基于工業(yè)機器人物件搬運系統(tǒng)設(shè)計與制作

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摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計為工業(yè)機器人物件搬運系統(tǒng)的設(shè)計與制作。利用工業(yè)機器人技術(shù)來改善生產(chǎn)線上的搬運作業(yè)，從而替代工人重復(fù)性手動操作。該設(shè)計需要自己畫出夾具--吸盤，然后通過三維建模軟件CATIA設(shè)計出符合設(shè)計需要的夾具。目前工業(yè)機器人已經(jīng)擁有成熟的控制系統(tǒng)，通過編程與示教，對IRB120機器人的運動軌跡做出理想的路徑規(guī)劃，并對機器人運動范圍進(jìn)行完全的控制。根據(jù)程序的編寫來設(shè)定對工業(yè)機器人的運動路徑進(jìn)行物件搬運。應(yīng)用Smart組件創(chuàng)建動態(tài)輸送鏈，包含設(shè)定輸送鏈產(chǎn)品源，輸送鏈運動屬性，輸送鏈限位傳感器等等，從而實現(xiàn)對機器人的物件搬運控制，最后利用robot studio軟件對整個工作站的工作過程進(jìn)行仿真。均在設(shè)計思路、設(shè)計方法、設(shè)計過程、設(shè)計特點方面做了詳細(xì)的分析與說明。 關(guān)鍵詞：物件搬運、CATIA建模、Smart組件、robot studio仿真  Abstract The graduation design for the industrial robot handling system design and production. The use of industrial robot technology to improve the production line of the transport operations, thus replacing the manual repetitive manual operation. The design needs to draw the fixture - sucker, and then through the three-dimensional modeling software CATIA designed to meet the design needs of the fixture. At present, industrial robots already have mature control system, through programming and teaching, the IRB120 robot trajectory to make the ideal path planning, and the robot range of full control. According to the preparation of the program to set the industrial robot movement path for object handling. Application of Smart components to create a dynamic conveyor chain, including the set of conveyor chain product source, conveyor chain motion properties, conveyor chain limit sensor, etc., in order to achieve the robot object handling control, and finally the use of robot studio software work on the entire workstation simulation. Are in the design ideas, design methods, design process, design features to do a detailed analysis and description. Key words: Object handling、CATIA modeling Design、Smart components、 Robot studio simulation 目 錄 第一章 序言 1 1.1 機器人未來的發(fā)展趨勢 1 1.2 對IRB6400和IRB120型兩類機器人進(jìn)行簡介 2 1.2.1 IRB6400型機器人 2 1.2.2 IRB120型機器人 3 第二章 操作機器人 4 2.1 示教器 4 2.1.1 示教器簡介 4 2.1.2 注意事項與故障處理 5 2.2 機器人數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù) 5 2.2.1 機器人的手動操作 5 2.2.2 單軸運動 5 2.2.3 線性運動與重定位運動 6 2.3 機器人操作 6 2.3.1 TCP的設(shè)定 6 2.4 機器人使用及注意事項 7 第三章 CATIA建模 8 3.1 用CATIA創(chuàng)建支架模型 8 3.1.1 新建三維模型 8 3.1.2 創(chuàng)建支架的基礎(chǔ)特征 8 3.1.3 創(chuàng)建吸盤的基礎(chǔ)特征 10 3.1.4 裝配設(shè)計 11 3.1.5 裝配中的“相合”與“接觸”約束 11 3.2 用CATIA創(chuàng)建托盤模型 12 3.2.1 新建三維模型 12 3.2.2 創(chuàng)建托盤的零部件 12 3.2.3 托盤零部件的裝配設(shè)計 12 3.2.4 使用“接觸”約束多個零部件 13 3.3 用CATIA創(chuàng)建托盤座模型 14 3.3.1 新建三維模型 14 3.3.2 創(chuàng)建托盤座的零部件 14 3.3.3 托盤座零部件的裝配設(shè)計 16 3.4 用CATIA創(chuàng)建擋風(fēng)玻璃模型 18 3.4.1 新建三維模型 18 3.4.2 創(chuàng)建擋風(fēng)玻璃的草圖 18 3.4.3 “橋接”命令制作 18 3.5 用CATIA創(chuàng)建底座模型 19 3.5.1 新建三維模型 19 3.5.2 創(chuàng)建底座草圖 19 3.5.3 創(chuàng)建底座斜面凸臺 20 3.6 創(chuàng)建凹槽與Y型凸臺 21 3.6.1 凹槽草圖 21 第四章 用Smart組件創(chuàng)建動態(tài)輸送鏈 23 4.1 Smart組件輸送鏈動態(tài)效果 23 4.2 應(yīng)用Smart組件設(shè)定輸送鏈的產(chǎn)品源 23 4.2.1 設(shè)定輸送鏈的產(chǎn)品源 23 4.2.2 Source組件的屬性設(shè)置 23 4.3 應(yīng)用Smart組件設(shè)定輸送鏈的運動屬性 24 4.3.1 設(shè)定輸送鏈的運動屬性 24 4.3.2 Linear Mover 屬性設(shè)置 24 4.4 應(yīng)用Smart組件設(shè)定輸送鏈限位傳感器 25 4.4.1 設(shè)定輸送鏈限位傳感器 25 4.4.2 Logic Gale 屬性設(shè)置 26 4.5 創(chuàng)建Smart組件屬性與連結(jié) 26 4.5.1 設(shè)定屬性連結(jié) 27 4.6 創(chuàng)建Smart組件的信號與連接 27 4.6.1 設(shè)定信號連接 27 4.6.2 仿真運行 30 總 結(jié) 31 致 謝 32 參考文獻(xiàn) 33 獨創(chuàng)性聲明 34 關(guān)于論文使用授權(quán)的說明 34 V 第一章 序言 20世紀(jì)50年代末，美國在機械手和操作機的基礎(chǔ)上，采用伺服機構(gòu)和自動控制等技術(shù)，研制出有通用性的獨立的工業(yè)用自動操作裝置，并將其稱為工業(yè)機器人。 工業(yè)機器人（Industrial Robot，簡稱IR）是指在工業(yè)中應(yīng)用的一種能進(jìn)行自動控制的、可重復(fù)編程的、多功能的、多自由度的、多用途的操作機，能搬運材料、工件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。且這種操作機可以固定在一個地方，也可以在往復(fù)運動的小車上。在無人參與的情況下，工業(yè)機器人可以自動按不同軌跡、不同運動方式完成規(guī)定動作和各種任務(wù)。機器人和機械手的主要區(qū)別是：機械手是沒有自主能力，不可重復(fù)編程，只能完成定位點不變的簡單的重復(fù)動作；機器人是由計算機控制的，可重復(fù)編程，能完成任意定位的復(fù)雜運動。 工業(yè)機器人是集機械、電子、控制、計算機、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。工業(yè)機器人是最典型的機電一體化數(shù)字化裝備，技術(shù)附加值很高，應(yīng)用范圍很廣，作為先進(jìn)制造業(yè)的支撐技術(shù)和信息化社會的新興產(chǎn)業(yè)，將對未來生產(chǎn)和社會發(fā)展起著越來越重要的作用。 60年代初，美國研制成功兩種工業(yè)機器人，并很快地在工業(yè)生產(chǎn)中得到應(yīng)用；1969年，美國通用汽車公司用21臺工業(yè)機器人組成了焊接轎車車身的自動生產(chǎn)線。此后，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家都很重視研制和應(yīng)用工業(yè)機器人。 隨著工業(yè)機器人向更深更廣方向的發(fā)展以及機器人智能化水平的提高，機器人的應(yīng)用范周還在不斷地擴大，已從汽車制造業(yè)推廣到其他制造業(yè)，進(jìn)而推廣到諸如采礦機器人、建筑業(yè)機器人以及水電系統(tǒng)維護(hù)維修機器人等各種非制造行業(yè)。此外，在國防軍事、醫(yī)療衛(wèi)生、生活服務(wù)等領(lǐng)域機器人的應(yīng)用也越來越多，如無人偵察機、警備機器人、醫(yī)療機器人、家政服務(wù)機器人等均有應(yīng)用實例。機器人正在為提高人類的生活質(zhì)量發(fā)揮著重要的作用。 工業(yè)機器人市場的大幕已經(jīng)拉開，世界機器人市場的需求即將進(jìn)人噴發(fā)期，中國潛在的巨大機械設(shè)備生產(chǎn)市場需求已初露端倪，工業(yè)機器人進(jìn)軍機床行業(yè)投資前景可期。 工業(yè)機器人能替代越來越昂貴的勞動力，同時能提升工作效率和產(chǎn)品品質(zhì)。富士康機器人可以承接生產(chǎn)線精密零件的組裝任務(wù)，更可替代人工在噴涂、焊接、裝配等不良工作環(huán)境中工作，并可與數(shù)控超精密鐵床等工作母機結(jié)合模具加工生 產(chǎn)，提高生產(chǎn)效率，替代部分非技術(shù)工人。 1.1 機器人未來的發(fā)展趨勢 曾經(jīng)以人力資源支持成為”世界工廠”的中國，正在成為工業(yè)機器人的最大買家。據(jù)英國《金融時報》引用位于德國的世界機器人聯(lián)合會統(tǒng)計數(shù)據(jù)稱，2013年中國購買了36560臺工業(yè)機器人，超過美國和日本，成為最大的工業(yè)機器人購買國。 2011年，為蘋果代工的富士康宣稱要用三年多時間建立“百萬機器人軍隊”，以替代工人重復(fù)性手動操作。2013年中國購買工業(yè)機器人數(shù)量較2012年增長了近60%，首次超過了以技術(shù)的利用見長的日本。2008年至2013年，中國每年機器人進(jìn)口量平均增幅達(dá)36%。國際電力和自動化技術(shù)領(lǐng)先企業(yè)ABB的機器人部主管倪恩德表示，“中國以成為增長最快的機器人市場，幾年之后，中國機器人市場的規(guī)模將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于全球第二大、第三大市場”。 工業(yè)機器人在許多生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實踐證明，它在提高生產(chǎn)自動化水平，提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目的作用，引起了世界各國和社會各層人士的廣泛關(guān)注。在新的世紀(jì)，機器人工業(yè)必將得到更加快速的發(fā)展和更加廣泛的應(yīng)用。 工業(yè)機器人的技術(shù)發(fā)展趨勢 從近幾年世界機器人推出的產(chǎn)品來看，工業(yè)機器人技術(shù)正在向智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展，其發(fā)展趨勢主要為：結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；控制技術(shù)的開放化、PC化和網(wǎng)絡(luò)化；伺服驅(qū)動技術(shù)的數(shù)字化和分散化；多傳感器融合技術(shù)的實用化；工作環(huán)境設(shè)計的優(yōu)化和作業(yè)的柔性化以及系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化和智能化等方面。 在國外，工業(yè)機器人技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備被工業(yè)界廣泛應(yīng)用。從而，相繼形成了一批具有影響力的、著名的工業(yè)機器人公司，它們包括：瑞典的ABB Robotics，日本的FANUC、Yaskawa，德國的KUKA Roboter，美國的Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics，意大利COMAU，英國的AutoTech Robotics，加拿大的Jcd International Robotics，以色列的Robogroup Tek公司，這些公司已經(jīng)成為其所在地區(qū)的支柱性產(chǎn)業(yè)。在國內(nèi)，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)剛剛起步，但增長的勢頭非常強勁。如中國科學(xué)院沈陽自動化所投資組建的新松機器人公司，年利潤增長在40%左右。 全球最大的汽車制造業(yè)---中國汽車產(chǎn)業(yè)對機器人的需求占了60%，由此可以看出，我國是非常注重和推崇工業(yè)機器人的發(fā)展，在未來，機器人行業(yè)將會取代大部分人工。 1.2 對IRB6400和IRB120型兩類機器人進(jìn)行簡介 1.2.1 IRB6400型機器人 1、簡介 IRB 6400R在同類機器人精確度最高、剛度最大，非常適合用于鋁鑄件的清理及預(yù)加工等場合。 （1）可靠性強——正常運行時間長 采用成熟設(shè)計，維護(hù)工作量降至最低，正常工作時間長。 （2）安全性佳——安全的投資 先進(jìn)運動控制功能和碰撞檢測功能可顯著減小工具或工件的損壞風(fēng)險。 （3）速度快——操作周期時間短 采用ABB獨有的控制技術(shù)，機器人始終能夠根據(jù)實際載荷對加速度和減速度進(jìn)行優(yōu)化，盡可能縮短操作周期時間。 （4）精度高——零件生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定 具有一流的路徑跟蹤精度和重復(fù)定位精度（RP=1.0mm），配套使用ABB TrueMove功能，該機器人不論速度如何，均可保持運行路徑始終不變。 （5）堅固耐用——適合惡劣生產(chǎn)環(huán)境 IRB 6400R機器人采用材料強度很高的全鋼結(jié)構(gòu)，其手臂經(jīng)過機械平衡處理并配有雙軸承。鑄造專家型器人的整個機械臂達(dá)到IP67級密閉性，耐高壓蒸汽清洗，非常適合應(yīng)用于惡劣生產(chǎn)環(huán)境。 2、技術(shù)參數(shù) 6400R/2.5-200 2.5m 200kg 6400R/2.8-200 2.8m 200kg 1.2.2 IRB120型機器人 性能特征: ABB推出一款迄今最小的多用途工業(yè)機器人——緊湊、敏捷、輕量的六軸IRB 120，僅重25kg，荷重3kg（垂直腕為4kg），工作范圍達(dá)580mm。 在尺寸大幅縮小的情況下，IRB 120繼承了該系列機器人的所有功能和技術(shù)，為縮減機器人工作站占地面積創(chuàng)造了良好條件。緊湊的機型結(jié)合輕量化的設(shè)計，成就了IRB 120卓越的經(jīng)濟(jì)性與可靠性，具有低投資、高產(chǎn)出的優(yōu)勢。 IRB 120的最大工作行程為411mm，底座下方拾取距離112mm 應(yīng)用范圍：電子、食品飲料、機械、太陽能、制藥、醫(yī)療、研究等領(lǐng)域。 為縮減機器人占用空間，IRB 120可以任何角度安裝在工作站內(nèi)部、機械設(shè)備上方或生產(chǎn)線上其他機器人的近旁。機器人第1軸回轉(zhuǎn)半徑極小，更有助于縮短與其他設(shè)備的間距。 第二章 操作機器人 2.1 示教器 2.1.1 示教器簡介 示教器又叫示教編程器(以下簡稱示教器)是機器人控制系統(tǒng)的核心部件，是一個用來注冊和存儲機械運動或處理記憶的設(shè)備，該設(shè)備是由電子系統(tǒng)或計算機系統(tǒng)執(zhí)行的。 示教器維修是示教器維護(hù)和修理的泛稱，是針對出現(xiàn)故障的示教器通過專用的高科技檢測設(shè)備進(jìn)行排查，找出故障的原因，并采取一定措施使其排除故障并恢復(fù)達(dá)到一定的性能。確保機器人正常使用。 示教器是進(jìn)行機器人的手動操作、程序編寫、參數(shù)配置以及監(jiān)控用的手持裝置。 圖1.1.1-1 示教器介紹 上圖是ABB機器人示教器，其中A是示教器與控制柜之間的連接電纜，B是觸摸屏，C是急停開關(guān)，D是手動操縱桿，E是數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)用USB接口（可插U盤/移動硬盤等存儲設(shè)備），F(xiàn)是使能按鈕。 使能按鈕是為保證操作人員人身安全而設(shè)計的。使能按鈕分為兩檔，在手動狀態(tài)下第一檔按下去機器人將處于電機開啟狀態(tài)。只有在按下使能按鈕并保持在“電機開啟”的狀態(tài)才可以對機器人進(jìn)行手動的操作和程序的調(diào)試。第二檔按下時機器人會處于防護(hù)停止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)發(fā)生危險時（處于驚嚇）人會本能地將使能按鈕松開或者按緊，這兩種情況機器人都會馬上停下來，保證了人身與設(shè)備的安全。 2.1.2 注意事項與故障處理 1，示教機器人前先確認(rèn)下列檢查步驟，如發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)立即改正，并確認(rèn)其他必須做的工作均已完成。檢查機器人的運動有無異常的問題；檢查外部電纜的絕緣及遮蓋物是否損害。 2，示教器使用完畢后，務(wù)必掛回到控制柜的鉤子上。 如果示教器放在機器人上或者地面上，會因摔落或者重壓引起示教器損壞。示教器觸摸不良或局部不靈(更換觸摸面板)；示教器無顯示(維修或更換內(nèi)部主板或液晶屏)；示教器顯示不良、豎線、豎帶、花屏等(更換液晶屏)；示教器按鍵不良或不靈(更換按鍵面板)；示教器操縱桿XYZ軸不良或不靈(更換操縱桿)；急停按鍵失效或不靈(更換急停按鍵)；數(shù)據(jù)線不能通訊或不能通電，內(nèi)部有斷線等(更換數(shù)據(jù)線)。 2.2 機器人數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù) 2.2.1 機器人的手動操作 定期對機器人數(shù)據(jù)進(jìn)行備份，是保證保證機器人進(jìn)行正常工作的良好習(xí)慣。ABB機器人數(shù)據(jù)備份的對象是所有正在運行的RAPID程序和系統(tǒng)參數(shù)。當(dāng)機器人系統(tǒng) 出現(xiàn)錯亂或者重新安裝新系統(tǒng)以后，可以快速恢復(fù)機器人系統(tǒng)。 圖2.1-1 數(shù)據(jù)備份與恢復(fù) 在恢復(fù)系統(tǒng)時，不能將一臺機器人的備份恢復(fù)到另外一臺機器人中去，這樣做會造成系統(tǒng)故障?？梢詫⒊绦蚝虸/O的定義做成通用的，分別單獨導(dǎo)入程序和EIO文件。 2.2.2 單軸運動 手動單軸運動非常簡單，需要熟練操作機器人，掌握好手感，能夠清楚的知道操作桿與機器人運動的方向，能通過操作桿控制運動速度。 2.2.3 線性運動與重定位運動 圖2.1.2-1 手動操作 在實際手動操作時，需要注意工具坐標(biāo)與工件坐標(biāo)的選擇，這將關(guān)系到機器人的運動方向，調(diào)試過程中多觀察任務(wù)欄、運動方式、增量、速度和坐標(biāo)的選擇。 2.3 機器人操作 2.3.1 TCP的設(shè)定 TCP的設(shè)定原理如下： 1、首先在機器人工作范圍內(nèi)找一個非常精確的固定點作為參考點。 2、然后在工具上確定一個參考點（最好是工具的中心點）。 3、用之前介紹的手動操縱機器人的方法，去移動工具上的參考點，以四種以上不同的機器人姿態(tài)盡可能與固定點剛好碰上。為了獲得更準(zhǔn)確的TCP，可以使用六點法進(jìn)行操作，第四點是用工具的參考點垂直于固定點，第五點是工具參考點從固定點想向?qū)⒁O(shè)定為TCP的X方向移動，第六點是工具參考點從固定點向?qū)⒁O(shè)定為TCP的Z方向移動。 4、機器人通過這個位置數(shù)據(jù)計算求得TCP的數(shù)據(jù)，然后TCP的數(shù)據(jù)就保存在tooldata這個程序數(shù)據(jù)中被程序進(jìn)行調(diào)用。 圖 3.1.1-1 設(shè)置TCP 2.4 機器人使用及注意事項 1、打開機器人總開關(guān)后，必須先檢查機器人在不在原點位置，如果不在，請手動跟蹤機器人返到原點，嚴(yán)禁打開機器人總開關(guān)后，機器人不在原點時按啟動按鈕啟動機器人。 2、打開機器人總開關(guān)后，檢查外部控制盒外部急停按鈕有沒有按下去，如果按下去了就先打上來，然后點亮示教盒上的伺服燈，再去按啟動按鈕啟動機器人，嚴(yán)禁打開機器人總開關(guān)后，外部急停按鈕按下去生效時，按啟動按鈕啟動機器人。如果當(dāng)外部急停按鈕按下去生效時，按啟動按鈕啟動機器人時，馬上選擇手動模式把打開的程序關(guān)閉，再選擇自動模式，點亮伺服燈，按復(fù)位按鈕讓機器人繼續(xù)工作。 3、在機器人運行中，需要機器人停下來時，可以按外部急停按鈕、暫停按鈕、示教盒上的急停按鈕，如需再繼續(xù)工作時，可以按復(fù)位鈕讓機器人繼續(xù)工作。 4、在機器人運行時暫停下來修改程序的情況下，選擇手動模式后進(jìn)行修改程序，當(dāng)改完程序后，一定要注意程序上的光標(biāo)必須和機器人現(xiàn)有的位置一致，然后再選擇自動模式，點亮伺服燈，按復(fù)位按鈕讓機器人繼續(xù)工作。 5、關(guān)閉機器人電源前，不用按外部急停按鈕，可以直接關(guān)閉機器人電源。 6、當(dāng)發(fā)生故障或報警時，請把報警代碼和內(nèi)容記錄下，以便向技術(shù)人員提供解決問題。 第三章 CATIA建模 3.1 用CATIA創(chuàng)建支架模型 3.1.1 新建三維模型 選擇菜單中的文件→“新建”命令（或在“標(biāo)準(zhǔn)”工作欄中單擊新建按鈕），此時系統(tǒng)彈出如圖3.1.1-1 圖3.1.1-1 列表類型“Part” 3.1.2 創(chuàng)建支架的基礎(chǔ)特征 基礎(chǔ)特征是一個零件的主要結(jié)構(gòu)特征。凸臺特征是通過對封閉截面輪廓進(jìn)行單向或雙向拉伸建立三維實體的特征，它是最基本且經(jīng)常使用的零件造型指令。 圖3.1.2-1 支架草圖 退出草圖，點擊“凸臺”命令，長度設(shè)為48mm，如圖3.2-2所示 圖3.1.2-2 支架基礎(chǔ)部分 然后選擇凸臺的上表面作為平面，畫出長228mm、寬152mm的長方形，退出草圖，點擊“凸臺”命令設(shè)置長度為16mm，并以該凸臺的表面為平面畫出一個半徑為48mm的圓如圖3.2-3所示， 圖3.1.2-3 支架中間部分 在畫出圓柱后，并以圓柱的上表面為平面畫出一個直徑160mm的圓，退出草圖，點擊“凸臺”命令設(shè)置長度為16mm，如圖3.2-4所示， 圖3.1.2-4 支架上半部分 以支架的最下表面為平面，分別取6點依次是（114,214），（-114,214），（114，-214），（-114，-214），（114,0），（-114,0）；完成后退出草圖，點擊“凸臺”命令，設(shè)置其長度為24mm，如圖3.2-5所示 圖3.2-5 支架底端部分 3.1.3 創(chuàng)建吸盤的基礎(chǔ)特征 選擇菜單中的文件→“新建”命令（或在“標(biāo)準(zhǔn)”工作欄中單擊新建按鈕） 建立Part2的文件。選擇“輪廓”命令，取頂長12mm，底長36mm，高32mm的一個梯形，并且退出草圖，點擊“旋轉(zhuǎn)體”命令，以高為基準(zhǔn)，旋轉(zhuǎn)360度，形成一個吸盤，如圖3.3-1所示 圖3.1.3-1 吸盤 注意事項： （1）開始繪制草圖時，沒有必要很精確的繪制截面草圖的幾何形狀、位置和尺寸。只需要繪制一個很粗略的大概形狀。 （2）尺寸的修改往往安排在建立完約束以后進(jìn)行。 （3）注意修改尺寸的順序，先修改對截面外觀影響不大的尺寸。 3.1.4 裝配設(shè)計 CATIA 的裝配模塊用來建立零件間的相對位置關(guān)系，從而形成裝配體；它擁有自底向上和自頂向下兩種裝配功能。首先設(shè)計好全部零件，然后將零件作為部件添加到裝配體中，則稱為自底向上裝配。如果先設(shè)計好裝配模型，然后在裝配體中組建模型。最后生成零件模型，測稱為自頂向下裝配。 3.1.5 裝配中的“相合”與“接觸”約束 使用“相合”約束可以使兩個裝配部件中的兩個平面重合，并且可以調(diào)整平面方向；也可以使兩條直線（包括軸線）或者兩個點重合。首先將小圓柱和吸盤移動到較近的位置，然后點擊“相合”約束，選取小圓柱和吸盤的中心線，并且更新，接著點擊“接觸”約束，分別選取小圓柱的上表面和吸盤下表面，最后更新，如圖3.4.1-1所示， 圖3.1.5-1 “相合”約束和“接觸”約束 按照之前的步驟，依次將六個吸盤裝配到支架上，如圖3.1.5-2所示 圖3.1.5-2 完成支架 3.2 用CATIA創(chuàng)建托盤模型 3.2.1 新建三維模型 選擇菜單中的文件→“新建”命令（或在“標(biāo)準(zhǔn)”工作欄中單擊新建按鈕），此時系統(tǒng)彈出如圖3.1.1-1，選擇Part 圖3.2.1-1 列表類型“Part” 3.2.2 創(chuàng)建托盤的零部件 木板1號：長，高，寬（1000,20,90） 單位：mm 木板2號：長，高，寬（1000,20,140） 木板3號：長，高，寬（1200,20,90） 木板4號：長，高，寬（1200,20,140） 木塊1號：長，寬，高（140,75,90） 木塊1號：長，寬，高（140,75,1400） 3.2.3 托盤零部件的裝配設(shè)計 創(chuàng)建CATIA的裝配設(shè)計，選擇Product與“現(xiàn)有部件”進(jìn)行添加，使用“操作”命令把零部件進(jìn)行移位，能使零部件的裝配起到最好的作用。在移位過程中，要注意X、Y、Z軸之間，不然很容易會錯位，導(dǎo)致零部件移到了其他地方。 首先把木板4號和木板2號進(jìn)行“相合”約束兩個零部件，再點擊“接觸”約束，之后點擊“偏移”約束，設(shè)置零部件兩兩之間的距離為20mm，最后依次進(jìn)行更新，得到如圖3.2.3-1 所示  圖3.2.3-1 “接觸”約束各零件圖 按照之前所用的約束，把圖3.2.3-1右圖補充完整，如圖3.2.3-2所示 圖3.2.3-2 “接觸”約束各零件圖 3.2.4 使用“接觸”約束多個零部件 將木板3號與木板1號、2號進(jìn)行“接觸”約束，并進(jìn)行更新，得到圖3.2.4-1所示 ’ 圖3.2.4-1“接觸”約束各零件圖 將木塊1號和木塊2號添加到Product里，使用“操作”命令將其移動到合適位置，再用“接觸”約束，得到如圖3.2.4-2所示 圖3.2.4-2 “接觸”約束各零件圖 最后將木板2號添加到Product中，使用“操作”命令將其移動到合適位置，再用“接觸”約束，得到如圖3.2.4-3所示 圖3.2.4-3 “接觸”約束各零件圖 3.3 用CATIA創(chuàng)建托盤座模型 3.3.1 新建三維模型 選擇菜單中的文件→“新建”命令（或在“標(biāo)準(zhǔn)”工作欄中單擊新建按鈕），此時系統(tǒng)彈出如圖3.1.1-1，選擇Part 3.3.2 創(chuàng)建托盤座的零部件 使用“輪廓”命令和“倒圓角”命令，建立如圖3.3.2-1所示 圖3.3.2-1 零件圖草圖 退出草圖，使用“凸臺”命令，分別將長度設(shè)置為1250mm、1120mm，并以第一個圖的側(cè)面為表面畫出長100mm，寬30mm的長方形如圖3.3.2-2所示 圖3.3.2-2 完成零件圖 退出草圖，使用“凸臺”命令，長度設(shè)置為100mm；之后以該長方體的上表面為平面，在中心位置畫出半徑為20mm的圓，在使用“凹槽”命令，設(shè)置深度為30mm；最后使用“倒圓角”命令，選擇長方體的棱邊，半徑為10mm，得到如圖3.3.2-3所示 圖 3.3.2-3 完成各零件圖 3.3.3 托盤座零部件的裝配設(shè)計 創(chuàng)建CATIA的裝配設(shè)計，選擇Product與“現(xiàn)有部件”進(jìn)行添加，使用“操作”命令把零部件進(jìn)行移位，這樣能使零部件的裝配起到最好的作用。在移位過程中，要注意X、Y、Z軸，在托盤座裝配期間，特別要用到XY軸、XZ軸、YZ軸來進(jìn)行移位，在立體圖中非常容易混淆視覺。把添加的兩個零部件移到合適的位置，使用“接觸”約束 得到如圖3.3.3-1所示 圖3.3.3-1 “接觸”約束各零件圖 點擊“現(xiàn)有部件”命令，添加零部件，使用“操作”命令使其移到合適的位置，再使用“接觸”約束，得到如圖3.3.3-2所示 圖3.3.3-2 “接觸”約束各零件圖 最后添加剩下的零部件，使用“接觸”約束，得到如圖3.3.3-3所示 圖3.3.3-3 “接觸”約束各零件圖 所有的裝配設(shè)計與裝配零部件保存在論文文件夾中。 3.4 用CATIA創(chuàng)建擋風(fēng)玻璃模型 3.4.1 新建三維模型 選擇“開始”中的“形狀”，然后點擊“創(chuàng)成式外形設(shè)計”創(chuàng)建零件圖Part， 3.4.2 創(chuàng)建擋風(fēng)玻璃的草圖 點擊“樣條線”命令畫出擋風(fēng)玻璃的草圖，如圖3.4.2-1所示 圖 3.4.2-1 擋風(fēng)玻璃草圖 3.4.3 “橋接”命令制作 “插入”命令中選擇“曲面”，然后點擊“橋接”命令，如圖所示 圖 3.4.3-1 擋風(fēng)玻璃 3.5 用CATIA創(chuàng)建底座模型 3.5.1 新建三維模型 選擇菜單中的文件→“新建”命令（或在“標(biāo)準(zhǔn)”工作欄中單擊新建按鈕），此時系統(tǒng)彈出如圖3.1.1-1，選擇Part 3.5.2 創(chuàng)建底座草圖 繪制草圖、使用“凸臺”命令建立機器人底座支架，如圖所示 圖3.5.2-1 底座草圖 以xy為基礎(chǔ)建立平面1，偏移1500，如圖所示 圖 3.5.2-2 建立支撐腳 以平面1為基礎(chǔ)，進(jìn)入平面1草圖，采用凸臺的命令繪制底座外形輪廓，如圖所示 圖3.5.2-3 底座 3.5.3 創(chuàng)建底座斜面凸臺 以y z平面為參考平面建立新的平面2，偏移距離為460 ，通過平面2進(jìn)入草圖，從外側(cè)邊線向內(nèi)偏移340，底座下端向下偏移250，連接兩條線，再通過偏移指令畫出相距150的平行線，定義凸臺，采用雙向限制，長度都為75.如圖所示 圖 3.5.3-1 斜面凸臺  通過凸臺1進(jìn)入草圖，繪制橫桿草圖距底高200，寬150；采用圓形陣列，角度90. 圖 3.5.3-2 底部凸臺 3.6 創(chuàng)建凹槽與Y型凸臺 3.6.1 凹槽草圖 以凸臺2底面為基準(zhǔn)進(jìn)入草圖，畫長寬770的正方形；然后采用凹槽指令，深度150以y z平面進(jìn)入草圖，繪制如圖草圖，然后采用凸臺指令 圖 3.6.1-1 凹槽草圖 以底座的上表面為平面創(chuàng)建螺帽草圖，然后使用凸臺命令，長度為2mm；之后以Y Z平面建立凹槽草圖，長度為2mm；最后在創(chuàng)建草圖Y形狀的凸臺，長度為150mm。如圖所示 圖 3.6.1-2 底座 所有的零件圖與裝配圖都保存在文件夾里。  第四章 用Smart組件創(chuàng)建動態(tài)輸送鏈 4.1 Smart組件輸送鏈動態(tài)效果 （1）、輸送鏈前端自動生成產(chǎn)品 （2）、產(chǎn)品隨著輸送鏈向前運動 （3）、產(chǎn)品到達(dá)輸送鏈末端后停止運動 （4）、產(chǎn)品移走后輸送鏈前端再次生成產(chǎn)品 在Robot Studio中建立碼垛的仿真工作站，輸送鏈在仿真工作站中必不可少，它的動態(tài)效果對整個工作站起到一個至關(guān)重要的作用。Smart組件功能就是在Robot Studio中實現(xiàn)動畫效果的高效工具。 4.2 應(yīng)用Smart組件設(shè)定輸送鏈的產(chǎn)品源 4.2.1 設(shè)定輸送鏈的產(chǎn)品源 打開創(chuàng)建好的工作站 在建模功能選項卡中點擊Smart組件，新建一個Smart組件 右擊該組件，將其重命名為 SC_InFeeder 點擊 添加組件 選擇動作列表中的 Source 4.2.2 Source組件的屬性設(shè)置 把 Source欄 選為 SC_輸送鏈1/物料1 ，如圖所示： 圖 4.2.2-1 創(chuàng)建Source組件 子組件 Source用于設(shè)定產(chǎn)品源，每當(dāng)觸發(fā)一次 Source執(zhí)行，都會自動生成一個產(chǎn)品源的復(fù)制品。 4.3 應(yīng)用Smart組件設(shè)定輸送鏈的運動屬性 4.3.1 設(shè)定輸送鏈的運動屬性 （1）點擊 添加組件 選擇 其它 列表中的 Queue 字組件 Queue 可以將同類物體做列表處理，此處Queue 暫時必須要設(shè)置其屬性. （2）點擊 添加組件 選擇 本體 列表中的 Linear Mover 其屬性包含指定運動物體、運動方向、運動速度、參考坐標(biāo)系等。 4.3.2 Linear Mover 屬性設(shè)置 圖 4.3.2-1 創(chuàng)建Linear mover組件 將Object 選為 SC_輸送鏈1/Queue，指運動物體； Direction 中第一項數(shù)值設(shè)為-100，指運動方向為大地坐標(biāo)的X軸負(fù)方向； Speed 設(shè)為500，指運動速度； Execute 設(shè)置為1，指運動處于執(zhí)行狀態(tài)。 4.4 應(yīng)用Smart組件設(shè)定輸送鏈限位傳感器 4.4.1 設(shè)定輸送鏈限位傳感器 點擊 “添加組件” 選擇 傳感器 列表中的 Plane Sensor 點擊 Origin 輸入框，選擇合適的捕捉位置 根據(jù) X、Y、Z軸，在 Axis 1中Y軸輸入450 ；在Axis 2中的Z軸輸入80，然后形成下圖的擋板，如圖所示： 圖 4.4.1-1 創(chuàng)建傳感器 在輸送鏈末端的擋板處設(shè)置面?zhèn)鞲衅鳎O(shè)定方法為捕捉一個點作為面的原點,然后設(shè)定基于原點的兩個延伸軸方向及長度（參考大地坐標(biāo)方向），就構(gòu)成一個平面。 在工作站中，也可以直接將數(shù)值輸入到對應(yīng)的數(shù)值框中，來創(chuàng)建圖中顯示的平面，此平面作為傳感器來檢測產(chǎn)品到位，并會自動輸入一個信號，用于邏輯控制。 虛擬傳感器一次只能檢測一個物體，所以就需要保證所創(chuàng)建的傳感器不能與周邊設(shè)備接觸，否則無法檢測運動到輸送鏈末端的產(chǎn)品?？梢栽趧?chuàng)建時避開周邊設(shè)備，但通常將可能與傳感器接觸的周邊設(shè)備的屬性設(shè)置為“不可由傳感器檢測”。 如圖所示： 圖 4.4.1-2 設(shè)置不可由傳感器檢測 4.4.2 Logic Gale 屬性設(shè)置 圖 4.4.2-1 創(chuàng)建Logic Gate【NOT】組件 將“Operator”欄設(shè)為“NOT” 在Smart組件應(yīng)用中只有信號0至1的變化發(fā)生時，才可以觸發(fā)事件。假如有一個信號A，我們希望當(dāng)信號A由0變1時觸發(fā)事件B1，信號A由1變0時觸發(fā)事件B2；前者可以直接連接進(jìn)行觸發(fā)，但是后者就需要引入一個非門與信號A相連接，這樣當(dāng)信號A由1變0時，經(jīng)過非門運算之后則轉(zhuǎn)換成了由0變1，然后再與事件B2連接，實現(xiàn)的最終效果就是當(dāng)信號A由1變0時觸發(fā)了事件B。 4.5 創(chuàng)建Smart組件屬性與連結(jié) 屬性連結(jié)指的是各Smart子組件的某項屬性之間的連結(jié)。 4.5.1 設(shè)定屬性連結(jié) 在Smart組件中進(jìn)入“屬性與連結(jié)”選項卡 點擊“添加連結(jié)” 圖 4.5.1-1 Source連結(jié) Source的Copy指的是源的復(fù)制品，Queue的Back指的是下一個將要加入隊列的物體。通過這樣的連結(jié)，可實現(xiàn)產(chǎn)品源產(chǎn)生一個復(fù)制品，執(zhí)行加入隊列動作后，該復(fù)制品會自動加入到隊列Queue中，而Queue是一直執(zhí)行線性運動的，則生成的復(fù)制品也會隨著隊列進(jìn)行線性運動，而當(dāng)執(zhí)行退出隊列操作時，復(fù)制品退出隊列之后就停止線性運動。 4.6 創(chuàng)建Smart組件的信號與連接 I/O信號指的是在本工作站中自行創(chuàng)建的數(shù)字信號，用于與各個Smart子組件進(jìn)行信號交互。 I/O連接指的是設(shè)定創(chuàng)建的I/O信號與Smart子組件信號的連接關(guān)系，以及各Smart子組件之間的信號連接關(guān)系。 4.6.1 設(shè)定信號連接 在Smart組件中進(jìn)入“信號與連接”選項卡 點擊“添加I/O Signals” （1）信號類型選擇“Digital Input”，信號名稱輸入“Start CNV” （2）信號類型選擇“Digital Output”，信號名稱輸入“BoxInPos” 如圖所示： 圖 4.6.1-1 創(chuàng)建輸入、輸出信號 之后建立I/O連接：點擊“添加I/O Connection”，創(chuàng)建的Start CNV去觸發(fā)組件執(zhí)行動作，則產(chǎn)品源會自動產(chǎn)生一個復(fù)制品，如圖4.6.1-2所示； 圖 4.6.1-2 SC_InFeeder連接與Source連接 產(chǎn)品源產(chǎn)生的復(fù)制品完成信號觸發(fā)Queue的加入隊列動作，則產(chǎn)生的復(fù)制品自動加入隊列Queue，當(dāng)復(fù)制品與輸送鏈末端的傳感器發(fā)生接觸后，傳感器將其本身的輸出信號Sensor Out置為1，利用此信號觸發(fā)Queue的退出隊列動作，則隊列里面的復(fù)制品自動退出隊列，如圖4.6.1-3所示； 圖4.6.1-3 Plane Sensor連接 當(dāng)復(fù)制品與輸送鏈末端的傳感器發(fā)生接觸后，傳感器將其本身的輸出信號Sensor Out置為1，利用此信號觸發(fā)Queue的退出隊列動作，則隊列里面的復(fù)制品自動退出隊列，當(dāng)產(chǎn)品運動到輸送鏈末端與限位傳感器發(fā)生接觸時，將BoxInPos置為1，表示產(chǎn)品已到位，將傳感器的輸出信號與非門進(jìn)行連接，則非門的信號輸出變化和傳感器輸出信號變化正好相反。 圖 4.6.1-4 Plane Sensor連接 非門的輸出信號去觸發(fā)Source的執(zhí)行，則實現(xiàn)的效果為當(dāng)傳感器的輸出信號由1變?yōu)?時，觸發(fā)產(chǎn)品源Source產(chǎn)生一個復(fù)制品。 根據(jù)圖4.6.1-1到4.6.1-7各I/O連接圖片所示，仔細(xì)設(shè)定各個I/O連接中的源對象、源信號、目標(biāo)對象、目標(biāo)信號，如圖4.6.1-8所示， 圖 4.6.1-8 總覽圖 總共創(chuàng)建了6個I/O連接： （1）利用自己創(chuàng)建的啟動信號Start CNV觸發(fā)一次Source，使其產(chǎn)生一個復(fù)制品； （2）復(fù)制品產(chǎn)生之后自動加入到設(shè)定好的隊列Queue中，則復(fù)制品隨著Queue一起沿著輸送鏈運動； （3）（4）當(dāng)復(fù)制品運動到輸送鏈末端，與設(shè)置的面?zhèn)鞲衅鱌lane Sensor接觸后，該復(fù)制品退出隊列Queue，并且將產(chǎn)品到位信號BoxInPos置為1； （5）（6）通過非門中間的連接，最終實現(xiàn)當(dāng)復(fù)制品與面?zhèn)鞲衅鞑唤佑|后，自動觸發(fā)Source再產(chǎn)生一個復(fù)制品，依次循壞。 I/O端口分配表 輸入信號 Digital Input 輸出信號 Digital Output 信號名稱 Start CNV 信號名稱 BoxInPos 輸入信號 工作站列表 輸出信號 工作站列表 啟動信號 Start CNV 拷貝 Source/Execute 拷貝結(jié)束信號 Source/Executed 執(zhí)行隊列運動 Queue/Enqueue 接觸傳感器 Plane Sensor 剔除隊列運動 Queue/Dequeue 傳感器輸出信號 Plane Sensor 邏輯“非”的運算 Logic Gate【not】 邏輯“非”取反運算結(jié)果 Logic Gate【not】 再次產(chǎn)生拷貝 Source/Execute 傳感器接收信號 Plane Sensor 執(zhí)行 BoxInPos 4.6.2 仿真運行 文件夾中有個名為 “仿真運行” 的視頻，點擊播放。仿真運行.mp4  總 結(jié) 在信息科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，隨著人力成本逐漸的上升，工業(yè)機器人逐漸取代人力成為流水線上行的“操作員”已成為必然趨勢，所以我為自己選擇了以工業(yè)機器人為基礎(chǔ)來做畢業(yè)設(shè)計。ABB公司是高新技術(shù)企業(yè)，主要從事自動化貿(mào)易，該公司是機器人在中國的銷售和技術(shù)服務(wù)中心。 在這幾個月中，我翻閱了很多書籍，也在知網(wǎng)和百度學(xué)術(shù)上查找了很多資料。我真真切切的學(xué)到了很多，以前只是在計算機上動一動機器人軟件，并沒有覺得有什么困難的地方，但在實際操作過程中我就認(rèn)識到了操作機器人是有難度的，并且在老師給出的題目中編輯程序也是需要去理解去思考各個代碼的關(guān)系。 同時也極大提高了我對機器人的興趣，當(dāng)看著機器人能在我的指令下動作并且達(dá)到我想要的要求的時候很滿足。做畢業(yè)設(shè)計的過程也將我以前不會的東西變得學(xué)會了，這是一個從0到1的過程。比如我學(xué)會了怎么通過示教器設(shè)定TCP，更加清楚movel、movec等運動指令之間的關(guān)系，還有各種坐標(biāo)系之間的聯(lián)系等等。 在設(shè)計論文中遇到最大的問題就是用Smart組件創(chuàng)建動態(tài)輸送鏈SC_InFeeder，工作站的輸送鏈的運動屬性、限位傳感器，創(chuàng)建屬性與連結(jié)、信號與連接等，是我畢業(yè)設(shè)計最大的障礙。從最開始的接觸，到慢慢理解，最后基本掌握。在程序編輯的過程中還是有許許多多的小問題，而這些小問題直接導(dǎo)致RAPID報錯，我在這些調(diào)試過程中漸漸的變得更加仔細(xì)，邏輯更加清晰，這些能力的提升無一不代表了努力學(xué)習(xí)后的成果，所以這畢業(yè)設(shè)計我十分感謝各位老師能在我有疑問的時候?qū)ξ业哪托慕獯?，也希望自己在今后能更加努力的學(xué)習(xí)好工業(yè)機器人的知識。  致 謝 四年的求學(xué)生涯，在老師，朋友的全力支持下，我走得辛苦卻也收獲頗豐。在值此論文即將付梓之際，我思緒萬千，心情久久不能平靜。 歷時將近五個月時間終于把這篇畢業(yè)設(shè)計寫完了，在這段充滿奮斗的歷程中，帶給我的學(xué)生生涯無限的激情和收獲。在畢業(yè)設(shè)計的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。在校圖書館查找資料的時候，圖書館的老師給我提供了很多方面的支持與幫助，尤其要強烈感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師—XX老師，沒有他對我進(jìn)行了不厭其煩的指導(dǎo)和幫助，無私的為我進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的修改和建議，就沒有我這篇畢業(yè)設(shè)計的最終完成。在此，我向指導(dǎo)和幫助過我的老師們表示最衷心的感謝！我還要感謝我的父母。焉得艾草，言樹之心，養(yǎng)育之恩，無法回報，你們永遠(yuǎn)健康快樂將永遠(yuǎn)是我最大的心愿?。≡谶@論文即將完成之際，我的心情十分激動，畢竟，從開始進(jìn)入課題到最終論文得以完成，有無數(shù)可敬的伙伴給了我?guī)椭谶@里，也同樣請接受我真誠的感謝！ 同時，我也要感謝本畢業(yè)設(shè)計所引用的各位學(xué)者的專著，如果沒有這些學(xué)者的研究成果的啟發(fā)和幫助，我將無法完成本篇論文的最終寫作。至此，我也要感謝我的朋友和同學(xué)，他們在我寫論文的過程中給予我了很多有用的素材，也在論文的排版和撰寫過程中提供熱情的幫助！ 金無足赤，人無完人。由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請各位老師和同學(xué)批評和指正！  參考文獻(xiàn) [1] 葉暉、何智勇、楊薇. 工業(yè)機器人工程應(yīng)用虛擬仿真教程.北京：機械工業(yè)出版社，2013.12 [2] 葉暉、管小清. 工業(yè)機器人實操與應(yīng)用技巧.北京：機械工業(yè)出版社， 2010.9 [3] 胡偉、陳彬、呂世霞、劉本林. 工業(yè)機器人行業(yè)應(yīng)用實習(xí)教程.北京：機械工業(yè)出版社，2015.8 [4] 卓達(dá)明. 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