基于RobotStudio的自动冲压生产线仿真与优化

侯仰强 龙 洋

(1. 天津工业大学机械工程学院，天津300387；2. 天津中科智能技术研究院有限公司，天津300300)

基于RobotStudio的自动冲压生产线仿真与优化

侯仰强1龙 洋2

(1. 天津工业大学机械工程学院，天津300387；2. 天津中科智能技术研究院有限公司，天津300300)

以机器人自动冲压生产线为研究对象，利用三维建模软件对冲压线各设备进行模块化建模以及整线装配，结合生产实际，对冲压生产线工序进行合理优化，最后利用机器人离线编程软件RobotStudio在虚拟环境中对自动化冲压生产线进行了模拟仿真及改进优化，验证了设计的合理性。

冲压生产线；压机；虚拟仿真；工业机器人；三维建模软件

随着汽车行业的迅猛发展，汽车产品的更新换代越来越快。在汽车生产过程中，汽车车身金属零部件绝大部分属于冲压件[1]。因此作为汽车零部件加工的主要设备，提高冲压线的自动化水平，已成为汽车生产企业提高竞争力的关键[2]。

通过软件对机器人进行编程，并优化运动轨迹，在专用软件中对生产线布局进行仿真，在仿真环境中可以直观看出机器人姿态及与周围设备干涉情况，通过进一步优化设计实现机器人路径生成、程序设计，大大减少了现场工作量，缩短了调试周期[3]。本文以机器人自动冲压生产线为研究对象，利用三维建模软件对冲压线各设备进行模块化建模以及整线装配，结合生产实际，对冲压生产线工序进行合理优化，最后利用机器人离线编程软件RobotStudio在虚拟环境中对自动化冲压生产线进行模拟仿真及改进优化，验证了设计的合理性。

1 仿真策略

1.1 仿真平台

机器人离线编程软件RobotStudio是瑞士ABB公司专门针对ABB机器人及周边设备开发的基于windows系统的机器人生产线仿真软件。RobotStudio中采用的机器人运动控制算法及功能模块与ABB机器人本体控制柜内的完全一致。RobotStudio采用RAPID编程语言，在仿真环境中，编制的机器人程序可以通过RJ-45网线直接传输给机器人本体控制柜，执行相应的机器人运动。

1.2 仿真方案

冲压生产线是一个比较复杂的生产系统，可以在生产线投入使用前，利用计算机仿真技术预先对生产制造过程进行评估，验证工艺路线及设备布局的合理性，优化资源配置及工序，为生产线的正式运行提供依据。图1为自动冲压生产线仿真方案流程图。

2 三维建模

2.1 模块化建模

机器人自动冲压线主要由拆跺小车、机械对中平台、冲压机器人、压机和出料平台等组成。其中，冲压机器人可以在RobotStudio的机器人库中直接调用，因此不需要专门建模。机器人冲压线其他各零部件采用SolidWorks进行三维建模，其部分模型如图2所示。

图1 仿真方案流程图

图2 机器人冲压线部分设备模型

2.2 整线装配

采用模块化整线装配策略，将机器人自动冲压线的各零部件分为几个子装配体，首先完成子装配体内部的位置约束与定位约束，然后在总装配体中进行合理布局及整体搭建。自动冲压生产线布局如图3所示，总装配体如图4所示。

1—拆跺输送小车 2—拆跺机器人 3—对中平台 4—上料机器人 5—液压式冲压机 6—下料机器人 7—线尾皮带机 8—自行走模具夹紧器

3 仿真实现

3.1 工序设计

将建立的三维模型装配体导入RobotStudio中，建立机器人自动冲压线仿真平台，完成冲压线仿真的前期准备工作。然后通过合理设计冲压自动化生产工序，创建Mechanism装置，添加Smart Component来实现冲压线上的各种功能。机器人自动冲压线由七台ABB机器人、五台液压式冲压机、进料小车、对中平台以及出料平台等组成。为了提高自动化冲压线的生产能力，需要对生产工序进行合理规划。自动冲压生产线的工序流程如图5所示。

3.2 冲压仿真实现

采用模块化编程，将冲压机与主体看作一个完整的机械系统，并将压机滑台的各种运动方式集成后定义为冲压机的运动。

3.3 搬运功能的实现

图4 自动冲压线总装配体

图5 自动冲压生产线工序流程图

在RobotStudio软件中，通过在机器人末端真空端拾器上添加线、面、距离等传感器，让端拾器在接触板料时传感器产生相应感应，将虚拟传感器信号传送给机器人，机器人在仿真中执行抓取命令。

3.4 整线协调控制功能的实现

整线总控主要由线首单元、中间单元和线尾单元三种控制单元和上位机控制系统构成。在RobotStudio仿真中会根据控制的需要配置相应的I/O信号，然后通过stationlogic建立各机械单元I/O信号的逻辑关系，从而实现生产线的协调运动。

3.5 仿真结果

通过上述方法与步骤，在RobotStudio中完成多机器人冲压线整线仿真，其结果如图6所示。仿真结果良好，没有发生干涉情况，满足设计生产要求。

图6 仿真结果

4 结论

(1)利用三维建模软件对自动冲压线各设备进行模块化建模以及整线装配，对生产线布局进行合理设计。

(2)结合实际生产，对冲压生产线工序进行合理优化，最后利用机器人离线编程软件RobotStudio，在虚拟环境中对自动化冲压生产线进行模拟仿真及改进优化，验证了设计的合理性。

[1] 邱雪松，肖超，谭候金，等. 大型机器人冲压生产线多软件联合仿真[J]. 中国机械工程，2016， 27(6)：772-777.

[2] 郭水军，张华，杨旭静. 基于DELMIA的冲压生产过程仿真与优化[J]. 锻压技术，2015， 40(1)：143-147.

[3] 彭国庆，陈柏金. 基于气动机械手的自动化冲压生产线的设计[J]. 锻压技术， 2012，37(3)：85-88.

编辑 陈秀娟

Simulation and Optimization of Automatic Punching Production Line Based on RobotStudio

Hou Yangqiang, Long Yang

Taking robot automatic punching production line as research object, equipments of the punching line have been conducted model establishment and total assembly by adopting three dimension modeling software, and combing with the actual production condition, the punching production line process has been optimized reasonably, finally the automatic punching production line has been simulated and improved by applying robot off-line programming software RobotStudio under virtual environments to verify design reasonability.

punching production line; press; virtual simulation; industry robot; three dimension modeling software

2016—12—09

天津工业大学研究生科技创新计划项目(16128)。

侯仰强(1991—)，男，硕士研究生，主要从事焊接机器人方面研究。

TP391.9

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