机器人应用于去打磨学士论文

精品文档 1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载 摘 要 本文主要介绍了自动去毛刺系统以及六自由度机器人去毛刺的编程 可应 用与当今工业各类汽车轮毂设备的去毛刺 在现实制造加工可以得到广泛 达 到解放生产工人的目的 具有很好的发展前景 根据自动去毛刺系统的设计和 机器人编程设计两个方面 本课题可分为加工平台设计部分 控制系统规划部 分 以及机器人编程三个部分进行设计和控制 首先 整体介绍加工工作站的 设计方案 通过分析比较确定工作站的具体安排 其次 设计加工平台的运动 控制系统 用 step 7 绘制出系统控制的梯形图 完成机械及电路的装配 最后 研究 ABB 工业机器人的编程原理 利用示教编程器 Flexpendant 和离线编程软 件 RobotStudio 对机器人路径进行编程 同时 对汽车轮毂去毛刺工艺与轨迹 进行研究 并对轮毂局部位置打磨进行编程举例 关键词 工业机器人 去毛刺 控制系统 离线编程 三号黑体加粗 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载 AbstractAbstract This paper mainly introduces the automatic deburring system and six degree of freedom robotic deburring programming application and industry today of all kinds of automobile hub equipment of deburring in real manufacturing and processing can be widely to liberate the purpose of production workers have very good development prospect According to automatic deburring system design of robot programming design in two aspects this paper is divided into the processing platform design control system planning and robot programming three part design and control First the overall introduction of the design of the workstation design through the analysis of the specific arrangements for the workstation Secondly the motion control system of the design platform is designed and the ladder diagram of the system controlled by step 7 is plotted and the assembly of the machine and circuit is finished Finally programming principle of ABB industrial robots using teaching programmer Flexpendant and off line programming software robotstudio to program the robot s path At the same time the research on the burr process and track of the wheel hub is carried out and the local position of wheel hub is also programmed for example Keywords Keywords industrial robot go burr control system off line programming 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载 目目 录录 1 1 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 工业机器人应用概述 2 1 2 1 工业机器人在国外的运用现状 2 1 2 2 工业机器人在国内的运用现状 3 1 2 3 工业机器人的应用前景 4 1 3 开发汽车轮毂工业机器人自动化加工系统的意义 5 1 3 1 汽车轮毂加工发展历史 5 1 3 2 本课题的研究意义 6 1 4 论文构成及研究内容 7 2 2 汽车轮毂去毛刺系统的总体设计 8 2 1 系统整体任务 8 2 2 机器人工作站的方案设计 9 2 2 1 汽车轮毂的生产过程 10 2 2 2 机器人工作站的组成和配置 11 2 2 3 机器人的选型及其功能介绍 12 2 3 主控系统的方案设计 14 2 3 1 PLC 控制器的概述及选型 15 2 3 2 PLC 控制器编程语言 16 2 3 3 PLC 工作程序及说明 18 3 3 机器人加工程序设计 18 3 1 工业机器人的控制程序 19 3 1 1 机器人的编程方式 20 3 1 2 ABB 机器人的编程语言 RAPID 21 3 2 机器人去毛刺系统工作程序 22 3 2 1 机器人加工主程序 24 3 2 2 机器人加工子程序 25 3 2 3 机器人调速程序 26 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载 4 4 轮毂加工系统中力控制方案运用 27 4 1 力控制技术在工业机器人系统中运用的目的 27 4 2 力控制方案在本系统中的选择 27 4 3 力控制在本系统中的具体运用 27 4 3 1 力传感器的功能及其选型 28 4 3 2 机器人加与力传感器的配合 29 4 3 3 加工过程力控制的程序实现 30 5 5 总结 48 参考文献 49 致谢 50 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载 1 1 绪绪 论论 1 11 1 引言引言 自工业革命以来 人力劳动已经逐渐被机械所取代 而这种变革为人类社会 创造出巨大的财富 极大地推动了人类社会的进步 工业机器人的出现则是人 类在利用机械进行社会生产史上的一个里程碑 在发达国家中 工业机器人自 动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向 工业机器人是集机械 电子 控制 计算机 传感器 人工智能等多学科先 进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备 它涉及机械工程学 电气工程 学 微电子工程学 计算机工程学 控制工程学 信息传感工程学 声学工程 学 仿生学以及人工智能工程学等多门尖端学科 工业机器人是机器人学的一 个分支 可以说它代表了机电一体化的最高成就 近年来 为了跟上市场越来越快的变化速度 增强市场竞争力 产品的规格 和品种不断变化 更新速度不断加快 这都需要有能达到更高要求自动化程度 和柔性化程度的生产设备 想要提高工厂的生产率 产品质量 可靠性 加工 柔性和制造精度就需要开发适合工厂生产的机器人柔性工作站 本课题就是针对以上现状 结合工厂实际需求 以 ABB 机器人为基础 运用 简单的力控制技术开发柔性机加工系统 1 21 2 工业机器人应用概述工业机器人应用概述 1 2 1 工业机器人在国外的应用现状 在国外 工业机器人技术日趋成熟 已经成为一种标准设备被工业界广泛应 用 从而 相继形成了一批具有影响力的 著名的工业机器人公司 它们包括 瑞典的 ABB Robotics 日本的 FANUC Yaskawa 德国的 KUKA Roboter 美国 的 Adept Technology American Robot Emerson Industrial Automation S T Robotics 意大利 COMAU 英国的 AutoTech Robotics 加拿 大的 Jcd International Robotics 以色列的 Robogroup Tek 公司 这些公司 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载 已经成为其所在地区的支柱性产业 纵观世界各国在发展工业机器人产业过程 可归纳为三种不同的发展模式 即日本模式 欧洲模式和美国模式 1 日本模式 此种模式的特点是 各司其职 分层面完成交钥匙工程 即机器人制造厂 商以开发新型机器人和批量生产优质产品为主要目标 并由其子公司或社会上 的工程公司来设计制造各行业所需要的机器人成套系统 并完成交钥匙工程 2 欧洲模式 此种模式的特点是 一揽子交钥匙工程 即机器人的生产和用户所需要的 系统设计制造 全部由机器人制造厂商自己完成 3 美国模式 此种模式的特点是 采购与成套设计相结合 美国国内基本上不生产普通 的工业机器人 企业需要时机器人通常由工程公司进口 再自行设计 制造配 套的外围设备 完成交钥匙工程 1 2 2 工业机器人在国内的应用现状 目前 我国人口红利正在逐渐消失 机器人技术开发和实现人工替代将是 大势所趋 长期以来 由于机器人成本较高而劳动力价格相对低廉 我国大部 分制造业主要是劳动密集型企业 随着经济的持续快速发展 我国正从劳动密 集型向现代化制造业方向转型 振兴制造业 实现工业化是我国经济发展的重 要任务 作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段 工业机器人的应用和 普及自然成为企业较理想的选择 工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业 机械加工行业 电子 电气行业 橡胶及塑料工业 食品工业 木材与家具制造业等领域中 并开始扩 大到国防军事 医疗卫生 生活服务等领域 如无人侦察机 警备机器人 医 疗机器人 家政服务机器人等均有应用实例 当前我国工业机器人产业已初具 规模 随着人工成本的上涨 工作环境的改变 人口老龄化和多元化的市场竞争 各企业面临着重重压力 工业机器人产业是一个快速成长中的新兴产业 将对 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载 未来生产和社会发展起越来越重要的作用 我国工业机器人市场规模正在不断 增长 已成为世界上增长最快的市场 具体看来 中国则保持着 35 的高增长 率 远高于德国的 9 韩国的 8 和 日本的 6 其中 汽车 电子产品 冶金 化工塑料 橡胶等行业是中国使用机器人最多的几个行业 未来几年 随着行 业的需要和劳动力成本的不断提高 中国机器人市场增长潜力会非常巨大 然而 值得提出的是 我国工业机器人发展应用依然面临诸多挑战 与发 达国家相比 整体产业水平仍存在较大差距 具体表现在一下两方面 首先是尽管我国已基本掌握了工业机器人相关知识 如本体设计制造技术 控制系统硬件和软件设计技术 运动学和轨迹规划技术等 但工业机器人的生 产规模仍然不大 多数是单件小批生产 质量和可靠性也不稳定 仅相当于国 外上世纪 90 年代中期水平 产品性价比低 然后是在伺服电机 精密减速器 伺服驱动器 控制器等关键核心部件上长期依赖于国外进口 因此 机器人核 心零部件国产化迫在眉睫 一旦这些关键零部件实现国产化 平均成本可降低 30 则机器人单机制造成本至少降低 20 1 2 3 工业机器人的应用前景 工业机器人在许多生产领域的使用实践证明 它在提高生产自动化水平 提高劳动生产率和产品质量以及经济效益 改善工人劳动条件等方面 有着令 世人瞩目的作用 引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注 在新的世纪 机器人工业必将得到更加快速的发展和更加广泛的应用 随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高 机 器人的应用范周还在不断地扩大 已从汽车制造业推广到其他制造业 进而推 广到诸如采矿机器人 建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制 造行业 此外 在国防军事 医疗卫生 生活服务等领域机器人的应用也越来 越多 如无人侦察机 飞行器 警备机器人 医疗机器人 家政服务机器人等 均有应用实例 机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用 鉴于此 工业机器人可以说是节约劳动生产力 提高产量的尤物 是人类机械化提高的 一个重要标志 工业机器人的未来发展是十分乐观的 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载 1 31 3 开发汽车轮毂工业机器人自动化加工系统的意义开发汽车轮毂工业机器人自动化加工系统的意义 1 3 1 汽车轮毂加工发展史 轮毂 其字面含义是指车轮的中心装轴部分 俗称 轴头 通过轮毂轴承 而安装在车桥套管外面的壳形回转件 它是通过半轴螺栓 对于驱动桥而言 和车轮轮辋法兰螺母将半轴的转动力矩传给车轮的零件 而现代意义的轮毂是 指车轮除轮胎之外所有的部分 包括了轮辋 轮辐及附属装饰件等等 虽然现在的车轮是由轮毂和轮胎组成 两者互不可缺 但实际上 轮毂的发 展历史要比轮胎要早的多 在制作轮胎的必须材料 橡胶没有诞生之前 轮毂 早已经诞生 早期的马车车轮由于没有轮胎 其车轮一般有三大部分组成 轮 毂 轮辋和轮辐 此时的轮毂还只是车轮中的一个部件 和轮辋和轮辐并列 而世界上第一辆汽车得车轮继承了马车车轮的结构形式 采用了密密麻麻的 辐条 此时的汽车车轮镇南关 车轮轮毂 轮辋和轮辐的概念都是非常明确的 并不像现在我们所说的轮毂这样包括了轮胎和车轴之间的整个部分 其中 轮 辋是指紧贴胎唇的部分 轮毂是指套在车轴外层的部分 而轮辐辐条呈放射状 由轮毂发散到轮辋 将轮毂和轮辋连接在一起 此时的轮辋 轮毂 辐条 三 者是可分离的 并不是一体的 随着科技进步 工业发展 汽车轮胎开始出现 而到了 19 世纪末 20 世纪初 轮辋 轮毂 辐条开始通过铸造工艺 已经合为一体 此时 虽然轮毂 轮辋 和轮辐在形式上还是很明显的存在 但在结构上已经合为一体 不可分割了 此后不久 我们非常熟悉的钢 铁 轮毂出现 最先的钢轮毂是全裸的 看起来 非常的沉重和朴实 样子也有点丑 而到了 20 世纪 30 年代 德国人将钢制辐条与铝质轧制轮辋相结合的车轮装 载气车上 铝制轮毂开始出现 也为铝合金车轮的发展奠定了基础 二战后 铝合金轮毂开始在普通汽车上得到应用 随着机械加工工业的发展 1958 年 出现了整体铸造的铝合金轮毂 此后 不久又有了锻造的铝合金轮毂 同时 随着汽车工业蓬勃发展 铝合金轮毂越 来越普及 精品文档 9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载9欢迎下载 而伴随着机械成型技术的发展以及人们对汽车的外观的要求越来越高 在 80 年代 极纤细网眼的轮毂极为流行 而现在汽车轮毂所追求的三维立体造型 的轮毂在 90 年代开始浮出水面 到现在 汽车轮毂越做越轻 款式越来越多 越来越美观 人们对轮毂的款 型的不断追求达到了完美的极致 现在 轮毂也已经成为区别车型高低的一个 很明显的客观指标 高端车或者高配车型一般全部用铝合金轮毂 低档或者低 配车型的则大都使用钢制轮毂 1 3 2 本课题的研究意义 随着汽车产业的高速发展 扮演汽车双脚角色的汽车轮毂也得到有力的进步 铝合金轮毂渐渐成为了汽车轮毂的主流 而这一切又要归功于制造工艺的进步 目前整体式汽车铝轮毂的成形工艺分为金属型重力铸造 低压铸造 挤压铸造 锻造 工艺 旋压工艺 其中的低压铸造是近年来国际上的主流工艺 据统计 汽车铝轮毂 总产量的大部分是用 A356 铝合金低压永久模铸造的 其余采用金属型重力铸造 挤压铸造和锻造工艺技术生产 低压铸造具有生产效率高 铸件组织致密 自动化 程度高等特 点 可满足汽车铝轮毂的严格的性能要求 虽然铝合金低压铸造轮毂有很 多优点 但在生产中由于铝合金 低压铸造轮毂的生产特点 它是采用模具一次性压铸 而成 产品的体积比较大 相对来说模具也很大 另外由于铝合金溶液在模具中冷却 成固体 模具在 生产过程中需要不停地承受很大的温度变化及压力 在目前的模具 材料及模具加工生产水平下 生产出来的产品不可避免的会有各种毛刺 由于汽车轮 毂产品毛坯形状 相对比较复杂 而且毛刺分布的部位也很广 目前 很多轮毂生产厂家 采用人工加一些手动工具来去除 工人的劳动强度大 动作单一 另外 由于加工时会 产生铝粉尘 由呼吸道以及皮肤渗入工人的身体会对工人的健康产生很大伤害 甚至 久而久之恶化为尘肺病 而如果采用工业机器人 来代替人工的劳动 明显有很多的好 处 因此 本课题针对实际应用的要求 对工业机器人自动化加工系统做了深入的 研究 为加工系统的总体设计方案及应用工程的实施细节提供较为详实的资料 精品文档 10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载10欢迎下载 1 41 4 论文构成及研究内容论文构成及研究内容 本课题是在结合实际生产要求的基础上进行的 需要解决很多现实生产中遇 到的问题 因此课题研究的大部分内容都是有关于工业机器人在实际生产中应 用方面的 其中主要的内容有以下几点 一 自动化机器人加工系统总体方案的确立 根据实际的生产环境及对自动 化程度的要求和目标进行综合考虑 确定一套最合适及最完整的解决方案 二 自动化机器人加工系统的外部硬件设计 外部硬件设计主要是在配合机 器人已有的控制箱和设备的基础上 对附加部分的硬件进行选型及其外围电路 的常规设计 其中包括系统周边设备的选型和设计 各设备间通讯的接口设计 机器人简单力控制的设计等等 三 自动化机器人加工系统的软件设计 软件设计涉及两个部分 其一是整 个机器人加工系统的 PLC 控制程序设计 用以完成机器人与周边设备的逻辑控 制 其二是工业机器人加工路径程序化设计 使其能够依据工件的外形进行加 工 四 为标准的机器人控制箱添加组件 增加机器人的数字输入输出卡 用于 控制电动锉刀的加工力 精品文档 11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载11欢迎下载 2 2 汽车轮毂去毛刺系统的总体设计汽车轮毂去毛刺系统的总体设计 2 12 1 系统整体任务系统整体任务 本系统的任务是使用一台工业机器人 再与相应的周边设备相配合 设计一 套用于汽车轮毂去毛刺的自动化加工系统 其目标是在保证产品质量和生产效 率的基础上减轻工人的劳动强度 据了解 目前我国在汽车轮毂去毛刺生产中很多都采用熟练工人通过电 气 动研磨工具手工进行抛光 如图 2 1 所示 人工去毛刺工作过程中工人的劳动 强度大 加工效率低 每个熟练工人给一个轮毂去毛刺大概需要 20 分钟 轮毂 的生产企业不得不雇佣大量的劳动力专门用于轮毂的抛光加工 月产两万支轮 毂的生产企业 在轮毂的去毛刺这道工序上就需雇佣约 30 个工人 而近两年出 现的 用工荒 使企业越来越难招到足够的加工工人 图 2 1 人工汽车轮毂去毛刺 本系统以月产两万支轮毂的生产企业为依据 按每月工作 24 天 每天三 精品文档 12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载12欢迎下载 班工作制 每班工作 8 小时来算 则系统的生产节拍需满足公式 2 1 的时间 要求 这是加工系统周边设备配置方式及选型的一个重要依据 2 1 分钟 个 小时 班 天2200006083 24 T 因此 本系统将生产的节拍要求确定为 2 分钟 个 2 22 2 机器人工作站的方案设计机器人工作站的方案设计 2 2 1 汽车轮毂生产过程 汽车铝轮毂的最主要的生产工艺流程是 熔化 精炼 材料检验 低压铸造 X 射线探伤 热处理 机械加工 动平衡检验 气密性检验 涂装 而轮毂 的去毛刺加工工序属于其中的机械加工流程 在进入本系统加工流程之前 轮 毂需先进行材料融化 精炼 低压铸造 热处理等主要加工流程 1 熔化 根据客户的需求准备铝合金 如 A356 2 等 用油炉或者电炉熔化 如图 2 2 所示 铝液温度 780 800 左右 使用油炉的优点是投资少 能耗低 缺 点是速度慢 金属烧损严重 而选用电炉 中频炉 的优点是电磁搅拌成分与 温度均匀 熔体暴露面小 熔化速度快 缺点是投资高 能耗大 2 精炼 铝液到达一定温度后 添加 Al Ti B 和 Al Sr 变质剂进行变质处理 再用 Ar 气或者 N2 气除气 除气后对铝液进行化学分析和含气量分析 到达要求后 倒入铸造机保温炉 保温炉中铝液温度一般为 680 750 左右 3 低压铸造 先用石油液化气对模具进行预热 预热温度为 350 左右 再将保温炉中铝 液倒入模具中 冲型 保压 卸压过程是 PLC 控制的 过程参数没个厂家根据自 身配方而定 模具的冷却一般有三种方法 一是空冷 二是水冷 三是复合 水 气 冷 冷却水量 水温等的调节也是根据各厂而定的 精品文档 13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载13欢迎下载 4 热处理 轮毂毛坯一般是在隧道式热处理炉中进行热处理 热处理过程可以分为以下 几个步骤 固熔处理 温度 528 535 左右 时间 6 5 小时 淬火 从固熔炉出来后在 20 秒内淬火 淬火介质为水 温度为 70 析出 淬火后的轮毂进行人工析出 人工时效 温度 155 179 左右 时间 5 小时左右 通过检查抗拉强度 延伸率 硬度和组织状态确认热处理的效果 图 2 2 铸造生产现场 如下图 2 3 和 2 4 是两种不同规格的汽车轮毂压铸毛坯图片 精品文档 14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载14欢迎下载 图 2 3 汽车轮毂毛坯照片 1 图 2 4 汽车轮毂毛坯照片 2 2 2 2 机器人工作站的组成和配置 由于铝合金压铸汽车轮毂的生产特点 它通常是采用模具一次性压铸而成 产品的体积相对比较大 因此说模具也相对较大 另外因为铝合金溶液在模具 中冷凝成固体 模具在轮毂的生产过程中需要不断地承受很大的温度变化和很 大的压力 在目前的模具材料和模具加工生产水平下 生产出来的轮毂不可避 免的会出现各种毛刺 除了一些毛刺是为了确保产品不会有气孔等而在模具设 计时故意留的 另外一些则完是因为模具的加工水平或模具的使用一段时间后 材料表面损坏而产生的 精品文档 15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载15欢迎下载 以下是梯级毛坯各个位置上的需要加工的的一些毛刺照片 图 2 5 轮毂毛刺照片 1 图 2 6 轮毂毛刺照片 2 图 2 7 轮毂毛刺照片 3 图 2 8 轮毂毛刺照片 4 从上图汽车轮毂上的毛刺分布可以看出 本工作站需要对轮毂的大部分边缘 进行去毛刺 因此本工作站除了工业机器人本体及机器人控制柜外还需要一个 可以 180 可控制旋转的工作台 另外本工作站还需要一个用于控制工作流程 及用于力控制的 PLC 控制柜 本工作站的具体配置如下图 2 9 精品文档 16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载16欢迎下载 图 2 9 机器人工作站 2 2 3 机器人的选型及其功能介绍 机器人是机器人去毛刺工作站的核心 机器人应尽可能选用标准通用机器人 目前国内使用数量比较多的是德国的库卡机器人及欧洲 ABB 公司的机器人 经多 方比较 最终决定采用 ABB 公司的 IRB 4600 系列机器人 其机器人控制器为 IRC5 属于可编程示教再现式通用机器人 IRB4600 系列机器人是采用交流伺服电机驱动的 6 自由度通用型机器人 根 据其有效载荷的大小可以分为四种不同型号 从 IRB4600 60 2 05 到 IRB4600 20 2 50 我们需要加工的各种规格的汽车轮毂过程中 还需要在机器人的法兰盘上装 上毛刺打磨机 按照我们的设计 打磨机重量约为 10KG 这样一来 我们就需要 选择一台机器人的最大有效负荷必须大于 10KG 当然 考虑到这个载荷是静载 荷 而在实际的加工中 会有冲击 震动等因素存在 因此还需要考虑一些安全余 量 本系统中我们选 3 倍的安全系数 因此系统中选择的工业机器人的有效载荷 要大于 30KG 综合考虑机器人的有效荷载和工作扭矩 对照 ABB 公司 IRB 4600 系列机器人的参数 我们最终选择了 IRB4600 40 2 55 这个版本的机器人 IRB 4600 系列机器人是由六个转轴组成的空间六杆开链机构 理论上可达 精品文档 17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载17欢迎下载 到运动范围内空间任何一点 机器人的六个转轴均由 AC 伺服电机驱动 每个电 机后均有编码器 每个转轴均带有一个齿轮箱 机械臂运动精度 综合 达正 负 0 05mm 至正负 0 2mm 此外 机械臂上带有串口测试板 SMB 测试板带 有六节充电的镍镉电池 起保存数据作用 机器人六个关节中的上部三个关节 组成了类似手腕的结构 而下部三个关节主要确定手腕的位置 该机器人在实际 工作中首先需要测量出运动的轴线 在工作程序中 可以设定各种轴线 再需要的 时候 就可以选择合适的轴线来进行点或线的运动 即位姿控制 机器人进行直 线或圆弧运动就是控制点的运动轨迹 实际上为了实现位姿控制 甚至只是姿态 变化 也往往要求机器人的 6 个轴同时协调动作 此外 对机器人的动作还有速 度控制 这几方面的综合控制就满足了搬运的动作要求 该机器人的每个轴都 由伺服电机驱动谐波减速器或 RV 减速器来驱动 伺服电机可分别按指令要求的 速度 加速度 转角进行运动 下面是 IRB 4600 系列工业机器人的一些基本参数图表 精品文档 18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载18欢迎下载 表表 2 12 1 IRBIRB 46004600 系列机器人参数系列机器人参数 精品文档 19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载19欢迎下载 图 2 8 IRB4600 系列机器人实物图 图 2 9 IRB4600 系列机器人六轴分布 精品文档 20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载20欢迎下载 图 2 10 IRB4600 20 2 50 型机器人工作范围 IRC 5 控制器主要由主控 伺服驱动 输入 输出接口 内置逻辑控制器等部 分组成 除了控制机器人本体六个轴的动作外 还须进行输入输出控制等 主控 部分按照示教盒器提供的信息生成工作程序 并对程序进行运算处理 产生各个 轴的运动指令 交给伺服驱动单元 伺服驱动单元则将来自主控的指令进行处理 产生伺服驱动电流驱动伺服电机 内置逻辑控制器则主要进行输入输出控制 控 制器在机器人进行作业的时候 通过输入输出接口模块 给周边装置发出信号或 接收信号 对周边设备进行控制 下面是 IRC 5 控制柜实物图及参数表 图 2 10 IRC 5 型控制柜实物 精品文档 21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载21欢迎下载 表 2 2 IRC 5 型控制柜参数表 2 32 3 主控系统的方案设计主控系统的方案设计 2 3 1 PLC 控制器的概述及选型 可编程控制器是 60 年代末在美国首先出现的 当时叫可编程逻辑控制器 PLC ProgrammableLogicController 目的是用来取代继电器 以执行逻辑 判断 计时 计数等顺序控制功能 提出 PLC 概念的是美国通用汽车公司 PLC 的基本设计思想是把计算机功能完善 灵活 通用等优点和继电器控制系统的 简单易懂 操作方便 价格便宜等优点结合起来 控制器的硬件是标准的 通 用的 根据实际应用对象 将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器 内 使控制器和被控对象连接方便 70 年代中期以后 PLC 已广泛地使用微处理器作为中央处理器 输入输出模 块和外围电路也都采用了中 大规模甚至超大规模的集成电路 这时的 PLC 已 不再是仅有逻辑 Logic 判断功能 还同时具有数据处理 PID 调节和数据通信 功能 国际电工委员会 IEC 颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作 精品文档 22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载22欢迎下载 了如下的定义 可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统 专为在工业环 境下应用而设计 它采用了可编程序的存储器 用来在其内部存储执行逻辑运 算 顺序控制 定时 计数和算术运算等操作的指令 并通过数字式和模拟式 的输入和输出 控制各种类型的机械或生产过程 可编程控制器及其有关外围 设备 易于与工业控制系统联成一个整体 易于扩充其功能的设计 可编程控制器对用户来说 是一种无触点设备 改变程序即可改变生产工艺 目前 可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具 得到了广泛的普及推广 应用 可编程控制器是面向用户的专用工业控制计算机 具有许多明显的特点 可靠性高 抗干扰能力强 编程直观 简单 适应性好 功能完善 接口功能强 由于 PLC 是我们的机器人去毛刺柔性工作站的整个控制系统中最重要的控 制器 它负责控制毛刺打磨机机的动作及其与机器人之间的协调与配合 同时 PLC 也负责力传感器的数据采集和处理以及其与机器人之间的信号交换 以协调 控制机器人与周边外围设备的工作 这就要求选择一款具有系统中所需所有功 能的又简单实用的 PLC 控制器 而西门子公司的 S7 系列 PLC 控制器就能满足这 些要求 德国的西门子公司在过程自动化领域有极高的知名度 PLC 及其相关设备的 产销量都很高 据估算 在 2007 年该公司的 PLC 相关产品在国内销量约占同 类产品的一半以上 西门子的 PLC 除了具有上述的五个特点之外 还具有如下 的特点 首先 西门子公司拥有不同的产品系列 可以适用于不同规模的应用 简单 的 Logo 可以算得上是最简单的 PLC 产品 或者说是界定与传统的继电器与 PLC 之间的一类 既具有继电器简单易用的特点 又具有 PLC 集成度高 功能 强 方便快捷的优势 S7 200 系列 PLC 是一种小型 PLC 适用于对性能要求 不高的场合 S3 300 系列 是模块式中小型 PLC 在一个系统中最多可扩展 32 个不同的应用模块 可以满足绝大多数的应用场合 甚至能完成软冗余 精品文档 23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载23欢迎下载 S7 400 是大型的 PLC 可以挂接 300 多个模块 H 系列和 HF 可以完成硬件冗 余 具有极高的处理速度和卓越的通讯性能 可以应用与一些特殊要求的领域 其次 西门子公司同样的产品系列还有不同应用条件的产品 可以满足扩 展温度范围 防爆 高粉尘 高有毒有害和腐蚀性气体污染等多种不同的应用 场合 另外 西门子公司不仅有传统的 PLC 还有多个系列的 PLC 扩展产品 S7 系列是传统意义上的 PLC 除此之外的 M7 300 400 系列 采用与 S7 300 400 相同的结构 它可以作为 CPU 或功能模块使用 具有 AT 兼容计算机的功能 可以用 C C 或 CFC 等语言来编程 C7 系列由 S7 300 PLC HMI 人机接口 操作面板 I O 通信和过程监控系统组成 应用于集成化要求较高的场合 最 后是 WinAC 它基于 Windows 和标准的接口 ActiveX OPC 提供软件 PLC 或插槽 PLC 因此 根据系统的需求 本系统中选用了西门子公司的 S7 200 PLC 控制器 作为系统的主控平台 2 3 2 PLC 控制器编程语言 西门子 PLC 编程方式与微机相近 是以指令程序的形式进行工作的 但各 种型号的 PLC 一般均以梯形图语言为主 另外也兼顾一些其它形式的编程语言 1 梯形图 梯形图是面向控制过程的一种 自然语言 是一种图形化的编程语言 它 延用传统继电器的触点 线圈 串并联等术语和图形符号 同时也增加了一些 继电器控制系统中没有的特殊符号 以便扩充 PLC 的控制功能 梯形图语言比 较形象 直观 对于熟悉继电器表达方式的电气技术人员来说 不需要学习更 深的计算机知识 极易被接受 因此在 PLC 编程语言中应用最多 2 指令语句表 指令语句就是用助记符来表达 PLC 的各种控制功能 一般与梯形图形式一 一对应 它类似于计算机的汇编语言 但比汇编语言通俗易懂 因此也是应用 精品文档 24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载24欢迎下载 很广泛的一种编程语言 指令语句通常由地址 操作码和操作数 器件编号 三 部分组成 这种编程语言可使用简易编程器编程 编程设备简单 逻辑紧凑 连接范围不受限制 但比较抽象 一般与梯形图语言配合使用 互为补充 目 前 大多数 PLC 都支持指令语句编程 3 逻辑功能图 这种编程语言基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑方块图形式 对于每一种 功能都使用一个运算方块 其运算功能由方块内的符号确定 常用 与 一 或 非 等逻辑功能表达控制逻辑 与功能方块有关的指令均画在方块的 左边 输出画在方块的右边 采用这种编程语言对于熟悉逻辑电路和具有逻辑 代数基础的技术人员来说 是非常方便的 4 流程图流程图 编程方式采用画工艺流程图的方法编程 只要在每一个工艺方框的输入和输 出端标上特定的符号即可 对于在工厂中搞工艺的人来说 用这种方法编程 不需要很多的电气知识 非常简单 5 高级语言部分 PLC 支持高级语言编程 类似与 C 或者 Pascal 语言 这对于那些有着丰 富的高级语言编程经历的开发人员非常的方便 2 3 3 PLC 工作程序及说明 一下是部分 PLC 主程序 另外力控制信号处理程序见第四章 精品文档 25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载25欢迎下载 精品文档 26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载26欢迎下载 3 3 机器人加工程序设计机器人加工程序设计 3 13 1 工业机器人的控制程序工业机器人的控制程序 所谓对机器人的示教或对机器人的编程 就是在用机器人代替人进行作业时 必 须预先对机器人发出指示信息 规定机器人需要完成的动作和作业的具体内容 对机器人的示教的方法有好几种 要想让机器人实现人们所期望的动作 必须赋 予机器人各种信息 首先是机器人动作流程的信息及与外部设备的相协调的信息 然 后是与机器人工作时的附加条件信息 最后是机器人的位置和姿态信息 前两个 方面很大程度上是与机器人要完成的工作以及相关的工艺要求有关 所以我们重 点介绍一下有关机器人位置和姿态的示教 3 1 1 机器人的编程方式 位置和姿态的示教大致可有以下三种 1 示教方式编程 手把手示教 目前有些机器人还是采用示教方式编程 示教方式是一项成熟的技术 易于 被熟悉工作任务的人员所掌握 而且简单的设备和控制装置即可进行 示教过 程进行的很快 示教过后 马上即可应用 在对机器人进行示教时 将机器人 的轨迹和各种操作存入其控制系统的存储器 如果需要 过程还可以重复多次 在某些系统中 还可以用与示教时不同的速度再现 这种方法需要从一个运输装置获得使机器人的操作与搬运装置同步的信号 从而用示教的方法来解决机器人与搬运装置配合的问题 精品文档 27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载27欢迎下载 示教方式编程也有一些缺点 只能在人所能达到的速度下工作 难与传感器的信息相配合 不能用于某些危险的情况 在操作大型机器人时这种方法不实用 难获得高速度和直线运动 难与其他操作同步 2 示教器示教 利用与机器人控制柜相连接的示教器上的运动控制按钮就能驱动机器人动 然后再储存机械臂的运动轨迹信息用于后面的重复运功 在示教器中 每个关 节都有一对按钮 分别控制该关节在两个方向上的运动 有些机器人还能附加 控制运动速冻 通过选择不同的运动方式 机器人能实现单关节或者多关节的 合成运动 3 离线编程或者预编程 离线编程和预编程的含义相同 是指用机器人程序语言预先进行程序设计 而不是用示教的方法编程 离线编程有一下几个方面的优点 编程时可以不使用机器人 以腾出机器人去做其他工作 可以预先优化操作方案和运行周期 以前完成的过程或子程序可结合到待编的程序中去 可用传感器探测外部信息 从而使机器人作出相应的响应 这种响应使机 器人可以工作在自适应的方式下 控制功能中可以包含现有的计算机辅助设计 CAD 和计算机辅助制造 CAM 的信息 可以预先运行程序来模拟实际运动 从而不会出现危险 利用图形仿真技 术 可以在屏幕上模拟机器人运动来辅助编程 对不同的工作目的 只需替换一部分待定的程序 精品文档 28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载28欢迎下载 3 1 2 ABB 机器人的编程语言 RAPID RAPID 程序中包含了一连串的控制机器人的指令 执行这些指令可以实现对 机器人的控制操作 应用程序是使用被称为 RAPID 编程语言的特定词汇和语法编写而成的 RAPID 是一种英语编程语言 所包含的指令可以移动机器人 设置输出 读取 输入 还能实现决策 重复其他指令 构造程序 与系统操作员交流等功能 RAPID 程序的基本架构如表 5 1 所示 表表 5 15 1 RAPIDRAPID 程序构架程序构架 RAPID 程序 程序模块 1程序模块 2程序模块 3程序模块 4 程序数据程序数据 程序数据 主程序 mian例行程序 例行程序 例行程序中断程序 中断程序 中断程序功能 功能 功能 RAPID 程序的构架说明 1 RAPID 程序是由程序模块与系统模块组成 一般地 只通过新建程序 模块来构建机器人程序 而系统模块多用于系统方面的控制 2 可以根据不同的用途创建多个程序模块 如专门用于主控制的程序模 块 用于位置计算的程序模块 用于存放数据的程序模块 这样便于归类管理 不同用途的例行程序与数据 3 每一个程序模块包含了程序数据 例行程序 中断程序和功能四种对 象 但不一定在一个模块中都有这四种对象 程序模块之间的数据 例行程序 中断程序和功能是可以相互调用的 4 在 RAPID 程序中 只有一个主程序 mian 并且存在于任意一个程序 精品文档 29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载29欢迎下载 模块中 并且是作为整个 RAPID 程序的执行起点 ABB 机器人的 RAPID 编程提供了丰富的指令来完成各种简单与复杂的应用 一下是一些最基本也是最常用的指令介绍 赋值指令 赋值指令用于对程序数据进行赋值 赋值可以是一个常量或数学表 达式 常量赋值 reg1 5 数学表达式赋值 reg2 reg1 4 添加指令 Common num 机器人运动指令 机器人在空间中运动主要有关节运动 MoveJ 线性与运动 MoveL 圆弧运动 MoveC 和绝对运动 MoveAbsJ 四种方式 1 绝对位置运动指令是机器人的运动使用六个轴和外轴的角度值来定 义目标位置数据 2 关节运动指令是在对路径精度要求不高的情况下 机器人的工具中 心点 TCP 从一个位置移动到另一个位置 两个位置之间的路径不一 定是直线 3 线性运动指令是机器人的 TCP 从起点到终点之间的路径始终保持为 直线 4 圆弧路径是在机器人可达到的空间范围内定义三个位置点 第一个 点是圆弧的起点 第二个点用于圆弧的曲率 第三个点是圆弧的终 点 精品文档 30欢迎下载30欢迎下载30欢迎下载30欢迎下载30欢迎下载 I O 控制指令 用于控制 I O 信号 以达到与机器人周边设备进行通 信的目的 1 Set 数字信号置位指令 将数字输出 Digital Output 置位为 1 2 Reset 数字信号复位指令 将数字输出 Digital Output 置位为 0 3 WaitDI 数字输入信号判断指令 用于输入信号的值的否与目标一 致 4 WaitDO 数字输出信号判断指令 用于输出信号的值的否与目标一 致 5 WaitUntil 信号判断指令 可用于布尔量 数字量和 I O 信号值的 判断 如果条件到达指令中的设定值 程序继续往下执行 否则就 一直等待 除非设定了最大等待时间 条件逻辑判断指令 1 Compact IF 紧凑型条件判断指令 条件满足后 就执行一句指令 2 IF 条件判断指令 根据不同的条件去执行不同的指令 3 FOR 重复执行判断指令 用于一个或多个指令需要重复执行数次的 情况 4 WHILE 条件判断指令 给点条件满足的情况下 一直重复执行对于 的指令 5 ProcCall 调用例行程序指令 在指定的位置调用例行程序 6 RETURN 返回例行程序指令 当指令被执行时 则马上结束本例行 程序的执行 返回程序指针到调用此例行程序的位置 7 WaitTime 时间等待指令 用于程序在等待一个指定的时间以后 在继续向下执行 精品文档 31欢迎下载31欢迎下载31欢迎下载31欢迎下载31欢迎下载 其他的常用指令 ProcCall 调用例行程序指令 RETURN 返回例行程序指令 WaitTime 时间等待指令 VelSet 设定最大的速度与倍率指令 SpeedRefresh 更新当前运动速度倍率指令 3 23 2 机器人去毛刺系统的工作程序机器人去毛刺系统的工作程序 3 2 1 机器人加工主程序 PROC main rInitAll While TRUE DO rCheckGunState IF di06WorkStation1 1 THEN rCellA Welding ELSEIF di07WorkStation2 1 THEN rCellB Welding ENDIF WaitTime 0 3 ENDWHILE ENDPROC PROC rRotToCellA Set do04pos1 bLoadingOK FALSE WaitTime 3 WaitDi di06WorkStation1 1 MaxTime 10 Reset do04pos1 bCell A TRUE 精品文档 32欢迎下载32欢迎下载32欢迎下载32欢迎下载32欢迎下载 ENDPROC PROC rRotToCellB Set do05pos2 bLoadingOK FALSE WaitTime 3 WaitDi di07WorkStation2 1 MaxTime 10 Reset do05pos2 bCell B TRUE ENDPROC PROC rInitAll AccSet 100 100 VelSet 100 3000 ConfL On ConfJ On rHome nCount 0 rCheckHomePos Reset do05pos2 Reset do04pos1 Reset soRobotInHome Reset do01WeldOn Reset do03FeedOn Reset do02GasOn IDelete intno1 CONNECT intno1 WITH tLoadingOK ISignalDI di08LoadingOK 1 intno1 ENDPROC PROC rCheckGunState IF nCount 6 Then rWeldGunSet nCount 0 ENDIF Waittime 0 1 ENDPROC PROC rCellA Welding rWeldingPathA WaitUntil bLoadingOK TRUE rRotToCellB nCount nCount 1 ENDPROC PROC rCellB Welding rWeldingPathB 精品文档 33欢迎下载33欢迎下载33欢迎下载33欢迎下载33欢迎下载 WaitUntil bLoadingOK TRUE rRotToCellA nCount nCount 1 ENDPROC PROC rHome MoveJDO pHome vmax fine