工业机器人实训平台虚拟仿真设计
以工业机器人校园实训平台为研究对象，介绍利用以ABB RobotStudio构建机器人工作站的虚拟仿真方案。利用三维建模软件为机器人设计取放料手爪，设计传送带等工作站的三维仿真模型，分析构建机器人工作站的基本流程。创建仿真运行I/O信号和动态Smart组件，编写机器人仿真程序。通过虚拟仿真和实际机器人验证相结合的方式，让学生更好的掌握机器人技术，使机器人设备的损坏率降到最低从而得到保护。
目录
引言 1
一、分析机器人实训平台 2
二、建立三维实体模型 2
三、仿真系统设计 3
（一）仿真和离线编程步骤 3
（二）构建虚拟仿真机器人工作站 3
（三）机器人上下料手爪的设计 3
（四）机器人仿真运行I/O信号4
（五）动态Smart组件的设计 4
四、系统的编程与仿真调试 5
（一）机器人程序的编制 5
（二）机器人仿真分析 5
总结 6
参考文献 7
谢辞 8
附录 9
引言
现在工业机器人广泛的运用在我国的制造行业，但是工业机器人对于学生来说并不是很熟悉。机器人实训平台虚拟仿真是运用机器人和计算机技术进行虚拟，用先进的方式对校园实训设备资源匮乏、珍贵等情况，实现合理分配。
实验室实训平台机器人系统要先进行示教在进行程序编写，但是在操作中会出现很多问题，例如精度低、效率低等。所以为了改善编程效率，提高实训平台安全性，改良编程环境，选用机器人虚拟离线编程是最优选择。机器人虚拟离线编程讲的就是利用机器人虚拟仿真软件（Robotstudio）导入机器人模型，构建机器人系统。在电脑上利用外设进行不同角度的观察分析，充分看到机器人各方向的运动情况。通过Robotstudio进行虚拟机器人末端执行器运动和示教，使其创造出机器人的运动轨迹。最后保存编写好的程序，并将其传递到机器人实训平台上去。
本文针对的是ABB IRB 120机器人，它是一款六自由度关节 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
型机器人。运用三维软件SolidWorks建立码垛工作站的三维实体模型，导入RobotStudio中，并进行虚拟仿真。
主要探讨：1、分析实训台的功能；2、三维实体模型；3、虚拟工作站的创建；4、仿真调试；
效果：利用ABB机器人的虚拟仿真软件RobotStudio，在程序编程、程序调试中安全的进行，很大程度上提高了编程的效率，提高了师生在实验室操纵的安全性，减轻了现场调试的工作量，为机器人实训平台提供理论依据。
一、分析机器人实训平台
机器人实训平台选用六自由度关节型机器人IRB 120，特点是轻量、操作性好、精度高。该机器人能够拥有搬运打磨功能，利用专门的末端执行器（即手爪）能够为实训平台上下料。
RobotStudio软件具有的功能与机器人实训平台所需要的相匹配。功能例如：1.CAD模型导入；2.路径自动规划；3.离程编程；4.仿真调试；5.程序上下载；6.二次开发等。RobotStudio中的仿真控制模块能够让实训平台的IRO120机器人运行情况在点与面的层次达到一致。与此同时，虚拟仿真信号、程序也是实训平台运作信号及程序。当软件检测出程序出现错误的情况下实现报警功能，所以能够准确将机器人运行的情况进行模拟。利用其仿真模拟、调试机器人搬运打磨的过程，确保编程路径无误。
在校园实验室中，机器人实训平台核心是由工业机器人与机器视觉两方面组成。利用机械、气动、运动控制、变频调速、编码器技术、PLC控制技术，使其结构清晰简洁明了，形成一个整体。
机器人实训平台外围设备如下：
机器人实训平台实现以下功能：
1、完成各类机器人单项训练和综合性项目训练。
2、进行六轴机器人示教、定位、抓取、装配等训练。
3、引导机器人进行搬运、装配、打磨、焊接等工作站的加工工序流程。
4、进行轨迹运动的示教或类似应用的二次开发。
5、掌握工业机器人程序数据及其设定，以及机器人I/O的控制与通讯。
6、掌握系统集成的安装，调试和维护等技能。
二、建立三维实体模型
机器人实训平台选用solidworks为三维建模工具。
优点：1.建模板块简单，操作模块人性化。
2.功能满足绝大部分工业设计需要。
3.普及程度很高，包容性好，和其他软件的互相导入导出融洽。
4.简单的渲染、仿真、模具设计等都很容易上手。
三维模型部分如下：
三、仿真系统设计
（一）仿真和离线编程步骤
RobotStudio仿真和离线编程的基本流程如下面图片所示
（二）构建虚拟仿真机器人工作站
工业机器人虚拟仿真平台创建（部分）如下：
1、
2、 3、
4、
5、
（三）机器人上下料手爪的设计
机器人的工作状态中需要取毛坯一次实现为实训平台自动上下料。
在IRO120机器人的六轴末端安装夹取工件的上下料手爪。为了实现自动上下料，手爪上安装有工件检测传感器。实训平台的电磁阀、气缸、传感器及机械部件采用气压传动方式，是因为气压传动拥有1.能量损耗小；2.反应迅速；3.有安全保障；4.节约成本等优点。利用三维建模软件设计的手爪，手爪法兰和机器人的六轴末端法兰连接，两夹需要成一定角度来调整位置和姿态，同时两套气缸气别控制两个夹持端来完成夹取动作。
（四）机器人仿真运行I/O信号
在虚拟仿真中，I/O板提供的常用信号处理有多种。例如：数字输入与输出DO、模拟输入与输出和输送链跟踪。Smart组件与机器人的I/O信号结合，将Smart组件的输出信号作为机器人端的输入信号，机器人端的输出信号作为Smart组件的输入信号。此时Smart组件实现与机器人进行I/O通信的进行PLC模拟，接着再进行离线编写运行程序，就可以实现实训平台的虚拟仿真。
目录
引言 1
一、分析机器人实训平台 2
二、建立三维实体模型 2
三、仿真系统设计 3
（一）仿真和离线编程步骤 3
（二）构建虚拟仿真机器人工作站 3
（三）机器人上下料手爪的设计 3
（四）机器人仿真运行I/O信号4
（五）动态Smart组件的设计 4
四、系统的编程与仿真调试 5
（一）机器人程序的编制 5
（二）机器人仿真分析 5
总结 6
参考文献 7
谢辞 8
附录 9
引言
现在工业机器人广泛的运用在我国的制造行业，但是工业机器人对于学生来说并不是很熟悉。机器人实训平台虚拟仿真是运用机器人和计算机技术进行虚拟，用先进的方式对校园实训设备资源匮乏、珍贵等情况，实现合理分配。
实验室实训平台机器人系统要先进行示教在进行程序编写，但是在操作中会出现很多问题，例如精度低、效率低等。所以为了改善编程效率，提高实训平台安全性，改良编程环境，选用机器人虚拟离线编程是最优选择。机器人虚拟离线编程讲的就是利用机器人虚拟仿真软件（Robotstudio）导入机器人模型，构建机器人系统。在电脑上利用外设进行不同角度的观察分析，充分看到机器人各方向的运动情况。通过Robotstudio进行虚拟机器人末端执行器运动和示教，使其创造出机器人的运动轨迹。最后保存编写好的程序，并将其传递到机器人实训平台上去。
本文针对的是ABB IRB 120机器人，它是一款六自由度关节 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
型机器人。运用三维软件SolidWorks建立码垛工作站的三维实体模型，导入RobotStudio中，并进行虚拟仿真。
主要探讨：1、分析实训台的功能；2、三维实体模型；3、虚拟工作站的创建；4、仿真调试；
效果：利用ABB机器人的虚拟仿真软件RobotStudio，在程序编程、程序调试中安全的进行，很大程度上提高了编程的效率，提高了师生在实验室操纵的安全性，减轻了现场调试的工作量，为机器人实训平台提供理论依据。
一、分析机器人实训平台
机器人实训平台选用六自由度关节型机器人IRB 120，特点是轻量、操作性好、精度高。该机器人能够拥有搬运打磨功能，利用专门的末端执行器（即手爪）能够为实训平台上下料。
RobotStudio软件具有的功能与机器人实训平台所需要的相匹配。功能例如：1.CAD模型导入；2.路径自动规划；3.离程编程；4.仿真调试；5.程序上下载；6.二次开发等。RobotStudio中的仿真控制模块能够让实训平台的IRO120机器人运行情况在点与面的层次达到一致。与此同时，虚拟仿真信号、程序也是实训平台运作信号及程序。当软件检测出程序出现错误的情况下实现报警功能，所以能够准确将机器人运行的情况进行模拟。利用其仿真模拟、调试机器人搬运打磨的过程，确保编程路径无误。
在校园实验室中，机器人实训平台核心是由工业机器人与机器视觉两方面组成。利用机械、气动、运动控制、变频调速、编码器技术、PLC控制技术，使其结构清晰简洁明了，形成一个整体。
机器人实训平台外围设备如下：
机器人实训平台实现以下功能：
1、完成各类机器人单项训练和综合性项目训练。
2、进行六轴机器人示教、定位、抓取、装配等训练。
3、引导机器人进行搬运、装配、打磨、焊接等工作站的加工工序流程。
4、进行轨迹运动的示教或类似应用的二次开发。
5、掌握工业机器人程序数据及其设定，以及机器人I/O的控制与通讯。
6、掌握系统集成的安装，调试和维护等技能。
二、建立三维实体模型
机器人实训平台选用solidworks为三维建模工具。
优点：1.建模板块简单，操作模块人性化。
2.功能满足绝大部分工业设计需要。
3.普及程度很高，包容性好，和其他软件的互相导入导出融洽。
4.简单的渲染、仿真、模具设计等都很容易上手。
三维模型部分如下：
三、仿真系统设计
（一）仿真和离线编程步骤
RobotStudio仿真和离线编程的基本流程如下面图片所示
（二）构建虚拟仿真机器人工作站
工业机器人虚拟仿真平台创建（部分）如下：
1、
2、 3、
4、
5、
（三）机器人上下料手爪的设计
机器人的工作状态中需要取毛坯一次实现为实训平台自动上下料。
在IRO120机器人的六轴末端安装夹取工件的上下料手爪。为了实现自动上下料，手爪上安装有工件检测传感器。实训平台的电磁阀、气缸、传感器及机械部件采用气压传动方式，是因为气压传动拥有1.能量损耗小；2.反应迅速；3.有安全保障；4.节约成本等优点。利用三维建模软件设计的手爪，手爪法兰和机器人的六轴末端法兰连接，两夹需要成一定角度来调整位置和姿态，同时两套气缸气别控制两个夹持端来完成夹取动作。
（四）机器人仿真运行I/O信号
在虚拟仿真中，I/O板提供的常用信号处理有多种。例如：数字输入与输出DO、模拟输入与输出和输送链跟踪。Smart组件与机器人的I/O信号结合，将Smart组件的输出信号作为机器人端的输入信号，机器人端的输出信号作为Smart组件的输入信号。此时Smart组件实现与机器人进行I/O通信的进行PLC模拟，接着再进行离线编写运行程序，就可以实现实训平台的虚拟仿真。
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