基于RobotStudio的仿真平台设计*

熊 隽，陈运军，李 刚

（1.泸州职业技术学院机械工程学院，四川泸州 646000；2.泸州职业技术学院信息工程学院，四川泸州 646000）

0 引言

随着工业机器人在各行各业中应用领域的扩大，为满足市场人才培养需要，许多高校，特别是职业院校都开设了工业机器人相关课程。但工业机器人实验实训设备昂贵，后期维修维护成本较高，使得设备数量很难满足教学需要，平均到每位学生的实践时间较少。为解决此问题，本文开发一款综合教学仿真平台，使学生可在电脑上进行工业机器人操作、编程、调试相关实验实训活动，不仅成本低，还大大增加了每位学生实践时间。仿真平台操作熟练后再到实际设备操作，也提高了人员和设备的安全性。

应用SolidWorks建立平台所需模型，并在RobotStudio软件中导入。2个软件配合搭建出仿真平台结构后，对平台中的相应部件创建机械装置和Smart组件。使用者不仅可以在仿真平台中练习机器人基本操作，还可编写机器人程序、调试点位后进行I/O连接，实现虚拟仿真运行[1]。

1 仿真平台搭建

利用SolidWorks设计和绘制零部件三维模型，在Robot-Studio软件中搭建教学仿真平台[2]，如图1所示。

仿真平台主要由ABB IRB1200机器人、产品及传送带、搬运码垛放置区、涂胶面板、末端工具更换区等组成。产品、传送带、搬运放置区、码垛放置区共同构成搬运码垛工作区，配合机器人可实现搬运产品到固定位置的仿真运行和按要求码垛的仿真运行。而机器人更换涂胶工具后，可编程在涂胶面板上实现涂胶仿真运行[3]。

搬运码垛时，采用气动手爪为机器人末端执行工具，结构如图2所示，主要由连接法兰、气缸及2个手指构成。涂胶时，采用基本涂胶工具为末端执行工具，结构如图3所示，主要由连接法兰、涂胶枪体、涂胶枪头构成[4]。由于不同工作使用的末端执行器不相同，为更换方便，末端执行工具与机器人法兰之间利用快换接头进行连接。

图1 仿真平台布局图

图2 搬运码垛工具

图3 涂胶工具

2 仿真系统设计

2.1 工具姿态

对于搬运、码垛仿真系统，要让机器人末端执行器（即气动手爪）在仿真运行时具有动态效果，就需要先创建对应的动作姿态。在气动手爪建模时，保证2个手指分别为独立部件。导入后，创建机械装置，装置类型为“工具”，基体选择为法兰与气缸的组合部件，依次对两个手指进行链接创建、接点创建及工具数据修改，最后添加气动手爪夹紧、张开2种动作姿态如图4所示。

2.2 Smart组件

Smart组件是实现仿真运行的关键，可以实现各种动态效果。本设计中，针对搬运、码垛仿真系统中，需要分别对机器人气动手爪和传送带进行Smart组件的创建[5]。

2.2.1 气动手爪Smart组件

添加2个姿态运动“poseMover”分别用于卡盘张开与夹紧动作的执行；添加1个线性传感器“LineSensor”用于产品检测；添加1个安装对象“Attacher”和1个拆除对象“Detacher”用于手爪上产品的安装和拆卸；添加1个逻辑非门“LogicGate[NOT]”用于逻辑控制。添加组件后，设定子对象组件属性连结，分别为：LineSensor的SensedPart作为Attacher的Child；Attacher的Child作为Detacher的Child。最后，创建手爪控制的数字输入信号di1，并添加I/O连接如图5所示。最终得到设计信号关联如图6所示，可通过di1信号控制实现手爪姿态及产品抓取的仿真[6]。

图4 手爪张开与闭合姿态

图5 I/O连接设置

图6 气动手爪Smart组件设计

2.2.2 传送带Smart组件

2个传送带Smart组件设置方法相同。添加1个复制对象“Source”和1个队列对象“Queue”分别用于产品的复制与队列；添加1个平面传感器“PlanceSensor”用于产品到位检测；添加1个直线移动“LinearMover”用于复制队列后的产品沿着传送带移动到抓取位；添加1个逻辑非门“LogicGate[NOT]”用于逻辑控制。添加组件后，设定子对象组件属性连结：Source的Copy作为Quece的Back[7]。最后，创建传送带启动的瞬时数字输入信号di2和通知机器人产品已到位的数字输出信号do1，并添加I/O连接如图7所示。最终得到设计信号关联如图8所示，可通过di1信号控制实现传送带的运行仿真。

图7 I/O连接设置

图8 传送带Smart组件设计

3 仿真平台应用

3.1 机器人编程

仿真平台具有与实际机器人示教器完全一致的操作界面。不仅可进行现场编程，也可利用离线编程界面进行离线编程。以搬运机器人运行仿真为例，可编写机器人程序如下。

PROC main()MoveJ p_home,v200,fine,tool0;//机器人运行到原点等待

WaitDI di1,1;//等待产品到位

MoveJ Offs(p_pick,0,0,100),v200,fine,tool0;//到达抓取点正上方

Movel p_pick,v100,fine,tool0;//到达抓取点

Set do1;//控制手爪夹紧抓取产品

WaitTime 1;//延时1s

MoveL Offs(p_pick,0,0,100),v200,fine,tool0;//回到抓取点正上方

Movej Offs(p_place,0,0,100),v200,fine,tool0;//到达放置点正上方

Movel p_place,v100,fine,tool0;//到达放置点

Reset do1;//控制手爪松开放下产品

WaitTime 1;//延时1s

Movel Offs(p_place,0,0,100),v200,fine,tool0;//回到放置点正上方MoveJ p_home,v200,fine,tool0;//机器人运行回到原点

ENDPROC

3.2 工作站逻辑创建

要实现最后的运行仿真，机器人信号必须与设备Smart组件中的信号建立相应的联系,即可把Smart组件看作外部设备与机器人进行通讯。针对机器人搬运工作，可设计通讯关系如图9所示。

图9 机器人与设备通讯关系

3.3 仿真运行

仿真运行效果与实际设备完全一致，可在运行中发现控制程序的逻辑错误并进行纠正，也可对运行轨迹进行优化，对节拍进行调整，对碰撞进行检测，将生产中的实际问题一一解决，培养学生综合应用能力与创新能力。

4 结束语

本文设计的仿真实训平台能满足工业机器人操作、编程、调试的相关实验实训项目需求。实验表明，仿真平台作为实际设备的补充，大大提高了学习者的人身安全，避免了以前常出现的设备碰撞现象，增加了人均操作练习时间。在一定程度上增加了学生学习兴趣与参与度，提高了学生学习效果的同时，培养学生的信息化素养、分析解决问题的能力以及创新能力。引入仿真平台进行教学后，设备需求有所缓和，建设成本得到了很好的控制，在相同的培训时长内，学生的训练效果大大提高。