工業(yè)機(jī)器人工作站現(xiàn)狀

第1章緒論1.1課題背景為了滿足工業(yè)機(jī)器人人才培養(yǎng)的需要，解決實訓(xùn)設(shè)備不足的問題,結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)需求。應(yīng)用PLC、工業(yè)機(jī)器人、傳感器等技術(shù),設(shè)計與開發(fā)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用系列設(shè)備。該系列設(shè)備由工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)應(yīng)用工作站、工業(yè)機(jī)器人碼垛工作站、工業(yè)機(jī)器人自動化生產(chǎn)線工作站三種設(shè)備構(gòu)成,有助于培養(yǎng)企業(yè)需要的應(yīng)用型人才。工業(yè)機(jī)器人自動化涉及范圍廣泛，在各行各業(yè)都可涉及。在信息化不斷發(fā)展的同時，也促使信息化在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用也比較廣泛，信息化與自動化的相互利用，推動智能制造化的發(fā)展。與此同時我國實行工業(yè)強(qiáng)國的基本戰(zhàn)略，提出社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會改革的基本方向是基本實現(xiàn)工業(yè)化，要想實現(xiàn)工業(yè)化還需要不斷的去創(chuàng)新。自動化在這一關(guān)系中，在信息化與工業(yè)化中間起紐帶作用，由此可見，自動化在生產(chǎn)、自動化+方面的重要性，未來的發(fā)展前景也會更加趨向于利用工業(yè)自動化生產(chǎn)。如今面對我國工業(yè)機(jī)器人自動化的現(xiàn)狀，還處于一個相對落后的狀態(tài)。距離發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距。為了擺脫這一局面，適應(yīng)當(dāng)今世界發(fā)展，我國必將采取一些重大措施大力培養(yǎng)專業(yè)技術(shù)人才提高國民技術(shù)占比，因此在自動人才培養(yǎng)的模式上以及方法上都會有進(jìn)一步的提升，增加培養(yǎng)的力度與培養(yǎng)資金。本工作站實用新型，涉及一種工業(yè)機(jī)器人裝配工作站，包括工業(yè)機(jī)器人安裝底座、工業(yè)機(jī)器人、機(jī)器人多功能夾爪及末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)、裝配機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)和安裝載物臺和存儲倉庫，如上所述的裝配機(jī)構(gòu)和送料機(jī)構(gòu)通過螺釘和鋁型材固定在安裝臺上，所述的機(jī)器人多功能夾爪及末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過螺釘和鋁型材安裝在工業(yè)機(jī)器人末端的第六軸輸出端，所述的工業(yè)機(jī)器人通過螺釘固定在工業(yè)機(jī)器人安裝底座上，工業(yè)機(jī)器人安裝底座的底面通過螺釘與地面固定在一起。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)計合理，通過裝配工裝站能夠很好的進(jìn)行相關(guān)的實訓(xùn)考核，便于教學(xué)實訓(xùn)，使得實訓(xùn)的效率大大的提高。1.2工業(yè)機(jī)器人工作站現(xiàn)狀 隨著自動化技術(shù)的普及，機(jī)器人技術(shù)發(fā)展也是很迅速，自動化程度大大提高，機(jī)器人技術(shù)人才需求也不斷提高，實驗室的機(jī)器人工作站也成為一個炙手可熱的話題。與此同時，我國工業(yè)機(jī)器人自動化程度還不是很高，只是在一些大型制造業(yè)的企業(yè)使用機(jī)器人自動化設(shè)備來代替人工勞動，減輕人力勞動，同時更加高效快捷的完成工作效率，因此我國需要培養(yǎng)機(jī)器人自動化的人才。而在自動化人才培養(yǎng)上所使用的培訓(xùn)實驗臺還比較落后，往往還采用的是一些老舊的設(shè)備，這樣跟不上時代的步伐，并且，使用的設(shè)備自動化程度不夠高，集成度也不夠高，往往需要采用一個設(shè)備或多個設(shè)備配合使用才可實現(xiàn)相應(yīng)功能這一現(xiàn)象大大減少了一些人學(xué)習(xí)的熱情。當(dāng)今信息化的不斷發(fā)展，工業(yè)自動化要求各種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的使用與其配合，現(xiàn)在的實驗臺還達(dá)不到這種程度。并且現(xiàn)在實驗室內(nèi)的實驗臺基本只是對單個設(shè)備使用進(jìn)行訓(xùn)練，但是相互通信的使用上卻沒有過多練習(xí)的機(jī)會。目前一些以出售的實驗室工作臺，所采用的一些小型PLC基本都是比較落后的，工業(yè)上應(yīng)用比較少甚至有的一些設(shè)備甚至停產(chǎn)了。并且西門子S7-1200PLC與ABB機(jī)器人通信實驗等一些設(shè)備與設(shè)備之間的相互控制運用的比較少。而相對于S7-200更強(qiáng)大的小型機(jī)是S7-1200，S7-1200采用以太網(wǎng)進(jìn)行通信，還可擴(kuò)展PROFINET通信模塊等一些先進(jìn)的模塊。1.3研究目的和意義1.3.1課題目的隨著自動化技術(shù)的專業(yè)化、智能化、無人化、模塊化的發(fā)展趨勢，適應(yīng)時代的發(fā)展。我們國家也需要培養(yǎng)一大批工業(yè)機(jī)器人自動化人才，通過學(xué)習(xí)智能化、一體化的設(shè)備來將理論與實際應(yīng)用在一起，切身體驗智能化帶來的先進(jìn)感。為了促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，建設(shè)科技強(qiáng)國，智造強(qiáng)國。因此我國也開始實行“工業(yè)4.0”的發(fā)展戰(zhàn)略。這一戰(zhàn)略的實施，導(dǎo)致制造行業(yè)、重工業(yè)、輕工業(yè)、化工業(yè)、工業(yè)、紡織業(yè)等對自動化專業(yè)技術(shù)人才需求也變得更加嚴(yán)峻。因此，原有的人才培養(yǎng)模式以及培養(yǎng)方法受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，在這一現(xiàn)狀的推動下，不能只是一味的傳授書本上的知識，需要將書本上的知識與實際工業(yè)應(yīng)用相結(jié)合起來才能更好的促進(jìn)國家戰(zhàn)略的發(fā)展。需要了解到的是傳統(tǒng)的機(jī)器人工作站都采用插線方式，使得學(xué)習(xí)者根本接觸不到設(shè)備的主要部分，連最基本的接線原理接觸的也比較少，對動手能力和遇到困難怎樣處理得不到鍛煉。并且模塊比較單一化，做一個機(jī)器人工作站結(jié)合西門子設(shè)備安裝調(diào)試等也比較麻煩一些。這樣，就需要一套自動化程度和集成化程度比較高的機(jī)器人工作站，可以進(jìn)行所進(jìn)行的實驗，在一個集成化模塊上就可完成多種實驗項目，并且將設(shè)備安裝在鋁型材上，使得學(xué)員自主進(jìn)行接線，安裝調(diào)試等，對學(xué)生學(xué)習(xí)有很大的進(jìn)步，省去很多麻煩的步驟，并且通過自己動手的配置，對設(shè)備的運用可以有更新解更詳細(xì)的了解，在工廠中也可以根據(jù)環(huán)境的不同進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計也整改。運用價值得到最大化的發(fā)展，同時還會加入自己的想法培養(yǎng)具有創(chuàng)新精神，在各行各業(yè)可以發(fā)揮出自己巨大的作用。因此使用西門子公司集成化程度比較高的S7-1200PLC、觸摸屏、G120變頻器、以及ABB公司的機(jī)器人等主要設(shè)備，這些設(shè)備之間通過PROFINET通信進(jìn)行相關(guān)實驗設(shè)計與實驗運行演示，從硬件設(shè)計、接線、編程、軟件仿真等得到制作成自己相應(yīng)的實驗設(shè)備都有自己來完成。以此作為設(shè)計基礎(chǔ)來設(shè)計一臺工業(yè)機(jī)器人自動化實驗臺。1.3.2課題意義利用S7-1200PLC等西門子設(shè)備和ABB-IRB120機(jī)器人工業(yè)自動化實驗臺，依據(jù)許多大型公司全集成自動化的理念所設(shè)計，集成化程度比較高，同時在很大程度上也符合我國“工業(yè)4.0”的發(fā)展戰(zhàn)略，對我國社會主義的建設(shè)以及國家的發(fā)展起至關(guān)重要的作用。機(jī)器人工作站的設(shè)計通過確定所要設(shè)計實驗項目、進(jìn)行項目的元件選擇、元器件安裝設(shè)計、接線、編程、調(diào)試軟件的仿真等步驟，完成一個實驗項目的自主設(shè)計。將知識充分運用到實際之中，將理論知識與實踐應(yīng)用操作相結(jié)合，從頭到尾通過自己的設(shè)計制作，了解實驗的原理，對學(xué)生的動手能力有很大的幫助作用。符合當(dāng)今工業(yè)控制的要求以及發(fā)展方向，對人們面向數(shù)字化與智能化的發(fā)展具有重大意義。1.4課題研究的主要內(nèi)容本設(shè)計是基于西門子PLC和ABB機(jī)器人為主要設(shè)備來控制器機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)，融合西門子集成自動化的理念。將主要設(shè)備通過通信進(jìn)行連接，并且可以通過博途、RobotStudio軟件進(jìn)行通信設(shè)置。使用S7-1200PLC作為主控制器，控制機(jī)器人控制器從站進(jìn)行實驗項目的編程，完成相應(yīng)的實驗項目設(shè)計的仿真實驗以及實物的演示實驗。包括數(shù)字量控制實驗、定時器實驗、計數(shù)器實驗、數(shù)據(jù)的傳送與轉(zhuǎn)換實驗、PROFINET通信試驗、變頻器控制實驗、觸摸屏通信實驗等。通過觸摸屏繪制多個控制界面，分別對每個實驗進(jìn)行控制，相互之間不產(chǎn)生影響，仿真通過繪制多個畫面，進(jìn)行仿真。從而完成機(jī)器人工作站的設(shè)計和實驗的運行以及演示。本課題主要設(shè)計的內(nèi)容是機(jī)器人工作站實驗臺的設(shè)計內(nèi)容,主要包括以下內(nèi)容：1、進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計；

2、進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)的硬件選型與電路設(shè)計；

3、繪制系統(tǒng)的硬件電路原理圖；

4、進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計。第2章系統(tǒng)整體設(shè)計通過對機(jī)器人工作站實驗臺設(shè)計背景的介紹，包括機(jī)器人工作站實驗臺的發(fā)展現(xiàn)狀、目的和意義以及主要研究內(nèi)容的分析，了解了本次課題設(shè)計的基本要求。接下來首先介紹方案的選擇與確定，其次介紹系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計。2.1控制方案的確定本設(shè)計采用西門子的PLC和ABB機(jī)器人相對于其他品牌的PLC與工業(yè)機(jī)器人而言，西門子的PLC應(yīng)用更加廣泛，技術(shù)更完善，覆蓋范圍廣，涵蓋高端、中端、低端的場合等優(yōu)點。而且技術(shù)十分嚴(yán)謹(jǐn)、成熟，更突出的是市場占有率高。對于S7-1200PLC作為機(jī)器人工作站主控制器是不錯的方案。選用SIMASICS的S7-1200做為主控制器，西門子S7-1200PLC集成化程度比較高，功能更完善是繼S7-200之后的技術(shù)突破一大進(jìn)步。通過S7-1200為主控制器，來實現(xiàn)邏輯進(jìn)行和運動控制相應(yīng)的控制，將所編寫的程序存儲于PLC的存儲內(nèi)存器中，進(jìn)行隨時調(diào)用?；?0年世界領(lǐng)先機(jī)器人的ABB公司技術(shù)打造的IRC5控制器為客戶加快過程速度、縮短工作周期、落實更高效的生產(chǎn)理念帶來全新機(jī)遇。該控制器設(shè)置簡便，適合在眾多應(yīng)用領(lǐng)域使用，采用標(biāo)準(zhǔn)模塊，可輕松適應(yīng)客戶的各種需求。IRC5配備通暢的PC機(jī)通信功能和圖形化示教器裝置,在用戶友好性方面是一次突破。機(jī)器人控制范圍進(jìn)一步擴(kuò)大作為運動控制技術(shù)領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物,ABB推出了一套最完善的運動控制套裝方案。2.2PROFINET通信PROFINET通信是西門子使用的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，是一種集成化的網(wǎng)絡(luò)接口，實現(xiàn)所有層級設(shè)備之間進(jìn)行的通信，對企業(yè)未來向數(shù)字化智能化發(fā)展更具前景，走向智能化未來。以太網(wǎng)的發(fā)展使得在任何部門以及行業(yè)都得到廣泛的使用，PROFINET開放性比較高，在任何情況下都可以使用，在未來的發(fā)展中必然是首選。學(xué)會了它的使用，也就與未來接了軌。PROFINET的高效性、準(zhǔn)確性、簡便性，使得他越來越被人們所利用。通過PROFINET，為制造業(yè)以及現(xiàn)代工業(yè)等工程應(yīng)用實現(xiàn)創(chuàng)新解決的方案，對推動社會的進(jìn)步起著重要的作用。PROFINET通信采用TCP協(xié)議中的以太網(wǎng)通信，當(dāng)他們有一方通信，有另一方也要通信時，它會增加一個等待時間，避免引起通信沖突。外部設(shè)備所設(shè)置的IP一定要與電腦所設(shè)置的IP地址所不一樣，同時在一個局域網(wǎng)內(nèi)這樣才不會起沖突，通過博途軟件可以直接設(shè)置設(shè)備的IP地址，直接可以將軟件設(shè)置的IP地址分配給設(shè)備。西門子工業(yè)自動化實驗臺各控制器之間使用以太網(wǎng)通信。以太網(wǎng)通信在當(dāng)今時代發(fā)展迅速，各行各業(yè)大多數(shù)都通過以太網(wǎng)進(jìn)行通訊。工業(yè)智能化離不開通訊，以太網(wǎng)具有通訊涉及范圍廣、通訊更加快捷、通訊簡單實用等優(yōu)點。PROFINET通訊是一種現(xiàn)場總線協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，通過PROFINET通信更加開放，不用依賴于生產(chǎn)商，通過主站、從站的設(shè)置，控制更加穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化、樓宇自動化、交通自動化等領(lǐng)域。通過一定的通訊協(xié)議，達(dá)到這種設(shè)備的相互控制。S7-1200與IRC5通訊進(jìn)行主從連接，S7-1200與KTP700觸摸屏在與G120變頻器之間通過以太網(wǎng)通訊方式的通信來進(jìn)行控制。它們之間的通信關(guān)系如圖2-2所示。圖2-2網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)PROFINIETPROFINIETS7-1200一級主站設(shè)備IRC5二級站設(shè)備G120變頻器觸摸屏從站設(shè)備PROFINET2.3總體結(jié)構(gòu)框圖設(shè)計確定了控制的方案和通信的方式，通過S7-1200與機(jī)器人控制器進(jìn)行控制。對整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體的設(shè)計，由于所設(shè)計的是工業(yè)機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)，因此需要完成多種多樣的實驗項目，既包括簡單的組態(tài)模擬實驗，也包括實物的實驗。網(wǎng)絡(luò)總線網(wǎng)絡(luò)總線PCHMI紅外傳感器按鈕電磁閥LED指示燈PLC變頻器IRC5電機(jī)機(jī)械手臂工業(yè)機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)的總體設(shè)計是通過PC端進(jìn)行組態(tài)監(jiān)控，上位機(jī)可以給PLC指令，PLC也需要反饋回上位機(jī)，進(jìn)行組態(tài)監(jiān)控。通過觸摸屏進(jìn)行控制，也可以進(jìn)行監(jiān)控，這里都是相互可以傳遞信息網(wǎng)絡(luò)總線網(wǎng)絡(luò)總線PCHMI紅外傳感器按鈕電磁閥LED指示燈PLC變頻器IRC5電機(jī)機(jī)械手臂圖2-3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本章小結(jié)本章首先介紹了工業(yè)機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)的設(shè)計主要控制方案以及通信方式，確定了這一主要部分，那么就相當(dāng)于確定了主要的方向。其次對總體設(shè)計方案進(jìn)行大致描述，介紹了主要結(jié)構(gòu)框圖的設(shè)計和流程圖等，以及機(jī)器人工作站所需要的核心部件及它們之間相互控制的一個關(guān)系。第3章硬件系統(tǒng)設(shè)計通過之前對整體控制方案和通信方式的確定，同時確定了總體控制要求，設(shè)計了整體的結(jié)構(gòu)框圖，對相應(yīng)的輸入/輸出關(guān)系進(jìn)行了概述。以下主要簡單介紹所用到主要的設(shè)備。對系統(tǒng)的硬件進(jìn)行分析等介紹。3.1主電路設(shè)計接下來為大家介紹一下主電路的設(shè)計，主電路的設(shè)計跟一般主電路的設(shè)計大同小異，都是由保護(hù)裝置等低壓電器元件等組成的。主電路顧名思義就是電路中220V電壓所驅(qū)動的電機(jī)等裝置來動作。圖3-1就是電路的主電路圖。圖3-1主電路圖3.2控制電路設(shè)計由于所設(shè)計的是機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)的設(shè)計。主電路圖就是主要部分的電路圖，包括通信的方式，S7-1200PLC與機(jī)器人控制器中的DSQC652I/O板控制板的主電路以及繪制通過變頻器控制的減速電動機(jī)，還有機(jī)器人控制柜中的DSQC652面板。其中圖中小方塊5、8、13、14點為中間繼電器的輸入和輸出的點。PLC-1200與機(jī)器人控制柜就是利用這個來進(jìn)行控制的，當(dāng)PLC接到信號的同時給繼電器，來控股繼電器的吸合，繼電器在將信號傳送給機(jī)器人的控制柜，這樣就能通過中間繼電器來控制機(jī)器人的I/O板了，繼而控制IRC5和機(jī)器手臂工作這就是控制電路所要實現(xiàn)的功能及動作。圖3-2為控制電路的電路圖。圖3-2控制電路圖3.2.1PLC選型目前PLC的類型很多，在控制過程中起主要作用。西門子PLC在控制方式上功能強(qiáng)大，外界擴(kuò)展功能強(qiáng)大，本次設(shè)計的實驗臺采用的控制器為小型機(jī)S7-1200PLC以下是對S7-1200PLC的整體介紹。3.2.2S7-1200PLCS7-1200是德國西門子公司生產(chǎn)的小型機(jī)系列，使用比較靈活，功能更強(qiáng)大。并且具有相對于S7-200更加強(qiáng)大的指令集，組態(tài)更加靈活、簡便，設(shè)計緊湊，集成化程度高等優(yōu)點。CPU可以接收的指令包括布爾型、定時、計數(shù)、轉(zhuǎn)換、數(shù)學(xué)計算以及運動控制和通信等指令，強(qiáng)大的CPU根據(jù)輸入的程序邏輯進(jìn)行輸出控制和監(jiān)視功能。如表3-3所示，是S7-1200不同型號的CPU的技術(shù)規(guī)范。表3-3S7-1200CPU型號的比較S7-1200CPU還具有強(qiáng)大的模塊擴(kuò)展功能，CPU本身自帶PROFINET通信接口，用來進(jìn)行PROFINET通信，它還可以附加擴(kuò)展模塊1242-5或1243-5進(jìn)行PROFIBUS-DP通信，還可以外加擴(kuò)展進(jìn)行MODBUS通信、GPRS通信、RS-232通信、RS-485等強(qiáng)大的通信功能。本次設(shè)計的工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)，選用的西門子S7-1200CPU型號為1214CDC/DC/DC，外部擴(kuò)展了1242-5從站模塊、1243-5主站模塊、AI模塊、AQ模塊。集成了100KB的存儲區(qū)，最大4MB的外部存儲器和10KB的保持性存儲器。3.2.3PLCI/O分配表I/O分配表在整個實驗中起到梳理的作用，因為PLC的輸入輸出點很多I/O分配表就像給大家的任務(wù)列一個清單似的，這樣在以后的接線調(diào)試等工作都非常明確不會顯的亂。加快出電路圖、接線、安裝等工作的工作效率。本工作站的設(shè)計用的是數(shù)字量的輸入和輸出以及跟機(jī)器人控制器IRC5中的DSAC62I/O板進(jìn)行通信，通過觸摸屏上位機(jī)控制，來實現(xiàn)對實驗臺的總控制等，因此配置了一些輸入和輸出下面是輸入和輸出的I/O分配表。具體I/O分配表如表3-4所示。表3-4試驗臺PLCI/O分配表3.2.4PLC接線圖設(shè)計工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計主控制器采用PLC，選用的是小型機(jī)1200與機(jī)器人控制柜。S7-1200在控制系統(tǒng)中作為主站，因此機(jī)器人控制柜只應(yīng)用到通信，主要的控制單元為S7-1200，因此對S7-1200PLC接線圖進(jìn)行了設(shè)計，S7-1200在實驗臺中主要連接在端子排上，為了方便完成更多的實驗。這樣可以更加方便，應(yīng)用集成化。S7-1200接線圖如圖3-5所示。圖3-5S7-1200接線圖3.3變頻器控制及設(shè)計變頻器主要分為三個部分組成，包括：功率模塊、控制單元、和控制面板。本設(shè)計的工業(yè)機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)采用的功率單元模塊型號為PM240-2?？刂茊卧譃閮煞N，分別進(jìn)行兩種模式的通信；一種是PROFINET通信，采用的是CU240E-2PN，另一種采用的是PROFIBUS-DP通信，采用的是CU240E-2DP模塊?？刂泼姘暹x擇中文面板，選用的是IOP-2面板。3.3.1變頻器選型功率模塊PM240-2，是G120變頻器模塊化的其中一部分，按功率的大小可以分為五種外形尺寸，主要用來給控制單元提供電源以及驅(qū)動電機(jī)的電源，提供220V電源，輸出380V電源。同時功率模塊內(nèi)部配有風(fēng)扇，用來及時的散熱，確保電氣設(shè)備的穩(wěn)定運行同時還配有集成濾波器帶集成式制動濾波器200-240V+10/-10%1-AC/1/三相交流47-63Hz重過載功率。IOP-2面板可以安裝在控制柜上，參數(shù)的設(shè)置可也查找相應(yīng)的手冊，等等。關(guān)于手冊可以在官網(wǎng)上找到，也可以在西門子論壇找到，甚至還可以在百度、谷歌等搜索引擎上找到變頻器的功能手冊。另外我們在查找手冊的時候一定要查找技術(shù)手冊。如圖3-6所示，為G120變頻器整體結(jié)構(gòu)圖。圖3-6G120變頻器3.3.2變頻器接線圖設(shè)計本設(shè)計用到的是西門子變頻器中的PROFNET通信但是外部端子也給接了出來下面是G120變頻器的外部端子的接線圖。圖3-7為變頻器外部端圖。圖3-7G120變頻器外部端子3.4ABB機(jī)器人IRB120IRB120機(jī)器人是ABB新型第四代機(jī)器人家族的新成員，也是迄今為止ABB制造的最小型機(jī)器人。它具有敏捷、緊湊、輕量的特點，控制精度與路徑精度俱優(yōu)，是物料搬運與裝載的理想選擇。ABB六軸IRB120，僅重25Kg，荷重3Kg，工作范圍達(dá)580mm。該機(jī)器人廣泛應(yīng)用于電子、食品飲料、機(jī)械、太陽能、制藥、醫(yī)療、研究等領(lǐng)域，為小工件的處理和裝配提供了一種高成本的解決方案，在空間的條件下其優(yōu)勢尤為明顯，可以任何角度安裝在工作站內(nèi)部、機(jī)械設(shè)備上方或生產(chǎn)線上其他機(jī)器人旁Abb搬運機(jī)器人動作靈活、運動慣性小、通用性強(qiáng)、能抓取靠近機(jī)座的工件,并能繞過機(jī)體和工作機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作,隨著生產(chǎn)的需要,對多關(guān)節(jié)手臂的靈活性,定位精度及作業(yè)空間等提出越來越高的要求。如圖3-8所示，為IRB120機(jī)器人。圖3-8IRB120機(jī)器人3.5布置圖設(shè)計電氣原理圖是用來表明設(shè)備電氣的工作原理及各電氣元件的作用，主要用于研究和分析電路工作原理。布置圖主要用來表明各種電氣設(shè)備和電氣控制柜中的實際安裝位置，通過對整個系統(tǒng)主要部分設(shè)備的介紹，接下來就需要將這些主要器件分配在網(wǎng)孔板上進(jìn)行固定，用來組成一個集成化的系統(tǒng)。組合考慮，結(jié)合元器件的尺寸以及網(wǎng)孔板的尺寸大小，進(jìn)行了布置圖的設(shè)計，主要布置的是S7-1200、S7-1500、G120變頻器、V90伺服驅(qū)動器、以及線槽、DC24V、空開和端子排的布置。布置圖如圖3-9所示。圖3-9布置圖本章小結(jié)本章首先介紹了機(jī)器人工作站選用的PLC型號、變頻器型號、觸摸屏型號等這些主要控制設(shè)備，設(shè)計了布置圖、主電路圖、接線圖等，接線圖主要分開進(jìn)行介紹，基本完成了對整體硬件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計。第4章系統(tǒng)軟件設(shè)計通過之前主要對整個系統(tǒng)的硬件設(shè)計的介紹，包括電氣原理圖的設(shè)計以及工作站所選用的硬件設(shè)備的介紹。接下來則主要介紹軟件部分的設(shè)計，包括博途軟件的簡單介紹。4.1博途V15軟件博途軟件集成化程度比較高，控制器、觸摸屏、以及PC組態(tài)監(jiān)控界面都融于一體，不在需要對應(yīng)的軟件分散繪制，只需要一個軟件就可以進(jìn)行所有的設(shè)置，進(jìn)入軟件首先進(jìn)行新建一個項目或者也可以打開之前用過的項目，項目名稱可自擬，同時保存到桌面上或者建立自己的文件夾。博途主界面如圖4-1所示。圖4-1博途主界面新建完項目之后，開始進(jìn)行設(shè)備的組態(tài)。通過組態(tài)界面可以進(jìn)行選擇相應(yīng)的控制器型號、觸摸屏型號等一系列的設(shè)備型號，選擇的設(shè)備一定要與實際所用到的設(shè)備相同。選擇控制器一欄，本次設(shè)計選擇S7-1200PLC的1214CDC/DC/DC，訂貨號為6ES7214-1AG400XB0。選擇HMI一欄，本次選擇的觸摸屏為精簡系列面板，7顯示屏，型號為KTP700Basic，訂貨號為6AV2123-2GB03-0AX0。選擇PC系統(tǒng)一欄，選擇SIMATICHMI應(yīng)用軟件，選擇WinCCRTAdvanced組態(tài)軟件。組態(tài)界面如圖4-2所示。圖4-2組態(tài)界面組態(tài)完所用的設(shè)備，就可以進(jìn)行設(shè)備的通信連接但同時設(shè)置相應(yīng)的IP地址在同一個局域網(wǎng)內(nèi)，以及設(shè)備的相關(guān)設(shè)置等，同時可以進(jìn)行程序的編寫，程序編寫主要采用梯形圖進(jìn)行編寫當(dāng)然還可以用程序功能圖等編寫。程序編寫界面如圖5-3所示。圖4-3編程界面4.2RobotStudioRobotStudio是市場上離線編程的領(lǐng)先產(chǎn)品，是針對 ABB機(jī)器人開發(fā)的，它包含了所有ABB的機(jī)器人，有模擬示教器和真實示教器一樣的操作功能?？梢栽谲浖锬M出真實的使用環(huán)境進(jìn)行編程，然后把做好的項目直接下載到現(xiàn)場控制器里。RobotStudio的功能主要有CAD導(dǎo)入、自動生成路徑、碰撞檢測、在線作業(yè)、應(yīng)用功能包、二次開發(fā)等功能。RobotStudio的界面圖有著簡單易學(xué)的優(yōu)點同時支持不同國家的語言，圖4-4為Robotstudio軟件圖。圖4-4S7-120為Robotstudio軟件圖4.3主程序程圖設(shè)計機(jī)器人工作站主要設(shè)計了機(jī)器人碼垛，搬運還有傳送帶的運輸實驗，通過組態(tài)軟件進(jìn)行仿真，并制定了觸摸屏畫面，梯形圖程序部分主要寫的是通過PROFINE通信控制傳送帶運行。下圖是主程序圖，如圖4-5所示。 圖4-5主程序流程圖4.3ABB標(biāo)準(zhǔn)I/O板DSQC652ABB工業(yè)機(jī)器人提供了豐富的標(biāo)準(zhǔn)I/O通信接口，可以輕松地實現(xiàn)與周邊設(shè)備進(jìn)行通信。ABB標(biāo)準(zhǔn)I/O板提供的常用信號處理有數(shù)字輸入DI、數(shù)字輸出DO、模擬輸入AI、模擬輸出AO以及輸送鏈跟蹤。ABB常用的標(biāo)準(zhǔn)I/O板有DSQC651和DSQC652。ABB工業(yè)機(jī)器人可以選配標(biāo)準(zhǔn)ABB的PLC，省去了與外部進(jìn)行通信設(shè)置的麻煩，并且可以在機(jī)器人示教器上實現(xiàn)與PLC相關(guān)的操作。DSQC652是一款16點數(shù)字量輸入和16點數(shù)字量輸出的I0信號板，上圖中的X1和X2是數(shù)字量輸出端子,X3和X4是數(shù)字量輸入端子。每個接線端子有10個接線柱,對于信號輸出X1和X2而言,1~8號為輸出通道,9號為0V,10號為24V+;對于信號輸入X3和X4而言，1~8號為輸入通道,9號為0V,10號未使用。X1~X4的接線端子的定義及分配的地址在X1和X2的上方有兩排LED指示燈每排8個共2排其代表的是通道指示燈，如有通道接通對應(yīng)的小燈就會被點亮同樣在X3和X4下方也有兩排輸出通道其作用同X1和X2作用一樣用于監(jiān)視通道指示燈的。如圖4-6所示為DSQC652標(biāo)準(zhǔn)I/O板。 圖4-6DSQC652標(biāo)準(zhǔn)I/O板4.4碼垛程序設(shè)計本課題涉及到機(jī)器人的碼垛故碼垛，故程序尤為重要。程序里不僅有關(guān)于碼垛的程序還有其他的程序，比如I/O點的通斷和信號的處理等一些程序。碼垛程序有好多種這里只是簡單的碼垛程序的一部分，當(dāng)熱還有一些別的程序比如說通信程序，控制氣爪及I/O信號的程序等等。其中機(jī)器人進(jìn)入主函數(shù)main（）然后機(jī)器手臂開始執(zhí)行函數(shù)MOVL，MOVL的作用是機(jī)器人工具坐標(biāo)tool1以水平關(guān)節(jié)（最短距離）以每秒50mm的速度移動到P10的位置等待2秒鐘在置位D0信號，然后工具坐標(biāo)tool1在以水平關(guān)節(jié)（最短距離）以每秒50mm的速度移動到P110的位置以此來執(zhí)行碼垛程序。碼垛程序如圖4-7所示。圖4-7碼垛程序4.5變頻器PROFINET通信設(shè)計變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)和微電子技術(shù)，通過改變電機(jī)工作電源頻率方式來控制電機(jī)的電力控制設(shè)備。本次選擇的G120變頻器包括兩種控制單元，包括PROFINET和PROFIBUS兩種，以下主要介紹PROFINET通信方式控制變頻器以及通過外部端子進(jìn)行控制同時此變頻器帶有集成式制動斬波濾波器其作用就是可以為變頻器提供更穩(wěn)定電壓等。G120變頻器與S7-1200PROFINET通信通過報文進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)，通過PLC控制字來控制G120變頻器的動作。報文簡單介紹如表4-8所示。表4-8G120報文工業(yè)機(jī)器人工作站G120PROFINE通信采用報文1通信，通過組態(tài)軟件可進(jìn)行設(shè)置。也可以通過IOP面板進(jìn)行設(shè)置，使用BOP面板先將參數(shù)P10設(shè)置為1,，表示快速調(diào)試。再將P15設(shè)置為7，表示通現(xiàn)場總線進(jìn)行控制，再將P10設(shè)置為0，就緒狀態(tài)。最后將P0922設(shè)置為1即可。報文設(shè)置好后可通過博途軟件看到報文1的輸入/輸出地址，本例所設(shè)置的輸入地址為IW86···89，輸出地址為QW74···77。G120變頻器通過觸摸屏進(jìn)行控制電機(jī)的速度，因此就需編寫控制電機(jī)啟停的命令來控制電機(jī)速度，程序如圖4-9所示。給定速度需要通過在觸摸屏中輸入多大轉(zhuǎn)速，電機(jī)相應(yīng)的以設(shè)置的轉(zhuǎn)讀轉(zhuǎn)動。因此在程序中就需要進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換，如需要的轉(zhuǎn)速大小為750rmp,具體的轉(zhuǎn)換的關(guān)系式見式（4-10）。M=750*16384/1500（4-10）圖4-9G120PROFINET通信程序本章小結(jié)本章首先介紹了軟件部分的組成，包括西門子設(shè)備所用到的軟件和ABB機(jī)器人的仿真軟件等一些軟件的介紹。同時還介紹了PLC的程序和機(jī)器人的碼垛程序等。G120變頻器實驗的介紹等。本章也是承上啟下的過度章節(jié)，為寫下章做了充分的鋪墊。第5章上位機(jī)設(shè)計在一個完整的控制系統(tǒng)中上位機(jī)是必不可少的，其實上位機(jī)是一臺可以發(fā)出特定操控命令的計算機(jī)，通過操作預(yù)先設(shè)定好的命令，將命令傳遞給下位機(jī)，通過下位機(jī)來控制設(shè)備完成各項操作。5.1觸摸屏選型觸摸屏（TouchPanel）又稱為“觸控屏”、“\t"/item/%E8%A7%A6%E6%91%B8%E5%B1%8F/_blank"觸控面板”，是一種可接收觸頭等輸入訊號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時，

主要應(yīng)用于公共信息的查詢、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、多媒體教學(xué)等。在本次設(shè)計中我們用的西門子的KTP700觸摸屏。因為本次設(shè)計的機(jī)器人工作站用的是西門子的設(shè)備和ABB機(jī)器人相結(jié)合，就選擇了西門的觸摸屏。5.2KTP700觸摸屏KTP700觸摸屏是西門子公司推出的一款7寸顯示屏的觸摸屏結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用領(lǐng)域多，可安裝在控制柜上和試驗臺上等。KP700觸摸屏7.0英寸所有按鍵都具有200萬次使用壽命。同時配有一個PROFINET接口，用來與PLC進(jìn)行PROFINET通信。它需要的電源為直流24V?？芍苯舆M(jìn)行連接，取消了傳統(tǒng)的RS-485通信接口。如圖5-1所示，為KTP700觸摸屏。圖5-1KTP700觸摸屏5.2.1主界面設(shè)計主界面是剛進(jìn)入系統(tǒng)的畫面。通過按鍵及按鈕的設(shè)置來完成簡單的操作，此界面主要介紹了本設(shè)計的課題及進(jìn)入下一個界面的按鈕，因此簡單易懂同時也非常容易操作。如圖5-2所示，工作站主界面。圖5-2工作站主界面5.2.3控制界面設(shè)計圖5-3為工作站控制界面，其中包括整體的控制，有幾個按鍵分別是啟動、停止、急停、返回主界面、速度調(diào)節(jié)這幾部分組成。其作用就是解決PLC的人機(jī)互交問題而產(chǎn)生的問題，但隨著計算機(jī)技術(shù)和數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，很多工業(yè)控制設(shè)備都具備了串口通訊能力，所以只要有串口通訊能力的工業(yè)控制設(shè)備，如變頻器、直流調(diào)速器、溫控儀表、數(shù)采模塊等都可以連接人機(jī)界面產(chǎn)品，來實現(xiàn)人機(jī)互交功能。簡單易懂。圖5-3為工作站控制界面5.2.4KTP700觸摸屏I/O分配表整個實驗臺設(shè)計采用組態(tài)進(jìn)行仿真，因此所用到的外部端子相對較少，同時進(jìn)行變頻器、伺服等驅(qū)動設(shè)備的通信實驗，因此需要連接一些外部端子進(jìn)行實驗項目的設(shè)計，如表5-4所示，為整個實驗臺硬件系統(tǒng)的I/O分配表。表5-4硬件系統(tǒng)I/O分配表本章小結(jié)本章主要介紹了上位機(jī)，包括觸摸屏的選型、界面的設(shè)計等一些設(shè)計。上位機(jī)有在一個系統(tǒng)中有很重要的作用，但其他的上位機(jī)相對于觸摸屏來講都沒有其抗干擾能力強(qiáng)。因此選擇了觸摸屏。接下來的下一章節(jié)介紹的是軟件部分。硬件有了軟件也應(yīng)該有。第6章系統(tǒng)調(diào)試與仿真通過之前對軟件系統(tǒng)的介紹，整個工作站的總體設(shè)計基本上已經(jīng)完成。接下來的就是對機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)的整體進(jìn)行調(diào)試，由于一些實驗都是通過組態(tài)進(jìn)行仿真，因此需要通過組態(tài)軟件進(jìn)行仿真。對于變頻和PLC與機(jī)器人控制柜通信就需要進(jìn)行調(diào)試。來完成整個工作站的設(shè)計。6.1組態(tài)仿真機(jī)器人工作站控制系統(tǒng)設(shè)計實驗部分包括實物演示，也包括組態(tài)仿真部分。組態(tài)仿真部分主要也是通過RobotStudio軟件來進(jìn)行仿真模擬。RobotStudio強(qiáng)大的集成功能將整個系統(tǒng)也體現(xiàn)的更加集成化，操作步驟如下。1．首先添加WINCCRTAdvanced到硬件組態(tài)，在硬件目錄下Communicationmodules的PROFINET中添加常規(guī)IE。2．添加完之后在左側(cè)一欄可以看到PC-System，證明添加成功。3．雙擊常規(guī)IE的以太網(wǎng)口，設(shè)置以太網(wǎng)地址，與電腦設(shè)置的IP相同這樣才能通信。4．在網(wǎng)絡(luò)視圖中，通過HMI連接，將PLC與組態(tài)連接在一起，進(jìn)行相互的通信。5．編寫相應(yīng)的PLC程序。定義PLC變量。6．連接完成之后就可以進(jìn)行畫面的繪制，畫面的繪制和觸摸屏的繪制類似只是有細(xì)微的差別。7．畫面繪制完成后需要先定義HMI變量，將組態(tài)中的用得到的變量定義到變量表中。8．將畫面中的圖形對應(yīng)設(shè)置上變量，按鈕設(shè)置取反位給相應(yīng)的變量。9．將程序下載到PLC中。10．下載旁邊有個仿真按鈕，進(jìn)行組態(tài)仿真與測試。組態(tài)仿真主要進(jìn)行了這個試驗臺的監(jiān)控和調(diào)節(jié)的介紹，并且分別繪制畫面來進(jìn)行調(diào)試，在畫面的切換上需要定義一個內(nèi)部變量，類型為INT，通過定義腳本來設(shè)置畫面的切換動作。同時這個實驗也都分別設(shè)置了相應(yīng)的控制要求以及I/O分配表，當(dāng)下次使用時可以根據(jù)I/O分配表進(jìn)行相應(yīng)的實驗設(shè)置，從而通過組態(tài)進(jìn)行演示。6.2系統(tǒng)