虚拟仿真技术在机器人生产线设计中的应用

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机械加工生产线包含了机床上 下料、装配、检测等工业机器人最 常用的领域。图 1 所示的机器人机 械加工生产线，是一条集机器人机 床上下料、装配、装箱于一体的虚 拟仿真自动化生产线。机械加工仿 真生产线主要有机器人上下料工作 站（ 上 下 料 机 器 人ABB IRB1410 1台， 加 工 中 心 2台）、 装 配 工 作 站（机器人 IRB9101台）、装箱工 作站（IRB1 4 0 机器人 1 台）、供料 工作站以及管理工作站等组成。构 建 生 产 线 时 首 先 利 用SolidWorks 等三维软件设计好机器人上下料工 作站及其他工作站的三维仿真模 型；其次在 RobotStudio 软件中创
生产效率等生产要素，采取从底层 产线规划方案的可行性，在仿真环 发 出 适 用 于 机 器 人 及 其 生 产 线
往顶层反推的方法进行设计，忽略 境中进一步完成生产线的规划，并 的 仿 真 软 件 ， 如 德 国 K U K A 机
了各生产要素之间生产流程的衔接 通过动态模拟生产线的运行过程预 器 人 的 S i m P r o 、 S i e m e n s 的
专题
高端装备制造： 助力广东制造强省建设
专家论道
虚拟仿真技术在机器人生产线设计 中的应用文 郝建豹 曹银华 谭华旭 林子其
[导语]
虚拟仿真技术（virtual reality，VR）是中国制造业转型升级不可或缺的支撑技术。本文 介绍了国内外虚拟仿真软件适用情况，阐述了基于RobotStudio 在机械加工、小家电加工、 陶瓷产品生产、砚台生产的虚拟仿真生产线案例，以及基于TECNOMATIX 构建的智能制 造虚拟仿真生产线，同时对广东交通职业技术学院基于虚拟仿真建设的工业4.0智能制造生 产线的架构、工序等情况进行了详细说明，最后对虚拟仿真技术的发展进行了展望。
随着工业机器人技术、智能控 调试工作量大以及工艺及制造流程、 虚拟仿真软件发展现状分析
制技术、网络技术的发展，以及劳 生产目标评估困难等问题。虚拟仿
动力短缺、用工成本的提升，建设 真技术，就是用一个具有多源信息
虚拟仿真技术经历了实物和
并应用基于多工业机器人的自动化 融合的交互式三维动态实景和实体 物理效应仿真阶段、模拟仿真阶
前提出的工业4.0智能化生产线建 实体生产线的具体实施、运行、优 FANUC 机 器 人 的 RoboGuide，
设普遍存在资金投入大、生产线规 化等提供依据。
法 国 达 索 的DELMIA， 加 拿 大 的
划比较困难、生产工艺复杂、现场
Robot Master 及 RoboDK， 意 大
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检测、机器人装配、装箱等；根据 仿真时机器人和机床等设备的动作 流程, 对机器人和机床等模型进行动 作设计及运动规划，进一步根据设 备设计的生产节拍要求调整机器人 运动速度，使生产线各站生产节拍 满足设计要求；通过分析机器人运 行速度、轨迹等仿真结果，最终得 出优化设计方案。
图1 机器人机械加工虚拟仿真生产线
SimPro 等， 适用于机器人生 产 线 仿 真 的 主 要 有 Tecnomatix、 RobotStudio 等。
我国机器人仿真软件起步较晚，
基 在 真
于 RobotStud 机 械 加工等生 应用
io 产
软 线
件 仿
目前还在快速发展中。其中，华航
RobotStudio 仿真软件是工业
唯实的RobotArt 可支持四大家族 机器人生产商中开发比较完善的
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小型家电加工工艺比较复杂， 了热水壶体自动化生产线虚拟仿 机器人在其中完成的功能较多。以 真系统，主要由管理工作站、供 热水壶体部分生产为例，本文构建 料工作站、成型工作站、压铸工
作 站、 焊 接 工 作 站、 AGV（aut omated guided vehicle）智能小车 等组成，如图 2 所示。
生产线已成为一种趋势。但目前企 行为的计算机系统模仿另一个真实 段。数字仿真阶段和虚拟仿真阶段，
业设计或升级机器人生产线时，通 系统的技术。利用机器人生产线的 国外在虚拟仿真技术研究方面起
常根据已有工艺流程、设备参数、 虚拟仿真，可在顶层设计时验证生 步 于 2 0 世 纪 8 0 年 代， 并 逐 步 研
建 工 作 站， 导 入 建 好 的 仿 真 模 型 到 RobotStudio 软件中完成生产线 布局工作，并设定工具坐标系、工 件坐标系等关键数据，设置I/O 信 号，设计SMART 组件；最后离线 编制机器人程序等，可实现机器人 生产线的仿真运行。
机械加工仿真生产线可完成复 杂轴类零件的加工，和加工质量的
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利 的 Robomove 等。 这 些 仿 真 软 WA）机器人、KEBA 系列机器人
件中大多支持多品牌机器人仿真， 以及国内品牌（如广数机器人）等
其中仅支持单个工作 站 离 线 编 程 单工作站离线编程与仿真，暂不适
与 仿 真 的 主 要 有 Robot Master、 用于多机器人生产线仿真。
问题，最终导致设备布局不合理及 测生产线的运行状态，验证设备布 Tecnomatix， 瑞 典 ABB 机 器
设计生产线的目标缺乏数据依托。 局的合理性，分析设备利用率、预 人 的 RobotStudio， 日 本 YASK-
机器人自动化生产线尤其是目 测生产目标、评估生产效率，并为 AWA 机 器 人 的 MotoSim EG、
（ABB、KUKA、FANUC、YASKA 一款，可在Windows 系统环境中
离线快速生成路径轨迹、路径优化， 并可进行轨迹跟踪，生成的机器人 RAPID 程序可通过网络或U 盘直 接下载到实际机器人系统中，可显 著缩短编程、调试时间；另外，该 软件还可以进行碰撞检测、机器人 TCP 轨迹跟踪以及运行情况的报警。 但是该软件三维建模功能有待进一 步提升，复杂模型如机床等需要其 他CAD 软件（如SolidWorks、UG 等）建成3D 模型后再导入。