耿永秀，項余建，曹 偉，郭金山，陳 森，詹俊勇

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

1 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷升級，自動化生產(chǎn)線已成為一種趨勢。自動化的發(fā)展不僅降低了勞動成本，提高工作效率，而且可以解決實際生產(chǎn)制造難點(diǎn)[1]。而RobotStudio 仿真軟件的應(yīng)用，不僅在實踐中減少操作的風(fēng)險，減少購買設(shè)備的成本，還能夠通過計算機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場模擬，降低了設(shè)備成本和安全風(fēng)險[2]。

近幾年來機(jī)器視覺技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。在工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，機(jī)器視覺被廣泛應(yīng)用于工件的特征檢測以及機(jī)器人的位姿引導(dǎo)，ABB機(jī)器人在控制器中開放了視覺集成接口，以便于機(jī)器人能夠直接與智能相機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。除了現(xiàn)實的機(jī)器視覺應(yīng)用以外，在機(jī)器人仿真過程中可以對機(jī)器視覺進(jìn)行仿真。在仿真的過程中，能夠?qū)C(jī)器人路徑進(jìn)行優(yōu)化，對現(xiàn)場調(diào)試具有指導(dǎo)意義，同時能夠避免企業(yè)對設(shè)備過度投入、縮短現(xiàn)場調(diào)試時間[3]。

2 工作站的布局

在仿真工作站添加一臺IRB6700 機(jī)器人，導(dǎo)入機(jī)器人端拾器、上料皮帶、視覺支架、機(jī)器人底座等模型。同時使用“建?！辈藛沃械摹皥A錐體”建模工具創(chuàng)建一個圓錐體，并修改圓錐體透明度，作為相機(jī)光源。將端拾器安裝到機(jī)器人上，相機(jī)光源分別放置到合適位置處，并創(chuàng)建機(jī)器人控制系統(tǒng)，機(jī)器人與視覺系統(tǒng)創(chuàng)建完成后，如圖1 所示。

圖1 工作站布局

3 仿真系統(tǒng)設(shè)計

ABB IRB6700 型機(jī)器人一般運(yùn)用于自動化搬運(yùn)系統(tǒng)場合，由機(jī)器人按照一定的規(guī)律來運(yùn)送板料，該仿真工作流程是機(jī)器人搬運(yùn)至視覺皮帶線，傳送至視覺照相范圍內(nèi)，相機(jī)拍照識別物料，機(jī)器人準(zhǔn)確抓取放置下一臺沖床，重復(fù)完成這個動作。流程圖如圖2 所示。

圖2 流程圖

3.1 機(jī)器人工件坐標(biāo)系添加

對于機(jī)器人位置與姿態(tài)的視覺引導(dǎo)，首先，創(chuàng)建工件坐標(biāo)系、工具坐標(biāo)系，在創(chuàng)建工件坐標(biāo)中，用戶坐標(biāo)框架下使用“三點(diǎn)”法，在視覺皮帶右側(cè)位置處，創(chuàng)建一個工件坐標(biāo)系，坐標(biāo)軸方向與大地坐標(biāo)系保持一致。工件坐標(biāo)系創(chuàng)建完成后，將仿真環(huán)境中創(chuàng)建的工件坐標(biāo)系以及工具坐標(biāo)系同步到機(jī)器人控制器中。

在“RAPID”程序下打開機(jī)器人程序模塊Module1，程序代碼如下。編輯窗口中聲明機(jī)器人在x、y軸上的位置偏移變量PosXY 以及在z 軸上的旋轉(zhuǎn)變量OrientRz。

PERS pos posXY:=[0,0,0];機(jī)器人在x、y 軸上位置偏移變量

PERS orient orientRz：=[0,0,0,0]；機(jī)器人在z 軸上的旋轉(zhuǎn)變量

3.2 皮帶輸送Smart 組件創(chuàng)建

分別設(shè)置LogicGate_5、LogicGate_6 子對象組件“OR”與“NOT”操作。配置線性傳感器LineSensor_Front 屬性，面?zhèn)鞲衅鱌laneSensor 屬性，拾取機(jī)器人輸送帶開始平面上兩點(diǎn)作為傳感器起始位置與結(jié)束位置，設(shè)置傳感器半徑為10mm，拾取輸送線末端x 軸和z 軸兩個點(diǎn)。配置線性移動子對象組件LinearMover 屬性，設(shè)置移動速度為1000mm/s，其他屬性保持默認(rèn)，皮帶輸送組件如圖3 所示。

圖3 皮帶輸送組件

3.3 視覺引導(dǎo)Smart 組件創(chuàng)建

創(chuàng)建的工件位置隨機(jī)生成仿真環(huán)境中的Smart組件中，添加2 個RapidVariable 控制子對象組件，其中一個用于向機(jī)器人發(fā)送視覺檢測到的工件位置偏移數(shù)據(jù)、另一個用于向機(jī)器人發(fā)送視覺檢測到的工件姿態(tài)偏移數(shù)據(jù)。對兩個RapidVariable 子對象組件進(jìn)行屬性配置，以實現(xiàn)將視覺檢測到的工件偏移數(shù)據(jù)分別發(fā)送到在機(jī)器人程序中聲明的數(shù)據(jù)變量PosXY、OrientRz 中。對于相機(jī)的控制，這里使用2 個LogicGate 子對象組件、1 個Show 子對象組件、1 個Hide 子對象組件。使用Show與Hide 子對象組件對相機(jī)光源進(jìn)行顯示/隱藏操作，實現(xiàn)相機(jī)光源的閃爍仿真效果。在Smart 組件中添加1 個脈沖信號輸出子對象組件LogicSplit。再分別創(chuàng)建1 個數(shù)字量輸入信號di1 與1 個數(shù)字量輸出信號do1，用來作為視覺引導(dǎo)Smart 組件的控制與反饋信號。對修改后的視覺引導(dǎo)Smart 組件屬性傳遞關(guān)系與信號控制邏輯分別進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置完成后，如圖4 所示。

圖4 視覺引導(dǎo)組件

4 機(jī)器人示教編程

在機(jī)器人控制器中分別創(chuàng)建輸入信號di1 與輸出信號do1，虛擬信號用于與Smart 組件中的控制、反饋信號進(jìn)行連接。在RobotStudio 軟件的仿真環(huán)境中對機(jī)器人進(jìn)行示教編程，機(jī)器人運(yùn)行軌跡如圖5所示，示教編程過程中除了示教點(diǎn)以外，其他工作點(diǎn)全部使用創(chuàng)建的工件坐標(biāo)系，工具全部使用端拾器工具。

圖5 機(jī)器人運(yùn)行軌跡

將在仿真環(huán)境中示教點(diǎn)同步到機(jī)器人控制器中，在“RAPID”菜單欄中將其打開，部分程序如圖6所示。

圖6 程序

5 結(jié)論

采用Robotstudio 仿真軟件搭建視覺生產(chǎn)線搬運(yùn)工作站。根據(jù)ABB6700 機(jī)器人在實際工業(yè)視覺對中搬運(yùn)，設(shè)計了生產(chǎn)線上自動抓取物料仿真工作站，該仿真工作站可以根據(jù)實際情況離線編程，縮短了機(jī)器人現(xiàn)場調(diào)試的周期，大大提高了效率，為工業(yè)機(jī)器人更好地完成生產(chǎn)線上各項任務(wù)提供了實驗數(shù)據(jù)和理論依據(jù)[1]。