術(shù)》中闡述了基于RobotStudio軟件運用Smart組件實現(xiàn)工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線仿真研究，主要用Smart組件創(chuàng)建動態(tài)輸送鏈、動態(tài)夾具，設(shè)定工作站邏輯等項目。關(guān)鍵技術(shù)是Smart組件的應(yīng)用。在RobotStudio中創(chuàng)建碼垛工作站進行仿真，利用Smart組件實現(xiàn)動畫效果。案例應(yīng)用調(diào)試結(jié)果說明，基于RobotStudio仿真工業(yè)機器人自動化生產(chǎn)線可以獲取高效、直觀的結(jié)果。孫立新[9]等在《基于RobotStudio的機器人分揀工作站仿真設(shè)計》以工業(yè)機器人分揀工作站為研究對象，發(fā)現(xiàn)其設(shè)定的程序中的運動軌跡規(guī)和公司所要求的生產(chǎn)要求不相符的問題，利用ABB機器人仿真軟件RobotStudio優(yōu)勢，并將他運用到工業(yè)機器人自動分揀工作站中。為機器人分揀工作站的設(shè)計與制造提供了技術(shù)參考和可行性依據(jù)，可降低生產(chǎn)線設(shè)計及調(diào)試成本，并可用于指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)。朱立達[10]等在《基于RobotStudio的雙機器人協(xié)同仿真研究》本文以兩臺ABBIRB1600型機器人為核心，配套外圍設(shè)備，構(gòu)建了集搬運、裝配、碼垛功能于一體的雙機器人協(xié)同仿真工作站，重點研究了雙機器人仿真中SMART組件的應(yīng)用、機器人程序編寫與優(yōu)化、工作站邏輯設(shè)計3個難點問題，為深入研究多工業(yè)機器人協(xié)同工作離線仿真技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。楊立潔[11]等在《基于RobotStudio的陶瓷托輥軸承座自動裝配生產(chǎn)線虛擬仿真》該文以軸承座自動裝配生產(chǎn)線為研究對象，介紹了一種利用SolidWorks和RobotStudio對軸承座自動裝配生產(chǎn)線的建模及虛擬運行生產(chǎn)的方案。仿真數(shù)據(jù)表明，實時改變機器人TCP速度等參數(shù)，可得到合理的運行速度與實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。該設(shè)計方案對軸承座自動裝配生產(chǎn)線的實現(xiàn)提供了設(shè)計理論依據(jù)和實驗平臺，降低了生產(chǎn)線設(shè)計、調(diào)試的成本，提高了生產(chǎn)效率。楊會攀[12]在《基于Smart組件的動態(tài)夾具設(shè)計在教學(xué)中的應(yīng)用》主要介紹了怎樣利用Smart組件功能設(shè)計動態(tài)夾具，并進行簡單物料搬運，以達到與真實設(shè)備一樣的教學(xué)效果。邱科威[13]在《IRB40數(shù)控作業(yè)仿真系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》中通過數(shù)控作業(yè)仿真管理系統(tǒng)進行了一系列仿真使他著重實現(xiàn)了以下功能：數(shù)控作業(yè)仿真項目信息管理功能；數(shù)控生產(chǎn)設(shè)備運行仿真功能；數(shù)控作業(yè)過程仿真功能馬力超[14]在《基于ABBRobotWare的閘板堆焊路徑規(guī)劃及RobotStudio仿真優(yōu)化》中基于閘閥的閘板，進一步探討閘板成型后的閘板密封堆焊工藝，使用機器人對閘板密封面進行堆焊軌跡規(guī)劃研究，使堆焊效率更高，堆焊質(zhì)量更好。郭建飛[15]在《基于RobotStudio的工業(yè)機器人與活塞澆注機集成應(yīng)用設(shè)計》的目的在于進一步改進和完善機器人自動活塞澆注機的應(yīng)用設(shè)計。文中所設(shè)計仿真的機器人活塞自動澆注機鑄造自動化成套裝備重點結(jié)合國六以上高端柴油機活塞鑄造自動化工藝流程，釆用自動晶粒細化的活塞整體鑄造成型工藝、提高產(chǎn)品金相組織的高壓大流量串水系統(tǒng)、高精度自動下過濾網(wǎng)控制技術(shù)、高精度工業(yè)機器人集成澆注技術(shù)等多項先進技術(shù)，可實現(xiàn)國六以上高負(fù)荷柴油發(fā)動機活塞的全自動化鑄造生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，工藝條件穩(wěn)定。岳晴晴[16]在《六軸工業(yè)機器人軌跡規(guī)劃的研究》中主要研究工業(yè)機器人在笛卡爾空間下軌跡規(guī)劃的研究，即直線軌跡規(guī)劃、圓弧軌跡規(guī)劃以及三次非均勻有理B樣條與多項式加速度控制曲線相結(jié)合的軌跡規(guī)劃算法；以及關(guān)于關(guān)節(jié)空間下三次多項式插值、五次多項式插值的簡單研究和三次非均勻有理B樣條與遺傳算法相結(jié)合的軌跡規(guī)劃算法。帥佳慧[17]在《六自由度噴涂機器人離線軌跡規(guī)劃與仿真》中針對噴涂作業(yè)中存在的問題，利用機器人程序的仿真程序優(yōu)化，很橋面的在一種針對美式古典掩門特征的平面輪廓偏置的螺旋軌跡編制程序，利用極值法、黃金分割法以及插補算法對噴涂軌跡進行優(yōu)化，提高噴涂效率及噴涂效果。最后以ABBIRB5500機器人為應(yīng)用平臺，采用離線仿真技術(shù)對該規(guī)劃方法可行性進行驗證。ChristineConnolly[1]在《ABBRobotStudio的技術(shù)與應(yīng)用》中先是對ABB主要功能的介紹，然后著重介紹了RTS柔性系統(tǒng)，通過此系統(tǒng)來對酸奶的包裝生產(chǎn)和面包食品的包裝取放來減少工作周期和提高整體效率的目的。2.基于ABB120的自動裝配系統(tǒng)的三維建模2.1主要建模ug軟件簡介UG是Siemens

PLM

Software公司推出的個集成化的CAD/CAMCAE系統(tǒng)軟件，它為工程設(shè)計人員提供了非常豐富、強大的應(yīng)用工具，使用這些工具可以對產(chǎn)品進行設(shè)計(包括零件設(shè)計和裝配設(shè)計)、工程分析(有限元分析和運動機構(gòu)分析)、繪制工程圖、編制數(shù)控加工程序等。隨著版本的不斷升級和功能的不斷擴充，進步擴展了其應(yīng)用范圍，并向?qū)I(yè)化和智能化發(fā)展，例如各種模具設(shè)計模塊(冷沖模、注塑模等)、鈑金加工模塊、管路布局、實體設(shè)計及車輛工具包等。并且UG利用其非常全面的功能和操作簡單的優(yōu)勢對工作站各個部件進行三維建模。2.2主要零部件的建模步驟與裝配自動裝配工作站組成：ABB120機器人，圓盤，末端執(zhí)行器，放物臺，鐵架臺，操作臺，傳送帶，鐵塊，攝像頭，螺絲機，玻璃蓋，顯示屏，小物塊，電池盒，電機。2.2.1圓盤和末端執(zhí)行器2.2.1.1螺絲刀圖2-1螺絲刀三維建模圖螺絲刀的建模步驟，第一步，從頭部開始，分別用圓錐，凸臺，建立好外圍的整體，在通過矩形鍵槽，螺紋孔，拉伸，邊倒圓等特征進行周邊加工。保存為螺絲刀外殼并退出。如圖2-2所示圖2-2螺絲刀外殼三維建模圖第二步，做一個直徑為13.5mm，高度為27.2mm的圓柱，并做1mm的抽殼，在圓柱上方做一個直徑7.7mm，高度15.mm的凸臺，也做1mm的抽殼，并在圓柱的下方做一個矩形腔體，保存為螺絲刀保護殼并退出。如圖2-3所示圖2-3螺絲刀保護殼三維建模圖第三步，通過繪制草圖并拉伸的方法建模，完成后保存為螺絲刀保護殼并退出。如圖2-4所示圖2-5螺絲刀定位夾三維建模圖第四步，做一個圓柱，在頭部做一個角度為15度的，距離為2mm的倒斜角，再在圓柱的正上方做一個直徑為1.5mm的圓，在以圓點做一個角度為165度的直線，以此直線作為方向拉伸并求差。并按90度鏡像陣列，保存為螺絲刀并退出。如圖2-2所示。圖2-6螺絲刀定位夾三維建模圖第五步，將之前的組件通過同一中心線的裝配約束將所有組件結(jié)合在同一軸上，并通過距離約束來確定他們的位置。2.2.1.2吸盤夾具圖2-7吸盤夾具三維建模圖吸盤夾具三維建模步驟，第一步繪制草圖，并通過拉伸建造上下兩個長方體，通過脫殼和矩形建槽來對下方長方體進行求差，保存為外殼并退出。第二步通過圓錐特征指令和圓柱指令建造出吸盤大體模型，并用倒圓角對齊進行加工。保存為吸盤并退出。第三步通過同心裝配約束將講個物件結(jié)合在一起，并用過對齊的裝配約束固定吸盤位置。2.2.1.3氣動夾具圖2-8氣動夾具三維建模圖氣動夾具利用氣缸推動氣閥來使推桿進行來回運動。氣動夾具的建模步驟，第一步繪制如下的草圖如圖2-9，并拉伸50mm，在長方體的右平面插入基準(zhǔn)平面，并多次使用旋轉(zhuǎn)，拉伸，凸臺等命令建造氣閥幾何體，并通過長方體的中平面進行鏡像幾何體。保存為連接器并退出。圖2-9連接器草圖圖2-10氣閥三維建模圖第二步繪制草圖，繪制草圖完成夠?qū)﹂L方形進行拉伸后確定一個平面后在進行拉伸，完成后，在原先的長方體中做4個孔以備固定。保存為夾具兩側(cè)并退出。第三步通過接觸對齊的裝配方式把他們裝配在一起。2.2.2放物臺放物臺分為上下部分，中間用四周螺絲來固定，放物臺的上半部分如圖2-11,2-22所示：圖2-11放物臺上部三維建模圖圖2-12放物臺下部三維建模圖第一步，繪制如下草圖，如圖2-13所示圖2-13放物臺上部草圖第二步，將外部的長方形和把手拉伸10mm，里面的小物塊和正方形拉伸2mm，并求差，然后在之前的小孔里做深度為10的螺紋孔。放物臺的下部分的建模步驟，第一步，繪制草圖，如圖2-14所示圖2-14放物臺下部草圖第二步，拉伸外圍長方形7.2mm，并且在四周直徑10mm圓孔做深度12mm的埋頭孔，然后其他孔和鍵槽拉伸7.2mm并與長方體求差，然后在拉伸底部新建一個基準(zhǔn)平面，并以之前的平面圓作為參考點，做一個邊長為6mm的正六邊形，并將這四個正六邊形拉伸58.8mm作為支柱。第三步，在正六邊形的底部做基準(zhǔn)平面，并繪制以下草圖，先拉伸10mm再在點處做沉頭直徑10mm，沉頭深度4mm，直徑6mm，深度10mm的沉頭孔。2.2.3鐵架臺圖2-15鐵架臺三維建模圖鐵架臺建模步驟：第一步：繪制草圖，如圖2-16所示圖2-16鐵架臺草圖第二步：將外部的長方形拉伸2cm，里面的小正方形和兩個的小長方體做0.5cm的拉伸并與大長方體進行求差，然后在此基礎(chǔ)上對4個點進行孔特征，上部做深度為0,.1cm，直徑為0.1cm的孔，下部做深度為0.05cm，直徑為0.05cm的孔。保存并退出。第三步，新建一個文件夾，繪制一個長為19cm，寬為20cm的長方形并拉伸1cm。通過實物測量在新的平面上畫4個正六形并拉伸6cm，新建一個平面。并做畫出同樣的長方形并拉伸1cm作為底座，保存并退出。第四步，將剛剛做好的兩個零件通過接觸對齊的約束，裝配在一起。2.2.4操作臺操作臺主要建模步驟，第一步用草圖的方法建立模型，并通過拉伸進行三維建模，保存為支架并退出。圖2-17支架三維建模圖第二步，繪制長方形草圖，并通過拉伸，凸臺，旋轉(zhuǎn)，錐孔，球，鏡像等特征命令來建立固定氣缸，該裝置起到了固定鐵塊的作用，保存為固定氣缸并退出。第三步，將固定氣缸通過距離和平行約束來確定在支架上的位置，通過接觸對齊來使固定氣缸固定在支架的平面上。圖2-18操作臺三維建模裝配約束圖2.2.5傳送帶圖2-19傳送帶三維建模圖傳送帶建模步驟，第一步，做一個長度為250mm，寬度為30mm，高度為15mm的長方體，在長方體的四角做半徑為3mm的邊倒圓，并通過測量做一個矩形槽并通過長方體上表面的中線進行鏡像。并在長方形做一個長為170mm。寬為1mm的長方形進行拉伸并求差，保存為定位夾并退出。圖2-20定位夾三維建模裝配圖第二步點擊插入，在任務(wù)環(huán)境下繪制草圖，畫的草圖如圖2-21所示，分別對各部件進行拉伸，并對中間的鍵槽以長方形的左右中線作為鏡像線進行鏡像特征。保存為固定夾并退出。圖2-21固定夾三維建模裝配圖圖2-22固定夾三維建模圖第三步點擊插入，在任務(wù)環(huán)境下繪制草圖，繪畫的草圖如圖2-23所示，分別對各部件進行拉伸，并保存為傳感器定位夾并退出。圖2-23傳感器定位夾三維建模裝配圖圖2-24傳感器定位夾三維建模圖第四步點擊插入，在任務(wù)環(huán)境下繪制草圖，如圖2-25所示，用上方的圓做一個直徑2mm的球，下方的圓做一個底部直徑5.75mm，頂部直徑為4.5mm，高度為4.5mm的圓錐，按照實物對直徑11.5mm圓柱分別1mm，9mm，1mm，50mm，1mm進行的拉伸，對50mm的拉伸進行小徑為3.75mm，長度為50mm，螺距為1.75mm，角度為69mm的螺紋特征。保存為傳感器并退出。圖2-25傳感器草圖圖2-26傳感器三維建模圖第五步點擊插入，在任務(wù)環(huán)境下繪制草圖，繪制一個邊長為9.8的正六邊形，在六邊形畫一個直徑為11mm的圓，和直徑為17mm的圓，對外部的正六邊形3.3mm進行拉伸，對17mm的圓進行3.3mm拔模負(fù)70度的拉伸。對里面的11mm的圓進行3.3mm拉伸并對里面進行螺紋特征，保存為螺母并退出。第六步做一個直徑為20mm，高度為2mm的圓柱，并對圓心畫一個11.5mm的圓，并拉伸2mm和圓柱求差，保存為墊片并退出。第七步點擊插入，在任務(wù)環(huán)境下繪制草圖，繪制的草圖如圖2-27所示，對面的多邊形進行20mm向上拉伸作為保護板，并最上方兩條邊角線做2mm的邊倒圓。對里面的多邊形做向下130mm的拉伸作為傳送帶，在兩邊做兩個矩形鍵槽用來保證保證傳感其定位夾成功安裝。保存為傳送帶主體并退出。圖2-27傳送帶草圖第八步，將傳送帶各個部件導(dǎo)入進去并通過接觸對齊，平行的裝配約束來進行組裝。2.2.6.鐵塊圖2-28鐵塊三維建模圖第一步，點擊插入，在任務(wù)環(huán)境下繪制草圖。繪制的草圖如圖2-29所示圖2-29鐵塊草圖第二步，點擊插入-設(shè)計特征-拉伸對外面的正方形進行15mm的拉伸，并對里面的正方形進行2mmm的拉伸，對外部的正方形進行求差布爾運算，對里面的圓形，正方形進行5mm的拉伸，并對三角形進行3mm的拉伸，并對外部的正方形進行求差布爾運算，然后在四周半徑為1.5的圓上打孔，做一個深度5,25的螺紋孔，創(chuàng)立xz軸和xy軸的平面，并以此為基準(zhǔn)平面分別在正方形鐵塊的左右兩邊插入一個長度為40mm，寬度為4mm，深度為1.3mm的矩形鍵槽。方便夾具的夾取。2.2.7攝像頭 圖2-30攝像頭三維建模圖攝像頭就是利用機器代替人眼來作各種測量和判斷。它是計算科的一個重要分支，它綜合了光學(xué)、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術(shù)，涉及到計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機電一體化等多個領(lǐng)域。攝像頭工作原理1、攝像頭里的工件定位檢測器探測到物體已經(jīng)運動至接近攝像系統(tǒng)的視野中心，向工業(yè)機器人發(fā)送觸發(fā)脈沖。2、圖像采集部分按照事先設(shè)定的程序和延時，分別向攝像機和照明系統(tǒng)發(fā)出啟動脈沖。3、攝像機停止目前的掃描，重新開始新的一幀掃描，或者攝像機在啟動脈沖來到之前處于等待狀態(tài)，啟動脈沖到來后啟動一幀掃描。4、攝像機開始新的一幀掃描之前打開曝光機構(gòu)，曝光時間可以事先設(shè)定。5、另一個啟動脈沖打開燈光照明，燈光的開啟時間應(yīng)該與攝像機的曝光時間匹配。6、攝像機曝光后，正式開始一幀圖像的掃描和輸出。7、圖像采集部分接收模擬視頻信號通過A/D將其數(shù)字化，或者是直接接收攝像機數(shù)字化后的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。8、圖像采集部分將數(shù)字圖像存放在處理器或計算機的內(nèi)存中。9、處理器對圖像進行處理、分析、識別，獲得測量結(jié)果或邏輯控制值。10、處理結(jié)果控制流水線的動作、進行定位、糾正運動的誤差等。攝像頭的功用對零件進行拍照，將照片傳送到上位機，通過數(shù)據(jù)庫進行匹配，通過上位機反饋的位置數(shù)據(jù)，來對零件進行識別，調(diào)整正確的零件位置。2.2.8螺絲機圖2-31螺絲機三維建模圖螺絲機的作用可以將螺絲排成一排，連接上位機，通過上位機傳給他的信號自動彈出螺絲，來使螺絲放置到正確的位置，方便螺絲刀的取用。螺絲機的優(yōu)點1、安全無噪聲，2、擁有很高的工作效率，3、易上手操作，4、自動化程度高。3.RobotStudio軟件對ABB120的自動裝配系統(tǒng)進行運動仿真3.1.RobotStudio軟件簡介RobotStudio軟件是ABB機器人公司的一款離線機器人編程與仿真工具。從1988年，該軟件向市場發(fā)布以來，一直在機器人仿真軟件領(lǐng)域處于頂尖地位，他的獨特之處在于他的仿真程序可以直接導(dǎo)入到機器人的當(dāng)中并用于操作，沒有任何的中間環(huán)節(jié)。該軟件可以支持用于機器人的各個階段，用仿真動畫來來編輯和調(diào)制機器人的控制器來控制機器人的運動，并可以編程來優(yōu)化現(xiàn)有的機器人程序，從1988年開始，ABB公司開始研發(fā)離線機器人系統(tǒng)，這就可以在家完成仿真的優(yōu)化，檢查機器人的TCP路徑是否能夠準(zhǔn)確運行，可以及時對編程點的碰撞進行檢查并對碰撞點進行及時修正，并可以通過遠程維護的方法來進行故障排除，極大的提高了工作效率。3.2.RobotStudio軟件功能簡介(1)RobotStudio軟件可以模擬真實的工作站場景，通過真實的示教器來對機器人進行運功和編程，為工程提供最大程度上的仿真。(2)RobotStudio軟件直接各種軟件模型的導(dǎo)入， 包括IGES、IGES、

VRML、VDAFS、

ACIS和CATIA。通過已經(jīng)建造的具有精確尺寸的3D模型數(shù)據(jù)，建立具有精確地位的工作站，使仿真結(jié)果更加接近事實。(3)可以捕捉機器人運功路徑。(4)可以進行碰撞檢測來規(guī)避在現(xiàn)實條件下的風(fēng)險(5)可以用過信號分析器來檢測機器人在各個狀態(tài)下，各個接口的通放電情況和各個動作下的角速度，速度，接觸應(yīng)力等特征數(shù)據(jù)(6)在線作業(yè)，可以通過連接真實的機器人來對機器人進行便捷的操作，如，導(dǎo)入編制好的程序，調(diào)整正確的參數(shù)，對機器人進行文件傳輸，備份之前在機器人保存的程序等等。3.3基于ABB120的自動裝配系統(tǒng)介紹自動裝配系統(tǒng)是結(jié)合實際工廠使用相應(yīng)自動化工作場景，以ABB工業(yè)機器人本體為基礎(chǔ)，集成自動螺絲排列系統(tǒng)、氣動吸取螺絲系統(tǒng)、自動打螺絲裝置、視覺處理系統(tǒng)、井式自動上下料裝置、自動碼垛系統(tǒng)等工業(yè)化應(yīng)用，使學(xué)習(xí)者快速學(xué)習(xí)工業(yè)機器人基本原理、伺服電機驅(qū)動控制、執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計與控制設(shè)計、工業(yè)機器人編程、視覺處理技術(shù)、運動控制卡使用等知識。該平臺適合于自動化控制、機電一體化等專業(yè)人員學(xué)習(xí)工業(yè)機器人設(shè)計、應(yīng)用、維護等知識，培養(yǎng)相關(guān)工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用人才。通過RobotStudio軟件建立工作站，將之前ug建造的模型幾何體導(dǎo)入到工作站中，在RobotStudio中根據(jù)機械手的運動范圍來確定各部件的位置，也可以通過放置兩點法來精確放置的位置，為使機械手動作更加方便的完成。如圖3-1，顯示的就是已經(jīng)完成好的自動裝配系統(tǒng)的頁面布局。圖3-1基于ABB120的自動裝配系統(tǒng)的頁面布局ABB120的自動裝配系統(tǒng)的工作流程，第一步通過氣動夾具將鐵塊從鐵架上安裝在操作臺上，并用推桿將物塊固定住鐵塊，第二步，通過吸盤夾具將小物塊從放物臺移動倒攝像頭上方，并通過攝像頭的視覺傳達系統(tǒng)，將拍攝的照片傳送到上位機，通過數(shù)據(jù)庫進行匹配，通過上位機反饋的位置數(shù)據(jù)，來使得零件調(diào)整到正確的位置。并依次放置到鐵塊上。第三步，通過氣動夾具將玻璃蓋從放物臺移到鐵塊上方，通過機械手自帶的數(shù)據(jù)進行定位，穩(wěn)穩(wěn)的蓋在鐵塊的上方，使鐵塊和玻璃蓋重合。第四步，將螺絲從螺絲機通過螺絲刀安裝在鐵塊四周的孔上，使的玻璃蓋和鐵塊固定在一起。第五步，松開推桿，將鐵塊通過氣動夾具放入到傳送帶上，等待鐵塊運動到另一端時，用氣動夾具夾起，放入左邊的傳送帶上，操作流程圖如圖3-2所示。圖3-2基于ABB120的自動裝配系統(tǒng)的工作流程圖3.4ABB120的自動裝配系統(tǒng)仿真動畫的制作3.4.1smart組件Smart組件是可以導(dǎo)入幾何體，使他們做規(guī)律有序運動的運動的智能組件，是仿真動畫的重要組成部分，它可以改變工作站物件，光線，機械裝置的空間位置和屬性 ，還可以對信號邏輯進行創(chuàng)建。它里面涵蓋了信號和屬性，傳感器，動作，和本體四大部分，信號和屬性主要控制物體運動速度，仿真的通斷，仿真的次數(shù)等等。傳感器主要是檢測實物的距離和位置，防止發(fā)生物體的碰撞。動作主要控制著一個物件對另一物件的安裝，拆除，拷貝，隱藏等命令。本體主要是控制物體的運動軌跡。最后通過I/O端口將各個組件連接在一起，形成一個運動系統(tǒng)。3.4.2仿真工具和smart組件和事件的建立第一步，創(chuàng)立一個空的smart組件，命名為圓盤工具，在圓盤工具內(nèi)創(chuàng)立機械裝置，將圓盤和末端執(zhí)行器結(jié)合體分為三個部分，夾具兩側(cè)分為兩個部分，其余分為一個部分，設(shè)定一個夾具夾取的動作，并將工作數(shù)據(jù)安裝到三個執(zhí)行器的末端執(zhí)行點上，方便機械手對物體的反饋。第二步，在圓盤工具設(shè)定吸盤的smart組件，因為吸盤要吸附物體，并且要檢測是否要與物體接觸，并且還有一個開關(guān)來控制動作的通斷，通斷所以設(shè)定的smart組件網(wǎng)絡(luò)如圖3-3所示。要注意的是設(shè)定直線傳感器的時候要把距離提高0.2mm，防止結(jié)合過緊而導(dǎo)致失敗。圖3-3吸盤smart組件網(wǎng)絡(luò)圖圖3-4吸盤smart組件介紹第三步，在圓盤工具里設(shè)定螺絲刀的smart組件，和吸盤的組件一樣，不過要在其中添加一個旋轉(zhuǎn)的smart指令，作用在螺絲頭上，要設(shè)置兩個信號，一個控制旋轉(zhuǎn)，一個控制安裝和拆除。要注意的是要在螺絲刀的smart組件導(dǎo)入一個螺絲刀幾何體與smart組件綁定，這樣才能保證旋轉(zhuǎn)的順利運行。設(shè)定的smart組件如圖3-5所示，圖3-5螺絲刀smart組件網(wǎng)絡(luò)圖第四步，在圓盤工具里設(shè)定氣動夾具的smart組件，氣動夾具的組件是吸盤夾具的程度上加兩個動作，所以我們增加兩個組件，導(dǎo)入我們之前在創(chuàng)立機械裝置的時候的那兩個動作，使他們處于夾取和松開的狀態(tài)，smart設(shè)計圖如圖3-6所示。圖3-6氣動夾具smart組件網(wǎng)絡(luò)圖第五步，新建一個名為操作臺的smart組件，因為推桿要執(zhí)行夾緊和松開兩個動作，所以我們設(shè)定兩個移動組件，我增加了在固定時間發(fā)出信號的smart組件，保證了推桿能夠及時收到信號及時進行運動，將之前建好的幾何體導(dǎo)入到smart組件當(dāng)中，并將推桿和smart動作組件進行綁定，smart設(shè)計圖如圖3-7所示。圖3-7操作臺smart組件網(wǎng)絡(luò)圖第六步，新建一個名為攝像頭的smart組件，我們運用倒圓錐取模擬燈光，等小物塊移動到攝像頭上方時，自動出現(xiàn)燈光。并使小物塊自動調(diào)整位置。并將攝像頭幾何體和圓錐體導(dǎo)入到smart組件中去。第七步，新建一個名為螺絲機的smart組件，通過建立仿真信號和接受仿真信號的smart組件，當(dāng)增加螺絲取走后自動運行建造一個圖形組件的拷貝這一命令，通過建立開關(guān)對他進行關(guān)閉，設(shè)計完成后將螺絲機和螺絲導(dǎo)入到組件中，設(shè)計圖如圖3-8所示。圖3-8螺絲機smart組件網(wǎng)絡(luò)圖第八步，新建一個名為傳送帶的smart組件，通過一個平面?zhèn)鞲衅鱽頇z測鐵塊是否在傳送帶上，然后讓鐵塊在傳送帶移動指定位置后并復(fù)位。具體設(shè)計圖如圖3-9所示。圖3-9螺絲機smart組件網(wǎng)絡(luò)圖第九步，新建一個控制器，將之前所創(chuàng)建的smart組件利用I/O信號口連接起來，具體連接情況如圖3-10所示。圖3-10工作站smart組件設(shè)計圖3.4.3目標(biāo)點建立先創(chuàng)建一個系統(tǒng)，在創(chuàng)建圓盤，氣動夾具等4個工作數(shù)據(jù)，然后在確定所有物體的中心點，在中心店創(chuàng)立的坐標(biāo)軸并要保證夾具在那一刻相對運動的坐標(biāo)軸在同一個方向上，具體情況如圖3-11所示。圖3-11工作站各組件的中心點設(shè)計圖3.4.3程序編制的確定點擊REPID按鈕，新建程序module1，編制程序來控制夾具的運動。編制的主程序通過is轉(zhuǎn)至xp程序控制小物塊夾取放在鐵塊上，其中xp程序中102-104行控制攝像頭的視覺識別，28-48行控制著玻璃蓋通過氣動夾具從放物臺移到鐵塊上方，通過機械手自帶的數(shù)據(jù)進行定位，穩(wěn)穩(wěn)的蓋在鐵塊的上方，使鐵塊和玻璃蓋重合。主程序通過is轉(zhuǎn)至zz程序控制螺絲從螺絲機通過螺絲刀安裝在鐵塊四周的孔上，使玻璃蓋和鐵塊固定在一起。編制傳送帶的程序CaIibData,主程序如下圖所示。圖3-12工作站主程序圖通過程序?qū)?個步驟的起始狀態(tài)保存，作為起始點，6個步驟分別命名為001、002、003、004、005、006，每次狀態(tài)保存好都需要撤銷一下，然后將smart組件的參數(shù)進行調(diào)整，進行反復(fù)調(diào)試，需要注意的是如果夾具沒夾起來，可以通過調(diào)整組件的直線傳感器并重啟工作站的方法來解決，最終完成動畫。3.4.4自動轉(zhuǎn)配系統(tǒng)的運動軌跡通過路徑和目標(biāo)點中的機器手按鈕生成運動軌跡。運動軌跡由圖3-12所示。圖3-13工作站運動軌跡圖3.4.5自動轉(zhuǎn)配系統(tǒng)的信號分析仿真中的信號分析器里面可以分析工作站中各個部件的各個信號，包含了機械手各個軸的角速度、速度、特征速度。運動范圍，各個smart組件I/O信號的通斷，各個部件所有的接觸應(yīng)力等等，在這章我們著重分析各個軸的運動范圍和各個smart組件I/O口的通斷。通過I/O信號口的通斷我們更能直觀的了解到各部件的通放電情況，使得各部件的電能得到更合理的分配，通過編寫程序控制元器件的通斷，使得工作站邊更加高效節(jié)能。Smart組件的I/O的通斷情況如下圖所示圖3-14smart組件I/O端口分析圖通過仿真運行程序準(zhǔn)確記錄了機械手所轉(zhuǎn)動的最大角度和最小角度來判斷該工作站的合理性和可實施性，增加仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性，下圖是ABB120機器人6個關(guān)節(jié)所轉(zhuǎn)動的最大和最小曲線和曲線變化圖。圖3-14一軸旋轉(zhuǎn)角度變化圖圖3-14二軸旋轉(zhuǎn)角度變化圖圖3-14三軸旋轉(zhuǎn)角度變化圖圖3-14四軸旋轉(zhuǎn)角度變化圖圖3-14五軸旋轉(zhuǎn)角度變化圖圖3-14六軸旋轉(zhuǎn)角度變化圖根據(jù)各個軸的旋轉(zhuǎn)角度變化可知一軸很規(guī)律的幅度較大往返運動，二軸每次運動的幅度較大，三軸一開始幅度較大，后面趨于平緩，四軸一開始幅度較大，構(gòu)面趨于平緩，五軸一段時間內(nèi)突然運動幅度較大，六軸全程較為平緩。重點維護一軸和五軸，通過結(jié)果說明該裝配系統(tǒng)的機械手還在合理的范圍內(nèi)。我們對物塊和機械手進行了碰撞檢測，發(fā)現(xiàn)該裝配系統(tǒng)沒有遭受到干涉或碰撞的現(xiàn)象，說明該裝配系統(tǒng)可以被合理的執(zhí)行。參考文獻[1]ChristineConnolly.張利梅.ABBRobotStudio的技術(shù)與應(yīng)用[J].機器人技術(shù)與應(yīng)用,2011(01):292-3.[2]劉安軍.ABB工業(yè)機器人模擬碼垛的實現(xiàn)[J].甘肅科技,2019,35(12):10-12.[3