工业机器人软件仿真码垛工作站
基于RobotStudio的工业机器人工艺仿真平台设计
收稿日期：2019-09-30基金项目：教育部产学合作协同育人项目：虚实结合的基础工程训练课程软件开发（C80GC180002）；上海第二工业 大学研究生基金（EGD18YJ0011）作者简介：朱文华（1968 -），男，江苏无锡人，教授，博士，研究方向为智能制造技术。
基于RobotStudio 的工业机器人工艺仿真平台设计Design of industrial robot process simulationplatform based on RobotStudio 朱文华，史秋雨，蔡 宝，顾鸿良，孙张驰ZHU Wen-hua, SHI Qiu-yu, CAI Bao, GU Hong-liang, SUN Zhang-chi（上海第二工业大学 工程训练中心，上海 201209）摘 要：工业机器人在实际运行前需经过工艺仿真保证其运动的合理性。
以ABB的IRB120型工业机器人为研究对象，提出了工业机器人码垛、打磨、视觉、装配和仓储的五个工艺流程，应用了RobotStudio机器人工艺仿真软件，设计了基于RobotStudio的工艺仿真平台，在实际平台中测试了工艺仿真结果的可行性，工业机器人的工艺开发和仿真过程具有较大工程应用和参考价值。
关键词：RobotStudio；工业机器人；工艺仿真中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2020)12-0028-040 引言随着“中国制造2025”的颁布，极大地推动了我国高端制造业和工业机器人产业的发展[1]。
工业机器人是实现自动化和智能制造的基础，在生产中发挥着重要作用。
刘海燕等[2]基于RobotStudio 仿真软件设计一款焊接工作站，给出了该工作站总体设计方案和工艺流程，但只是针对焊接这一种应用；田国柱等[3]介绍了一种利用RobotStudio 多机协调运作的虚拟生产方案，采用四台机器人与多台设备搭建的制链生产线，但是多机协调运作仅针对一条生产线并且几天机器人控制流程相似，具有重复性；陈廷艳等[4]以一个简易的虚拟码垛工作站为例，从理论的角度介绍了RobotStudio 在仿真上的优势，但仅停留在仿真软件本身的使用上，缺乏深入的生产应用。
基于RobotStudio搬运机器人智能工作站仿真设计
基于 RobotStudio搬运机器人智能工作站仿真设计摘要：本文以ABBIRB2600工业机器人为载体，设计了基于RobotStudio的搬运机器人智能工作站。
该工作站机械部分由自动输送装置、搬运机器人、计数器、扫描仪组成。
软件部分选用DSQC651通讯板卡设置I/O信号，通过示教器编写运动指令、赋值指令、条件判断指令，进行搬运控制。
利用事件管理器控制吸盘的进气与充气信号，完成货物抓取与释放的搬运工作。
最后，通过TCP跟踪功能，完成搬运系统的轨迹检验，确保搬运工作的流畅性。
搬运机器人工作站的设计有效的提升了企业的工作效率，缓解用人压力。
关键词：搬运机器人；RobotStudio；工作站；AGV中图分类号：TG409 文献标识码：A目前，中国制造业的“人口红利”不断消失，劳动力价格逐渐上涨，在机械、电子、物流等劳动强度大的企业，招工难成为了阻碍发展的头等问题[1]。
传统的物流搬运模式，是依靠人工进行扫码、计件、搬运、装车的作业方式，花费时间长，高负荷的重复性操作，会导致劳动效率低且易出现工作事故[2]。
为了帮助企业解决人力不足、生产效率低的问题，发展具有灵活性高、通用性强、工作可靠的搬运机器人已成为必然趋势。
搬运机器人通常是指在某一工作环境下，通过一定的程序控制，实现自身运行以及货物的自动抓取与释放，进而完成相应的搬运任务[3]。
搬运机器人的路径规划与控制系统的研究，对加快货物入库、出库速度，提升自动化水平具有十分重要的意义。
1搬运机器人智能工作站的实现1.1RobotStudio仿真平台ABB公司的RobotStudio离线编程仿真软件，具有CAD导入、机器人离线示教编程、动态仿真等功能，可以在离线的情况下进行机器人轨迹规划及程序编写[3]。
离线编程软件中的机器人本体参数、控制器都与实际是一样，I/O仿真信号、指令程序、控制信号与实际机器人在生产线运行也是一致。
因此，RobotStudio软件编写的程序可以导入到现场工业机器人中运行，从而模拟真实的工作环境，实现仿真测试，用于方案验证[4]。
ABB工业机器人码垛教学案例分析
·162·一、码垛过程概述ABB 工业机器人码垛教学案例，该教学案例的工作站以多种形状铝材物料码垛为例，利用IRB120搭载真空吸盘配合码垛工装套件实现对拾取物料块进行各种需求组合的码垛过程。
本教学案例中还通过RobotStudio 软件预置了动作效果，在此基础上实现I/O 配置、程序数据创建、目标点示教、程序编写及调试，最终完成物料码垛应用程序的编写。
码垛模型分为两部分:（1）码垛物料盛放平台（包含16块正方形物料、8块长方形物料），（2）码垛平台。
可采用吸盘夹具对码垛物料进行自由组合进行机器人码垛训练。
该教学案例可对码垛对象的码垛形状、码垛时的路径等进行自由规定，可按不同要求做出多种实训，练习对机器人码垛、阵列的理解并快速编程示教的应用技能。
（见图1）图1工艺要求：（1）在进行码垛轨迹示教时，吸盘夹具姿态保持与工件表面平行；（2）机器人运行轨迹要求平缓流畅，放置工件时平缓准确；（3）码放物料要求物料整齐，无明显缝隙、位置偏差等。
二、码垛操作过程（一）码垛工作站的控制流程（见图2）图2（二）程序编写码垛工作站程序由主程序（main）、初始化子程序（RIntiAll）、拾取工件子程序（RPick）、放置工件子程序（RPlace）、位置处理子程序（CallPos）、码垛计数值处理子程序(RPlaceRD)及位置示教子程序组成。
其中，拾取工件子程序和放置工件子程序在拾取和放置时调用位置处理子程序的拾取和放置位置结果，放置工件子程序还调用码垛计数值处理子程序实现工件码垛计数和判断码垛完成否。
位置示教子程序用于拾取基准点和放置基准点的示教，不被任何程序调用。
（三）主程序（R I n t i A l l 、R P i c k 、R P l a c e 、CallPos、RPlaceRD 等程序以实际教学过程讲解为主）PROC MAIN( )！主程序RIntiAll;！调用初始化程序，用于复位机器人位置、信号、数据等WHILE TRUE DO！利用WHILE TRUE DO 死循环，目的是将初始化程序与机器人反复运动程序隔离WaitDI di_Start,1;！等启动信号后执行RPick;！调用拾取工件程序RPlace;！调用放置工件程序ENDWHILEENDPROC图3（下转第164页）ABB 工业机器人码垛教学案例分析于建勇（新疆昌吉职业技术学院，新疆昌吉 831100）摘要：工业机器人是智能制造业最具代表性的装备，集加工精密化、柔性化、智能化、数字化等先进制造技术为一体。
基于ABB机器人工作站的码垛工艺设计
2021.13科学技术创新1概述随着中国制造2025的到来，生产过程越来越趋向于智能化和自动化，工业机器人在智能制造各个领域的应用越来越广泛[1]，高职院校作为技能人才培养的摇篮更应该紧跟科技发展的步伐，将最先进、最前沿的技术传授给学生以满足社会对于技术人才的需求。
本文主要对基于ABB 机器人工作站的码垛工艺进行设计研究，从多角度探讨码垛机器人的发展趋势[2]，并从专业需求出发，立足于日常教学，设计应用于不同生产场合的码垛工艺流程。
2码垛系统概述工业机器人码垛在工业生产搬运和码垛作业中发挥着越来越重要的作用，担任着提高生产效率、降低成本和解放劳动力的重要角色。
在批量小品种多的应用场景，需要码垛工艺适应性强和柔性好，码垛作业贯穿产品加工、包装[2]、储存及运输等的整个生产作业流程中，因此需要码垛工艺适应环境能力强，以满足不同生产过程的需求。
基于ABB 机器人工作站的码垛系统如图1所示。
图1基于ABB 工业机器人工作站的码垛系统结构图该码垛系统主要包括ABB 机器人控制器、码垛平台A ———取垛平台、码垛平台B ———放垛平台、西门子S7-200Smart PLC 以及威纶通触摸屏等。
根据码垛工艺功能需求，选择相应的组件进行参数设定及程序编辑，实现触摸屏与PLC [3]以及机器人控制柜三者之间的数据传输，首先威纶通触摸屏将数据信息传送给S7-200Smart PLC ，PLC 接收相应数据信息并将其发送给ABB 机器人控制柜，机器人也会将其输出信号传送给PLC ，作为其输入信号。
3码垛工艺设计3.1简单功能码垛工艺设计3.1.1垛型设计在一些流程简单、工艺要求较低的生产过程中，码垛工艺[4]要求只需要操作机器人从码垛平台A 固定位置抓取物料然后按照固定样式放置在码垛平台B 上，常用的设计方法有两种，第一是离线编程、第二是在线编程，这两种方法都需要进行在线示教。
在线编程是目前实际生产中应用较广的编程方式，它能够根据生产现场需求进行及时调整，具有很强的灵活性，本文主要对在线编程方法进行研究介绍，垛型设计以一字垛和三花垛为例，如图2、图3所示，图2为一字垛型，图3为三花垛型。
工业机器人技术基础-第八章-码垛机器人
任务二 码垛机器人及其操作应用
对码垛机器人而言,TCP随末端执行器不同而设置在不同的位 置。就吸附式末端执行器而言,其TCP一般设在法兰中心线与吸盘 所在平面交点的连线上并延伸一端距离,该距离的长短依据吸附物 料高度确定,如图3-2-9a所示,生产再现如图3-2-9b所示;夹板式末端 执行器和抓取式末端执行器的TCP一般设在法兰中心线与手爪前 端面交点处,其中抓取式末端执行器的TCP如图3-2-10a所示,生产再 现如图3-2-10b所示;而组合式末端执行器的TCP设定需依据主要作 用的单组手爪确定。
机械手爪：真空吸附式机械手爪
说明：该类手爪主要用于适合吸盘吸取的码放物，如覆膜包装盒， 装啤酒箱，塑料箱，纸箱等。
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任务二 码垛机器人及其操作应用
2.夹板式末端执行器 夹板式末端执行器(手爪)是码垛过程中最常用的一类手爪,常见的夹板
式手爪有单板式和双板式两种结构,如图3-2-6所示。 夹板式手爪主要用于整箱或规则盒的码垛,可用于各行各业。 夹板式手爪的夹持力度比吸附式手爪大,可一次码一箱(盒)或多箱(盒),
任务二 码垛机器人及其操作应用
一、码垛机器人的分类及特点
解放出来,已在各个行业的包装物流线中发挥重大作用。归纳起来,码垛 机器人主要有以下几个方面的优点: 1)占地面积小,动作范围大,减少厂源浪费。 2)能耗低,降低运行成本。 3)提高生产率,使劳动者摆脱繁重体力劳动,实现“无人”或“少人”码垛。
码垛机器人的系统组成
通常码垛机器人主要有 操作机、控制系统、码垛系统（气体发生装置、液压发 生装置）和安全保护装置组成 。
3
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5
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1 — 机器人控制柜； 2 — 示教器； 3 — 气体发生装置； 4 — 真空发生装置； 5 — 操作
基于RobotStudio的工业机器人自动化生产线仿真的研究
10.16638/ki.1671-7988.2019.18.059基于RobotStudio的工业机器人自动化生产线仿真的研究*蒋庆磊，聂永涛，郇新（潍坊工程职业学院山工机电工程学院，山东青州262500）摘要：文章阐述了基于RobotStudio软件运用Smart组件实现工业机器人自动化生产线仿真研究，主要用Smart 组件创建动态输送链、动态夹具，设定工作站逻辑等项目。
关键技术是Smart组件的应用。
在RobotStudio中创建码垛工作站进行仿真，利用Smart组件实现动画效果。
案例应用调试结果说明，基于RobotStudio仿真工业机器人自动化生产线可以获取高效、直观的结果。
关键词：RobotStudio；工业机器人；自动化生产线；仿真中图分类号：TP242.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)18-177-04Research on the Simulation of Industrial Robot Automatic ProductionLine Based on RobotStudio*Jiang Qinglei, Nie Yongtao, Huan Xin( SEM School of Electromechanical Engineering, Weifang Engineering V ocational College, Shandong Qingzhou 262500 )Abstract:This paper describes research on the simulation of industrial robot automatic production line using Smart components based on RobotStudio software, mainly creating dynamic transport chain, dynamic fixture and setting the logic of workstation with Smart components. The key technology is the application of Smart components. Creating stacking workstation for simulation in RobotStudio, and using Smart component to achieve animation effect. The debugging results of the case application show that the simulation of industrial robot automatic production line can get efficient and intuitive results based on RobotStudio.Keywords: RobotStudio; Industrial robot; Automatic production line; The simulationCLC NO.: TP242.2 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)18-177-04引言RobotStudio是为ABB工业机器人配套开发的软件，并应用于工业现场工业机器人软件调试编程，所以，基于RobotStudio软件能够十分形象的模拟工业机器人自动化生产工作过程，设计的工业机器人程序代码和运行文件，都可以移植到工业现场。
NACHI工业机器人编程与操作 课件 项目三 NACHI工业机器人搬运码垛编程与操作
二、工作任务
（一）任务描述
手动将红色木块放置流水线末端（间断放8个红色木块）， NACHI工业机器人从流水线末端吸取红色木块，搬运至平台1和2， 并进行码垛。
（二）技术要求
1. 示教模式下机器人速度倍率通常不超过3挡，自动模式下机器人 速度倍率通常选用较低的速度。 2. 机器人与周围任何物体不得有干涉。 3. 示教器不得随意放置，不得跌落，以免损坏触摸屏。 4. 不能损坏吸盘、流水线。 5. 搬运过程中木块不得与周围物体有任何干涉。 6. 气体压强在0.5MPa左右。
OBn, OB[n]n=1～205（也可使 用变量）
范围 0，1
0～1023（OB[205]时为 0～255）
SET O1/RESET O[2]命令：
SETFN 号 码 ：FN32名称：输 OUT OB205, 0命令：OUTFN 号
出信号 ON输出信号号码： 码：FN44名称：输出信号二进 示例 01→01 变为 ON。命令： 制输出群组号码：OB205数据：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三、知识储备
（二）姿势常量
姿势常数是表示机器人的位置、姿势的常数。与移动命令 MOVEX 配 合 使 用 。姿势常 数中包含如下3种形式。 l MOVEX-X形式 以(X，Y，Z，r，p，y)表现工具前端的位置与姿势的形式。 l MOVEX-J形式 以 各 轴 的 角 度 或 位 置 表 现 机 器 人 姿 势 的 形 式。 l MOVEX-E形式 以 各 轴 的 编 码 器 值 表 现 机 器 人 姿 势 的形式。 1.MOVEX-X形式 以(X，Y，Z，Roll，Pitch，Yaw)表现工具前端(TCP)的位置与姿势。“机构指定”为 “M*X”（“*”为机构号码），基准点为该机器人（机构）的机械坐标系原点。 （例）MOVEX A=1，M1X，P，(1200，0，1800， 0，0，-180)，R= 10.0，H=1，MS
工业机器人工作站安装与调试(ABB)课件第5篇
模拟涂胶工件套装主要由被涂胶对象和涂胶胶枪夹具等组成。工 作站尺寸为560mm×400mm×80mm,被涂胶对象尺寸为130mm×100m m×80mm,模型支撑板尺寸为280mm×200mm×8mm。
涂胶工作站主要包含模拟涂胶对象和涂胶枪(大流量点胶阀)。可 训练被涂胶对象的多道轨迹涂胶;可实训机器人的平面、曲面、轨迹 示教,机器人和涂胶枪的配合等;可对被涂胶对象的多道轨迹进行模拟 涂胶,完成机器人的轨迹示教和模拟涂胶任务。
2)把模拟涂胶套件放至钳工桌桌面,并选择胶枪夹具、胶枪夹具与 机器人的连接法兰、安装螺钉(若干)。涂胶气路安装如图10-3所示。
选择开关选择“演示模式”时,由机器人输出信号DO16控制 吸盘夹具动作。而面板模式选择开关选择“实训模式”时,则需 在PLC控制柜面板上采用安全连线对工作台夹具执行信号YA08 与机器人输出信号D016进行连接后,机器人输出信号DO16才能 控制吸盘夹具动作。
图9-5 吸盘手爪夹具电磁阀接线图
(4)工艺要求 1)在进行码垛轨迹示教时,吸盘夹具姿态保持与工件表面平行。 2)机器人运行轨迹要求平缓流畅,放置工件时平缓准确。 3)码放物料要求物料整齐,无明显缝隙和位置偏差等。 2.工作站仿真系统配置 (1)解压并初始化 (2)标准I/O板配置
图9-1 码垛工作站布局
ABB机器人拥有全套先进的码垛机器人解决方案,包括全系列的 紧凑型四轴码垛机器人,如IRB 260、IRB 460、IRB 660、IRB 760,以 及ABB标准码垛夹具,如夹板式夹具、吸盘式夹具、夹爪式夹具、托 盘夹具等,其广泛应用于化工、建材、饮料、食品等各行业的生产线 上的物料和货物的堆放。
图10-1 涂胶工作站布局
ABB机器人在汽车玻璃安装、车灯安装等需要涂胶的生产工艺中 有着广泛的应用,一般涂胶工艺轨迹都较为复杂,对布胶均匀性、密封 性、外观性都有较高的要求。工业机器人可以灵活地生成复杂的空 间轨迹,完成复杂的布胶动作,并且运动快速、平稳、重复精度高,可充 分保证生产节拍需求。
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工业自动化技术
强化训练Ⅱ实践报告
工业机器人码垛应用
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绪论
一、摘要
本次强化训练的时间为期4周，通过对ABB机器人的学习与操作，以完成本次强
化训练的要求。这着4周的学习过程中，学习包括机器人的发展历程和机械结构等理论
方面，还包含了编程、机器人I/O的接线。同时练习实操机器人，这是一个必不可少的
环节，只有理论与实践相结合，才能出真知。在前一周的实操中完成了机器人循迹。
而本次强化训练的重点为，利用ABB RobotStudio对双输送线单机械臂工作站完
成工作站搭建并模拟仿真。
ABB RobotStudio是优秀的电脑仿真软件。为帮助您提高生产率，降低购买与实施
机器人解决方案的总成本，ABB开发了一个适用于机器人寿命周期各个阶段的软件产品
家族。
规划与可行性：规划与定义阶段RobotStudio可让您在实际构建机器人系统之前先
进行设计和试运行。您还可以利用该软件确认机器人是否能到达所有编程位置，并计算
解决方案的工作周期。
编程：设计阶段，ProgramMaker将帮助您在PC机上创建、编辑和修改机器人程序
及各种数据文件。ScreenMaker能帮您定制生产用的ABB示教悬臂程序画面。
关键词：强化训练；ABB RobotStudio；双输送线；模拟仿真
学习文档 仅供参考
工业机器人码垛软件仿真
一、双输送线码垛工作站搭建
在ABB RobotStudio中导入机器人模型后，点击显示机器人工作范围，以机器人为
中心，周围放置两个输送线与两个托盘垛。也可以将两个托盘垛换成一个较大的传送带，
但此种方法需要增加新的I/O设置，不宜采用。值得注意的是托盘垛应放置于较合适,
既较高的位置，以免机械臂到达极限位置。
布局如下，其中双输送线的以及托盘垛的位置并未精确定位，只需要放置在合理的
机器人工作范围内即可。
二、工作站搭建流程
第一节：搭建输送带系统
1、新建一个物料并手动拖动到输送带上
2、在建模选项中点击Smart组件，并添加一个Source
3、设置Source的属性如下，其中Position选项为要复制的物料的原点位置，值得
注意的是Transient应当勾选，以防内存溢出。
2
4、添加组件：Queue
5、添加组件：Line mover，属性设置如下，Object为要进行线性移动对象，Dierction
为移动方向。
6、添加组件：Plane sensor，设置如下，Origin为检测面的原点坐标，Axis1与
Axis2为该检测面的两个方位值。
7、添加组件：Logic Gate。并设置为NOT，即非门。
8、添加组件：Simulation Events。
9、添加组件：Logic SR Latch。
10、添加完组件后，应当进行属性连结、I/O信号并连接。结果如下。
属性连结：
学习文档 仅供参考
信号和连接：
11、完成以上步骤后即可对输送带进行仿真，以测试物料是否能源源不断的移动，
以及当传感器被触发时，是否能另新的物料不产生。
第二节：夹具
1、新建Smart组件，用来实现夹具夹取的功能
2、添加组件：Attacher。Parent选择夹具的名称。
3、添加组件：Line Sensor。设置如下，Start与End分别为传感器长度的起点与
终点。Radius为传感器的半径。设置Start时，需要将传感器捕捉到夹具下方中心。
4、添加组件：Logic Gate
5、添加组件：Logic SR Latch
6、完成属性连结与I/O信号并连接。
4
属性连结：
信号连接：
第三节：工作站逻辑
首先在I/O配置器中添加以下几个信号。
更改工作站逻辑，已连结整个工作站的逻辑关系：
学习文档 仅供参考
第四节：示教
示教前应当在目标点摆放好物料，以便示教时确定位置。示教时应注意指令的选
择，其次Z应当选择fine。同时要注意各个逻辑指令选项的正确。
三、I/O信号说明
1、输送带:
源对象 源信号 目标对象 目标对象
Source Executed Queue Enqueue
Plane Sensor Sensor Out Queue Dequeue
Plane Sensor Sensor Out Logic Gate [NOT] Input A
Logic Gate [NOT] Output Source Executed
Plane Sensor Sensor Out In Feeder Zuo InPos
Simulation Events Simulation Started Logic SR Latch Set
Simulation Events Simulation Stopped Logic SR Latch Reset
Logic SR Latch Output Plane Sensor Active
Simulation Events Simulation Started Source Executed
Logic SR Latch Output In Feeder Zuo PalletInpos
上表中：Source新产生的对象不断加入Queue的队列中，并当传感器检测到物料与
检测面接触时，就停止Queue的运行，并发出物料到位的信号让机器人夹取。并同时输
出信号到逻辑门非门，使物料被夹走后能在产生新的物料并加入队列。而Simulation
Events控制着逻辑门开关与Source的动作。当仿真开始时，逻辑门开关便置位，且
Source有所动作、传感器开始工作。当仿真停止，逻辑门开关便复位。
2、夹具
源对象 源信号 目标对象 目标对象
Line Sensor Sensor Out Attacher Executed
Logic Gate [NOT] Output Detacher Executed
Tool OK Line Sensor Active
Tool OK Logic Gate [NOT] Input A
上表中：夹具准备好后，传感器Line Sensor开始工作，同时非门得信号。当传感
器有输出后，夹具执行夹取动作。当非门有输出信号后，夹取执行释放动作，放置物料。
6
总结
本次强化训练为期4周，主要学习了安川机器人的实际操作，以及ABB RobotStudio
仿真软件的训练。获益匪浅。
通过这次的强化训练，我对自己的专业有了更为详尽而深刻的了解，也是对这几年
大学里所学知识的稳固与运用。从这次强化训练中，我体会到了实际的工作与书本上的
知识是有一定距离的，并且需要进一步的再学习。在这次会计强化训练中，我可谓受益
非浅。仅仅的四周的训练，我将受益终生。通过此次强化训练，不仅培养了我的实际动
手能力，增加了实际的操作经验，缩短了抽象的课本知识与实际工作的距离，对实际的
工作的有了一个新的开始。强化训练是每一个学生必须拥有的一段经历，它使我们在实
践中了解社会，让我们学到了很多在课堂上根本就学不到的知识，打开了视野，增长了
见识，为我们以后进一步走向社会打下坚实的基础。
再次，要深化自己的实操能力。熟悉每一个指令的含义，走步。做到烂熟于心。学
会遇到不同的问题时，独立、快速解决问题。
最后，端正好自己心态。其心态的调整使我更加明白，不管做任何事，务必竭尽全
力。这种精神的有无，可以决定一个人日后事业上的成功或失败，而我们的实操中更是
如此。如果一个人领悟了通过全力工作来免除工作中的辛劳的秘诀，那么他就掌握了到
达成功的原理。倘假设能处处以主动，努力的精神来工作，那么无论在怎样的工作岗位
上都很难有所建树。