專利名稱：一種沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機器人仿真、自動化生產(chǎn)制造應(yīng)用領(lǐng)域，確切的說，涉及到一種沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法。
背景技術(shù)：
隨著自動化機器人設(shè)備不斷更新及應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴大，人們更加追求效率的最大化和投資最小化，從而使得仿真及機器人編程技術(shù)也越來越被企業(yè)所重視。目前國內(nèi)生產(chǎn)中應(yīng)用的機器人及相關(guān)的自動化設(shè)備，由于在投資前期屬于不同行業(yè)的廠家，在調(diào)試、安裝前期過程中并沒有進行集成配合調(diào)試，只有產(chǎn)品獨立的數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)，僅僅在所有的設(shè)備到貨并安裝完畢后，才能進行配合調(diào)試、更改，可看作以機器人的示教再現(xiàn)型現(xiàn)場調(diào)試， 這樣的操作方法有下述多種缺陷1、盲目性調(diào)試前期不了解設(shè)備配合調(diào)試中可能發(fā)生的狀況，不能針對工位驗證中的設(shè)備特性進行一些前期設(shè)計上的一些更改優(yōu)化；2、周期長，時間、成本浪費嚴(yán)重自動化設(shè)備安裝后，需要進行不斷的調(diào)試、更改、優(yōu)化，項目周期長，無法精確控制時間節(jié)點，不確定因素大；另外沖壓模具投資開發(fā)過程中，由于并沒有和端拾器、 機器人及其他設(shè)備配合調(diào)試，開口高度、模具鑲塊等設(shè)計不一定能符合自動化要求，調(diào)試過程中有可能會產(chǎn)生相關(guān)的設(shè)備損壞、更改的情況，更甚者則需要重復(fù)投資，時間和資金浪費嚴(yán)重；3、編程質(zhì)量及安全性差編程者處于安裝現(xiàn)場較復(fù)雜的危險環(huán)境中，編程質(zhì)量取決于示教者的經(jīng)驗，編程質(zhì)量和安全性都不能保證；4、容易對新設(shè)備及相關(guān)工裝夾具產(chǎn)生損壞。目前國際市場中雖然已有基于普通PC機的商用機器人編程軟件，可以使設(shè)計人員在沒有任何資本設(shè)備投資之前，還原一個真實的現(xiàn)場操作環(huán)境，檢驗工藝的可行性，同時其離線編程功能包括目前國內(nèi)外在ROBCAD、IGRIP等機器人離線編程軟件的實際應(yīng)用中用于模擬工藝的可行性或者開環(huán)的應(yīng)用，但由于離線編程的軟環(huán)境和現(xiàn)場實際情況一致性差，諸如工裝夾具的安裝和機器人的實際安裝存在差異、實際使用端拾器結(jié)構(gòu)和工具模型存在偏差等，都會導(dǎo)致用軟件生成的機器人程序與真實情況存在較大差異，針對工作空間的不同，效果也不一致。因此目前的技術(shù)無法實現(xiàn)機器人的現(xiàn)場模擬和編程和現(xiàn)場調(diào)試、工藝過程很好的吻合、適應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種能夠?qū)崿F(xiàn)過程模擬仿真以及機器人編程的沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法，以指導(dǎo)生產(chǎn)進行，減少調(diào)試過程中的時間、成本浪費，提高編程安全性和質(zhì)量。本發(fā)明的沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法是利用數(shù)字化工廠軟件(DELMIA)對沖壓單工位生產(chǎn)過程進行模擬，具體包括如下步驟
A :繪制上游傳輸平臺、抓取端拾器總成以及壓力機工作環(huán)境的三維模型，并對端拾器、 輔助工作臺、機器人、壓力機進行三維幾何建模；B :在device building模塊中對端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機的運動屬性進行定義，并建立相應(yīng)的約束機制；
C :在MSD模塊中根據(jù)現(xiàn)場實際情況對端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機進行設(shè)備布
局;
D :在device task definition模塊中，以端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機的運動屬性為基礎(chǔ)，添加時序配合及任務(wù)定義；
E :在workcell sequence模塊下,定義各任務(wù)之間的關(guān)系,將各任務(wù)組織起來完成工位的仿真動作，驗證節(jié)拍、通過性、干涉碰撞情況以及設(shè)備可行性。進一步地，所述A步驟中需要根據(jù)機構(gòu)定義的種類，需要按塊來調(diào)整各子部件或零件的層級關(guān)系，最后生成的零件模型格式為裝配體形式。進一步地，所述B步驟中可以將端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機中的標(biāo)準(zhǔn)化部件的CAD數(shù)據(jù)定義為具備運動機構(gòu)及包含速度、加速度、機械極限信息的機構(gòu)，或者將端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機中的非標(biāo)準(zhǔn)化部件自行定義運動屬性，并定義非標(biāo)準(zhǔn)化部件中的固定部件、運動副、驅(qū)動、狀態(tài)位置、動作時間、基坐標(biāo)和工具坐標(biāo)。進一步地，所述B步驟中如發(fā)現(xiàn)所定義的運動屬性存在問題及潛在運動風(fēng)險，則需要執(zhí)行A步驟，重新設(shè)計三維模型、機構(gòu)分配及定義，直至運動屬性無問題。進一步地，所述C步驟中所述的設(shè)備布局為三維布局。進一步地，所述C步驟中所述的設(shè)備布局是將具有前期規(guī)劃確定的二維平面位置圖通過resource及AEC Plant完成二維平面圖的三維轉(zhuǎn)換及設(shè)備的虛擬安裝。進一步地，所述D步驟中所述的任務(wù)定義包括機器人和壓力機動作時序的配合， 端拾器對制件的抓取及輸送任務(wù)、抓取過程中干涉情況的反饋，機器人的動作任務(wù)及其軌跡、姿態(tài)的調(diào)整優(yōu)化。本發(fā)明的沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法利用數(shù)字化工廠軟件，根據(jù)不同設(shè)備的特征及參數(shù)輸入，完成工位驗證中需求的輔助工位、端拾器、工裝、機器人以及壓力機的數(shù)模建立以及運動屬性定義，再根據(jù)現(xiàn)場規(guī)劃要求進行虛擬布局，通過相應(yīng)動作的定義和串聯(lián)以及壓力機及機器人的運動干涉曲線，在仿真模擬過程中實現(xiàn)端拾器、模具的干涉碰撞分析，實現(xiàn)單工位生產(chǎn)節(jié)拍的判定，在軟件環(huán)境中，進行現(xiàn)場工藝可行性分析，合理規(guī)劃現(xiàn)場資源位置、距離等布置，通過工藝分析的結(jié)果同時給予前期模擬結(jié)果進行反饋，從而使工位布局最優(yōu)化、效率最大化，同時減少后期產(chǎn)品制造后的實體配合調(diào)試的修改。


圖I為本發(fā)明的沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法的流程圖。
具體實施例方式下面對照附圖，通過對實施實例的描述，對本發(fā)明的具體實施方式
如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理等作進一步的詳細說明。實施例I :
如圖I所示，本發(fā)明的沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法包括以下步驟A、端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機的三維幾何建模
根據(jù)單工位驗證的環(huán)境，設(shè)計繪制上游傳輸平臺、抓取端拾器總成以及壓力機工作環(huán)境的三維模型，并確認相應(yīng)工裝、沖壓制件、環(huán)境布局、機器人、壓力機模型(基本由廠家提供)數(shù)據(jù)可用；
B、機構(gòu)運動屬性定義、建立相應(yīng)約束
在數(shù)字化工廠軟件的機構(gòu)定義模塊device building中,根據(jù)實際機構(gòu)特性及工藝性, 定義各部分機構(gòu)運動屬性，如干涉、節(jié)拍等；并在進行系統(tǒng)模擬定義前，對工藝性及運動屬性進行檢查，如發(fā)現(xiàn)存在的設(shè)計問題及潛在運動風(fēng)險，需要重新執(zhí)行A步驟，針對性的重新設(shè)計三維模型、機構(gòu)分配及定義，直至運動屬性及動作無問題；
C、工藝布局
在MSD模塊中，根據(jù)現(xiàn)場layout布局，進行所有資源(包括端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機)的導(dǎo)入，完成沖壓單工位現(xiàn)場設(shè)備布局；
D、工藝仿真定義、模擬驗證
在device task definition模塊中，以端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機的運動屬性為基礎(chǔ)，添加時序配合及任務(wù)定義，包括機械手抓取、放置工件，壓力機按行程軌跡壓合動作；并將每一個機構(gòu)的每一項任務(wù)按照時序節(jié)拍予以定義；
E、工位仿真
在workcell sequence模塊下,定義模擬好的各任務(wù)之間的關(guān)系(包括復(fù)雜的串、并行關(guān)系)，將各任務(wù)組織起來完成工位的仿真動作，驗證節(jié)拍、通過性、干涉碰撞情況以及設(shè)備可行性，可以適時驗證模具與端拾器的干涉通過情況、壓力機和機器人的運動軌跡以及沖壓節(jié)拍的驗證，以最貼近現(xiàn)場的方式，模擬驗證生產(chǎn)過程，從而在早期完成生產(chǎn)過程問題的發(fā)現(xiàn)和更改。所述A步驟中需要根據(jù)機構(gòu)定義的種類，需要按塊來調(diào)整各子部件或零件的層級關(guān)系，最后生成的零件模型格式為裝配體形式。所述B步驟中可以將端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機中的標(biāo)準(zhǔn)化部件的CAD 數(shù)據(jù)定義為具備運動機構(gòu)及包含速度、加速度、機械極限信息的機構(gòu)，或者將端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機中的非標(biāo)準(zhǔn)化部件自行定義運動屬性，并定義非標(biāo)準(zhǔn)化部件中的固定部件、運動副、驅(qū)動、狀態(tài)位置、動作時間、基坐標(biāo)和工具坐標(biāo)。所述C步驟中所述的設(shè)備布局是將具有前期規(guī)劃確定的二維平面位置圖通過 resource及AEC Plant完成二維平面圖的三維轉(zhuǎn)換及設(shè)備的虛擬安裝。所述D步驟中所述的任務(wù)定義包括機器人和壓力機動作時序的配合，端拾器對制件的抓取及輸送任務(wù)、抓取過程中干涉情況的反饋，機器人的動作任務(wù)及其軌跡、姿態(tài)的調(diào)整優(yōu)化。
權(quán)利要求
1.一種沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法，其特征在于利用數(shù)字化工廠軟件對沖壓單工位生產(chǎn)過程進行模擬，具體包括如下步驟A :繪制上游傳輸平臺、抓取端拾器總成以及壓力機工作環(huán)境的三維模型，并對端拾器、 輔助工作臺、機器人、壓力機進行三維幾何建模；B :在device building模塊中對端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機的運動屬性進行定義，并建立相應(yīng)的約束機制；C :在MSD模塊中根據(jù)現(xiàn)場實際情況對端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機進行設(shè)備布局;D :在device task definition模塊中，以端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機的運動屬性為基礎(chǔ)，添加時序配合及任務(wù)定義；E :在workcell sequence模塊下,定義各任務(wù)之間的關(guān)系,將各任務(wù)組織起來完成工位的仿真動作，驗證節(jié)拍、通過性、干涉碰撞情況以及設(shè)備可行性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法，其特征在于所述A步驟中 需要根據(jù)機構(gòu)定義的種類，需要按塊來調(diào)整各子部件或零件的層級關(guān)系，最后生成的零件模型格式為裝配體形式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法，其特征在于所述B步驟中 可以將端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機中的標(biāo)準(zhǔn)化部件的CAD數(shù)據(jù)定義為具備運動機構(gòu)及包含速度、加速度、機械極限信息的機構(gòu)，或者將端拾器、輔助工作臺、機器人、壓力機中的非標(biāo)準(zhǔn)化部件自行定義運動屬性，并定義非標(biāo)準(zhǔn)化部件中的固定部件、運動副、驅(qū)動、 狀態(tài)位置、動作時間、基坐標(biāo)和工具坐標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法，其特征在于所述B步驟中 如發(fā)現(xiàn)所定義的運動屬性存在問題及潛在運動風(fēng)險，則需要執(zhí)行A步驟，重新設(shè)計三維模型、機構(gòu)分配及定義，直至運動屬性無問題。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法，其特征在于所述C步驟中所述的設(shè)備布局為三維布局。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法，其特征在于所述C步驟中所述的設(shè)備布局是將具有前期規(guī)劃確定的二維平面位置圖通過resource layout及AEC Plant完成二維平面圖的三維轉(zhuǎn)換及設(shè)備的虛擬安裝。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法，其特征在于所述D步驟中所述的任務(wù)定義包括機器人和壓力機動作時序的配合，端拾器對制件的抓取及輸送任務(wù)、抓取過程中干涉情況的反饋，機器人的動作任務(wù)及其軌跡、姿態(tài)的調(diào)整優(yōu)化。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)過程模擬仿真以及機器人編程的沖壓單工位生產(chǎn)模擬驗證方法，以指導(dǎo)生產(chǎn)進行，減少調(diào)試過程中的時間、成本浪費，提高編程安全性和質(zhì)量。本發(fā)明利用數(shù)字化工廠軟件，根據(jù)不同設(shè)備的特征及參數(shù)輸入，完成工位驗證中需求的輔助工位、端拾器、工裝、機器人以及壓力機的數(shù)模建立以及運動屬性定義，再根據(jù)現(xiàn)場規(guī)劃要求進行虛擬布局，將各任務(wù)組織起來完成工位的仿真動作，在仿真模擬過程中實現(xiàn)端拾器、模具的干涉碰撞分析，實現(xiàn)單工位生產(chǎn)節(jié)拍的判定，進行現(xiàn)場工藝可行性分析，合理規(guī)劃現(xiàn)場資源位置、距離等布置，通過工藝分析的結(jié)果同時給予前期模擬結(jié)果進行反饋，從而使工位布局最優(yōu)化、效率最大化，減少了后期實體配合調(diào)試的修改。
文檔編號G05B17/02GK102608919SQ201210051208
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
發(fā)明者張純濤, 許成 申請人:奇瑞汽車股份有限公司