第五章、機(jī)器人搬運工作站仿真

1、第五章 機(jī)器人搬運工作站仿真通過前四章的學(xué)習(xí)，大家已經(jīng)掌握了Roboguide軟件的一些基本操作。本章將綜合利用這些仿真技術(shù)，通過創(chuàng)建一個機(jī)器人搬運工作站的仿真系統(tǒng)，達(dá)到鞏固和拓展所學(xué)知識的目的。期望能夠了解創(chuàng)建機(jī)器人工作站的一般流程，理解機(jī)器人仿真技術(shù)在工作站系統(tǒng)設(shè)計中的作用，并能夠熟練掌握FANUC工業(yè)機(jī)器人仿真的一些基本操作，為今后的實踐打下基礎(chǔ)。希望通過進(jìn)一步提高，會根據(jù)客戶的需求進(jìn)行項目分析與仿真設(shè)計，初步完成機(jī)器人工作站系統(tǒng)的前期設(shè)計與技術(shù)驗證工作。本章的知識技能點包含了搬運工作站的創(chuàng)建技術(shù)、場景布置技術(shù)（包括Robot、Part、Fixture、Obstacles、機(jī)器人抓手的添

2、加與設(shè)置）、搬運仿真過程的模擬技術(shù)（包括機(jī)械手的抓取與放置、供料設(shè)備的專屬、物料筐的接納物料等）、動力設(shè)備的添加與使用技術(shù)（包括Link設(shè)備的I/O控制設(shè)置、附加軸運動控制等），以及不同機(jī)器人控制器之間的通信技術(shù)等。5.1 任務(wù)描述本文的工作站主要涉及到了進(jìn)料、搬運、傳送、碼垛等主要環(huán)節(jié)。機(jī)器人搬運工作站系統(tǒng)的場景布局如圖5.1所示：物料及物料盤轉(zhuǎn)運盤及物料傳輸架物料碼放框?qū)к墮C(jī)器人2機(jī)器人1旋轉(zhuǎn)臺圖5.1：機(jī)器人搬運工作站仿真系統(tǒng)圖5.1中，主要包含了一個轉(zhuǎn)運旋轉(zhuǎn)臺，一臺帶有導(dǎo)軌軸的工業(yè)機(jī)器人，一套物料轉(zhuǎn)運傳輸架和一臺物料碼放機(jī)器人。其工作過程可描述如下：（1）、旋轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動180度把物料搬運

3、到機(jī)器人1下方位置，等待機(jī)器人1抓取，同時轉(zhuǎn)運托盤沿著傳輸架回到靠近機(jī)器人1導(dǎo)軌的那一側(cè)；（2）、機(jī)器人1由當(dāng)前位置往下運動，靠近旋轉(zhuǎn)臺物料后開始抓取物料；（3）、抓取物料后，機(jī)器人1手臂上移，并沿著導(dǎo)軌運動到傳輸架側(cè)。同時，旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180度回到初始位，開始載入另一個物料；（4）、機(jī)器人1手臂下移，把物料放到轉(zhuǎn)運盤中；（5）、物料放入后，機(jī)器人1回到靠近旋轉(zhuǎn)臺的那一側(cè)，同時，轉(zhuǎn)運盤帶著物料沿著傳輸架運動到靠近機(jī)器人2的那一側(cè)；（6）、機(jī)器人2抓取物料，并把物料放置到碼放框中的第一個位置，同時旋轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)180度，把另一個物料運送到機(jī)器人1下方；（7）、重復(fù)（2）（7），分別把物料2、物料3、物

4、料4放到對應(yīng)的物料碼放框位。（8）、4個物料碼放完畢，兩臺機(jī)器人回到初始位置，完成工作。5.2 任務(wù)實施一般而言，創(chuàng)建機(jī)器人工作站主要考慮如下幾個重要環(huán)節(jié)： 一、生產(chǎn)過程與生產(chǎn)工藝考察；二、需求分析、目標(biāo)的形式化和程序化描述；三、機(jī)器人工作站的設(shè)計與仿真調(diào)試運行；四、設(shè)計方案的現(xiàn)場施工和系統(tǒng)調(diào)試等環(huán)節(jié)。 本章節(jié)的搬運工作站仿真項目實施被包含在了機(jī)器人工作站的設(shè)計與仿真調(diào)試運行過程中，是處在調(diào)查分析之后的設(shè)計實現(xiàn)階段，起到了承上啟下的作用。本章的項目仿真主要包含了仿真環(huán)境的布景（設(shè)備素材的添加）環(huán)節(jié)、控制信號的設(shè)置環(huán)節(jié)、示教編程和程序運行調(diào)試等三個主要環(huán)節(jié)。其中，仿真環(huán)境布景，即：設(shè)備素材添加是

5、指把機(jī)器人、旋轉(zhuǎn)臺、傳輸架、物料等環(huán)境要素添加到所建立的仿真環(huán)境中；信號設(shè)置主要指環(huán)境要素參數(shù)的設(shè)置和各個環(huán)節(jié)中同步信號控制的設(shè)置；示教編程則包括了流程圖的編制與程序的編輯，最后是仿真測試與修改。5.2.1 搬運工作站仿真布景主要的操作步驟如下：（1）、創(chuàng)建一個工作站（Workcell）A）、在第一步（Step1）選擇HandlingPRO，B）、第二步輸入工作站名稱（Step2）；C）、其他步驟選用默認(rèn)值，在第八步（Step8），如圖5.2所示：添加Extended Axias Control(J518)附加軸控制驅(qū)動D）、最后點擊Finished；經(jīng)過仿真軟件的配置過程之后，就進(jìn)入了仿真環(huán)

6、境，此時，環(huán)境中已經(jīng)創(chuàng)建了機(jī)器人1。圖5.2：添加附加軸驅(qū)動（2）、仿真環(huán)境的布景 A）、添加機(jī)器人2：選擇菜單CellAdd Robot，之后的操作選用默認(rèn)值；B）、添加物料Part，名稱使用默認(rèn)值Part1，尺寸X、Y、Z均為250mm；C）、旋轉(zhuǎn)臺基座與物料碼放框的選擇均用Fixture，操作步驟為：在Cell Browser樹形菜單Fixtures處，添加Fixture1：點擊鼠標(biāo)右鍵，依照Add FixtureCylinder添加旋轉(zhuǎn)臺基座，尺寸為直徑與高度均600mm，參數(shù)設(shè)置及場景的添加效果如圖5.3所示：Fixture1圖5.3：Fixture1參數(shù)設(shè)置然后，添加Fixture

7、2物料碼放筐：使用Add FixtureCAD Library，在庫中選擇圖5.4所示的圖形素材（Bucket_Large）；圖5.4：Fixture2物料筐的選擇Fixture1與Fixture2中的Parts標(biāo)簽框內(nèi)都需要添加Part1；其中，F(xiàn)ixture2中，添加Part1時為1×4的陣列，參數(shù)設(shè)置及添加效果如圖5.5所示：Fixture2圖5.5：Fixture2物料筐的參數(shù)設(shè)置及效果D）、旋轉(zhuǎn)臺的物料盤用Machine，添加物料盤（Machine1）：Add MachineCylinder，尺寸為直徑1500mm與高度均200mm，W為90，參數(shù)設(shè)置及添加效果如圖5.6所

8、示：Fixture1Machine1圖5.6：Machine1的參數(shù)設(shè)置及效果對于傳輸架（Machine2），Add MachineCAD File，在Fixtures目錄中選擇conveyer，再選擇相應(yīng)的文件素材Conveyer_1500.CSB；調(diào)整其位置及尺寸放大倍數(shù)（ X:3、Y:1、Z:1.5 ），效果如圖5.7所示：圖5.7：Machine2的參數(shù)設(shè)置及效果E）、添加旋轉(zhuǎn)臺和傳輸架的動力設(shè)備Link在Machine1處，點擊鼠標(biāo)右鍵，Add LinkCylinder ，尺寸直徑300mm，長度100mm，顏色為藍(lán)色，名稱為Link1；添加Part1，并調(diào)整其位置。屬性設(shè)置及效果如

9、圖5.8所示：圖5.8：Machine1的Link1參數(shù)設(shè)置及效果（1）在Machine1的General標(biāo)簽中，調(diào)整電機(jī)的位置，讓電機(jī)的Z軸與Machine1的中心重合，如圖5.9所示：圖5.9：Machine1的Link1參數(shù)設(shè)置及效果（2）在Machine2處，Add LinkBox，尺寸X、Y、Z分別為500mm、500mm、10mm，顏色為黃色，名稱用默認(rèn)值Link1，添加Part1，并調(diào)整其位置，效果如圖5.10所示：圖5.11：Machine2的Link1參數(shù)設(shè)置及效果（1）電機(jī)設(shè)置及效果如圖5.10所示：圖5.10：Machine2的Link1參數(shù)設(shè)置及效果（2）F）、添加機(jī)器

10、人1和機(jī)器人2的抓手，在UT1中添加LINK，選擇圖庫中的vacuum01。（3）、添加附加軸設(shè)備附加軸的添加步驟如下：A）、對于機(jī)器人1的附加軸，點擊主菜單RobotRestart ControllerControlled Start，彈出圖5.11（a）所示的設(shè)置窗口： （a） （b）圖5.11附加軸設(shè)置這里的操作比較復(fù)雜，主要是附加軸的數(shù)目、馬達(dá)型號、轉(zhuǎn)速電流、軸的類型、直線或者旋轉(zhuǎn)運動、軸運動方向、減速比、運動行程的上下限、馬達(dá)負(fù)載率、放大器種類及編號、抱閘設(shè)定、伺服斷開有效和伺服斷開時間等參數(shù)的設(shè)置。本例中的具體操作是：點擊Menu，選擇9MAINETENCEExtended Axi

11、s Control后，彈出如圖5.11（b）所示的窗口。點擊Manual,輸入1（Group1），再點擊Enter后，按照如下順序，逐次輸入設(shè)定值。Hard Start Axis: 72 Add Ext Axesaxis to add 12 Enhanced Method60 ais21 ais2/5000 20A1 Integrated Rail(Linear axis) 2 Direction 1:X 2:Y 3:ZGear Ratio 1202 No Change1 TrueUpper Limit(mm) 4000Lower Limit(mm)100Master Position 0mm

12、2 No Change2 No Change2 No ChangeLoad Ratio 3amplifier Number 22Brake Number 21:EnableServo Off Time: 20Sec4:Exit0:Exit最后，點擊Fcn，選擇1，再點擊Enter，開始冷啟動；B）、機(jī)器人1導(dǎo)軌的添加：選擇主菜單Tools Rail Unit Creator Menu后，就能夠看到，已經(jīng)在機(jī)器人1的基座上添加了設(shè)定的導(dǎo)軌，效果如圖5.12所示：圖5.12：機(jī)器人添加行走軸導(dǎo)軌后的效果5.2.2 動力驅(qū)動與通信信號（1）、動力控制信號的設(shè)置A）、旋轉(zhuǎn)臺動力的設(shè)置：點擊Machin

13、e1中的Link，在Motion選項卡中，Axis Type選擇Rotary，速度Speed輸入60dec/sec，在機(jī)器人1的控制器中添加信號DO1、DI1，添加完畢其信號設(shè)置如圖5.12（a）所示，設(shè)置完畢后，可點擊Test觀看運動效果。 （a） （b）圖5.12：Link的設(shè)定B）、傳輸架中轉(zhuǎn)運盤的動力設(shè)置：仿照上述方法，參照圖5.12（b），在機(jī)器人2控制器中對傳輸架的Link轉(zhuǎn)運盤進(jìn)行設(shè)置；（2）、機(jī)器人控制器間通信信號的設(shè)定機(jī)器人1和機(jī)器人2的通訊使用IO口，具體操作為：點擊主菜單CellI/O InterConections，彈出設(shè)置窗口，在IO InterConnect中分別設(shè)

14、置兩個機(jī)器人的通訊連接信號，設(shè)置結(jié)果如圖5.13所示：圖5.13：機(jī)器人的信號連接該項設(shè)置表明：機(jī)器人1的DO13、DI14分別與機(jī)器人2的DI13 、DO14是兩組互聯(lián)的輸入輸出信號，它們同步變化，這為兩機(jī)控制器中所控制的Link輸入、輸出位置信號的通訊提供了方便。5.2.3信號控制與編程思路編程工作主要有兩個部分，即機(jī)器人1的控制器編程和機(jī)器人2的控制器編程。編程中的信號控制如下：（1）、旋轉(zhuǎn)臺的控制信號為DO1（隸屬機(jī)器人1控制器組），為OFF時，回到初始位，ON時，回到機(jī)器人1的取料位，是否到位信號為DI1，ON時已到位；（2）、轉(zhuǎn)運盤的控制信號為DO1（隸屬機(jī)器人2控制器組），為ON

15、時，回到導(dǎo)軌側(cè)等待機(jī)器人1放置物料，DI11為ON時，表示已經(jīng)到達(dá)；DO1為OFF時，沿傳輸架回到機(jī)器人2側(cè)，DI12為ON時，表示已經(jīng)到位；（3）、機(jī)器人1組的DO13、DI14分別與機(jī)器人2組的DO14、DI13同步變化，其中，DO13、DI13是機(jī)器人1是否把物料放置到轉(zhuǎn)運盤和機(jī)器人2組中的轉(zhuǎn)運盤是否開始運回物料的聯(lián)絡(luò)信號；DO14、DI14則是轉(zhuǎn)運盤已經(jīng)開始等待機(jī)器人1放置物料的聯(lián)絡(luò)信號。機(jī)器人的各個運動示教點空間位置如圖5.14所示：P4+?P3P2P1P5P4、P6P2P3P1圖5.14：機(jī)器人1控制器程序流程根據(jù)上述示教點，分別指定機(jī)器人1和機(jī)器人2的程序編寫流程。其中，機(jī)器人1

16、的程序流程如圖5.15所示：Y抓離到上方附近P3給信號讓旋轉(zhuǎn)臺回到初始位把料送到導(dǎo)軌另一端的放置位P4N機(jī)器人1到抓取位P2抓取物料Y料已到？給出信號，讓旋轉(zhuǎn)臺送料機(jī)器人1到取料位P1轉(zhuǎn)輸盤到位？放置物料P5給出信號，告訴機(jī)器人2控制器把料運回離開放置位P6 圖5.15：機(jī)器人1控制器程序流程機(jī)器人2的程序流程如圖5.16所示：機(jī)器人2回到初始位P1轉(zhuǎn)運盤運物料返回給信號讓轉(zhuǎn)運盤到取料位盤返回到位？盤已到？NYY告訴機(jī)器人1，轉(zhuǎn)運盤已等它放置物料機(jī)器人2到抓取位抓物料P2、P3按照偏移量，回到相應(yīng)位置放置物料P4？NN機(jī)器人1放畢？Y 圖5.16： 機(jī)器人2控制器程序流程5.2.4示教編程與運

17、行仿真編程過程中，使用了兩種編程方式，即：示教器TP編程和仿真編程。（1）、使用仿真編程模式創(chuàng)建機(jī)器人1和機(jī)器人2的抓?。≒ickup）與放置（Drop）子程序，創(chuàng)建方法為：點擊主菜單TeachAdd Simulation Program，輸入程序名，然后在彈出的仿真程序編輯器里面編寫程序代碼。對于機(jī)器人1，輸入的子程序名為：PICKUP1和DROPUP1，分別代表抓取物料的子程序和放置物料的子程序。其中，PICKUP1的仿真程序代碼指令為： Pickup ('Part1') From ('Machine1:Link1') With ('UT: 1 (E

18、oat1):Link1')DROPUP1的功能是機(jī)器人1把物料放置到傳輸架上的轉(zhuǎn)運盤上，它的仿真程序代碼為：Drop ('Part1') From ('UT: 1 (Eoat1):Link1') On ('Machine2:Link1')對于機(jī)器人2，抓取和放置物料的子程序分別命名為：PICKUP2和DROPUP2，分別代表抓取轉(zhuǎn)運盤上的物料和放置物料到碼放物料筐內(nèi)。PICKUP2的仿真程序代碼為：Pickup ('Part1') From ('Machine2:Link1') With ('UT:

19、 1 (Eoat1):Link1')DROPUP2的仿真程序代碼為：Drop ('Part1') From ('UT: 1 (Eoat1):Link1') On ('Fixture2')（2）、使用虛擬示教器分別對機(jī)器人1和機(jī)器人2進(jìn)行示教編程，程序名稱為PMAIN1、PMAIN2（可由編程人員隨意命名），上述抓取與放置子程序?qū)⒃谶@里得到調(diào)用以實現(xiàn)機(jī)器人的抓、放動作。子程序的調(diào)用指令格式是：CALL 子程序名（3）、各個示教點的確認(rèn)與TP編程用示教器TP分別編寫機(jī)器人1和機(jī)器人2的示教程序，它們的全部程序代碼如下：機(jī)器人1程序（PMAIN

20、1）R1=0 ;記錄物料個數(shù)LBL99J P 1 100% FINE ;機(jī)器人1回到初始位DO1=ON ;給出信號，讓旋轉(zhuǎn)臺送料WAIT DI1=ON ;等待送料完畢J P 2 100% FINE ;機(jī)器人1到抓取位CALL PICKUP1 ;抓取物料L P 3 2000mm/sec FINE ;抓離到上方附近DO1=OFF ; 給信號讓旋轉(zhuǎn)臺回到初始位J P4 100% FINE ;把料送到導(dǎo)軌另一端的放置位WAIT DI14=ON ;等待轉(zhuǎn)運盤到位J P5 100% FINE ;機(jī)器人1到放置物料CALL DROPUP1 ;放置物料DO13=OFF ;告訴機(jī)器人2，機(jī)器人1已放料畢J P6 100% FINE ;離開放置位R1=R1+1 ;物料個數(shù)增1IF R1<4 JMP LBL99 ；4個物料是否送畢J MP LBL991; 回到初始點，繼續(xù)下一輪循環(huán)機(jī)器人2（PMAIN2）R1=0 ; 記錄物料個數(shù)PR1=LPOS ;直角坐標(biāo)PR1,1=0 ;初始偏移量為0PR1,2=0PR1,3=0PR1,4=0PR1,5=0PR1,6=0OFFSET CONDITION PR1 ;聲