工业数字孪生项目7任务2 盒盖装配模块与称重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2盒盖装配模块与称重模块的建模与信号配置目录01任务说明02知识准备03任务实施04任务评价与拓展任务说明1任务说明

本任务以DLDS-532实训平台智能仓储单元（三站）中的盒盖装配模块与称重模块为例，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）中的盒盖装配模块与称重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2知识准备

1.盒盖装配模块的组成、用途与主要工作模式

如图7-30所示，位于DLDS-532实训平台智能仓储单元（三站）中的盒盖装配模块（通称“供料C模块”）由支架、盒盖料仓、盒盖推料气缸、伸缩气缸、升降气缸、盒盖真空吸盘等组成。图7-30知识准备1）盒盖料仓主要用于存放由料仓上方放入的盒盖。2）盒盖推料气缸用于推出盒盖料仓中的盒盖。3）升降气缸、伸缩气缸、盒盖真空吸盘用于吸取、搬运和放置被盒盖推料气缸推出的盒盖，将其加装到位于称重位置的料盒瓶体上。4）支架用于支撑盒盖装配模块中的上述各机构。一般而言，盒盖装配模块的主要工作模式有如下步骤：1）智能仓储单元的滑台搬运模块将物料搬运至称重模块的称重位置，在滑台搬运模块夹爪放料后，物料落于称重位置的承载面上。假设盒盖装配模块各机构此时位于初始位置（原位）。2）盒盖推料气缸推出盒盖料仓中的盒盖。至此，盒盖装配模块完成推料流程。知识准备3）升降气缸下降至吸附位置。4）盒盖真空吸盘吸附下方盒盖。至此，盒盖装配模块完成取料流程。5）升降气缸上升至送料位置。6）伸缩气缸伸出至放料位置。至此，盒盖装配模块完成送料流程。7）升降气缸下降至放料位置。8）盒盖真空吸盘释放盒盖，盒盖落入下方的料盒瓶体中。至此，盒盖装配模块完成放料流程。9）后接智能仓储单元称重模块、伺服搬运机械手模块相关的其他工序。知识准备

2.称重模块的组成、用途与主要工作模式如图7-31所示，位于DLDS-532实训平台智能仓储单元（三站）中的称重模块主要由支架、称重气缸、称重仪表及传感器等组成。图7-31知识准备1）称重气缸用于顶起放置于其上的物料，从而为其称重。2）称重仪表与传感器用于配合完成物料称重功能的实现。3）支架用于支撑称重模块中的上述各机构。一般而言，称重模块的主要工作模式有如下步骤：1）物料位于称重位置的承载面上。承载面上开有通孔，通孔下方是处于原位的称重气缸。2）称重气缸上升，通过上方承载面上的通孔，将物料顶起。3）物料被顶起到位，称重仪表读取其重量，从而完成物料称重流程。4）称重气缸下降，物料落于称重模块承载面上，称重气缸回到原位。5）后接智能仓储单元伺服搬运机械手模块相关的其他工序。任务实施3任务实施一、智能分拣单元工序流程的虚拟仿真实现在这一子任务中，目标是为盒盖装配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、盒盖、盒盖推料气缸、伸缩气缸、升降气缸）建立刚体、对象源（以便在需要时模拟放入盒盖的工序）运动副、执行器与运行时行为，为交互中的所有涉及碰撞的可动或不可动部分（料盒、盒盖、称重位置承载面、盒盖料仓各内表面、位于盒盖料仓外的盒盖吸附位置承载面与挡板内侧表面、盒盖推料气缸）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）盒盖装配模块的建模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瓶体、盒盖以及盒盖装配模块中的盒盖推料气缸、伸缩气缸、升降气缸（含吸盘）创建刚体，并为料盒与盒盖刚体创建对象源。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）为称重模块中的称重位置承载面，即称重气缸上方的承载面（注意与称重气缸上表面加以区分）创建碰撞体，如图7-32所示。此处，可使用网格类型或“用户定义”并经过手动调整的方块类型的碰撞体。图7-32任务实施4）为智能仓储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和碰撞体，如图7-33~图7-35所示。图7-33图7-34图7-35任务实施图7-36

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，如图7-36所示。任务实施5）为智能仓储单元中的盒盖创建碰撞体，在此可选择创建多个凸多面体类型的碰撞体，并选择盒盖的全部外表面。

在实战中，为了节约时间，也可以选择将整个盒盖的上、下两部分分别创建为方块类型的碰撞体。注意，在自动创建碰撞体模式下，这样创建的碰撞体会超出部件的几何框架，且可能影响到后续的盒盖装配工序仿真效果。因此，在此可将碰撞体创建选项切换为“自定义”，并适当地手动缩减方块类型碰撞体的尺寸，如图7-37、图7-38所示。同样，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。任务实施图7-37图7-38

任务实施6）为盒盖装配模块中的盒盖推料气缸、盒盖料仓、位于盒盖料仓外的盒盖吸附位置承载面与挡板内侧表面创建碰撞体，其中包括对应盒盖推料气缸推料与承载物料的前侧表面与上表面的多个凸多面体类型的碰撞体（见图7-39）、对应盒盖料仓的底/侧内表面的多个凸多面体类型的碰撞体、料仓杆的圆柱体类型的碰撞体（见图7-40、图7-41），以及对应位于盒盖料仓外的盒盖吸附位置承载面与挡板内侧表面的多个凸多面体类型的碰撞体（见图7-42）。

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7-39任务实施图7-40图7-41图7-42

任务实施7）为盒盖装配模块中的盒盖推料气缸、伸缩气缸、升降气缸（含吸盘）建立滑动副，如图7-43~图7-45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，由于升降气缸跟随伸缩气缸运动，需要为前者对应的滑动副选择后者作为基本体。图7-43图7-44图7-45

任务实施8）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7-46所示。图7-46

任务实施9）为盒盖装配模块中的盒盖真空吸盘创建吸盘，如图7-47所示。图7-47

任务实施

（2）盒盖装配模块的信号配置1）创建信号适配器，根据实际运动控制与状态显示需要，在其中添加对应盒盖装配模块的各个机电对象参数，创建控制盒盖推料气缸推出/缩回、升降气缸上升/下降、伸缩气缸伸出/缩回、盒盖真空吸盘吸附/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、升降气缸上升/下降状态、盒盖真空吸盘是否处于“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7-48所示。图7-48任务实施2）确认完成盒盖装配模块的信号配置后，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，以在料盒初始位置（称重模块的称重位置处）上方生成1个料盒瓶体，待其落至称重位置承载面；单击勾选对应对象源，以在盒盖初始位置（盒盖料仓上方）生成1个待装配盒盖。观察并验证上述料盒瓶体是否能与称重位置承载面正确交互，以及上述盒盖是否能与盒盖料仓正确交互。任务实施

在运行时察看器中，为盒盖推料气缸、伸缩气缸、升降气缸、盒盖真空吸盘对应的执行器（位置控制）与运行时行为（吸盘）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推料一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、升降气缸上升/下降状态、盒盖真空吸盘是否处于“已抓握对象”状态的各个信号取值是否正确。任务实施二、称重模块的建模与信号配置在这一子任务中，目标是为称重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、称重气缸）建立刚体、对象源（以便在需要时模拟放入料盒的工序）、运动副与执行器，为交互中的所有涉及碰撞的可动或不可动部分（料盒、称重气缸、称重模块其他各承载面与挡板）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。

（1）称重模块的建模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，假设位于初始位置的料盒瓶体以及称重位置承载面在上一子任务中已经过必要的MCD建模。

任务实施2）为称重模块中的称重气缸创建刚体。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。3）为称重模块中的称重气缸上表面与其他各承载面、挡板创建碰撞体，如图7-49、图7-50所示。在此均可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7-49图7-50

任务实施4）为称重模块中的称重气缸建立滑动副，如图7-51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7-51

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7-52所示。图7-52

任务实施

（2）称重模块的信号配置1）创建信号适配器，根据实际运动控制与状态显示需要，在其中添加对应称重模块的各个机电对象参数，创建控制称重气缸顶升/降下的控制信号，以及用于实时显示气缸原位/到位状态、模块是否完成本次称重流程状态的各个信号。接着，创建公式以实现如上所述的各功能，如图7-53所示。图7-53任务实施2）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（称重模块的称重位置处）上方生成1个料盒瓶体，待其落至称重位置承载面。观察并验证上述料盒瓶体是否能与称重位置承载面正确交互。

在运行时察看器中，为称重气缸对应的执行器（位置控制）相应参数赋值，观察并验证模块是否能顺利完成如前所述的物料称重流程。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气缸原位/到位状态、模块是否完成本次称重流程状态的各个信号取值是否正确。任务评价与拓展4任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分1盒盖装配模块的建模能在称重模块的称重位置上方生成料盒瓶体，且料盒瓶体是否能与称重位置承载面碰撞体正确交互30能在盒盖装配模块的盒盖料仓上方生成盒盖，且盒盖能与盒盖料仓碰撞体正确交互能在运行时察看器中，控制模块各机构如前所述完成盒盖推料流程能在运行时察看器中，控制模块各机构如前所述完成盒盖取料流程否能在运行时察看器中，控制模块各机构如前所述完成盒盖送料流程能在运行时察看器中，控制模块各机构如前所述完成盒盖放料流程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盒盖装配模块的信号配置能在运行时察看器中，通过对应信号正确地实时显示各气缸原位/到位状态20能在运行时察看器中，通过对应信号正确地实时显示升降气缸上升/下降状态否能在运行时察看器中，通过对应信号正确地实时显示盒盖真空吸盘是否处于“已抓握对象”状态3称重模块的建模能在运行时察看器中，控制模块各机构如前所述完成物料称重流程30物料称重流程中，料盒瓶体能与称重气缸与各承载面、挡板对应碰撞体正确交互任务评价与拓展序号评价内容评价标准配分得分4称重模块的信号配置能在运行时察看器中，通过对应信号正确地实时显示称重气缸原位/到位状态20否能在运行时察看器中，通过对应信号正确地实时显示模块是否完成本次称重流程状态任务评价与拓展1.盒盖装配流程状态实时显示的仿真实现

思考在料芯装配流程中，如何分别用信号适配器公式（或运行时表达式）和仿真序列实现实时显示盒盖装配模块是否处于推料、取料、送料、放料工序中的功能。验证思路是否可行，并分析采用信号适配器公式（或运行时表达式）和仿真序列实现上述