基于Robotstudio机器人上下料工作站设计.docx
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1、目录第 一 章 绪论11.1 选题的背景与意义11.2 国内外工业机器人机发展趋势2第 二 章机器人上下料工作站的仿真设计32.1 工业机器人仿真系统的创建32.1.1 准备工作32,2 工业机器人系统的布局52.3 动态输送链的创建102.4 创建动态夹具182.4.1 设定夹具属性的步骤182.4.2 设定检测传感器192.4.3 设定拾取放置动作212.4.4 创建属性与连结222.4.5 创建信号与连接232.4.6 仿真验证23第三章:物料检测 smart 组件创建263.1 新建一个smart 组件263.2 :工作逻辑的设定293.2.1 :配置 IO 单元293.2.2 :配置
2、IO 信号293.3 上下料工作站的仿真运行303.4 总结37致 谢383参考文献39附录41摘要从实现自动化生产过程中的某下料系统需求出发,讨论机器人的选型,和控制柜的选择,以及夹具的设计,物料块的大小种类以及质量等,思考建立工作站的布局、系统的创建运动轨迹、路径规划、运动仿真等内容。本文基于 RobotStudio 离线编程软件虚拟仿真自动下料系统:由输送链将物料运输到输送链末端,有传感器检测信号后,机器人将会到指定位置去夹持并物料放入机床进行加工,此时输送链会自动补齐一个物料块并输送到输送链的末端,当物料块加工完成后再由搬运机器人放置在选定位置,这一系列的自动化搬运和码垛等工作,只需一
3、台机器人和一个输送链来完成,通过机器人与外围设备之间的信号连接,实现自动化运行。关键词robotstudio;上下料;外围设备;信号连接第一章 绪论1.1 选题的背景与意义随着现代科学技术的迅猛发展,机器人技术已广泛应用于人类社会的各个领域,其中诞生的工业机器人是应用于实际生产并实现工业自动化生产的一个重要体现工业机器人作为现代工业的三大支柱之一,广泛应用于食品、化工、医药包装等行业。码垛机器人作为包装线的后续设备,将包装袋按照预定的编组方式、逐个逐层码放在托盘或箱体内,能极大地提高产能力和转运能力。随着物流自动化技术领域的扩大,工业机器人应用场合也逐渐在扩大 ,在物料轻便、尺寸和形状变化大、
4、吞吐量小的场合, 采用人工方案, 常常是经济可取的, 特别是在人力资源丰富的我国, 这些应用场合基本上都是采用人工码垛的。由于以前我国劳动力成本比较低,大部分企业采用人工码垛方式。但随着经济的发展,企业员工也在不断的要求公司改善工作环境及减少工作强度,人工码垛逐渐被机器自动码垛所取代。当码垛吞吐量在 10 件/ min 以上, 且在吞吐量恒定的情况下,如果采用人工码垛方案就需要较多工人, 而且长时间地进行人工码垛作业常常会造成弯腰疲劳和重复劳动疲劳,这时,从人机工程学的角度考虑, 需要增加一些符合人机工程学方面的设施, 例如托盘操纵机、剪式升降台、工业操作机械手等。这种采用自动码垛方案,在一定
5、程度上, 不仅可以加快物流速度, 保护工人的健康和安全,而且可以获得整齐一致的物垛, 减少物料的损伤, 提高叉车的搬运效率, 增强处理的柔性随着现代化的进程,人们对包装速度的要求越来越高。一般的简单自动码垛方式不能满足要求,在线式码垛机逐渐成为码垛系统的主要角色。根据进料位置的高低, 又可将在线式码垛机分为高位式和低位式两种。在线式码垛机以其高速处理能力而著称, 随着技术的进步, 在线式码垛机的吞吐量不断提高。近年来, 机器人码垛技术发展甚为迅猛, 这种发展趋势是和当今制造领域出现的多品种少批量的发展趋势相适应的, 本文基于 RobotStudio 离线编程软件虚拟仿真自动下料系统:由输送链将
6、物料运输到输送链末端,有传感器检测信号后,机器人将会到指定位置去夹持并物料放入机床进行加工,此时输送链会自动补齐一个物料块并输送到输送链的末端,当物料块加工完成后再由搬运机器人放置在选定位置,这一系列的自动化搬运和码垛等工作,只需一台机器人和一个输送链来完成,通过机器人与外围设备之间的信号连接,可以实现自动化运行,通第 38 页过 RobotStudio 离线编程软件搭建机器人码垛机构仿真系统,合理规划配置生产资源,降低开发成本,缩短产线开发周期,节约操作者时间,提高工作效率等问题,都具有十分重要的意义;最后,对虚拟下料系统进行综合调试和优化,达到了预期目的。1.2 国内外工业机器人的发展趋势
7、当前,应用于生产的机器人系统大多采用示教再现编程方式,而示教再现编程在实际生产应用中存在精度靠目测、效率低等问题 ,为提高编程效率,使编程者远离危险的工作环境,改善编程环境,可采用机器人虚拟离线编程 。其基本思想是利用离线仿真技术,构造虚拟机器人及其工作环境,在虚拟模型中引入机器人和场景,同时操作者能够操纵机器人在场景中移动,可以选择不同的观察角度,从不同的侧面观察机器人的运动情况;可以在计算机屏幕上引导虚拟机器人末端执行器运动,进行虚拟在线示教,产生机器人作业轨迹,由此生成机器人语言程序,将编辑好的程序保存在 PC 机上,并传送给机器人控制器。机器人从50 年代问世以来,经过几十年的发展,已
8、经广泛应用。20 世纪 80 年代以来, 随着机器人驱动方式的改变、信息处理速度的提高、传感器技术的发展,工业机器人技术逐渐成熟,并很快得到推广,目前已经在工业生产的许多领域得到应用。从 20 世纪 50 年代至今,机器人技术经历了可编程机器人、示教机器人和智能机器人三代。机器人技术是 20 世纪中后期工业社会和经济发展的产物,机器人学的进步和应用是本世纪自动控制最有说服方的成就,是当代最高意义上的自动化。作为物流自动化领域的一门新兴技术,近年来,码垛技术获得了飞速的发展。不管是人工码垛,还是传统的自动码垛技术和在线式码垛机均无法满足现代化企业多品种少批量的产品码垛要求,即缺乏处理多种产品的能
9、力,随着科学技术的不断进步,现代工业制造业逐渐趋向于自动化生产,大大降低劳动力成本,有效缩短生产的周期,提高产品的质量,提高产量和效率。因此,解决工业机器人在实际的生产制造中应用可能遇到的许多相关问题,对促进自动化制造的发展优势有着很大的影响,对工业机器人的理论和应用上的研究也有着非常重要的意义。第二章:机器人上下料工作站的仿真设计2.1 机器人仿真系统的创建2.1.1 准备工作:了解夹爪的选择与绘制,机器人的选型,控制柜的选择夹爪的选择与绘制:采用电动三指夹爪,质量为5kg,三指夹爪的主要优势机器人末端夹取设备时候会更加稳定,多个手指之间的配合较为复杂,对一些不规则的工件能够实现抓取与放置。
10、夹具选择后并在 SolidWorks 软件中绘制,并导入机器人系统中创建为机械装置。机器人的选型:机器人主要应用:机床加工检测中的环境。负载:所需工件质量为 10kg,需要能够承受夹爪与工件的重量,至少为 15kg, 自由度:机器人的轴决定了自由度,如果对于一些简单的应用选择四轴机器人的足够,对于这次上下料工作站我们选择六轴的机器人。最大运动范围:可以通过是否满足自己的需要来选择合适的范围。选择机器人型号为 IRB2600_12_165_c_01,容量为 20kg,控制柜的选择:控制柜相当于计算机电脑的主机,用于存放系统和数据,选择与系统相匹配 IRC5 control-module 控制柜。
11、1:在 robotstudio 中新建一个工作站2:选择型号 IRB2600 的机器人导入3:设定好所需参数好点击确定4:机器人如图所示5:机器人如图所示6:在基本选项卡中选择机器人系统中 “从布局”。5:设置系统名称并保存位置,然后点击下一个6:点击选项7:配置好系统参数后点击确定8:系统创建完成并等待一段时2,2 工业机器人系统的布局(1):摆放周边模型在机器人上单击右键,选择“显示机器人工作区域”白色范围为机器人可达到范围,应该在区域内建立模型和进行操作。在机器人导入模型库中选择“设备”。调整目标位置到机器人工作范围以外导入传送链并放置在合适位置。在 SolidWorks 中建立一个料盘
12、并到入机器人系统中,导入机床加工装置并放置合适位置。完成机器人系统布局2.3 动态输送链的创建输送链的动态效果包含:输送链末端的产品源对象不断复制并随着输送链向前运动,达到输送链前端时制动停止,当输送链前端的产品被机器人移走后,输送链末端再次生成产品并输送到前端,依次循环。(1) 设定输送链产品源(Source)Smart 组件的子组件“Source”专门用于“创建一个图形组件组件的拷贝”。设定输送链产品源的步骤见表 1-1。表 1-1设定输送链产品源的步骤步骤图例在“建模” 功能选项卡中 单击“Smart 组件”,新建一个Smart 组件,将其更名为“Sma rtComponent_1”。单
13、击“添加组件”,选择“动作”“Source” 选项。在属性对话框 中的“Source” 下拉列表选择 “零件 3”,即将产品源对象 设置为产品源, 设置完成后单 击“应用”。每当触发一次 S ource 执行,就会自动生成一个产品源的复制品。(2) Smart 组件的子组件“Queue”可以将同类型物体做队列处理,即将产品源的复制品作为 Queue 随着输送链运动;子组件“LineMover”表示线性运动,可以用于产生输送链的运动。设定输送链运动属性的步骤见表 1-2。表 1-2 设定输送链运动属性的步骤步骤图例单击“添加组件”,选择“其他”“Queue” 选项,不用设置属性。单击“添加组件”
14、,选择“本体”“LineMo ver”选项。在属性对话框中,需要设置运动物体(Objec t)、运动方向(Direc tion),、运动速度(S peed)、参照坐标系(R eference),将“Exec ute”设为“1”表示输送链一直运动,设置完成后单击“应用”。(2) 设定输送链的限位传感器当产品随着输送链运动到输送链前端的挡板处时自动停止,要求在输送链前端挡板上安装面传感器。设定面传感器的步骤见下表 1-3。表 1-3设定面传感器的步骤步骤图例单击“添加组件”,选择“其传感器”“Pla neSensor”选项。选择合适的捕捉方式,单击“Origin ”输入框、单击一下 A 点,作为面
15、 传 感 器 原点。按照图中的箭头方向设置“A xis1”和“Axi s2”的数值, 确定传感器的大小。设置完成后, 单击“应用”, 完成传感器的 设置。检测传感器设置是否正确, 可以单击“Act ive ”, 如果“SensorOut” 值置 1,则表示传 感 器 有 输出,检测到部件“I nFeeder”。由于虚拟传感器一次只能够检测到一个物体,要保证创建的传感器不能与周边的设备接触,否则无法检测到运动到输送链前端的产品。在Infeeder 上单击右键,单击“修改” “可由传感器检测”,将前面的去掉。为了便于处理输送链,可将 Infeeder 放到S mart 组件中。用鼠标左键点住Inf
16、eeder 不松开,将其拖到 SC_Infeeder 上再松开。虚拟传感器只有在信号发生01 变化时才能够触发时 间,如果需要传感器的信号从 01 和从 10 分别触发两个不同的事件,则需要设置一个非门。单击“添加 组件”,选择“信号和属 性 ” “LogicGate” 选项。在属性对话框中,将“Operator” 栏设为“NOT”, 完成后单击 “应用”。(3) 创建属性与连结属性连结是指各 Smart 子组件之间的某项属性之间的连结,通过属性连结, 能够使两个具有关联的组件实现联动。单击“属性与连结”选项卡,单击“属性连结”中的“添加连结”,如图1-4 所示。,设置好后单击“确定”完成属性
17、连结的添加。属性与连结选项卡中的动态属性用于创建动态属性以及编辑现有的动态属性。图 1-4 创建属性与连结Source 的 Copy 指的是源对象的复制品,Queue 的 Back 指的是下一个将要加入队列的物体。通过上面的属性连结,可以实现产品源对象产生一个复制品,执行加入队列的动作后,该复制品进入 Queue 中,而 Queue 是一直随着输送链不断运动的,那么产生的复制品也随着输送链运动,而当执行退出队列的动作时,复制品将退出队列,停止运动。(4) 创建信号与连接I/O 信号指的是在工作站中自行创建的数字信号以及各Smart 子组件的输入/ 输出信号,用于与各个Smart 子组件进行信号
18、交互。I/O 连接指的是指在工作站中创建的 I/O 信号与 Smart 子组件信号之间的连接关系,以及各 Smart 子组件之间的信号连接关系。创建信号与连接的步骤见表 1-5。表 1-5 创建信号与连接的步骤步骤图例单击“信号和连接”选项卡。单击“I/O 信号” 下的“添加 I/O Signals”,创建一个用于启 动Smart 输送链的数字输入信 号 chuanshu。创建一个用于反馈产品到位的数字输出信号 box单击“I/O 连接” 下的“添加 I/O Connection”, 创建一个用输 送链启动信号chuanshu 触发Source 组件执行产品复制动 作的连接。产品源 Sourc
19、e 产生的复制品 触发Queue 的加入队列动作,实现复制品自动 加入队列。当复制品随输 送链运动到输 送链前端被面 传感器检测到, 传感器的输出 信号触发 Queue 的退出队列动 作,实现复制品停止在输送链 前端。当复制品到达 输送链前端与 传感器接触,触发产品到位信 号box 使其置1。将传感器的输 出信号与非门 连接,实现非门的输出信号与 传感器的输出 信号相反。用非门的输出信号触发Source 的执行,实现传感器的输出信 号由 10 时触发产品源Source 产生一个复制品。创建好的信号与连接。(5) 仿真验证动态输送链的设置完成后,需要进行仿真运行验证其动画效果。仿真运行的过程见表
20、 1-6。表 1-6 仿真运行的过程步骤图例在“仿真”功能选项卡中单击“I/O 仿真器”,在弹出的对话框中选择系统为“SC_Infee r”。单击“播放”按钮, 然后单击“chuansh u”(只可单击一次)。复制品随输送链运动到其前端后,停止运动。利用“基本”功能选项卡中的“线性移动”将到达输送链前端的复制 品移开,则会自动产生下一个复制 品并输送到输送 链的前端。为了避免在后续的仿真过程中 不停的产生大量 复制品,导致仿真运行不流畅,以及需要手动删除复 制品等问题,在设置 Source 属性时可设置为临时性 复制品,仿真停止后复制品会自动 消失。2.4 创建动态夹具夹具的动态效果包括:在输
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