基于RobotStudio的工業機器人裝配工作站仿真應用

趙錫恒

（廣州市輕工職業學校，廣州 510650）

0 引言

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

工業機器人的運作離不開應用仿真，而工業機器人應用仿真是指通過計算機軟件對實際的機器人系統進行模擬和檢測［2］。且為提高編程效率，使編程者遠離危險的工作環境，改善編程環境，可以采用機器人虛擬離線編程［3］。離線編程在實際機器人安裝前，通過可視化及可確認的解決方案和布局來降低風險，并通過創建更加精確的路徑來獲得更好的部件質量［4］。

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

本文以ABB機器人為例，介紹基于RobotStudio軟件在裝配工作站中的仿真技術應用，對其仿真過程中存在的問題進行研究，并提出可行性技術修正及優化仿真軟件存在的問題。最后通過仿真結果對比及效果分析驗證技術的可行性及有效性。

1 裝配工作站概況及其工作流程

本裝配工作站采用ABB IRB1200機器人，設有工件傳送帶、裝配臺、工具區、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的仿真機制問題，某些特定大小、形狀的物體容易出現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個小工件比后續工件檢測到位時間較早，導致第1個小工件停止位置較前。當機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，如不對裝配環節及大小工件之間關系做相關處理，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置多個傳感器以檢測大工件和小工件到位后再獨立進行消失操作。這種思路相對繁復且不能體現成品的整體性，本文以另一種技術路線解決成品裝配問題。

3 構建Smart組件及其技術路線

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”（設置為不可見），如圖4所示。“錨點”對所有小工件進行統一定點，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

當小工件被傳送到傳送帶末端時，面傳感器探測到物體，觸發安裝組件動作，將其安裝到“錨點”，使所有小工件與“錨點”位置重合，達到修正位置的目的。如圖6所示，在安裝組件設置中，勾選“Mount”使小工件調整到“錨點”位置。

圖5 小工件傳送帶Smart組件設計圖

圖6 安裝（Attacher）組件設置圖（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對成品進行整體移動、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為單一部件。

該部分需要吸盤工具（組件）與裝配組件共同配合。當吸盤工具裝配好第6個小工件時，裝配組件刪除當前裝配的1個大工件和6個小工件，同時將預先裝配好并放置在裝配臺的成品（單一整體部件，設置為不可見）作為“源部件”再復制顯現，這樣能達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，而裝配組件則負責刪除、復制重現，流程圖如圖7所示。

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

圖8 吸盤工具（組件）Smart組件設計圖

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，將聯動輸入信號assemble觸發隊列（Queue＿4）組件及另一個線傳感器探測的大工件進行刪除操作，同時使源（Source）組件復制顯現成品。

圖9 裝配組件Smart組件設計圖

4 仿真

4.1 傳送帶修正技術使用前后對比

圖10所示是未使用傳送帶修正技術時的裝配效果圖。由圖可見，第1個小工件裝配在大工件盲孔時出現明顯的縫隙和位置偏差。如圖11所示，當使用了傳送帶修正技術后第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個小工件出現明顯的縫隙和位置偏差

圖11 使用傳送帶修正技術后的裝配效果圖

4.2 成品整體生成技術效果分析

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，當前瞬間各工件仍處于獨立狀態，尚未整合。如圖13所示，當機器人裝配完第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。且在裝配組件復制顯現成品＿10，如圖13所示。至此，裝配環節完成，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

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

5 結束語

通過上述仿真效果分析，本文介紹的2種技術即傳送帶修正技術及成品工件整體生成技術，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定度，較真實地還原仿真現象，對此裝配工作站用到的技術及相關的方法，亦可用于其他具有類似環節的工作站仿真中，幫助提高工業機器人生產線設計的仿真準確性。