基于RobotStudio的智能制造单元平台仿真设计.pdf

:./.基于 的智能制造单元平台仿真设计陆 叶张文杰梁俊杰(.茂名职业技术学院 机电信息系 广东 茂名 .广州市轻工职业学校 智能控制教学部 广东 广州)摘 要:以智能制造单元平台为研究对象介绍了该平台仿真系统的设计方案 首先采用三维建模软件 构建平台各单元的三维模型导入 机器人仿真软件 中设计了智能制造单元仿真平台的布局 其次为实现产品智能制造的仿真过程设计了 动态组件设置了仿真通讯/信号、工作站逻辑和碰撞监控进行了机器离线编程及仿真调试 最后为了模拟机器人与 仿真联调创建了 软件和博图软件的以太网通讯实现了与真实设备操作等效的控制过程并通过智能制造单元实验平台进行验证 该设计方案可为智能制造生产线的仿真设计及应用实施提供理论依据同时对职业院校智能制造相关课程教学也具有指导意义关键词:智能制造仿真中图分类号:.文献标识码:文章编号:()(.):./.:引 言随着中国制造 战略的推进以工业机器人为核心的智能制造技术快速发展 机器人生产线仿真设计是智能制造解决方案的重要环节 目前工业机器人虚拟仿真技术发展较为成熟国内外在工业机器人生产线仿真方面有较多的研究 如 等研究了 与 机器人集成仿真的方法张晓芳等设计了多机器人虚实一体化协作工作站庞党锋等对机器人上下料工作站进行了仿真设计郝瑞林等进行了基于机器视觉与 的饼干包装生产线仿真赵伟博等进行了机器人上下料工作站仿真设计耿永秀等设计了机器人视觉位姿引导虚拟仿真等为培养高素质、应用型人才职业院校需提供智能制造实训设备以使学生得到充分的技术技能训练虽然目前市面上智能制造实训平台功能完善但因设备价格较高、设备运维压力大等弊端造成设备购置数量不多因此在机器人、的操作、编程、仿真等方面基础训练需求得不到满足 基于此笔者提出设计智能制造单元仿真平台方案探讨利用 机器人的仿真软件 进行智能制造单元平台仿真设计 该方案旨在通过生产应用实现降低智机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)制造业信息化收稿日期:基金项目:广东省普通高校特色创新类项目:智能园艺果树剪枝机器人的研究(编号:粤教科函 号)茂名市科技计划项目:基于仿生感知技术的智能机器人视觉系统研究(编号:茂科字 号)茂名职业技术学院教研项目:证书制度下机电专业的课程体系成果导向改革研究与实践(编号:茂职院 号)作者简介:陆 叶()女广东阳江人副教授硕士研究方向:机器人技术、智能制造等能制造生产线的设计成本提高生产效率的目标 在教学中通过仿真平台的构建让学生得到智能制造单元的基础训练解决因设备不足而导致的训练缺乏等问题 智能制造单元仿真平台的布局设计的智能制造单元仿真平台以智能制造技术应用为核心模拟产品零部件智能制造过程 平台包括导轨单元、仓储单元、视觉检测单元、打磨单元、工具单元、分拣单元等操作者可根据不同零件的加工工艺流程更换组合不同单元模块实现产品的智能制造 在教学方面操作者可以从功能分析、布局规划、仿真操作、编程调试、优化改进等环节进行实践训练让操作者在掌握智能制造生产流程的同时更好地进行机器人和 的操作、编程等技能训练仿真平台的搭建首先需要利用三维建模软件 绘制各个单元的三维模型然后按照一定格式将三维模型导入 机器人软件 中再根据规划好工艺流程确定各单元的摆放位置 零件的工艺流程是:机器人安装好手爪仓储单元供料机器人取出一个零件放到视觉检测单元进行检测检测完成后零件被放到打磨单元进行打磨机器人将手爪更换为打磨头 进行零件上表面打磨打磨结束后再次更换为打磨头 进行零件内表面打磨打磨工序全部完成后机器人将打磨头 替换为手爪并将零件搬至分拣单元进行分拣分拣好的工件沿着滑槽送出 智能制造单元仿真平台的布局如图 所示图 智能制造单元仿真平台 仿真平台的设计.组件的设计 的 组件可模拟真实设备 的功能 组件通过设置子组件、属性与连接、信号与连接、代码等方式实现平台各个单元的动态仿真效果 整个智能制造单元平台的仿真效果通过 个 组件及机器人系统来实现 以导轨的 元件为例对 元件的设置方法进行说明 首先添加子组件添加 个 动作子组件分别控制原点位置和左右极限位置添加 个平面传感器 检测位置添加信号子组件、再对每个子组件的属性和连结进行设定最后创建导轨 组件/信号:输入信号、和 输出信号、和 用于与其他 子组件进行信号连接 导轨 组件的信号与连接关系如表 所列导轨 组件模拟了机器人沿导轨运动的过程表 导轨 组件/信号连接源对象源信号目标对象目标信号或属性导轨导轨导轨导轨导轨导轨导轨导轨导轨.机器人仿真/信号 机器人与智能制造单元平台的各个单元需要通过/信号进行通讯而 机器人与外部设备的通讯方式主要有 通讯协议、现场总线和 标准/通讯等 机器人的仿真信号可以在 软件的“控制器”菜单中“配置”选项的“/”设置输入信号有 个输出信号有 个.创建工作站逻辑连接及碰撞监控为了实现机器人和各个单元的整体的动态效果模拟平台真实的工作过程需要创建工作站逻辑 工作站逻辑是将 组件信号与机器人系统信号进行关联配置 按照零件智能制造工艺流程的逻辑关系把 个 组件的输入输出信号和机器人/信号一一连接实现工作台仿真控制过程 导轨 组件 导轨与机器人系统 连接的工作站逻辑设计图如图 所示图 导轨与机器人系统工作站逻辑设计图 的碰撞检测功能可以在机器人运动过程中动态检测与之发生碰撞干涉的设备有助于预知风险以更合理地规划运动路线和完善设计方案制造业信息化 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用此平台机器人工作范围内容易与机器人发生干涉碰撞的有仓储单元、视觉检测单元、打磨单元、工具单元等设备因此需要创建四个碰撞监控以检测以上设备是否会跟机器人发生碰撞 每个碰撞集包含 和 两组对象分别把要检测的目标拖入两组对象中当 和 中的对象发生碰撞可通过检测目标的三维模型颜色变化来判断.离线编程及仿真调试根据工艺流程编写机器人主程序和例行程序程序编好后通过仿真调试来验证仿真平台的正确性智能制造单元平台离线仿真程序及功能如表 所列表 智能制造单元平台离线仿真程序及功能程序名程序类型程序功能模块定义程序数据、程序所需参数等例行程序机器人主程序调用各个例行程序例行程序程序开始时机器人各信号初始化例行程序机器人安装手爪例行程序机器人抓取 号仓工件例行程序视觉检测完成后把工件放置在打磨单元例行程序机器人拆除手爪例行程序机器人安装打磨头 例行程序使用打磨头 进行打磨例行程序机器人拆除打磨头 例行程序机器人安装打磨头 例行程序使用打磨头 进行打磨例行程序机器人拆除打磨头 例行程序机器人把工件放置到分拣单元以主程序来说明主程序编写如下:()!初始化程序 !装手爪 !搬运零件 !视觉检测 !放好手爪 !安装打磨头 !上表面打磨 !放好打磨头 !安装打磨头 !内表面打磨 !放好打磨头 !装手爪 !分拣 !放好手爪 !等待 与 的联合仿真实际的生产中机器人周边的设备主要是由 控制的 软件不仅可以模拟 机器人的操作、编程和调试还可以模拟与 进行通讯的过程通过 程序中的输入输出信号来控制 软件中设置的机器人及其周边设备实现智能制造单元平台的机器人与 联合仿真智能制造平台的 是西门子 需要创建 和博图软件的通讯 要实现这两个软件之间的通讯需要通过第三方软件 协助 和博图软件进行以太网通讯 如在 中设置 在 网的 地址是.然后导入 通讯组件再修改这个库文件的属性其中 修改为上位机 地址、等参数参照 中参数设置好在仿真菜单下 创 建 机 器 人 系 统 和 代 表的 通讯组件的工作站逻辑 在博图中选择允许来自远程对象的 通讯访问将 的以太网地址设置.然后下载带有以太网通讯功能的 程序到 中 打开 软件点击增加按钮把 名称改为网络 地址是上位机 地址同为.再设好 参数点击启动服务器 再在 的 组件属性中点击连接此时可以看到 中显示连接成功 和博图软件通讯连接好以后就可以通过 来控制机器人实现了智能制造单元平台的机器人与 仿真联调取得了与真实工作过程相同的效果 机器人系统、和仓储单元的工作站逻辑设计图如图 所示图 机器人系统、和仓储单元的工作站逻辑设计图机械研究与应用 年第 期(第 卷总第 期)制造业信息化 通过网线将 上位机与 机器人真实的控制器连接将智能制造单元仿真平台设置的工具数据、工件数据等程序数据、仿真程序等内容传送到 机器人示教器实现在线对 机器人进行监控、编程、管理验证了仿真设计方案的合理性智能制造单元实验平台如图 所示图 智能制造单元实验平台 结 语文章基于 机器人仿真软件 提出了智能制造单元平台的仿真设计方案 利用三维建模创建智能制造各个单元的 模型并根据产品工艺流程构建了平台的布局包括设置 组件、仿真信号、碰撞监控、离线编程来设计仿真平台并进行仿真调试 通过 软件与 软件的联合仿真并在智能制造单元实验平台进行验证实现了仿真与实物相同的效果 设计方案可以为智能制造生产线的设计提供理论参考同时也为职业院校智能制造相关课程教学提供了方法和思路参考文献:.():.张晓芳程瑞龙张子瑜.多机器人虚实一体化协作工作站设计与实现.现代制造工程():.庞党锋崔世钢刘 旭.基于 的机器人上下料工作站仿真设计.组合机床与自动化加工技术():.郝瑞林周利杰蔡国庆等.基于机器视觉与 的饼干包装生产线仿真.包装与食品机械():.赵伟博李琳杰齐锴亮.基于 的机器人上下料工作站设计与仿真.计算技术与自动化():.耿永秀项余建曹 伟等.基于 机器人视觉位姿引导虚拟仿真.锻压装备与制造技术():.何剑敏羊荣金沈孟锋.基于 的智能制造单元实验平台仿真设计.实验技术与管理():.高 攀邹 胤汤 超等.虚实结合的工业机器人实训教学平台和方法.机电工程技术():.(上接第 页)表 优化结果对比对比项目优化前变化量/应力/.位移/.应力可靠度.位移可靠度.由表 可知应力响应降低了.位移响应降低了.表明制动模块多目标优化设计结果的有效性 同时应力可靠度和位移可靠度分别提升了.和.提高了制动模块的综合性能 结 语使用三维建模软件 对动车组制动模块进行模型建立并使用有限元分析软件 对该制动模块进行模态分析与静强度分析 根据分析结果可知该动车组制动模块满足设计要求 其中制动模块中支撑架中间横向梁、支撑架外侧纵向梁和支撑架内侧纵向梁应力较大且对应力输出响应的灵敏度较高 因此将上述三种梁板厚作为动车组制动模块的设计变量以应力响应和和位移响应作为目标函数进行可靠性优化设计 优化结果表明应力响应和位移响应分别降低了.和.同时应力可靠度和位移可靠度分别提高了.和.参考文献:孟 凯.某动车组制动模块吊装有限元分析及优化.大连:大连交通大学.李成涛.动车组车下制动模块框架静强度及联接螺栓非线性有限元分析.科技与企业():.王大生.地铁车辆制动模块风缸卡带组成的力学分析.科技资讯():.鲍林晓左言言周海超.三缸柴油机机体约束模态分析.噪声与振动控制():.王维华.动车组拖车转向架构架振动模态分析与强度分析的对比研究.兰州:兰州交通大学.田宗睿李永华唐玉珍等.高速动车组制动模块结构可靠性分析及优化.机械设计与制造工程():.刘敬敏王文涛夏 雨.基于 神经网络和一次二阶矩法的结构可靠度分析.广西科技大学学报():.李娅娜倪 强李永明.动车组吊装结构及联接螺栓接触非线性有限元分析.大连交通大学学报():.制造业信息化 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用