自动上下料工作站仿真系统设计

钟晓玲

摘要：由于生产效率低、劳动强度高、安全防护不足，传统机械加工行业正在逐步被灵活的制造系统所取代，该系统将材料处理、传输、加工和检测相结合。柔性制造系统是指柔性制造系统(FMS)，它由统一的信息控制系统、材料仓库和运输系统以及一组数字控制的加工设施组成，能够适应加工对象的改造。它通过传输系统连接到一些设备，包括工业机器人、数控机床、传输链、三维轴承、RFID等。该系统通过工业机器人将工件发送到各种加工设备，使工件加工准确、快速、自动。工业机器人作为FMS系统的重要组成部分，是将传统制造业升级为智能制造业的不可替代的重要设备。机床装卸机器人代替工作，与数控机床合作实现零件装卸、清洁、抛光、工件包络等加工过程中的工作，大大节约了人工成本，有效降低了生产过程中对人类安全的隐患，提高了生产效率。随着工艺效率的不断提高，越来越多的制造商将工业机器人引入实际生产。本文在此基础上研究了工业机器人自动装卸工作台仿真系统的设计，以供参考。

关键词：工业机器人；自动上下料工作站；仿真系统设计

引言

工业自动化生产中，随着工资生产成本的不断增加，工业机器人承担着越来越重要的任务。工业机器人主要用于需要重复、重、复杂运动的情况下的自动生产，例如b .装配、装卸、处理等。就在需要极大灵活性和高速的情况下，工业机器人技术正在得到广泛应用。

1工作站系统

工业机器人的自动装卸工作台由工业机器人、数控机床、导轨、输送链、开关柜等设备组成。工作站需要工业机器人取料输送链提供的坯件，自动装卸四台数控机床。成品通过送料带运送，毛坯和成品按照4×4图案堆放。在工作站运行期间，无需进行实时手动输入和填充。

2机器人的数控机床自动上下料应用的价值分析

在信息技术与工业化技术不断融合的背景下，智能制造业的发展速度越来越快。以机器人为核心和代表的智能产业发展非常迅速，甚至成为衡量一个国家现代化程度的重要标准。据我们所知，发达国家工业机器人的自动化生产已进入流水线状态，甚至成为自动化设备的主要发展方向。面对新的工业革命和日益激烈的全球竞争，机器人技术已成为核心内容。中国制造业规模很大，种类很多。同时，它也有恶劣的攻击环境，因此很难招聘工人。因此，从这个角度来看，市场上对工业机器人的需求很大，工业机器人的应用领域也很大。随着我国工厂自动化程度的不断提高，工业机器人在数控机床领域的应用越来越广泛。基于数控机床的工业机器人可分为刀具逆变机器人和装卸机器人两种。装卸机器人是取代基于工业机器人的操作人员的一种方法。它可以自动完成加工中心、数控车床等加工的工件。同时还可以完成自动抓取工件、装卸、夹紧、移动和旋转工件等任务。这种机器还可以节省人力成本，提高整体产品的生产效率。但是，为了实现机器人的自动装卸任务，机器人必须事先获取数控机床的装卸信息。经过系统处理，可以输出控制信号，机器人根据信号执行相应的动作。数控机床与工业机器人之间信息的有效传输和转换是数控机床与机器人自动装卸的关键。如图所示：

3工作站系统仿真设计

3.1系统总体布局

该机器人的装卸系统由工业机器人、输送设备、可编程控制器等外围设备组成。该系统以可编程控制器为控制核心，连接和管理外围设备和工作机器人，实现工业机器人与其他设备的协作。在机器人的装卸系统中，机器人IRB120被选中，体积小、操作方便、重量轻，能够快速采集和安装零件。

3.2机器人及底座选型

该设计结合机床装卸机器人的工作过程，选择了负载高达20 kg的六轴机器人abbirb 2600，通常用于材料处理、装卸、电弧焊接等。它在同类产品中具有最高的精度和加速度，能够保证高性能和低报废率，从而提高生产效率。在工作场所，工业机器人在四个数控机床和三维轴承之间进行工件搬运时，必须来回行驶，用滑动导轨控制工业机器人的移动，而专用基座IRBT2005必须放在滑动导轨和机器人之间，以确保机器人移动时的稳定性和准确性。

3.3系统通信

冲压用的装配自动化装卸工作台是一个全自动生产工作空间，通过集成相关协议，需要不同系统和通信的逻辑链接。装配自动化装卸站采用工业以太网协议进行通信，集成了各缸磁开关和传感器的输入输出控制、配置、诊断、信息、安全、同步和运动控制，并通过总线技术与可编程主控交换数据。工业以太网协议通信避免了不同系统、不同硬件结构和可编程主控制器之间复杂的布线问题。

3.4机器人夹具设计

考虑到整个系统的效率和施工难度，设计采用了双夹具模式。这样，工业机器人第一次到位时，可以在相反的位置同时涂上两台机床，而在加工过程中，一台机床可以同时完成进刀和冲孔的工作，最后，加工完成后，也可以同时涂上两台机床。这大大降低了机器人在轴承和机床之间来回行驶的频率。不仅如此，机器人采用气动传输模式，响应速度快，安全性强，可靠性强，能耗低，从而大大节省了运营成本。

3.5动作流程设计

工作任务开始前，工人用4×4模式代码将坯件放在托盘上，并通过输送链1运输到工作场所。粗盘运至该位置后，传感器向机器人发送位置信号，工业机器人开始工作，移至拣选位置，夹紧钳1卡紧毛坯，移近数控机床1，向数控机床1发送信号，机床停止加工，打开车门。夹紧套2首先降低加工成品，然后夹紧套2降低成品。该机器人移动到卸载位置，夹紧套2将成品放入4×4模式代码中的成品装载盘。该机器人返回捕捉位置，继续装卸下一台车床，直到成品承载板达到饱和状态。最后，完成的产品将通过输送链从工作场所运输。工

3.6机床组网方案设计

当前，市场上最先进的数控机床网络系统是嵌入式以太网接口系统，必须基于数控系统制造商的相关服务软件。二次开发后，应用其基础数据对调用函数进行彻底分析，并将其连接到局域网访问数控函数。采用机床联网方案控制数控机床时，必须确保系统能够读取数控系统的信息，实现远程控制和数据监控的目的。我们可以通过修改机床的有限单元网络来达到上述分析的目的。同时，网络通信的使用还可以上传、下载甚至安装数控机床的程序配置软件。安装组态软件后，可以进行数据采集，并监控数控机床的运行状态。

3.7软件

该软件的功能应尽可能满足安全生产的要求，实现控制系统模块化，不仅便于生产，而且便于以后的维护和功能扩展。(1)安全防护系统。安全防护系统是安全生产的重要防线，可以避免自动生产过程中人为造成的事故。同时，安全系统必须具备自动防盗开关，以避免人为事故造成的生产风险。在生产现场设置安全刷，只能通过相应的程序设置打开或关闭。(2)自动功能。采用自动冲压卸载工作台的装配实现了自动生产，程序的功能设计应符合自动化的要求。由于工作站处于关闭生产模式，系统程序软件应具备生产短缺提示、产品合格与否评估、生产过程异常警告、程序自检等功能。(3)具有沟通功能。生产人员在计算和处理生产过程中的异常产品时，必须与上位机或可编程控制器通信，并通过人机交互界面工作。

3.8输入、输出信号

仿真应用中，标准输入输出方式提供的通用信号是数字输入信号、数字输出信号、模拟输入信号和传输线跟踪信号。通常，现场总线网络上的I/O板是挂接到工业机器人的输入和输出信号与动态组件相连接的设备，即工业机器人的输出信号是动态组件的输入信号，而动态组件的输出信号是工业机器人的输入信号。该动态组件可视为与工业机器人进行入站和出站通信的模拟可编程控制器。整个装卸系统仿真可以通过离线编程实现。

3.9生产节拍

产品节拍是容量设计中最重要的计算尺寸，也是满足生产需求的重要因素。控制系统对每个结构和系统的响应时间会影响生产冲击的速度，这也是程序软件设计的重要参考对象。为便于生产冲击分析，生产设备的各个相关部件分为专门分为o形密封圈振动板进料单元、雷管振动板进料单元、o形密封圈移动单元、点火装置单元、雷管和o形密封圈成品单元、机器人开关单元、双工位伺服单元和视觉检验单元。生产冲击分析通常使用生产时间最慢的单位作为参考单位。冲压自动装卸工作站生产冲击装配的参考单位是o型环位移单元、点火挤密单元、雷管和o型环成品单元，因为这三个单元使用的气动设备较多。生产时间设置为10小时，生产状态为连续生产，每天生产量可达3000件，使工作站的生产打击控制在12秒内，以满足生产需求。

4.0系统程序

根据建立的机器人装卸系统仿真模型，采用robotstudio软件进行离线编程。根据机器人装卸系统的工作流程、输入输出信号和动态组件进行离线编程和目标点教学。程序需要指定三个关键点:起点、tap pick up点和Placement参照点。非控制点可以由固定传感器检测，装载点与设置的坐标系和位置计算相关。该系统需要教授18点，包括6个安全位置点、3个关键点和9个中间转换点，以满足工业机器人的姿态和运动要求。根据机器人装卸系统的任务要求和装配过程建立离线程序。

4.1仿真总体设计

robotstudio软件构建了虚拟机器人工作平台，利用虚拟机器人对离线程序进行仿真操作，有效实现了自动化智能操作，大大提高了工作效率。SolidWork软件用于创建机械装卸系统每个部分的三维模型，该模型导出为SAT格式并导入robotstudio软件。robotstudio软件用于系统空间布局规划，建立了IRB120六自由度屈曲臂机器人模型，并建立了双工位生产线布局。调整仿真运行的输入、输出信号和动态分量，编译离线程序，运行仿真。如图所示：

4.2工作站调试与运行

机床装卸机器人编程完成后，有必要产生工作站的逻辑信号，这是工作站调试的重要步骤。通过将工作站中其他动态组件在智能组件设计过程中生成的信号与机器人的输入输出信号相连接，只有实现外围设备与机器人之间的通信，才能实现工作站的动态运行。

4.3系统实验验证

实验步骤:首先，工业机器人由演示器控制，再将工件放在AGV上，并将工业机器人在演示器上的姿势数据记录下来，记录为工业机器人世界坐标系中工件的真实值；然后标识和定位工件，并在工业机器人的世界坐标系中将相应的加工结果数据记录为工件的标识值。然后将该实验的实际值与检测值进行比较，分析检测算法的误差。

结束语

概括地说，工业机器人自动装卸生产线的虚拟仿真技术是通过虚拟现实技术和生产环境仿真对生产线进行合理有效的配置，形成的工业机器人程序和数据直接用于现场生产，通过直接编程和现场调试避免生产中断或碰撞干扰。根据生产情况合理设计了工业机器人自动装卸站布局，设置了智能组件的动态属性，完成了自动装卸路径规划、离线编程和仿真调试。还可以调整机床的数量和位置，根据具有一定柔性空间的要求添加其他设备，为生产线设计提供可行的基础。它将大大缩短生产线的设计、制造和调试周期，降低生产成本，避免手动生产的风险，提高生产效率和质量。

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