基于现场生产要求的码垛机器人工作站仿真设计

严伟

（湖南省工业技师学院，湖南岳阳，414000）

0 引言

码垛机器人由于占地面积小，工作到达区域大，码放精度高，故障率低，可以大幅度提高生产效率，减少人力投入，节约生产成本，可以很好的解决包装生产中出现的各种各样的问题，使得在实际生产中得到大量使用[1]。

1 现实的工作环境要求

现实的工作环境是要从传送链上把箱体搬运并码放到托盘上，每个托盘上码放5×2的箱体，第一层和第二层的码放的形式如图1所示。箱体的尺寸为0.6m×0.35m×0.2m，码垛工作区间为0.8m×0.8m×0.3m。托盘的尺寸为1.7m×1.3m，承重约为1吨。要求箱体之间的误差不能超过±6mm，每小时完成400箱的码垛。

2 码垛工作站的选型

根据现实的工作要求，选择市场上速度最快，距离可达到2.4米，最精确，精简度高，防护等级高，占地面积减少20%的机器人IRB 460[2]。箱体是固体，而且是固定尺寸。再根据抓取型抓手的特点是用于固体工件，最适合于固定尺寸的箱类，所以选择抓取型抓手[3]。

3 码垛工作站仿真模型的构建

根据前面的选型，在Robotstudio仿真软件ABB模型库中选择IRB 460，根据箱体尺寸的要求，利用三维建模软件（SW）设计抓手模型、托盘及底座，如图2所示。托盘使得箱体平稳码放，底座使叉车能够快速叉出。

图2 仿真模型

4 码垛工作站仿真系统的构建

■4.1 系统的构建流程

第一步是模型的导入及布局：①导入模型并设定位置，②创建机器人系统；第二步是工件的纹理贴图：①工件贴图，②设定纹理坐标，③将工件保存为库文件；第三步是用Smart组件创建动态输送链：①设定输送链产品源，②设定输送链运动属性，③设定输送链限位传感器，④创建属性与连结，⑤创建信号与连接[4]；第四步是用Smart组件创建动态夹具：①设定夹具属性，②设定检测传感器，③设定拾取放置动作，④创建属性与连结，⑤创建信号与连接；第五步是用Smart组件创建动态叉车：①创建叉车机械装置，②设定叉车移动动作，③设定叉车拾取放置动作，④创建信号与连接；第六步是配置编辑器和工作站逻辑的设定：①创建控制器单元和I/O信号，②设定工作站逻辑；第七步是编写离线程序并仿真：①第一层码垛程序的编写，②第二层码垛程序的编写；第八步是机器人码垛仿真设定与运行：①同步到VC，②仿真顺序的设定，③仿真运行。

■4.2 Smart组件创建动态输送链、动态抓手、动态叉车

用Smart组件创建动态输送链SC_ssl、动态抓手SC_zs、动态叉车SC_cc，其中Source（产品源），每触发一次，产生一个码垛产品复制品。Queue（队列），将同类型的物体做队列处理。LinearMover设定输送链的运动属性，表示运动的物体是队列Queue中的物体，运动方向是X轴的负方向。PlaneSensor（传感器），在输送链的末端设置传感器，以检测箱体是否到位。LineSensor（传感器），工具检测传感器，检测抓手下是否有箱体。Attacher（拾取动作），抓手拾取箱体。Detacher（释放动作），抓手把箱体释放到托盘上。zsjj表示抓手夹紧，zsgq表示抓手钩起。LinearMoverccxq使叉车向前移动到托盘处，LinearMoverccht使叉车向后移动到围栏外，Attachercc（抬起动作）叉车抬起托盘，Detachercc（释放动作）叉车把托盘放下，ccxs表示叉车货叉向上动作，ccxx表示叉车货叉向下动作。

图3 Smart组件创建

■4.3 输送链、抓手、叉车I/O信号的设置

I/O信号是本工作站中自行创建的数字量信号，用于与各个Smart组件进行信号交互，I/O信号连接是指设定的I/O信号与Smart组件信号的连接关系以及各Smart组件信号之间的信号连接关系，如图4所示。

图4 输送链、抓手、叉车I/O信号的设置

disslks信号用于启动Smart输送链，自动产生一个复制品。产品源Source产生复制品的完成信号Executed触发Queue组件加入队列动作Enqueue，复制品自动加入队列。复制品与输送链末端的传感器PlaneSensor接触后SensorOut，触发 Queue退出队列动作 Dequeue ，输送链上的的箱子停止运动。将传感器PlaneSensor的输出信号SensorOut和非门LogicGate[NOT]相连接，非门的输出InputA变化和传感器的输出变化正好相反。用非门LogicGate[NOT]的输出信号Output触发Source的执行Execute，即当传感器信号由1变0时，触发产品源产生一个复制品。doxtdw用于箱体到位检测的输出信号。产品运动到输送链末端PlaneSensor和限位传感器接触后SensorOut，将产品到位信号doxtdw设置为1。dizsjj用于启动抓手的夹紧动作，用该信号触发传感器LineSensor开始执行检测，触发夹紧动作zsjj[0]执行。传感器LineSensor检测到物体之后SensorOut触发拾取动作Attacher执行Execute。 dizsgq用于启动抓手的钩起动作， dixtfj用于将码垛好的箱子附加到托盘上，dosqwc用于机器人拾取动作的完成信号。dicc启动Smart叉车。

■4.4 工作站I/0信号的设置

工作站I/0信号的设置目的是把Smart组件的输入输出信号与机器人端的输入输出信号进行关联，即把Smart组件的输出信号作为机器人端的输入信号，把机器人端的输出信号作为Smart组件的输入信号，如表1所示。比如机器人端GzzSystem的箱体到位检测输出信号doxtdw和Smart组件的输送链SC_ssl启动输入信号disslks相关联；Smart组件的抓手SC_zs机器人拾取动作的完成输出信号dosqwc和机器人端GzzSystem的机器人拾取动作的完成信号输入信号disqwc相关联。

表1 工作站I/0信号的设置

5 仿真结果

根据本文的设计方法生成了码垛工作站整体，最后对工作站的进行仿真。从仿真结果可以看到，完成5×2箱体码垛，码垛机器人需要150s，如图5所示。从机器人将托盘装满，加上用叉车将箱体搬走，总计需要160s。按照这个工作过程，1小时将完成420个箱体的码垛，基本完成实际任务要求，使得生产线率大大提高。

6 结语

本文根据现场码垛工作要求，选择好码垛机器人和末端工具。通过三维建模软件（SW）和ABB Robotstudio仿真软件构建了码垛工作站仿真模型和系统，通过仿真结果分析，码垛箱体的数量和时间完全符合现场的要求，大大提高了工作效率，为企业码垛工作站的设计提供理论依据。

图5 仿真结果