智能制造数字孪生建模及仿真 课件 项目4 焊接单元创建及仿真

智能制造数字孪生建模及仿真

项目四

焊接单元创建及仿真

任务4.1工业机器人焊接单元布局任务描述任务目标1.认识工业机器人在焊接中的应用2.掌握工业机器人基本姿态调节方法任务内容1.完成焊接单元组件模型的选择和导入2.搭建焊接单元工作站知识储备1.工业机器人焊接工业机器人用于焊接时，除了机器人本体、机器人控制柜、示教器及控制电缆外，还需要配备焊接装置，如焊枪、焊接电源、送丝机等。焊接工作站搭建、调试完成后，首先在示教模式下操作机器人沿焊缝移动焊枪，在示教器中记录焊点位置及焊接信息，完成焊接程序编写。确认无误后，机器人切换到自动模式，程序启动，工业机器人将自动完成示教焊缝的焊接。知识储备1.工业机器人焊接工业机器人焊接工业机器人弧焊工业机器人点焊工业机器人激光焊知识储备2.工业机器人姿态调节工业机器人姿态调整，可以通过建模工具栏中的“交互”功能，直接拖动各个关节运动来实现，也可以在工业机器人“组件属性”窗口中，调节工业机器人关节角度来调节它的姿态，即修改J1～J6的数值。

当数值超过工业机器人关节运动极限时，窗口中会显示错误提示，如图所示。

知识储备2.工业机器人弧焊工作站布局介绍工业机器人弧焊工作站布局如图所示。该工作站包含两台工业机器人、两条传送带、变位机及围栏。知识储备2.工业机器人弧焊工作站布局介绍焊接工作站工作流程如图。项目四

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任务4.1工业机器人焊接单元布局任务实施任务实施1.组件模型的导入按照焊接工作站的布局要求，在电子目录相应的文件夹中找到对应的组件，并将它们拖入3D视图工作区。各个组件的电子目录、组件名称、含义及所需数量见下页表。

待加工工件如图1所示，需要焊接在工件内侧。焊枪及机器人底座分别如图2和图3所示。上料机器人手爪如图4所示.图1：焊接工件图2：焊枪图3：机器人底座图4：上料机器人手爪任务实施1.组件模型的导入

电子目录组件名称含义数量FactoryFacilitiesGenericFence安全围栏3FeedersBasicFeeder供料器1ConveyorsSensorConveyor传送带Conv1、Conv22ProductandContainersSMEPart工件1RobotsLRMate200iD/7L上料用机器人R11areMate_120iC10L焊接机器人R21ToolsVacuumGripper上料机器人手爪1WeldingTorch焊枪1RobotPositionersSimplerobotriser上料机器人底座1WorkpiecePositionersWP_Positioner变位机1任务实施2.组件的组装及布局（1）在“开始”界面，选中“PnP”，用鼠标拖动“BasicFeeder”（供料器）接近Conv1下端，BasicFeeder上出现绿色箭头，BasicFeeder将自动与Conv1通过PnP组装在一起，作为上料区；

同时选中“Conv1”和“BasicFeeder”，单击“开始”界面中的“组”按钮，使二者成为一个整体。任务实施2.组件的组装及布局（2）按照同样的方法将组件进行连接，如图所示。任务实施2.组件的组装及布局（3）为了便于区分，将Conv2做一些修改，传送带Conv2属性修改如图所示。任务实施2.组件的组装及布局（4）对3D视图工作区布局及机器人姿态调整如图所示。任务实施2.组件的组装及布局（5）进行工件加载。选中“BasicFeeder”，在“组件属性”窗口的“部件”属性处，单击右侧的选项按钮，在打开的对话框中找到焊接工件的原始文件位置，通常在软件安装文件夹的“eCatalog4.0”中，找到“weld_part.vcmx”，再单击“打开”按钮，文件路径将自动加载到“BasicFeeder”组件属性中，如图所示。任务实施2.组件的组装及布局单击仿真按钮，可以看到工件显示在传送带上，如图所示。可以自行调整Conv1的位置及尺寸，使工件在Conv1中间运行，以优化显示效果。任务实施2.组件的组装及布局（6）安全围栏的安装如图所示。李庆梅张飞主编机械工业出版社项目四

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任务4.2工业机器人焊接单元信号配置及连接任务描述任务目标1.了解组件信号的作用2.熟悉机器人信号和传送带信号的使用方法任务内容1.实现机器人对传送带的控制2.实现多台机器人之间的通信3.实现机器人与变位机的通信知识储备1.组件信号组件信号是一种非常重要的机制，它用于在不同组件之间传递信息、控制行为或触发事件。信号可以传递各种类型的数据，包括布尔值、整数、浮点数等。组件信号的具体用途如下：（1）组件间通信。（2）控制组件行为。（3）触发事件。（4）模拟真实世界中的信号控制。知识储备2.机器人信号机器人的输入信号（Input）和输出信号（Output）用于实现机器人与其他组件之间的通信。输入信号用于将外部组件的信号传递给机器人，用于触发机器人的动作或行为。输出信号用于将机器人的信号传递给其他组件，用于控制其他组件的行为。知识储备2.机器人信号在3D视图工作区中，选择一个机器人，在“开始”或“程序”界面的“连接”选项组中，选择“信号”工具，机器人上显示信号接口及信号编辑器。

选择一个端口，单击其他组件的对应信号端口，就可将两个信号端口连接起来，两个端口之间出现一条表示连接的实线，如图所示。知识储备3.传感器传送带信号的使用方法传感器传送带自带两个信号：SensorBooleanSignal和StartStop，如图所示。

知识储备3.传感器传送带信号的使用方法SensorBooleanSignal用于表示传感器是否检测到物体：当传感器检测到物体时，该信号的值为True；当传感器未检测到物体或被重置时，该信号的值为False。该信号通常用于触发其他组件的行为或脚本操作，例如，通知机器人开始或停止操作。

知识储备3.传感器传送带信号的使用方法StartStop信号用于控制传送带的启动和停止：当该信号的值为True时，传送带开始运行；当该信号的值为False时，传送带停止运行。

这个信号可以由外部脚本、传感器或其他组件的信号来控制，实现对传送带的动态控制。

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任务4.2工业机器人焊接单元信号配置及连接任务实施任务实施1.机器人R1控制传送带Conv1的启停仿真开始时，“BasicFeeder”会源源不断地生成工件并将其传送至Conv1。（1）R1与Conv1的信号连接如图。

任务实施1.机器人R1控制传送带Conv1的启停（2）EasySimulation软件中，机器人信号端口及其作用见下表；

信号端口作用1～16抓握、释放信号17～32跟踪动作信号32～48安装和卸载工具动作信号任务实施1.机器人R1控制传送带Conv1的启停机器人R1控制传送带Conv1时选用49～199的端口，如图，选择了50号端口。任务实施2.机器人R1控制传送带Conv2的启停该控制过程与前述Conv1的启停一样，选用51号端口，连接后如图所示。任务实施3.机器人R1与R2的通信两个机器人之间有动作先后顺序，即：R1上料完成后，通知R2开始焊接；R2焊接完成后，通知R1开始下料。

机器人之间的通信使用信号0来实现。

机器人R1的输入连接机器人R2的输出，机器人R1的输出连接R2的输入。任务实施3.机器人R1与R2的通信单击屏幕空白处或取消勾选“信号”，信号面板自动隐藏，如图所示。任务实施4.机器人R2与变位机的接口连接机器人R2与变位机的接口连接如图所示。李庆梅张飞主编机械工业出版社项目四

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任务4.3机器人焊接单元编程任务描述任务目标1.熟悉EasySimulation机器人程序编辑器2.掌握机器人运动编程指令3.熟悉机器人逻辑控制指令任务内容1.机器人对传送带的控制2.机器人对变位机的控制3.机器人焊接知识储备1.机器人程序编辑器机器人程序编辑器用于在虚拟环境中创建、编辑和优化机器人程序，界面如图所示。１—主程序２—语句工具栏３—条件语句４—嵌套语句５—运动类别语句６—子程序７—删除选中程序８—复制选中程序９—添加子程序10—导入程序11—导出程序知识储备2.机器人编程（1）基础运动指令

EasySimulation中提供机器人点到点运动和线性运动两种控制方式。

点到点运动是指工具在两个目标点之间的任意运动，不进行轨迹控制和姿势控制。

线性动作是指工具在两个目标点之间沿直线运动，从动作开始点到结束点以线性的方式对TCP移动轨迹进行控制的一种移动方法。知识储备2.机器人编程机器人点到点及机器人线性运动分别如图1、图2所示。图1点到点运动图2线性运动知识储备2.机器人编程（2）机器人示教与编程

创建仿真布局，如图所示，将机器人的J5轴设置为-90°，使工具垂直向下，单击“程序编辑器”中的点对点运动按钮，将该点记录为机器人工作初始位置，程序编辑器中就出现记录了该点的程序语句。知识储备2.机器人编程

单击工具栏中的“捕捉”按钮，依次捕捉Block的４个角点，机器人将自动运行至指定点。

添加运动指令，机器人将从初始位置开始，沿Block的边沿线运动一圈后再回到初始位置，程序如图所示。知识储备3.特殊运动指令（1）调用程序指令

搭建基本仿真工业机器人场景后，可通过操纵机器人动作，创建一条或多条运动指令。

如图所示，添加程序，出现子程序属性页面，程序名称为“Sequencel”，可以根据需要对该子程序重新命名。知识储备3.特殊运动指令

在之前的布局中新增一个三角形几何体，在新的子程序中，示教机器人沿三角形几何体的上边线运行一圈，并创建程序指令语句，如图所示。知识储备3.特殊运动指令

在主程序中，使用CALL指令调用“Sequencel”子程序，并在其动作属性中，输入需要被执行的子程序名称，如图所示。知识储备3.特殊运动指令（2）延时指令

延时指令的功能是让机器人延长特定的时间后，继续执行后面的程序语句。

创建延时指令，如图所示。知识储备4.逻辑控制指令（1）指定变量动作添加变量，如图所示。知识储备4.逻辑控制指令（2）条件判断及循环指令

在EasySimulation中，程序编辑器中的条件判断用IF指令，循环用While指令。将“CallSequence1”语句拖动至While语句中，如图所示。项目四

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任务4.3机器人焊接单元编程任务实施任务实施1.焊接单元程序模块

该工作站中涉及两个机器人，两个机器人程序需要分开编写。

机器人R1主要执行上下料操作，因此，将其程序分为三个模块，即主函数、上料程序和下料程序。

机器人R2主要执行焊接操作，因此其程序只需要一个主程序。在程序界面，单击两个机器人，即可进行程序编写界面的切换。任务实施1.焊接单元程序模块

机器人R1的程序界面如图，其主函数包含４条语句，While函数条件设置为True，因此机器人R1一直处于待机状态。任务实施2.机器人R1上料程序（1）机器人夹具的设置

单击机器人R1，在出现的“组件属性”窗口中选择“点动”，设置机器人工具信息。

“基坐标”选择“Uframe1”，“工具”选择“GripperTCP”，如图所示。任务实施2.机器人R1上料程序（2）机器人R1对传送带的控制

上料传送带在抓取过程中要求Conv1停止，因此需要增加机器人R1对传送带Conv1的控制语句。

首先等待物料到达，然后机器人R1给Conv1发送停止指令，最后执行抓取动作。

下图是机器人R1控制传送带Conv1程序编辑界面。任务实施2.机器人R1上料程序（3）物料抓取

单击仿真开始按钮，“BasicFeeder”开始上料，当上料停止时，单击仿真暂停按钮。

在功能区单击“捕捉”按钮，在工件上选取机器人R1上料的抓取点，机器人R1将自动调整姿态使手爪到达选取点，如图所示；

在程序编辑器中记录该点为，动作方式为线性运行。任务实施2.机器人R1上料程序（4）添加手爪信号

通常在实际工作中，为了确保机器人抓稳，可将抓取动作延迟0.5s。

在SetOut语句后单击“延迟动作”图标，输入时间，如图所示。任务实施2.机器人R1上料程序（5）手爪动作配置

单击机器人R1，在“组件属性”窗口下方设置“动作配置”选项组，输出信号要与程序中使用的信号一致，即“输出”属性选择“15”，将“对时”属性设置为“抓取”，“使用工具”选择“GripperTCP”，如图所示。任务实施2.机器人R1上料程序（6）机器人R1将工件从传送带Conv1运送至变位机

本项目机器人R1抓取点到物料下边沿的距离为57.5mm，如图所示。任务实施2.机器人R1上料程序（7）在变位机上物料放置点处，添加“SetOut[15]==False”指令，使手爪松开，将物料放下去。

上料完成后，再让机器人R1回到等待点，等待执行下一次上料程序。运行仿真，检查是否有碰撞。至此，上料程序完成。任务实施2.机器人R1上料程序（8）机器人R1将物料搬运至变位机后，需要通知机器人R2开始焊接。在程序末尾添加指令“SetOut[0]==True”。完整的上料程序如图所示。任务实施3.机器人R2焊接程序

当机器人R1上料完成后，暂停程序。单击机器人R2，在新打开的程序编辑器中完成焊接程序编写。（1）设置工具坐标系。单击机器人R2，在“组件属性”窗口选择“点动”，“基坐标”选择“Uframe1”，“工具”选择“TCP”。（2）在程序编辑器中添加接收机器人R1上料完成信号的指令“WaitIn[0]==True”，即焊接开始信号。任务实施3.机器人R2焊接程序（3）焊接程序编写。

在本项目中，焊接工件内边框的一部分，焊缝位置为图所示的方框标识处。调整变位机姿态，使工件处于便于焊接的位置。任务实施3.机器人R2焊接程序

焊接轨迹编程有两种方式：①手动依次选择焊点，完成每个点位处的程序编