工业数字孪生项目7任务1 检测分拣模块与滑台搬运模块的建模与信号配置

项目7智能仓储单元

工业数字孪生实战任务1检测分拣模块与滑台搬运模块的建模与信号配置目录01项目引入02任务说明03知识准备04任务实施05任务评价与拓展项目引入1项目引入DLDS-532实训平台的智能仓储单元（三站）主要由操作台、滑台搬运模块、智能视觉模块、检测分拣模块、称重模块、盒盖装配模块、伺服搬运机械手模块、九宫格仓储模块、电气控制系统、气源处理模块等组成。该单元可完成材质检测、视觉检测、称重检测、盒盖装配、RFID信息标识、扫码识别（核验）搬运入库等功能。

对基于NXMCD仿真的工业数字孪生实战而言，对仿真模型中智能仓储单元的建模与调试主要涉及对检测分拣模块、滑台搬运模块、称重模块、盒盖装配模块、伺服搬运机械手模块、九宫格仓储模块机电对象的建模与设置。在完成对上述各模块建模与设置的基础上，本项目还将引导学生进行智能仓储单元模块间虚拟联调，并介绍实战环境中全单元调试综合实战的虚实联调流程和技巧。项目引入素养目标培养学生探索创新、唯实求真的科学精神。培养学生爱岗敬业、艰苦奋斗的劳动精神。培养学生执着专注、精益求精、科技强国的工匠精神。培养学生的标准意识、规范意识、安全意识、质量意识。培养学生严谨细致、团队协作、表达沟通的职业素质。培养学生安全用电、文明生产的职业基本素养。能力目标具备对检测分模块与滑台搬运模块进行建模、信号配置与协同调试的能力。具备对盒盖装配模块与称重模块进行建模、信号配置与协同调试的能力。具备对伺服搬运机械手模块与九宫格仓储模块进行建模、信号配置与协同调试的能力。具备对智能仓储单元（三站）各工序流程（如检测分拣与物料输送、称重与盒盖装配、仓储入库等）进行仿真与虚拟调试的能力。知识目标了解DLDS-532实训平台智能仓储单元（三站）的组成、用途与主要工序流程。掌握DLDS-532实训平台智能仓储单元（三站）各模块的组成、用途与主要工作模式。任务说明2任务说明

本任务以DLDS-532实训平台智能仓储单元（三站）中的检测分拣模块与滑台搬运模块为例，介绍在工业数字孪生实战中对上述模块进行建模与信号配置的全流程。根据复杂程度与难度层次的要求，随着任务的逐步推进，还将对相应的建模与模型控制操作选项加以讨论和剖析。

通过完成本任务，学生将掌握在NXMCD仿真环境中，对DLDS-532实训平台智能仓储单元（三站）中的检测分拣模块与滑台搬运模块进行一体化概念设计与调试的方法和全流程，以及在此过程中提高操作效率、避免各类错误与问题的技巧，从而为后续完成智能仓储单元模块间虚拟联调，以及平台全流程虚拟调试和虚实联调实战做好准备。知识准备3知识准备1.检测分拣模块的组成、用途与主要工作模式如图7-1所示，位于DLDS-532实训平台智能仓储单元（三站）中的检测分拣模块主要由扫码器、废料推料气缸、废料挡料气缸、合格品取料定位气缸、废料仓、传输带（变频电动机驱动）编码器、检测传感器等组成。图7-1知识准备

1）由变频电动机驱动的传输带（通称为“三站传输带”）用于运输放置于其上的物料。2）废料仓（通称为“废料仓1”或“分拣滑槽1”）用于容纳被判断为不合格的物料。3）废料推料气缸位于三站传输带的另一侧且正对废料仓1，用于将被判断为不合格的料盒瓶体推入废料仓1。4）废料挡料气缸与废料推料气缸位于三站传输带同一侧，用于挡停传输带上输送的物料，配合废料推料气缸工作。5）合格品取料定位气缸位于滑台搬运模块对应的取料位置之前，用于挡停传输带上输送的物料，配合滑台搬运模块工作。6）扫码器用于读取并识别条形码信息。7）编码器用于检测传输带实时位置。8）检测传感器用于检测模块中各位置是否存在物料。知识准备

一般而言，检测分拣模块的主要工作模式有如下步骤：1）三站传输带正转，将从二站输送而来的物料向称重模块方向输送。2）检测传感器工作，如果物料运动至视觉检测位置，则废料推料气缸推出，起挡料作用，配合智能视觉模块工作;如果实际工序不要求进行视觉检测，则省略此步骤。3）如果检测传感器检测到不合格的物料运动至物料分拣位置，则废料挡料气缸推出，挡停物料，废料推料气缸推出，将不合格的物料推入废料仓1。4）如果检测传感器检测到合格物料运动至滑台搬运模块取料位置，则合格品取料定位气缸推出，挡停物料，三站传输带停止运转。5）后接智能仓储单元滑台搬运模块、称重模块、盒盖装配模块、伺服搬运机械手模块相关的其他工序。知识准备

2.滑台搬运模块的组成、用途与主要工作模式

如图7-2所示，位于DLDS-532实训平台智能仓储单元（三站）中的滑台搬运模块主要由支架、滑动气缸、伸缩气缸、夹爪气缸等组成。1）滑动气缸用于在取料、送料、放料流程中沿Y轴方向的运动。2）伸缩气缸用于在取料、送料、放料流程中沿X轴方向的运动。伸缩气缸随滑动气缸运动。3）夹爪气缸用于抓取、放置物料。4）支架用于支撑滑台搬运模块中的上述各机构。图7-2知识准备

一般而言，滑台搬运模块的主要工作模式有如下步骤：1）物料运动至滑台搬运模块取料位置，检测分拣模块中的合格品取料定位气缸推出，挡停物料，三站传输带停止运转。假设滑台搬运模块各机构此时位于初始位置（原位）。2）滑台搬运模块中的伸缩气缸伸出。3）夹爪气缸控制夹爪抓取物料。至此，滑台搬运模块完成取料流程。4）滑动气缸运动至称重位置。至此，滑台搬运模块完成送料流程。5）夹爪气缸控制夹爪释放物料，使其落于称重气缸上方的承载面上。至此，滑台搬运模块完成放料流程。6）伸缩气缸缩回，滑动气缸运动至原位。至此，滑台搬运模块完成复位流程。7）后接智能仓储单元称重模块、盒盖装配模块、伺服搬运机械手模块相关的其他工序。任务实施4任务实施一、检测分拣模块的建模与信号配置在这一子任务中目标是为检测分拣模块与其在工业数字孪生实战中需要产生交互的其他各个对象进行MCD建模，包括为涉及上述交互的可动部分（料盒、废料推料气缸、废料挡料气缸、合格品取料定位气缸）建立刚体、对象源（以便在需要时模拟放入料盒的工序）运动副、传感器与执行器，并为交互中的所有涉及碰撞的可动或不可动部分（料盒、废料推料气缸、废料挡料气缸、合格品取料定位气缸、废料仓、传输带上表面、传输带两侧挡板）建立碰撞体。此外，还需要为MCD模型配置必要的信号、信号适配器，并使用运行时表达式、信号适配器公式或仿真序列对上述信号以及机电对象参数实施控制、输入和输出。任务实施（1）检测分拣模块的建模1）在NXMCD仿真环境中打开“总图step.prt”文件。注意，为了便于建模，在此模型中，世界坐标系中Y轴的参考正方向与智能仓储单元（三站）中三维线性搬运机构的Y轴参考正方向相反2）为智能仓储单元中的料盒与检测分拣模块中的废料推料气缸、废料挡料气缸、合格品取料定位气缸创建刚体，并为料盒刚体创建对象源。注意，在已打开“刚体”对话框时，可在装配导航器中按照装配目录选中需要建立刚体的模型部件，这样一来，所建立的刚体即可自动引用模型部件的名称，便于后续查找、索引。任务实施3）为智能分拣单元中的料盒创建碰撞体，其中包括从底部承载料盒瓶体的方块类型的碰撞体、包含外侧和内侧表面的多个凸多面体类型的碰撞体、包含内侧拐角曲面和料盒瓶体上边缘的网格类型的碰撞体。而在时间有限的实战操作中，可依实际情况省略料盒瓶体上边缘的网格类型的碰撞体，如图7-3~图7-5所示。

在这其中，对于易受到摩擦而影响运动仿真效果的碰撞体，可为其另行创建摩擦系数低的新材料。图7-3图7-4图7-5

任务实施4）为检测分拣模块中的废料推料气缸、废料挡料气缸、合格品取料定位气缸、废料仓1、三站传输带上表面、传输带两侧挡板创建碰撞体，如图7-6~图7-10所示。其中，对应各气缸挡料与推料所涉及的各表面、废料仓1内表面、传输带两侧挡板内表面均可使用多个凸多面体类型的碰撞体。三站传输带上表面对应的碰撞体可在创建传输面时一同创建。

在这其中，对于易受到摩擦而影响运动仿真效果的碰撞体，可为其另行创建摩擦系数低的新材料。图7-6图7-7任务实施图7-8图7-9图7-10任务实施5）为检测分拣模块中的废料推料气缸、废料挡料气缸、合格品取料定位气缸建立滑动副，如图7-11所示。在此，可以不设置滑动副运动的上下限，只需要在后续进行控制时注意限定向对应执行器传递的参数即可。图7-11任务实施6）为上一步骤中建立的滑动副建立位置控制（可将默认速度设置为一大于零的值），如图7-12所示。图7-12任务实施7）为检测分拣模块中的传输带建立传输面，如图7-13所示。可将传输面的指定矢量设置为YC轴，并同步为传输面创建碰撞体。图7-13任务实施8）按照设备实际布局，在视觉检测位置、物料分拣位置、滑台搬运模块取料位置等处创建碰撞传感器，如图7-14~图7-19所示，以检测物料是否运动到对应位置处。图7-14图7-15图7-16任务实施图7-17图7-18图7-19任务实施（2）检测分拣模块的信号配置1）创建信号适配器，根据实际运动控制与状态显示需要，在其中添加对应检测分拣模块的各个机电对象参数，创建控制三站传输带正/反转与停止、废料推料气缸推出/缩回、废料挡料气缸推出/缩回、合格品取料定位气缸推出/缩回、各机构复位的控制信号，以及用于实时显示各气缸原位/到位状态、各位置传感器触发状态、三站传输带正/反转状态与实时速度的各个信号。接着，创建公式以实现如上所述的各功能，如图7-20所示。图7-20任务实施一、传输模块的信号配置

2）确认完成检测分拣模块的信号配置后，单击NXMCD仿真环境“主页”选项卡下“仿真”组中的“播放”按钮开始仿真。仿真开始后，在机电导航器中选择对应的对象源，以（多次）在初始位置（三站传输带的起点处）上方生成料盒瓶体，待其落至传输带上表面。在运行时察看器中，为废料推料气缸、废料挡料气缸、合格品取料定位气缸、三站传输带对应的执行器（位置控制、传输面）的各参数赋值，观察并验证模块是否能顺利完成传输带正/反转输送物料、废料推料气缸挡料以便对物料进行视觉检测、废料推料气缸与废料挡料气缸配合将不合格的物料推入废料仓1、合格品取料定位气缸挡料且传输带停止以便滑台搬运模块取料的各工序流程。然后，按照同样工序，不直接为各机电对象参数赋值，而是通过激活各控制信号并为其赋值，验证是否能同样顺利完成上述流程，且可随时复位。在以上验证过程中，观察并确认用于显示各气缸原位/到位状态、各位置传感器触发状态、三站传输带正/反转状态与实时速度的各个信号取值是否正确。

任务实施

确认完成传输模块的信号配置后，单击NXMCD仿真环境“主页”选项卡下“仿真”组中的“播放”按钮开始仿真。仿真开始后，在机电导航器中选择对应的对象源，以在初始位置（二站传输带的起点处）上方生成1个料盒瓶体，待其落至传输带上表面。在运行时察看器中，为小钢珠挡停气缸、大钢珠挡停气缸、二站传输带对应的执行器（位置控制、传输面）的各参数赋值，观察并验证模块是否能顺利完成传输带正/反转输送物料与大/小钢珠挡停气缸伸出挡料、复位放料的工序流程。然后，按照同样工序，不直接为各机电对象参数赋值，而是通过激活各控制信号并为其赋值，验证是否能同样顺利完成上述流程，且可随时复位。

在以上验证过程中，观察并确认用于显示小钢珠挡停气缸原位/到位状态、大钢珠挡停气缸原位/到位状态、小钢珠挡停气缸前传感器触发状态、大钢珠挡停气缸前传感器触发状态、二站传输带正/反转状态、二站传输带实时速度的各个信号取值是否正确。任务实施二、滑台搬运模块的建模与信号配置在这一子任务中，目标是为滑台搬运模块与其在工业数字孪生实战中需要产生交互的其他各个对象进行MCD建模，包括为涉及上述交互的可动部分（料盒、滑动气缸、伸缩气缸、夹爪气缸）建立刚体、对象源（以便在需要时模拟放入料盒的工序）、运动副、执行器与运行时行为，并为交互中的所有涉及碰撞的可动或不可动部分（料盒、传输带上表面、传输带两侧挡板、称重模块各承载面与挡板表面）建立碰撞体。此外，还需要为MCD模型配置必要的信号、信号适配器，并使用运行时表达式、信号适配器公式或仿真序列对上述信号以及机电对象参数实施控制、输入和输出。

任务实施

（1）滑台搬运模块的建模1）在NXMCD仿真环境中打开“总图_step.prt”文件。注意，为了便于建模，在此模型中，世界坐标系中Y轴的参考正方向与智能仓储单元（三站）中三维线性搬运机构的Y轴参考正方向相反。另外，在本子任务中，假设三站传输带上表面与两侧挡板，以及承载于传输带之上的料盒瓶体在上一子任务中已经过必要的MCD建模。任务实施2）为滑台搬运模块中的滑动气缸、伸缩气缸（含夹爪）创建刚体，如图7-21所示。注意，在已打开“刚体”对话框时，可在装配导航器中按照装配目录选中需要建立刚体的模型部件，这样一来，所建立的刚体即可自动引用模型部件的名称，便于后续查找、索引。图7-21任务实施3）为称重模块中的各承载面与挡板表面创建碰撞体，如图7-22、7-23所示。此处，可为称重气缸上方的承载面（注意与称重气缸上表面加以区分）使用网格类型或“用户定义”并经过手动调整的方块类型的碰撞体，其他各处则可全部使用多个凸多面体类型的碰撞体。

在这其中，对于易受到摩擦而影响运动仿真效果的碰撞体，可为其另行创建摩擦系数低的新材料。图7-22图7-23任务实施4）为滑台搬运模块中的滑动气缸、伸缩气缸（含夹爪）建立滑动副，如图7-24、图7-25所示。在此，可以不设置滑动副运动的上下限，只需要在后续进行控制时注意限定向对应执行器传递的参数即可。其中，由于伸缩气缸跟随滑动气缸运动，需要为前者对应的滑动副选择后者作为基本体。图7-24图7-25任务实施5）为上一步骤中建立的滑动副建立位置控制（可将默认速度设置为一大于零的值），如图7-26、图7-27所示。图7-26图7-27任务实施6）为滑台搬运模块中的夹爪气缸创建手指握爪，如图7-28所示。7）学生可根据自身需要，将料盒从上个子任务中的初始位置（三站传输带的起点处）移动至其他位置。图7-28任务实施（2）滑台搬运模块的信号配置1）创建信号适配器，根据实际运动控制与状态显示需要，在其中添加对应滑台搬运模块的各个机电对象参数，创建控制滑动气缸右移/左移、伸缩气缸推出/缩回、夹爪抓握/释放、各机构复位的控制信号，以及用于实时显示各气缸原位/到位状态、夹爪是否处于“已抓握对象”状态的各个信号。接着，创建公式以实现如上所述的各功能，如图7-29所示。图7-29任务实施

2）确认完成滑台搬运模块的信号配置后，单击NXMCD仿真环境“主页”选项卡下“仿真”组中的“播放”按钮开始仿真。仿真开始后，在机电导航器中选择对应的对象源，以在初始位置（三站传输带的起点处）上方生成1个料盒瓶体，待其落至传输带上表面。如果料盒瓶体不在对应本子任务的初始位置（滑台搬运模块取料位置），将其拖动或控制上个子任务中建立的传输面，将其放置或输送到滑台搬运模块取料位置。

在运行时察看器中，为滑动气缸、伸缩气缸、夹爪气缸对应的执行器（位置控制）与运行时行为（手指握爪）的各参数赋值，观察并验证模块是否能顺利完成如前所述的取料一送料一放料流程。随后，按照同样工序，不直接为各机电对象参数赋值，而是通过激活各控制信号并为其赋值，验证是否能同样顺利完成上述工序，且可随时复位。

在以上验证过程中，观察并确认用于显示各气缸原位/到位状态、夹爪是否处于“已抓握对象”状态的各个信号取值是否正确。任务评价与拓展5任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分1检测分拣模块的建模能在三站传输带上方生成料盒瓶体，且料盒瓶体能与传输带上表面碰撞体正确交互30能在运行时察看器中，控制三站传输带正/反转输送物料能在运行时察看器中，控制废料推料气缸推出挡料、缩回放料否能在运行时察看器中，控制废料推料气缸与废料挡料气缸配合，将不合格的物料推入废料仓1能在运行时察看器中，控制合格品取料定位气缸挡料且传输带停止，以便进行后续工序能在运行时察看器中，控制模块各机构复位任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分2检测