基于OCTOPUZ的工业机器人工作站虚拟仿真_康国坡.pdf

年月机电工程技术第卷第期 基 金 项 目：广 东 省 高 职 院 校 产 教 融 合 创 新 平 台（编 号：）；广 东 省 普 通 高 校 青 年 创 新 人 才 类 项 目（编 号：）；广 东 开 放 大 学（广 东 理 工 职 业 学 院）年 度 科 研 课 题 一 般 项 目（编 号：）收 稿 日 期：康 国 坡，张 冰 洁，吴 立 华，等基 于的 工 业 机 器 人 工 作 站 虚 拟 仿 真 机 电 工 程 技 术，（）：基于的工业机器人工作站虚拟仿真康 国 坡，张 冰 洁，吴 立 华，毕辉，黄 佳 禄（广 东 理 工 职 业 学 院，广 州；巨 轮（广 州）智 能 装 备 有 限 公 司，广 州）摘 要：为 了 提 高 工 业 机 器 人 工 作 站 的 调 试 效 率 和 安 全 性，以 工 业 机 器 人 仿 真 装 配 工 作 站 为 例，提 出 一 种 基 于 仿 真 软 件的工 业 机 器 人 工 作 站 与 西 门 子 可 编 程 逻 辑 控 制 器（，）联 合 虚 拟 仿 真 调 试 方 法。利 用创 建了 工 业 机 器 人 工 作 站 的仿 真 模 型，并 根 据 工 作 站 的 任 务 流 程 在中 完 成 工 业 机 器 人 的 离 线 编 程 和编 程。针 对 工 业机 器 人 工 作 站 仿 真 时 存 在 的 仿 真 软 件与信 息 交 互 的 问 题，采 用技 术，把作 为 服 务 器、为 客 户 端，进 行与 仿 真 软 件之 间 控 制 信 号 的 实 时 交 互，从 而 完 成 了与 工 业 机 器 人 工 作 站 的 虚 拟 仿 真 联 合 调 试。通 过 仿 真，能 够 提 前 发 现 并 解 决 工 作 站 装 配 过 程 中 的 工 业 机 器 人 控 制 程 序、控 制 程 序 和 其 他 机 电 零 部 件 设 计 的 问 题，节 约 实 际 设 备 调 试 的成 本，从 而 提 高 实 际 设 备 的 调 试 效 率 和 安 全 性。关 键 词：可 编 程 逻 辑 控 制 器；虚 拟 仿 真；工 业 机 器 人；中 图 分 类 号：文 献 标 志 码：文 章 编 号：（），（，；（），）：，（），：（）；引 言随 着 传 统 工 厂 向 智 能 化 工 厂 的 转 变，作 为 智 能 制 造重 要 组 成 的 工 业 机 器 人 工 作 站 越 来 越 受 到 重 视。智 能 化产 线 一 般 由 工 业 机 器 人 工 作 站 或 者 由 多 个 工 作 站 组 成，工 艺 复 杂、设 备 投 入 大、现 场 调 试 难 度 大，为 了 解 决 现场 调 试 难 度 大 的 问 题，虚 拟 仿 真 调 试 技 术 已 经 逐 渐 应 用在 工 业 机 器 人 工 作 站 和 智 能 化 生 产 线 的 调 试 上。目 前 很 多 学 者 针 对 工 作 站（线）的 虚 拟 仿 真 调 试 做了 大 量 的 研 究 工 作。孙 立 新 等利 用构 建 了工 业 机 器 人 分 拣 工 作 站，创 建 了 工 业 机 器 人 信 号 和连 接 方 式，通 过 时 间 管 理 器 仿 真 气 缸 的 不 同 姿 态 动 作，设 定 了 机 器 人 和 手 爪 气 缸 之 间 的 工 作 站 逻 辑 关 系，用组 件 模 拟完 成 了 机 器 人 工 作 站 的 离 线 编 程 和仿 真。赵 锡 恒、李 慧和 文 志 浩 等基 于进 行 工 业 机 器 人 装 配 工 作 站 或 打 磨 工 作 站 的 仿 真 应 用，着 重 运 用组 件 合 理 解 决 软 件 及 其 仿 真 机 制 衍 生 的问 题；高 茂 源 等利 用和搭 建 了机 器 人 上 下 料 智 能 工 作 站，通 过 仿 真 运 行 工 作 站、分 析优 化 了 机 器 人 的 作 业 性 能，从 而 实 现 了 数 控 机 床 自 动 上下 料 的 仿 真 与 优 化。吴 雁 等通 过 需 求 分 析、功 能 分 解仿 真 序 列 设 定，利 用平 台 完 成 了 自 动 上 下 料 机 械 手的 虚 拟 仿 真 的 工 作，其 亮 点 在 于平 台 的 多 系 统 的 集成、概 念 建 模 及 模 拟 仿 真、知 识 的 重 用 等 优 势，打 破 了现 有 的 机 电 一 体 化 产 品 概 念 设 计 的 模 式；郑 魁 敬 等、王 俊 杰 等和 蔡 文 站 等在中 建 立 被 控 对 象 的 虚 拟模 型，采 用技 术 实 现与 外 部的 信 号 交 互，建 立 了 虚 拟 调 试 平 台。上 述 虚 拟 仿 真 的 研 究 基 本 采 用 了 用 工 业 机 器 人 控 制工 作 站 所 有 设 备 的 方 式 或 者控 制 虚 拟 设 备，而 实 际上 由 于 工 业 机 器 人 端 口 数 量 的 限 制，大 多 采 用进 行 工 业 机 器 人 工 作 站 其 他 设 备 的 控 制，工 业 机 器 人 一般 只 直 接 控 制 其 末 端 设 备，存 在 仿 真 与 实 际 设 备 不 符 的问 题。本 文 通 过 仿 真 软 件搭 建 指 尖 陀 螺 生 产线 中 的 工 业 机 器 人 装 配 工 作 站 动 态 仿 真 模 型 来 探 讨 此 类仿 真 的 一 般 方 法。仿 真 工 作 站 由 外 部进 行 控 制，真实 模 拟 现 场 设 备，对 真 实 的 生 产 做 出 预 判 并 指 导 现 场 调试，以 提 高 设 备 调 试 效 率。工 业 机 器 人 装 配 工 作 站 介 绍是 一 款 用 于 制 作 数 字 化 工 厂 与 工 业 机器 人 编 程 仿 真 软 件 解 决 方 案 的 软 件。它 可 将 工 业 机 器 人、电 气 及 周 边 设 备 进 行 三 维 虚 拟 仿 真，根 据 用 户 需 求 快 速的 建 立 智 能 生 产 线 的 仿 真 模 拟 并 进 行 工 程 规 划、工 程 验证、工 艺 分 析、逻 辑 验 证 等 工 作，整 合 物 流、人 机 工 程及 物 理 仿 真 模 拟 功 能，帮 助 企 业 在 研 发 前 期 进 行 调 试 分析、产 能 确 认 等，提 升 行 业 竞 争 力。指 尖 陀 螺 生 产 线指 尖 陀 螺 生 产 线 采 用 软 件 模 型 库 中 的 工 业 机 器 人 和数 控 机 床、数 控 铣 床，其 他 模 型（倍 速 链、压 装 装 置等）先 在 三 维 软 件中 创 建 模 型，再 导 入 到后 进 行 属 性 设 置，利 用功 能 将 各 个 模 型 进行 布 置，完 成 指 尖 陀 螺 生 产 线 模 型 的 布 置，如 图所 示；其 中 的 工 业 机 器 人 装 配 工 作 站 的 模 型 和 结 构 如 图所示，主 要 包 含 工 业 机 器 人、压 装 装 置、倍 速 链 机 器 控 制器、成 品 料 盘 以 及 各 种 虚 拟 传 感 器；装 配 工 作 站 的 任 务图指 尖 陀 螺 生 产 线 模 型图工 业 机 器 人 装 配 工 作 站 仿 真 模 型图工 业 机 器 人 装 配 工 作 站 总 体 结 构是 将 指 尖 陀 螺 的 端 盖 和 本 体 由 工 业 机 器 人 运 至 压 装 装 置，压 装 成 指 尖 陀 螺 后，再 由 工 业 机 器 人 搬 运 至 成 品 料 盘，整 个 过 程 由进 行 控 制。工 作 站 仿 真 系 统 设 计 工 作 站 工 作 流 程 分 析工 作 站 中是 核 心，是 整 个 系 统 的 控 制 中 心。料盘、工 业 机 器 人、压 装 装 置 等 设 备 的 工 作 状 态 都 会 发 给。可 以 实 时 监 控 工 作 站 中 各 部 件 的 位 置、状 态等 信 息，并 根 据 设 备 当 前 的 状 态 信 息 和 预 设 的 控 制 逻 辑下 达 控 制 指 令，实 现 工 作 站 各 设 备 的 协 同 工 作。仿 真 系统 启 动 后，检 测 工 业 机 器 人 的 状 态，合 格 后 发 出 启动 信 号，仿 真 工 业 机 器 人 接 到 搬 运 信 号 后，按 照 顺 序 把在 托 盘 上 的 端 盖 和 本 体 运 到 压 装 装 置 的 指 定 的 装 配 位 置，指 尖 陀 螺 完 成 压 装 后，工 业 机 器 人 将 组 装 好 的 指 尖 陀 螺运 至 成 品 料 盘。本 例 中 采 用 西 门 子 （），博 图。仿 真 工 作 站 的 工 作 流 程 如 图所 示。仿 真 程 序 编 写根 据 工 作 任 务 和 工 作 流 程 要 求，编 写控 制 程 序和中 机 器 人 装 配 工 作 站 的 仿 真 程 序。程 序 编 写依 据 图的 工 作 站 工 作 流 程 及 其 控 制 要 求 编 写控 制 程 序，控 制 程 序 主 要 包 含 几 个 功 能 模 块：机 器 人 上下 料 检 测 控 制 模 块、压 装 控 制 模 块、托 盘 输 送 及 举 升 模块 等。程 序 编 写 完 成 后，先 进 行 编 译 下 载 到，单 独测 试 无 误 后 再 进 行 下 一 步 的 联 合 测 试。年月 机 电 工 程 技 术 第卷第期图工 业 机 器 人 装 配 工 作 站 的 简 易 工 作 流 程 图 仿 真 工 业 机 器 人 程 序 编 写根 据 工 作 站 工 作 流 程 对 工 业 机 器 人 布 置 详 细 的 工 作任 务，然 后 据 此 编 写 工 业 机 器 人 程 序。启 动 时，工 业 机器 人 处 于 工 作 原 点，接 收 到的 搬 运 信 号 后，将 托 盘上 的 前 端 盖、旋 转 翼、后 端 盖 依 次 搬 运 到 压 装 工 位，退出 到 安 全 位 置 后，发 送 要 求 压 装 信 号 给；收 到 机 器人 可 取 料 的 信 号 后，工 业 机 器 人 将 装 配 后 的 指 尖 陀 螺 放到 成 品 仓 之 后 返 回 工 作 原 点，等 待 下 次 的 搬 运 命 令。图基 于技 术 的与 数 据 交 换 建 立与的 通 信为 了 实 现 上 述 功能，在 具 备和 工业 机 器 人 各 自 的 程 序 前提 下，还 需 要 解 决和 仿 真 软 件之 间 的 通 信。本 文 采 用（）协 议。协 议 是 自 动 化 行 业 及 其 他 行 业 用 于数 据 安 全 交 换 时 的 安 全 标 准，可 以 独 立 于 平 台 并 确 保 多个 厂 商 设 备 之 间 信 息 的 无 缝 传 输，解 决 了 数 据 源 控 制 系统 和 数 据 源 之 间 的 数 据 交 互 问 题。西 门 子（固 件 版 本 以 上）支 持服 务 器 功 能，通过 设 置 其 内 部 的 通 信，可 实 现 以技 术 为 通信 桥 梁 的 数 据 通 信，而也 提 供 了附加 功 能 插 件，支 持 读 写数 据。因 此，将作 为服 务 器，作 为客 户 端，无 须 开 发 特定 程 序，即 可 实 现与的 数 据 交 换，如 图所 示。在中 创 建服 务 器首 先 在 博 图 软 件 的 设 备 组 态 中 激 活 服 务 器，然 后 在 栏 中 创 建服 务 器（命 名 为），最 后 在 服 务 器 接 口 中 添 加 所 有 需 要 与交互 的 变 量，完 成中服 务 器 的 创 建，如 图所 示。图 中服 务 器 的 创 建（截 取 部 分 变 量）在中 创 建客 户 端首 先 在 软 件 选 项 中 激 活“连 通 性”插 件，然 后 在“连 通 性”下 的 中 开 启 服 务 器。其 中 模 拟 至 服 务器 是 指 信 号 从传 送 到，而 服 务 器 至 模 拟 则是 指接 收发 送 的 信 号。应 用 模 拟 服