智能制造数字孪生建模及仿真 课件 项目3 工业机器人搬运及码垛

智能制造数字孪生建模及仿真

项目三

工业机器人搬运及码垛

任务3.1搭建工业机器人码垛场景任务描述任务目标1.了解码垛原理2.熟悉码垛加工产线布局3.了解工业机器人的工作空间任务内容1.导入码垛相关组件2.搭建工业机器人码垛场景知识储备1.码垛简介码垛是将多个形状一致或类似的物品按照一定的顺序和样式堆叠成一个可以作为整体来移动的单元，以便于存储和搬运。码垛可分为人工码垛和自动码垛两大类。人工码垛效率低，若堆叠不当，易导致产品损坏或人员伤害，因此主要用于工作量小、操作简单的场合。自动码垛装置及设备以其机械结构简单、适用范围广、灵活性强等优点在工业制造、医药、食品、化工及农业等诸多领域得到了广泛应用。知识储备2.轮胎加工产线布局介绍某汽车厂轮胎加工产线布局如图所示。该产线包含一台工业机器人、两条传送带及物料托盘。工业机器人左边的传送带将前道工序加工过的轮胎送到该工位，工业机器人将轮胎搬运至其右边传送带上的托盘上方。为了提高加工效率，一个托盘上需要放置多个轮胎，因此，托盘上的轮胎需要按照一定的码垛样式摆放。知识储备3.工业机器人的工作空间工业机器人的工作空间是指机器人末端执行器在运动过程中能够到达的所有空间点的集合。它反映了机器人在三维空间中的操作范围，是衡量机器人灵活性和适用性的重要指标。在布局时，与工业机器人配合工作的组件需要放置在其工作空间范围内，便于工业机器人抓、放等操作。知识储备3.工业机器人的工作空间在“开始”界面，选中机器人，在“组件属性”窗口“WorkSpace”选项卡中分别勾选“Profile”和“Envelope”，可以看到３Ｄ视图工作区中的机器人工作空间；取消勾选“Profile”和“Envelope”，可关闭这一功能，如图所示。项目三

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任务3.1搭建工业机器人码垛场景任务实施任务实施1.工业机器人场景及组件工业机器人轮胎搬运及码垛生产线布局搭建需要用到的组件名称及其含义如下表所示：

电子目录组件名称含义数量WorksWorks_TaskControl工作任务控制器1WorksProcess模块化指令编辑器3WorksRobotControllerv4机器人控制底座1ConveyorsSensorConveyor传送带2ProductsandContainersEuroPallet托板1CarTyre轮胎1RobotsIRB4600-60/2.05码垛用机器人1ToolsSimpleGripper码垛机器人手爪1任务实施1.工业机器人场景及组件找出上述表中组件，并将它们拖放至3D视图工作区，如图所示。任务实施2.组件组装及布局（1）在“开始”界面，选中“PnP”，用鼠标拖动“WorksProcess#1”接近“SensorConveyor#1”右端，当“WorksProcess#1”上出现绿色箭头时，如图所示，“WorksProcess#1”将自动“Conveyor#1”通过PnP方式组装在一起，此区域作为上料区。任务实施2.组件组装及布局（2）按照同样的方法，将“WorksProcess#2”以PnP方式组装在“SensorConveyor#1”左端，此区域作为缓存区。（3）将“WorksProcess#3”以PnP方式组装在“SensorConveyor#2”右端，此区域作为码垛区。（4）将机器人与“WorksRobotControllerv4”以PnP方式组装在一起。（5）将SimpleGripper与机器人以PnP方式组装在一起。任务实施2.组件组装及布局（6）选中机器人，打开机器人“组件属性”窗口，在“WorkSpace”选项卡中勾选“Envelope”查看机器人的工作空间，如图所示。调整各组件位置，确保物料搬运及码垛区域在机器人的可达范围内。组件位置调整完成后，取消勾选“Envelope”复选框。智能制造数字孪生建模及仿真

李庆梅张飞主编机械工业出版社项目三

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任务3.2工业机器人码垛单元模块化指令任务描述任务目标1.认识EasySimulation软件的Works库2.熟悉WorksProcess组件的使用方法任务内容码垛布局中工艺流程的创建知识储备1.Works库Works库中包含WorksProcess、Works_TaskControl、WorksShelfBuffer等组件，如图所示。这些组件互相协同，实现流程中的资源交互、任务调度，完成以下工作。知识储备1.Works库（1）定义流程：通过WorksProcess组件定义生产流程中的各个任务。（2）任务分配：Works_TaskControl组件根据WorksProcess的请求，将任务分配给可用的资源。（3）任务执行：资源接收任务并执行。（4）状态反馈：资源将任务执行情况反馈给Works_TaskControl，以便进行下一步的任务调度。知识储备2.Works_TaskControl组件Works_TaskControl组件用于在模拟过程中创建和执行任务。这些任务的执行需要用工作任务控制器管理。因此，带有Works_TaskControl组件的布局至少需要添加一个Works_TaskControl，如图所示。知识储备3.WorksProcess组件WorksProcess用于定义和执行生产流程中的任务序列，可以创建、处理、运输和移除组件，是生产流程的核心组件。

使用其默认的属性设置，可以在WorksProcess组件中对任务进行添加、编辑、删除和替换操作。定义的任务类型部分如图所示。知识储备3.WorksProcess组件WorksProcess组件需要与Works_TaskControl配合使用，一个Works_TaskControl支持多个WorksProcess协同工作。本项目中主要使用的任务如下。（1）元件的创建：生成新的元件，如图，WorksProcess上生成了一个盒子。知识储备3.WorksProcess组件除了创建单个元件外，软件还支持创建元件阵列，如图所示，WorksProcess上方出现４个堆垛显示的盒子阵列。知识储备3.WorksProcess组件（2）元件的运输：元件的运输包含输出“TransportOut”和输入“TransportIn”。输出任务允许将生成的元件沿相连的路径移出WorksProcess组件，下图是WorksProcess组件中元件的输出。知识储备3.WorksProcess组件（3）元件的供给（Feed）和需求（Need）Feed任务用于向组件发出信号，表明该WorksProcess组件所包含的组件或资源可用，该资源可以被其他组件中拾取，含Feed任务的WorksProcess组件可视为一个供料端。在该任务属性中，TaskName用于标识任务名称；ToolName和TCPName用于标识执行TaskName中相应任务的工具组件名称和工具坐标系。知识储备3.WorksProcess组件

下图Feed任务中，提供的元件是“CarTyre”，执行拾取任务的名称为“Pick”，拾取工具名称为“SimpleGripper”，该工具的坐标系名称为“GripperTool_1”。项目三

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任务3.2工业机器人码垛单元模块化指令任务实施任务实施1.模块化指令组件及任务本项目中共涉及3个WorksProcess，它们各自的任务分配如下表所示：

布局组件名称任务描述任务上料区WorksProcess#1轮胎生成Create轮胎输出TransportOut缓存区WorksProcess#2轮胎缓存TransportIn机器人抓取轮胎Feed码垛区WorksProcess#3托盘生成Create机器人放置轮胎Need任务实施2.“WorksProcess#1”中任务的创建

“WorksProcess#1”用于实现轮胎的生成及向外输送，需要创建“Create”和“TransportOut”两个任务：（1）创建轮胎生成任务。单击“WorksProcess#1”进入“组件属性”窗口，搜索“CarTyre”，单击“CreateTask”后“InsertNew-

AfterLine”属性文本框中显示“1：Creat：CarType：”，表明轮胎生成任务创建完毕，如下图所示。任务实施2.“WorksProcess#1”中任务的创建

（2）创建轮胎输出任务。在前面打开的“WorksProcess#1”组件属性窗口的“Task”下拉列表框中选择“TranspotOut”，单击“CreateTask”后“InsertNew-

AfterLine”属性文本框中显示“2：TranspotOut：：True”，表明轮胎输出任务创建完毕，如下图所示。任务实施2.“WorksProcess#1”中任务的创建

（3）任务检查。任务创建完成后，可单击3D视图工作区上方的仿真按钮，观察组件是否按照指定任务工作，如果是，则表明上述任务创建成功；如果否，则创建有误，需要对上述操作进行修改，结果如图所示；任务实施3.“WorksProcess#2”中任务的创建

“WorksProcess#2”需要创建“TransportIn”（轮胎缓存）和“Feed”（机器人抓取轮胎）两个任务，此外还要给“WorksRobotControllerv4”（机器人控制底座）创建工作任务。（1）创建轮胎缓存任务。单击“WorksProcess#2”进入“组件属性”窗口，搜索“CarTyre”，单击“CreateTask”后“InsertNewAfterLine”属性文本框中显示“1：TransportIn：CarType：True”，表明轮胎缓存任务创建完毕。任务实施3.“WorksProcess#2”中任务的创建轮胎到达传送带末端时，并未消失，而是呈现等待效果，便于机器人抓取，如下图所示。任务实施3.“WorksProcess#2”中任务的创建（2）创建机器抓取轮胎任务。继续在“WorksProcess#2”组件属性窗口的“Task”下拉列表框中选择“Feed”，在“ListOfPordID”文本框中输入轮胎名称“CarTyre”。机器人抓取时，还需要设置任务名称、工具名称及TCP名称，如图所示，抓取轮胎任务“Feed”创建完成。任务实施3.“WorksProcess#2”中任务的创建（3）机器人动作控制。选中机器人控制底座，创建抓取任务，并将组件的“SerialTaskList”属性修改为“Pick”，如图所示。注意：此处“SerialTaskList”属性的内容必须与“WorksProcess#2”组件属性内“Feed”任务中的“TaskName”属性保持一致。任务实施4.“WorksProcess#3”中任务的创建

“WorksProcess#2”位于布局的码垛区，机器人抓取轮胎后将其放置于“Conveyor#2”的托盘上，并完成码垛。（1）创建托盘生成任务。单击“WorksProcess#3”进入“组件属性”窗口，搜索“EuroPallet”，单击“CreateTask”后“InsertNewAfterLine”属性文本框中显示“1：Create：EuroPallet”，任务创建完毕，如图。任务实施4.“WorksProcess#3”中任务的创建（2）创建机器人放置轮胎任务。在“组件属性”窗口，将“Task”属性修改为“Need”“ListOfProdID”一栏输入“CarTyre”，最后单击“CreateTask”按钮，“InsertNewAfterLine”属性文本框中显示“2：Need：CarTyre”，表明机器人放置轮胎任务创建完成，如图所示。任务实施4.“WorksProcess#3”中任务的创建（3）仿真检验。单击仿真按钮，机器人从传送带上抓取轮胎并搬运至传送带的托盘上。检查结果，如果动作流程有误，则返回上述任务重新设置，仿真运行结果如图所示。智能制造数字孪生建模及仿真

李庆梅张飞主编机械工业出版社项目三

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任务3.3工业机器人码垛及优化任务描述任务目标1.掌握码垛示教位置的设置方法2.了解EasySimulation软件统计功能任务内容1.码垛程序优化2.码垛工艺优化知识储备1.码垛示教位置码垛时，元件放置位置以第一个元件为参考。若要调整第一个元件的位置，可以通过WorksProcess组件属性中的“TeachLocation”功能来实现，示教位置如图所示。知识储备2.统计软件自带的统计功能可以实时采集仿真数据，生成数据图表，让用户了解整条生产线的效率、产出率，寻找自动化生产线瓶颈，查看各工位的实际效率。仪表板以及绘图样式如下。知识储备2.统计使用模板，为所选的布局创建一个统计图。知识储备2.统计统计图表属性中，可设置图表名称、坐标轴的可见性、数据绘制形式。设置完成后，单击仿真按钮，选中组件的指定参数被实时绘制出来。在工具栏的“统计”选项组中，选择“打印图表”或“导出图形”可将图表以PDF、Excel或CSV的格式导出。统计模板可以显示选定组件的利用率、状态百分比、生产率、平均部件数量、平均部件时间、关节值、旅行距离和电池电量等信息，用于分析和优化生产流程。项目三

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任务3.3工业机器人码垛及优化任务实施任务实施1.轮胎放置位置调整（1）在仿真运行时，进入“开始”界面，选择“移动”模式，选择拖板上凹进去的第一个轮胎“CarTyre”，可将该轮胎移动到木板上方合适的位置，将此位置作为码垛的第一个位置，如图所示。

任务实施1.轮胎放置位置调整（2）单击“WorksProcess#3”，在组件属性中单击“TeachLocation”按钮，如图所示，使轮胎目前的位置在“CurrentLocation”属性中存储，作为码垛示教点保存。任务实施2.码垛任务设置（1）测量轮胎尺寸。单击测量工具按钮，测得轮胎直径约为513.5ｍｍ，高为145.5ｍｍ，如图所示；任务实施2.码垛任务设置（2）码垛参数设置以及码垛仿真效果如下图所示；

任务实施2