基于建筑行业自动砌砖机器人工作站仿真设计.pdf
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1、目 录一、设计的背景和意义.1二、设计方案的论证和确定.1(一)设计要求分析.1(二)设计方案确定.1三、设计过程.2(一)设计原理.2(二)机器人的选型与 3D 模型设计.3(三)工作站布局.8(四)信号与连接.14(五)程序设计.14四、工作站运行与调试.24(一)工作站运行效果.24(二)系统制作过程中出现的问题及解决方法.25五、设计总结.26六、参考文献.271基于建筑行业自动砌砖机器人工作站仿真设计基于建筑行业自动砌砖机器人工作站仿真设计一、设计的背景和意义设计背景:工业机器人的发展历史:1960 年,美国 Unimation 公司,根据Devol 的技术专利研制出第一台机器人样机
2、,并定型生产 Unimate(意为“万能自动”)机器人。1967 年日本川崎重工公司从美国购买了机器人的生产许可证,日本从此开始了对机器人的制造和开发热潮。如今机器人发展的特点可概括为:横向上,应用面越来越宽,由工业应用扩展到更多领域的非工业应用,像做手术、采摘水果、剪枝、巷道掘进、侦查、排雷等,只要能想到的,就可以去创造实现;纵向上,机器人的种类越来越多,像进入人体的微型机器人,已成为一个新方向,可以小到像一个米粒般大小;机器人智能化将得到加强,机器人会更加聪明。设计意义:人工砌墙效率低、劳动强度大,成本又高,环再符合现在建筑业的发展趋势。随着科技的进步,我们迫切需要一种自动取砖、砌砖来完成
3、对墙体的建造的机器人来代替人工。这种机器人它可以将建筑工人从繁重的体力劳动中解放出来。砌墙机器人应该采用程序控制,它不仅具有砌墙整齐粘结良好、砌体强度高等特点,且具生产效率高,使用简便等基本优点。二、设计方案的论证和确定(一)设计要求分析设计要求:配置I/O信号;创建传感器;机器人的工具坐标;用专门的绘图软件设计出机器人用的工具;流水线的smart组件;导轨;复制砖块的smart组件。(二)设计方案确定创建出工业机器人 smart 组件;流水线的 smart 组件;传感器;I/O 信号,机器人的的吸盘等。2三、设计过程(一)设计原理图 1砌砖机器人的工作原理图首先自动流水线将砖块输送到待搬区域
4、,在输送过程中工件触发传感器,传感器将信号传输给机器人;机器人由示教器编程实现控制,当工件到达搬运区机器人先进行搬运,然后机器人执行放置动作,将砖块放置在需要砌砖的地方,再进行涂胶,最后完成自动砌砖。(二)机器人的选型与 3D 模型设计表 1砌砖机器人主要组成表工作站组成数量IRB4600 机器人1工具手底座13吸盘支架1吸盘1气抓筒子1吸盘套1导轨1窗户1控制柜1传送带11.六轴关节型工业机器人单元选型我选择的是 ABB 的六轴机器人型号为 IRB4600,六轴关节型工业机器人的优点:精度至高:IRB4600 工业机器人的精度为同类产品之最,其操作速度更快,废品率更低,在扩大产能、提升效率方
5、面,将起到举足轻重的作用,尤其适合切削、点胶、机加工、测量、装配及焊接应用。此外,该机器人采用“所编即所得”的编程机制,尽可能缩短了编程时间和周期时间。在任何应用场合下,当新程序或新产品上线时,上述编程性能均有助于最大限度加快调试过程、缩短停线时间。周期至短:IRB4600 工业机器人采用创新的优化设计,机身紧凑轻巧,加速度达到同类最高,结合其超快的运行速度,所获周期时间与行业标准相比最短可缩减 25%。操作中,机器人在避绕障碍物和跟踪路径时,可始终保持最高加速度,从而提高产能与效率。范围超大:IRB4600 工业机器人超大的工作范围,能实现到达距离、周期时间、辅助设备等诸方面的综合优化。该机
6、器人可灵活采用落地、斜置、半支架、倒置等安装方式,为模拟最佳工艺布局提供了极大便利。4图2IRB4600 机器人图 3 IRB4600 技术参数2.吸盘支架、气抓支架、吸盘套、气抓筒子和窗户、工具手底座、夹具、螺杆、自动流水线。(1)工具手底座5图 3 工具手底座1是通过一个长为 100mm,宽为 70mm 的一个长方形拉升切割出来的;2工具手底座高为 30mm;34 个距离中心 21mm,偏离中心线是 45,直径为 7mm;4中间是一个完全贯穿的直径为 25mm 的孔;5两边为安装支架的拉升切除的预留契合面。(2)气爪支架图 4 气爪支架1气抓支架的高为 148mm;2正方形拉升厚度为 6m
7、m,底面为 40mm X 40mm;3厚度为 3mm 的长方形,契合面的拉升 7mm X 40mm;4气抓支架与底座配合。(3)吸盘支架图 5 吸盘支架61吸盘支架高为 156mm2顶面和底面为 40mm X 40mm 的正方形拉升厚度为 6mm3契合面的拉升 7mm X 40mm 厚度为 3mm 的长方形4将支架与底座相配合(4)吸盘套图 6 吸盘套1吸盘套的高为 8mm2长为 110mm 宽为 25mm 的直槽口3直槽口的两个贯穿口半径为 5mm4底部为配合面深度为 2mm(5)气动三抓图 7气动三抓卡盘1气动三抓的高为 69mm;2最大半径为顶部凹槽 30mm;73顶部有三个凹陷的配合夹
8、具口深度为 10mm。(6)螺杆图 8 螺杆(7)吸盘图 9 吸盘吸盘装在机器人上,用来吸取砖块的窗户。、8(三)工作站布局1.工作站的平面布局图 10 工作站平面布局示意图工作站示意图左边为成品区用来摆放成品,等待工业机器人夹取完成后将砖块夹至此区域。工作站前侧为流水线区域与灌装区域,该区域由传感器与流水线输送链组合而成,通过传感器来进行定位,为了提高效率灌装区就是自动流水线的末端。工作站中心位置为工业机器人,该位置能很好的覆盖全部工作区域能很好的协调作业,是该工作站核心位置。2.工作站实际效果图9图 11 工作站效果图(四)信号与连接1.夹子 smart 组件图 12夹具 smart 组件
9、组成部分图 13 安装拆除对象属性图10图 14 流水线传感器示意图当复制出来的工件接触到虚拟传感器时,SensorOut 会有一个输出信号来告诉我们工具已经到达抓取区域,这样我们就可以触发搬运程序运行。如图所示输送链上褐色部分就是虚拟传感器当工具到达就会停止触发SensorOut 信号。表2 夹具smart属性连接夹具传感器检测到的工件就是夹子安装组件的子对象,夹具安装的子对象就是夹具拆除组件的子对象。表3 夹具smart组件I/O表建立信号,信号类型为 DigitalInput 的输入信号,初始值为 0,当 DIKS 信号置为 1 时夹具夹紧。建立信号,信号类型为 DigitalOnput
10、 的输入信号,初始值为 0,当虚拟传感器检测到有物体时 DOOK 置为 1。11表4 夹具smart的I/O连接表当信号 DIKS 为 1 时,夹具传感器变为激活,同时激活安装信号,当安装信号为 0,取反信号为 1,同时激活拆除信号。当设定锁定信号输出为 1 时 DOOK表示已经激活安装组件的完成信号。2.流水线 smart 组件图15 流水线smart组件结构图12图16 碰撞监控示意图图17 可见画面示意图图18 隐藏画面示意图13图 19 工件复制 smart 创建图图 19 脉冲信号表 5 流水线 smart 组件属性结构表表 6 流水线 smart 组件 I/O 连接表表 7 流水线
11、 smart 组件 I/O 表3.创建 I/O 板关联系统与机器人信号14图 20DSQC651 I/O 板建立图 21机器人信号创建图 115图 22机器人信号创建图 2(五)程序设计启动程序,机器人在原点等待,流水线启动,砖块开始生成当砖块到达传感器区域传感器检测输入信号,机器人通过导轨运动至合适位置,如果没有输入信号机器人继续在原点等待,如果有信号输入,机器人将会有吸取动作,吸盘吸住砖块随着导轨运动至待砌墙区,机器人进行码垛并完成涂水泥动作,循环执行程序,使工作站实现送砖、搬运、砌砖、涂浆、压实摆好位置等动作。1.流程图16图23流程图2.程序MODULE MainModuleCONST
12、 robtargetPHOME:=-1039.92,-159.41,1558.74,0.232599,-0.664955,-0.669857,0.234571,-2,-1,-1,0,0,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09;CONST robtargetPHOME10:=-1677.16,-218.47,1524.77,0.232599,-0.664954,-0.669858,0.234571,-2,-1,-1,0,0,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09;CONST robtarget17P10:=-1677.16,-218.47,1524.77,
13、0.232599,-0.664954,-0.669858,0.234571,-2,-1,-1,0,0,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09;CONST robtargetP20:=-1623.40,-159.41,415.02,0.232599,-0.664954,-0.669858,0.234571,-2,-2,0,0,0,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09;TASK PERS tooldatatool1:=TRUE,0,0,0,1,0,0,0,-1,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0;CONST robtargetp30:=7203.16,
14、-936.48,1389.52,0.000210607,-0.00111779,-0.943861,0.330342,-2,0,-2,0,7206.75,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09;CONST robtargetp40:=-1677.16,-218.47,1524.77,0.232599,-0.664954,-0.669858,0.234571,-2,-1,-1,0,0,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09;CONST robtargetA10:=7101.92,-2134.89,10.58,0.00128693,-0.0031615,0.
15、943856,-0.330339,-2,0,-2,0,7363.63,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09;CONST robtargetB10:=7027.53,-1514.89,954.79,0.333812,0.608628,-0.627386,-0.352886,-2,-1,-2,0,7206.88,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09;CONST robtargetC10:=7676.79,-2110.72,-40.17,0.340592,0.60486,-0.63129,-0.345853,-1,-1,-2,0,7363.63,9E+09
16、,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09;CONST robtargetC20:=6686.77,-2110.72,-40.17,0.340592,0.60486,-0.63129,-0.345853,-2,-1,-2,0,7363.63,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09;CONST robtargetD10:=7360.04,-936.48,1389.52,0.000210607,-0.00111779,-0.943861,0.330342,-2,0,-2,0,7363.63,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09;CONST robta
17、rgetD20:=1651.37,-1133.26,1339.62,0.000210623,-0.00111769,-0.943861,0.330342,-2,0,-2,0,1654.96,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09;18CONST robtargetD30:=1596.97,-2184.77,169.60,0.000210611,-0.00111779,-0.943861,0.330341,-2,0,-2,0,1654.78,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09;CONST robtargetD40:=1596.97,-877.27,14
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