第五章、机器人搬运工作站仿真

1、第五章 机器人搬运工作站仿真通过前四章的学习，大家已经掌握了Roboguide软件的一些基本操作。本章将综合利用这些仿真技术，通过创建一个机器人搬运工作站的仿真系统，达到巩固和拓展所学知识的目的。期望能够了解创建机器人工作站的一般流程，理解机器人仿真技术在工作站系统设计中的作用，并能够熟练掌握FANUC工业机器人仿真的一些基本操作，为今后的实践打下基础。希望通过进一步提高，会根据客户的需求进行项目分析与仿真设计，初步完成机器人工作站系统的前期设计与技术验证工作。本章的知识技能点包含了搬运工作站的创建技术、场景布置技术（包括Robot、Part、Fixture、Obstacles、机器人抓手的添

2、加与设置）、搬运仿真过程的模拟技术（包括机械手的抓取与放置、供料设备的专属、物料筐的接纳物料等）、动力设备的添加与使用技术（包括Link设备的I/O控制设置、附加轴运动控制等），以及不同机器人控制器之间的通信技术等。5.1 任务描述本文的工作站主要涉及到了进料、搬运、传送、码垛等主要环节。机器人搬运工作站系统的场景布局如图5.1所示：物料及物料盘转运盘及物料传输架物料码放框导轨机器人2机器人1旋转台图5.1：机器人搬运工作站仿真系统图5.1中，主要包含了一个转运旋转台，一台带有导轨轴的工业机器人，一套物料转运传输架和一台物料码放机器人。其工作过程可描述如下：（1）、旋转台转动180度把物料搬运

3、到机器人1下方位置，等待机器人1抓取，同时转运托盘沿着传输架回到靠近机器人1导轨的那一侧；（2）、机器人1由当前位置往下运动，靠近旋转台物料后开始抓取物料；（3）、抓取物料后，机器人1手臂上移，并沿着导轨运动到传输架侧。同时，旋转台旋转180度回到初始位，开始载入另一个物料；（4）、机器人1手臂下移，把物料放到转运盘中；（5）、物料放入后，机器人1回到靠近旋转台的那一侧，同时，转运盘带着物料沿着传输架运动到靠近机器人2的那一侧；（6）、机器人2抓取物料，并把物料放置到码放框中的第一个位置，同时旋转台旋转180度，把另一个物料运送到机器人1下方；（7）、重复（2）（7），分别把物料2、物料3、物

4、料4放到对应的物料码放框位。（8）、4个物料码放完毕，两台机器人回到初始位置，完成工作。5.2 任务实施一般而言，创建机器人工作站主要考虑如下几个重要环节： 一、生产过程与生产工艺考察；二、需求分析、目标的形式化和程序化描述；三、机器人工作站的设计与仿真调试运行；四、设计方案的现场施工和系统调试等环节。 本章节的搬运工作站仿真项目实施被包含在了机器人工作站的设计与仿真调试运行过程中，是处在调查分析之后的设计实现阶段，起到了承上启下的作用。本章的项目仿真主要包含了仿真环境的布景（设备素材的添加）环节、控制信号的设置环节、示教编程和程序运行调试等三个主要环节。其中，仿真环境布景，即：设备素材添加是

5、指把机器人、旋转台、传输架、物料等环境要素添加到所建立的仿真环境中；信号设置主要指环境要素参数的设置和各个环节中同步信号控制的设置；示教编程则包括了流程图的编制与程序的编辑，最后是仿真测试与修改。5.2.1 搬运工作站仿真布景主要的操作步骤如下：（1）、创建一个工作站（Workcell）A）、在第一步（Step1）选择HandlingPRO，B）、第二步输入工作站名称（Step2）；C）、其他步骤选用默认值，在第八步（Step8），如图5.2所示：添加Extended Axias Control(J518)附加轴控制驱动D）、最后点击Finished；经过仿真软件的配置过程之后，就进入了仿真环

6、境，此时，环境中已经创建了机器人1。图5.2：添加附加轴驱动（2）、仿真环境的布景 A）、添加机器人2：选择菜单CellAdd Robot，之后的操作选用默认值；B）、添加物料Part，名称使用默认值Part1，尺寸X、Y、Z均为250mm；C）、旋转台基座与物料码放框的选择均用Fixture，操作步骤为：在Cell Browser树形菜单Fixtures处，添加Fixture1：点击鼠标右键，依照Add FixtureCylinder添加旋转台基座，尺寸为直径与高度均600mm，参数设置及场景的添加效果如图5.3所示：Fixture1图5.3：Fixture1参数设置然后，添加Fixture

7、2物料码放筐：使用Add FixtureCAD Library，在库中选择图5.4所示的图形素材（Bucket_Large）；图5.4：Fixture2物料筐的选择Fixture1与Fixture2中的Parts标签框内都需要添加Part1；其中，Fixture2中，添加Part1时为1×4的阵列，参数设置及添加效果如图5.5所示：Fixture2图5.5：Fixture2物料筐的参数设置及效果D）、旋转台的物料盘用Machine，添加物料盘（Machine1）：Add MachineCylinder，尺寸为直径1500mm与高度均200mm，W为90，参数设置及添加效果如图5.6所

8、示：Fixture1Machine1图5.6：Machine1的参数设置及效果对于传输架（Machine2），Add MachineCAD File，在Fixtures目录中选择conveyer，再选择相应的文件素材Conveyer_1500.CSB；调整其位置及尺寸放大倍数（ X:3、Y:1、Z:1.5 ），效果如图5.7所示：图5.7：Machine2的参数设置及效果E）、添加旋转台和传输架的动力设备Link在Machine1处，点击鼠标右键，Add LinkCylinder ，尺寸直径300mm，长度100mm，颜色为蓝色，名称为Link1；添加Part1，并调整其位置。属性设置及效果如

9、图5.8所示：图5.8：Machine1的Link1参数设置及效果（1）在Machine1的General标签中，调整电机的位置，让电机的Z轴与Machine1的中心重合，如图5.9所示：图5.9：Machine1的Link1参数设置及效果（2）在Machine2处，Add LinkBox，尺寸X、Y、Z分别为500mm、500mm、10mm，颜色为黄色，名称用默认值Link1，添加Part1，并调整其位置，效果如图5.10所示：图5.11：Machine2的Link1参数设置及效果（1）电机设置及效果如图5.10所示：图5.10：Machine2的Link1参数设置及效果（2）F）、添加机器

10、人1和机器人2的抓手，在UT1中添加LINK，选择图库中的vacuum01。（3）、添加附加轴设备附加轴的添加步骤如下：A）、对于机器人1的附加轴，点击主菜单RobotRestart ControllerControlled Start，弹出图5.11（a）所示的设置窗口： （a） （b）图5.11附加轴设置这里的操作比较复杂，主要是附加轴的数目、马达型号、转速电流、轴的类型、直线或者旋转运动、轴运动方向、减速比、运动行程的上下限、马达负载率、放大器种类及编号、抱闸设定、伺服断开有效和伺服断开时间等参数的设置。本例中的具体操作是：点击Menu，选择9MAINETENCEExtended Axi

11、s Control后，弹出如图5.11（b）所示的窗口。点击Manual,输入1（Group1），再点击Enter后，按照如下顺序，逐次输入设定值。Hard Start Axis: 72 Add Ext Axesaxis to add 12 Enhanced Method60 ais21 ais2/5000 20A1 Integrated Rail(Linear axis) 2 Direction 1:X 2:Y 3:ZGear Ratio 1202 No Change1 TrueUpper Limit(mm) 4000Lower Limit(mm)100Master Position 0mm

12、2 No Change2 No Change2 No ChangeLoad Ratio 3amplifier Number 22Brake Number 21:EnableServo Off Time: 20Sec4:Exit0:Exit最后，点击Fcn，选择1，再点击Enter，开始冷启动；B）、机器人1导轨的添加：选择主菜单Tools Rail Unit Creator Menu后，就能够看到，已经在机器人1的基座上添加了设定的导轨，效果如图5.12所示：图5.12：机器人添加行走轴导轨后的效果5.2.2 动力驱动与通信信号（1）、动力控制信号的设置A）、旋转台动力的设置：点击Machin

13、e1中的Link，在Motion选项卡中，Axis Type选择Rotary，速度Speed输入60dec/sec，在机器人1的控制器中添加信号DO1、DI1，添加完毕其信号设置如图5.12（a）所示，设置完毕后，可点击Test观看运动效果。 （a） （b）图5.12：Link的设定B）、传输架中转运盘的动力设置：仿照上述方法，参照图5.12（b），在机器人2控制器中对传输架的Link转运盘进行设置；（2）、机器人控制器间通信信号的设定机器人1和机器人2的通讯使用IO口，具体操作为：点击主菜单CellI/O InterConections，弹出设置窗口，在IO InterConnect中分别设

14、置两个机器人的通讯连接信号，设置结果如图5.13所示：图5.13：机器人的信号连接该项设置表明：机器人1的DO13、DI14分别与机器人2的DI13 、DO14是两组互联的输入输出信号，它们同步变化，这为两机控制器中所控制的Link输入、输出位置信号的通讯提供了方便。5.2.3信号控制与编程思路编程工作主要有两个部分，即机器人1的控制器编程和机器人2的控制器编程。编程中的信号控制如下：（1）、旋转台的控制信号为DO1（隶属机器人1控制器组），为OFF时，回到初始位，ON时，回到机器人1的取料位，是否到位信号为DI1，ON时已到位；（2）、转运盘的控制信号为DO1（隶属机器人2控制器组），为ON

15、时，回到导轨侧等待机器人1放置物料，DI11为ON时，表示已经到达；DO1为OFF时，沿传输架回到机器人2侧，DI12为ON时，表示已经到位；（3）、机器人1组的DO13、DI14分别与机器人2组的DO14、DI13同步变化，其中，DO13、DI13是机器人1是否把物料放置到转运盘和机器人2组中的转运盘是否开始运回物料的联络信号；DO14、DI14则是转运盘已经开始等待机器人1放置物料的联络信号。机器人的各个运动示教点空间位置如图5.14所示：P4+?P3P2P1P5P4、P6P2P3P1图5.14：机器人1控制器程序流程根据上述示教点，分别指定机器人1和机器人2的程序编写流程。其中，机器人1

16、的程序流程如图5.15所示：Y抓离到上方附近P3给信号让旋转台回到初始位把料送到导轨另一端的放置位P4N机器人1到抓取位P2抓取物料Y料已到？给出信号，让旋转台送料机器人1到取料位P1转输盘到位？放置物料P5给出信号，告诉机器人2控制器把料运回离开放置位P6 图5.15：机器人1控制器程序流程机器人2的程序流程如图5.16所示：机器人2回到初始位P1转运盘运物料返回给信号让转运盘到取料位盘返回到位？盘已到？NYY告诉机器人1，转运盘已等它放置物料机器人2到抓取位抓物料P2、P3按照偏移量，回到相应位置放置物料P4？NN机器人1放毕？Y 图5.16： 机器人2控制器程序流程5.2.4示教编程与运

17、行仿真编程过程中，使用了两种编程方式，即：示教器TP编程和仿真编程。（1）、使用仿真编程模式创建机器人1和机器人2的抓取（Pickup）与放置（Drop）子程序，创建方法为：点击主菜单TeachAdd Simulation Program，输入程序名，然后在弹出的仿真程序编辑器里面编写程序代码。对于机器人1，输入的子程序名为：PICKUP1和DROPUP1，分别代表抓取物料的子程序和放置物料的子程序。其中，PICKUP1的仿真程序代码指令为： Pickup ('Part1') From ('Machine1:Link1') With ('UT: 1 (E

18、oat1):Link1')DROPUP1的功能是机器人1把物料放置到传输架上的转运盘上，它的仿真程序代码为：Drop ('Part1') From ('UT: 1 (Eoat1):Link1') On ('Machine2:Link1')对于机器人2，抓取和放置物料的子程序分别命名为：PICKUP2和DROPUP2，分别代表抓取转运盘上的物料和放置物料到码放物料筐内。PICKUP2的仿真程序代码为：Pickup ('Part1') From ('Machine2:Link1') With ('UT:

19、 1 (Eoat1):Link1')DROPUP2的仿真程序代码为：Drop ('Part1') From ('UT: 1 (Eoat1):Link1') On ('Fixture2')（2）、使用虚拟示教器分别对机器人1和机器人2进行示教编程，程序名称为PMAIN1、PMAIN2（可由编程人员随意命名），上述抓取与放置子程序将在这里得到调用以实现机器人的抓、放动作。子程序的调用指令格式是：CALL 子程序名（3）、各个示教点的确认与TP编程用示教器TP分别编写机器人1和机器人2的示教程序，它们的全部程序代码如下：机器人1程序（PMAIN

20、1）R1=0 ;记录物料个数LBL99J P 1 100% FINE ;机器人1回到初始位DO1=ON ;给出信号，让旋转台送料WAIT DI1=ON ;等待送料完毕J P 2 100% FINE ;机器人1到抓取位CALL PICKUP1 ;抓取物料L P 3 2000mm/sec FINE ;抓离到上方附近DO1=OFF ; 给信号让旋转台回到初始位J P4 100% FINE ;把料送到导轨另一端的放置位WAIT DI14=ON ;等待转运盘到位J P5 100% FINE ;机器人1到放置物料CALL DROPUP1 ;放置物料DO13=OFF ;告诉机器人2，机器人1已放料毕J P6 100% FINE ;离开放置位R1=R1+1 ;物料个数增1IF R1<4 JMP LBL99 ；4个物料是否送毕J MP LBL991; 回到初始点，继续下一轮循环机器人2（PMAIN2）R1=0 ; 记录物料个数PR1=LPOS ;直角坐标PR1,1=0 ;初始偏移量为0PR1,2=0PR1,3=0PR1,4=0PR1,5=0PR1,6=0OFFSET CONDITION PR1 ;声