基于虛擬現實的工業機器人自動貼膜生產線控制設計

張侃 王莉莉

摘要：現代工業的快速發展為智能設備或自動化產線的研發既帶來了機遇又帶來了挑戰。降低研發成本，縮短研發周期，成為企業研發攻關的目標。高職教育為企業培養復合型人才，同樣也面臨著實驗設備短缺、設備調試高風險等問題。而虛擬仿真技術成為解決以上問題的關鍵。本文以工業機器人自動貼膜生產線為控制對象，通過虛擬現實技術結合仿真平臺構建產線3D虛擬環境，并開發虛擬模型動作，完成仿真平臺與實體PLC的通訊，最終實現產線“虛實結合”的控制，為工業設備以及實驗教學設備的研發提供了參考。

關鍵詞：虛擬現實;仿真平臺;虛實結合;PLC;控制設計

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）35-0194-02

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

隨著“中國制造2025”“互聯網e+”概念的相繼提出，現代工業發展日新月異。智能設備、自動化產線更是更新換代頻繁，如何降低設備研發成本，縮短研發周期成為企業生存的關鍵。虛擬仿真技術能夠按照真實設備建立1：1設備虛擬數字模型，模擬設備真實的生產環境和控制過程，因此能幫助研發人員及時發現控制問題，盡早完成可行性方案設計。本文以工業機器人自動貼膜生產線為研究對象，借助虛擬仿真平臺，結合工業機器人技術、PLC控制技術等，嘗試完成虛實結合的設計，為設備研發提供可行性方案。

1研究內容

本項目借助于Solidworks、機電一體化Virtual Universe Pro仿真平臺、博途編程軟件以及robotstudio仿真軟件等，結合虛擬現實技術，實現在虛擬的環境下模擬控制工業機器人手機貼膜生產線的全過程。主要內容為：

（1） 使用Solidworks進行貼膜生產線零部件的建模及裝配，將3D模型導入 Vup 仿真平臺;

（2） 使用Vup仿真平臺，添加虛擬操控臺，添加零部件動作，配置虛擬輸入輸出信號，設置動作關聯。添加Vup虛擬控制器，通過編程實現“虛對虛”控制;

（3） 搭建PLC部分實體硬件控制電路;

（4） 運行博途軟件進行硬件組態和通訊配置，西門子PLC1200與VUP通信，完成軟件編程并下載至PLC，按下實體啟動按鈕，實現“實對虛”控制。

2 貼膜生產線結構建模

手機貼膜生產線由ABB機器人、手機皮帶輸送線、莢膜裝置三部分組成。使用Solidworks3D造型軟件完成生產線3D建模，如圖1所示。

3仿真平臺虛擬項目開發思路

虛擬項目的開發，主要包括仿真平臺模型動作開發、仿真平臺與硬件PLC通信、機器人仿真編程等三部分。首先，將手機貼膜生產線3D模型導入Vup仿真平臺，如圖2所示，添加零部件動作，關聯仿真I/O信號。Vup平臺通過TCP/IP網絡通信協議與西門子S7-1200PLC通信。另外，通過Vup平臺ABB gateway功能打開第三方機器人仿真軟件robotstudio，設置ABB機器人標準I/O信號板，設置機器人DIDO信號，示教機器人動作，編寫機器人程序。VUP仿真平臺、PLC、Robotstudio三者控制關系如圖3所示。

4 硬件電路設計

“虛實結合”的控制主要體現在“實對虛”的控制上，也就是說現實的按鈕、傳感器等要對虛擬設備的動作產生影響。在虛擬平臺以外，搭建真實的硬件電路，主要包括電源、PLC、按鈕、傳感器等組成。由于控制對象為虛擬產線，因此傳感器也可以通過按鈕來模擬替代，PLC信號分配如表1所示，硬件電路接線圖設計如圖4所示，圖5為硬件搭建效果。

5 控制流程設計

工業機器人手機自動貼膜生產線，其工作過程分為機器人取膜片、機器人撕膜片和機器人貼膜片三部分。ABB機器人在兩個工作位間移動：吸膜位（取膜位）和撕貼膜位，皮帶輸送線模擬手機生產流水線，輸送線尾端預留了視覺相機，貼膜完成后可以擴展機器視覺檢測功能。整個生產線控制流程如圖6所示。

6 結束語

工業機器人手機自動貼膜生產線全套設備耗資巨大的同時占地面積也大，通過虛擬仿真技術真實再現設備的控制和運行，大大降低了設備資金投入，該項目的順利完成，為職業教育解決了教學設備短缺的問題，為企業項目研發提供了新途徑。

參考文獻：

[1] 宋曉陽.基于虛擬仿真技術的PLC實驗教學平臺研究[J].網絡信息工程，2019（7）：73-75.

[2] 陳毓莉，陳松茂，楊林豐，等.基于虛擬仿真技術的PLC實驗教學研究與實踐[J].機械制造與自動化，2018，47（2）：89-92.

【通聯編輯：光文玲】