俞浩
江苏大学
摘要：设计了基于PLC与工业机器人的智能装配系统，该控制系统采用以太网通信，实现了机器人、三维软件、PLC 之间的数据交换，能完成机器人对各零部件的搬运、加工和装配等工序。提高了工厂智能制造与装配水平、降低了人工成本，具有较高推广应用价值。
关键词：机器人；PLC；三维仿真；虚拟装配
0引言
近年来，随着科技的不断进步与发展，对于产品设计的效率要求也不断提高。产品设计包括许多步骤，产品装配设计便是其中重要的一环。据统计，产品装配工作量和工作时间占整个产品设计的一半。产品的装配设计更与产品的各种性能有着直接的关系，所以，如何大幅度提高装配的效率和优良成为许多人关注的问题。[1]
目前，一般的产品装配设计过程当两个零件出现装配失败时，就会重新进行计算设计，从而重新进行装配。然而这一步骤非常繁琐，不仅在重新装配的过程中浪费了许多时间，降低了装配效率，而且多次装配失败可能会使产品发生磨损和变形，从而影响产品的性能。而且，由于装配过程手工工作占比大，所以在装配过程中容易发生失误，从而使得装配成本增高，总之传统的装配设计已经无法满足当前的需求了。但通过SolidWorks软件进行三维仿真模拟能大幅度提高产品装配效率，最大限度地避免装配过程中零件因装配方法不当而出现的磨损和变形，并且采用以太网通信实现PLC与PLC、视觉系统、机器人的通信控制方案，通过PLC采集并处理各个设备的相应信息，完成整个单元件的联动控制。
1三维软件SolidWorks的优点
第一,相较于其他软件而言,SolidWorks操作简单,工作界面简洁友好，初学者不但可以很快掌握软件的基本使用方法，还能在短时间内熟练运用软件的大部分功能。
第二，强大高效的三维建模功能。SolidWorks基于特征建立三维模型,零件可以由不同的特征步步表达出来，绘图过程清晰简洁。它还可以对三维模型赋予密度和质量属性,添加一定程度的渲染效果，使模型更加具体逼真，给人以真实的感觉。该软件还可以对绘制好的模型进行实时修改,避免重复劳动,效率相对比较高。
第三，优秀便捷的二维制图能力。传统的工程图绘制一般都是直接在二维CAD软件中进行操作，或者将在三维软件中建模完成的零件导入二维CAD中再进行标注。这两种方法出图效率低，费时费力，文件转换容易出现格式兼容性问题。SolidWorks软件自带工程图模块，只需点击“新建工程图”命令即可将三维模型导入二维视图进行标注操作,工程图模块不仅功能齐全,还可设置骼种标准模板，出图十分方便，效率很高。
第四，丰富的二次开发插件和学习资源。SolidWorks软件使用范围较广，为方便设计人员工作,针对SolidWorks软件二次开发?出许多成熟的配套插件,这些插件的使用大大提高了设计效率，丰富了软件的使用功能。[2]
2 虚拟智能装配功能测试
SolidWorks 是一款功能强大的建模和仿真软件， 可以建立各种农机部件的三维模型，并集成了Motion插件，实现农机部件的运动仿真，甚至一些复杂机构 的运动和动力特性仿真也可以实现。通过将三维建模得到的农机零部件进行装配后，利用动力学和运动学仿真可以得到装置的位移、速度、加速度、作用力和反作用力等结构，并可以以动画、图表和曲线的形式输出。
根据农机部件的结构简图，利用SolidWorks构建三维模型及采用云平台进行虚拟装配，并进行仿真参数设置，如运动副和运动载荷、固定件和运动件等。参数设置后，利用 Motion 插件可以对运动进行仿真，通过仿真运算后输出位移、运动速度、加速度及作用力等相关结果，通过运动结果的分析可以实现装置的优化设计。[3]
3 技术路线和设计方案
本系统在设计中是分模块进行设计的，整个系统包含以下几个部分：由PLC数据处理模块、相对坐标采集模块、显示模块、以太网通信模块、及控制执行模块等组成。本系统是基于PLC设计的，而无线通信基于以太网传输。首先通过SolidWorks进行仿真模拟获得最优装配方案，再将数据导入PLC，然后通过视觉传感器[4]获得相对坐标并将其通过以太网传入PLC,最后机器人从PLC中获得数据进行装配。基于SolidWorks的机器人智能装配系统主要实现的功能就是将装配过程中的设备按照一定的模式整合在一起,采用一定的通信协议，采用以太网通信连接，从而真正达到智能管理和控制的目的。
主要流程如下图所示：
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实验方案
（1）分析零件的结构和位置，明确装配机理。
（2）在SolidWorks中建立三维模型。
（3）在三维模型中添加运动副和载荷，设置仿真参数并进行运算。
（4）不断运算得出装配方案，并将数据通过特定数据线导入PLC。
（5）用机器人编程软件ＲT ToolBox2设定机器人通信，用EB设定视觉系统通信。
（6）机器人程序设计和视觉系统程序设计。
（7）在通过视觉传感器自动捕捉到的零件标记点，最后获得相对坐标并将数据通过以太网传入PLC。
（8）采用 GXWorks2 软件设置PLC和机器人的IP和端口号，选择 TCP 协议、Socket 通信方式，通过以太网专用指令打开机器人通信通道,将数据从PLC传入机器人。
（9）机器人接受PLC的数据开始进行装配，完成设计。
4 结束语
智能制造不是简单的传统产品改造和技术突破，而是信息技术与制造业的深度融合与集成创新，通过深度学习、迁移学习和增强学习等技术手段，将制造数据和信息加工成知识，实现知识的智能化制造与服务，它是实现中国制造业由大到强的关键路径。［5］
PLC和以太网通信应用于智能装配中显得十分方便。人只需要在电脑前或者遥控控制、手机控制等，就可以控制机器人进行装配，提高了工作的效率。
基于SolidWorks的机器人智能装配，避免了一些传统装配方法的问题，比如：工作效率低，成本高，人工工作量大等，而智能装配则可以避免这些问题。所以利用机器人进行智能装配就显得非常重要，装配的精度也得到了社会的重视。
参考文献
[1]提高机械设计制造及自动化的有效途径.李艳菊，谷大伟，戚晓辉.建筑工程技术与设计.2018,000,013
[2]SolidWorks软件在《机械制图》教学中的应用与探讨.凤贝贝.工业控制计算机. 2019,32(04)
[3] ．基于云平台和三维仿真技术的农机虚拟智能装配系统.赵燕. 农机化研究. 2020,42(07)
[4]基于工业机器人的步进电机智能装配系统设计. 胡盘峰，刘光新，岳东海. 机床与液压,2020，48(3):66－69
[5] 欧阳华兵．智能制造技术的研究现状与发展趋势［J］ ．上海 电机学院学报，2018，21(06) :14 －20 +27．