目 录 一、设计背景与意义1 二、设计方案的论证与确定1 （一） 设计要求分析1 （二） 设计方案确定2 三、设计过程2 （一） 设计原理2 （二） 机器人的选型与3D模拟设计3 （三） 工作站的布局7 （四） 信号连接8 （五） 程序设计18 四、工作站运行与调试22 （一） 工作站运行效果22 （二） 系统制作过程中出现的问题及解决方法24 五、设计总结24 六、参考文献26 七、致谢27 基于实训室自动生产线装配机器人工作站仿真设计 一、设计背景与意义 设计背景：工业机器技术涉及的学科相当广泛，归纳起来是机械学和微电子 学的结合--机电一体化技术。装配机器人是柔性自动化装配系统的核心设备，由 机器人操作机、、末端执行器和传感系统组成。其中操作机的结构类型有 水平关节型、直角坐标型、多关节型和圆柱坐标型等，当今工业机器人技术正逐 渐向着具有行走能力、具有多种感知能力、具有较强的对作业环境的自适应能力 的方向发展。应用领域广泛工业机器人与自动化成套装备是生产过程的关键设 备，可用于制造、安装、检测、物流等生产环节，并广泛应用于汽车整车及汽车 零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、 医药、冶金及印刷出版等众多行业，应用领域非常广泛，装配机器人具有精度高、 柔顺性好、工作范围小、能与其他系统配套使用等特点，主要用于各种电器的制 造行业。 我设计这个基于实训室自动生产线装配工业机器人的仿真设计，是因为能方 便老师在上课的同时可以与学生一起互动、可以调动学生的学习兴趣和增加老师 与学生之间的交流，也能够利用在实训室里的时间增加研究效率，在需要完成工 件装配的时候可以自己装配，不需要送到专门的地方去进行加工装配。 设计意义：本设计将可以解决在基于实训室进行自动生产线装配研究的时 候，能够很快的把工件装配起来不需要换场地，在实验室就能够干，不需要消耗 很多时间，还能轻松解决装配精度不高的问题。在装配作业时要高效、精准，我 设计的这个完全能够做到，你想想不需要离开实验室就能够开始进行操作，可以 节省多少时间，还不需要消耗大量的人力。总的来书基于实验室自动生产线装配 机器人工作站要比不用机器人生产线更简单，高效，还能调动研究者的积极性， 可以手动操作，更有成就感，所以我设计了这个基于实验室自动生产线装配机器 人的仿真设计。 二、设计方案的论证与确定 （一）设计要求分析 设计要求：1.设计出夹具装配体、吸盘装配体、装配单元、供料装置 （以供 料单元为模型）、成品架和装配零件；2.设计出基于实训室自动生产线.设计出所需要的smart组件；4.使用 RobotStudio 软件实现供料 装置零件的输送，零件的吸取与抓取，并能使用示教器编程，在仿真中实现零件 装配的一系列运动效果。 分析：使用SOLIDWORKS 三维设计软件设计出夹具装配体、吸盘装配体、装 配单元装配体、供料装置 （以供料单元为模型）、成品架及装配零件，使用 RobotStudio 软件把设计出的夹具装配体、吸盘装配体、装配单元装配体、供料 装置 （以供料单元为模型）、成品架及装配零件导入工作站中，然后创建出夹具 的机械装置与吸盘的机械装置，根据装配需求搭建出工作站，用示教器编程，实 现装配生产的仿真运动效果。 （二）设计方案确定 1.首先我们要创建出供料装置的 smart 组件、夹具的 smart 组件与吸盘 smart组件，并与机器人关联起来且能实现模拟动作。 2.配置好相应的 I/O 信号。 3.利用 smart 组件使零件在供料装置上无限制的复制出来。 4.当零件从供料装置出来到达相应的位置，由传感器检测到，并反馈给机器 人，然后机器人在调用装配的程序做出相应的动作。 5.当装配结束后，调用放置程序将装配好的工件放在成品架上。 6.整个程序可以循环工作。 三、设计过程 （一）设计原理 图1 工作原理图 2 工作站的工作原理是：首先通过软件设计出来的smart组件模拟实现供料装 置的运动控制，电磁阀动作，供料装置将零件输送到待抓取区域，在输送过程中 零件被传感器检测到并将信号传输给机器人；根据示教器编写的程序控制机器人 与末端工具实现吸/夹取零件，当零件到达装配区由机器人完成对零件的装配任 务，当装配完成后机器人执行抓取的程序，抓取完以后机器人将成品放在成品架 上，这样不断循环完成所有零件的装配工作。 （二）机器人的选型与3D模拟设计 表1 装配机器人主要组成表 工作站组成 数量 型号 说明 IRB120机器人 1 IRB_120_3_58_01 装配机器人与控制系统 夹具 1 JZ001 抓取工具 吸盘 1 XP001 吸取工具 零件 2 LZ1/LZ2 用来装配的物体 装配单元 1 ZP778 用来装配零件的地方 成品架 1 ZZ111 放置成品的地方 供料装置 2 LSX11 进行零件复制运输的场所 1.六轴关节型工业机器人单元选型 图2 IRB120机器人 3 由于本次设计使用的是 RobotStudio 仿真软件，为此我选择的是 ABB 的六 轴机器人型号为 IRB120，六轴关节型工业机器人的优点： （1）用途广泛。 （2）有很好的便携性与集成性。 （3）优化工作范围。 （4）快速、精准、敏捷。 IRB120 机器人主要有以下二种型号。 表2 IRB120机器人的技术参数 这次设计我使用的机器人为IRB120-3/0.6型，因为我主要是完成装配任务， 所以需要机器人的载重量不要太大4KG 就十分的合适，他的工作范围580mm也 在我设计的范围内，同时IRB120 也是ABB 系列中体积较小的机器人。机器人的 节拍时间缩短了10%工作效率大大增加，对于装配机器人这么小巧易操作而且工 作效率高的机器人是十分合适的。 2.夹具装配体、吸盘装配体、装配单元、供料装置 （以供料单元为模型）、 成品架和装配零件。 （1）夹具 图3 夹具 夹具底座长为200mm，宽100mm，高50mm，前面两个爪子长200，宽50mm， 高25mm，夹具可以夹直径为30mm 的圆柱物体。所用零件是圆柱体，需要夹具进 4 行夹取，能够便捷的进行操作。 （2）吸盘 图4 连接件 直径5mm，长100mm 的圆柱吸盘，与夹具安装在一起，作成连接体，定位可 靠，用来吸取零件，不会出现零件脱落的现象，将吸盘移动到要吸附工件的上方 示教出吸点进行吸取。 （3）装配单元 图5 装配单元 边长130mm 的正方体，上面还有个直径为50mm，高度20mm 的圆柱体。进行 零件装配时定位，由于要精准装配，所以装配台也是要跟零件一样同为圆柱体。 （4）供料装置 5 图6 供料装置 以供料单元为模板建造的两个分别高度为560mm和470mm能够实现零件无限 复制与输送的供料通道模型，电磁阀接到控制信号控制气缸推出零件，零件碰到 传感器气缸缩回。 （5）成品架 图7 成品架 成品架是分层，每层有三个零件放置位置，长200mm，宽100mm，高300mm 6 用于放置装配成品。 （6）装配零件 图8 装配零件 零件为圆柱，一个直径20mm，一个30mm，其中大的中间有凹孔，是装配工 件的底座。 （三）工作站的布局 1.工作站的平面布局 图9 工作站布局示意图 （单位mm） 供料装置是以供料单元为模板建造的，两个分别高度为560mm和470mm，成 品架有三层，每层有三个位置，长200mm，宽100mm，高300mm，装配加工台为 简单的空心圆柱，底下还有个底座支撑。零件为圆柱，一个直径20mm，一个30mm， 其中大的中间有凹孔，用来装配零件的场所。 （注：图中与现实比比例为4:1） 7 工作站示意图前右侧为供料区，是用来运输零件的设备，等待零件被传感器 检测，传感器检测到零件，零件被抓取放到装配台凹槽上。 工作站前左侧为成品架和装配台，该区域进行装配零件与成品工件放置的地 方，是核心位置。 工作站中间位置为工业机器人，完成零件的取放与装配任务。 2.工作站实际效果图 图10 工作站效果图 （四）信号连接 1.工件动态流水线 供料装置smart组件的重要组成 图12 供料装置smart组件的重要组成 图13 队列排序创建图 Queue 可以将复制出的工件做队列处理，这样就工件就能一排一排的向抓取 区域过来。 9 图14 工件复制smart创建图 上图source为了要复制对象物料1就是零件也就是我们需要复制的对象每 当我们触发一次source执行流水线上就会生成一个零件的复制品。 上图source为了要复制对象物料2就是零件也就是我们需要复制的对象每 当我们触发一次source执行流水线上就会生成一个零件的复制品。 图15 运动属性创建图 将复制出来的工件以直线的运动方式，在流水线上运行并且运动的方向为y 轴的负方向-100mm，运行速度为2mm/s,将Execute设置为1，则该运动为一直运 动的状态。 10 图16 虚拟传感器创建图 当复制出来的工件接触到虚拟传感器时，SensorOut会有一个输出信号来告 诉我们零件已经到达抓取区域，这样我们就可以触发其他的程序运行。 图17 虚拟传感器示意图 如图所示输送链上蓝色部分就是虚拟传感器当工具到达就会停止触发 SensorOut信号。 表3 工件动态流水线smart组件属性结构表 建立连接source的复制对象为进入为Queue阵列对象。 表4 工件动态流水线smart组件I/O表 11 建立信号di kaishi，信号类型为DigitalInput的输入信号，初始值为0， 当dikaishi信号置为1时开始生成零件。 建立信号do jieshu，信号类型为DigitalOnput的输入信号，初始值为0， 当工件到达虚拟传感器时do jieshu 置为1。 表5 工件动态流水线smart组件 I/O连接表 具体流程如下：当信号dikaisshi为1时，Source变为激活，复制出一个 零件的总体，复制完成后将零件总体变为阵列的目标，一旦进入阵列就将阵列的 零件往一个方向移动。当碰到面与面虚拟传感器，面与面相交的传感器 SensorOut信号输出为1时，将零件推出阵列这个组件。同时连接一个取反信号， 当面与面传感器信号消失，取反信号变为一，这样只要复制出的零件被夹走，供 料装置上就会再次生成一个零件总体。 2.夹具的smart组件 图18 夹具的smart主要组成部分 12 图19 夹具的机械装置创建图 因为夹具的smart组件需要夹具的动态效果图所以首先我们要创建夹具的 机械装置，当夹具的姿态为da kai时夹具打开，姿态为jia jin时夹具加紧。 图20 夹具的传感器 如上图所示圆柱部分就是夹具的传感器，当有工件接触到传感器SensorOut 会有信号显示。 13 图21 安装拆除对象属性图 3.创建出夹具的安装拆除属性 表6 夹具smart的属性连接表 夹具传感器检测到的零件就是夹子安装组件的子对象，夹具安装的子对象就 是夹具拆除组件的子对象。 表7 夹具smart的 I/O信号表 建立信号di kaishi，信号类型为DigitalInput的输入信号，初始值为0， 当di kaishi信号置为1时夹具夹紧。 表8 夹具smart的 I/O连接表 14 表9 夹具smart的 I/O连接表2 当信号di ks为1时，夹具传感器变为激活，当传感器检测到有物体时 SensorOut信号会输出一个信号为1。同时激活安装信号，当安装信号为0，取 反信号为1，同时激活拆除信号。安装信号与设置锁定的置位信号绑定在一起， 拆除信号与设置锁定的复位信号绑定在一起，当设定锁定信号输出为1 时do jieshu表示已经激活安装组件的完成信号。 4.吸盘smart组件 图22 吸盘组件主要部分 15 图23 安装拆除对象属性图 图24 传感器属性图 图25 传感器示意图 如上图所示圆柱部分就是吸盘的传感。