单元六工业机器人自动生产线工作站的系统设计

1、工业机器人工作站系统集成单元六 工业机器人自动生产线工作 站的系统设计 工作任务描述:完成工业机器人上下料工作站的系统设计。学习目标:通过本任务学习，应能：1.掌握工业机器人数控机床上下料工作站的特点。2.掌握工业机器人与外围系统的接口电路技术。 工业机器人自动生产线由机器人上下料工作站、机器人装配工作站组成，二个工作站由工件输送线相连接。整体布置如图所示。 其中工业机器人上下料工作站由机器人系统、PLC控制系统、CNC数控机床、上下料输送线系统、平面仓库、操作按钮盒等组成。知识准备知识准备 一、上下料工作站工作任务知识准备知识准备 1设备上电前，系统处于初始状态，即输送线上无托盘、机器人手爪

2、松开、数控机床卡盘上无工件。 2设备启动前要满足机器人选择远程模式、机器人在作业原点、机器人伺服已接通、无机器人报警错误、无机器人电池报警、机器人无运行、CNC就绪等初始条件。满足条件时候黄灯常亮，否则黄灯熄灭。 3设备就绪后，按启停按钮，系统运行，机器人启动，绿色指示灯亮。 (1) 将载有待加工工件的托盘放置在输送线的起始位置（托盘位置1）时，托盘检测光电传感器检测到托盘，启动直流电机和伺服电机，上下料输送线同时运行，将托盘向工件上料位置“托盘位置2”处输送。一、上下料工作站工作任务知识准备知识准备 (2) 当托盘达到上料位置（托盘位置2）时，被阻挡电磁铁挡住，同时托盘检测光电传感器检测到托

3、盘，直流电机与伺服电机停止。 (3) CNC安全门打开，机器人将托盘上的工件搬运到CNC加工台上。 (4) 搬运完成后，CNC安全门关闭、卡盘夹紧，CNC进行加工处理。 (5) CNC加工完成后，CNC安全门打开，通知机器人把工件搬运到上料位置的托盘上。 (6) 搬运完成，上料位置（托盘位置2）的阻挡电磁铁得电，挡铁缩回，伺服电机启动，工件上下料输送线2和工件上下料输送线3运行，将装有工件的托盘向装配工作站输送。 4在运行过程中，再次按启停按钮，系统将本次上下料加工过程完成后停止。一、上下料工作站工作任务知识准备知识准备 5在运行过程中，按暂停按钮，机器人暂停，按复位按钮，机器人再次运行。 6

4、在运行过程中急停按钮一旦动作，系统立即停止。急停按钮复位后，还须按复位按钮进行复位。按复位按钮不能使机器人自动回到工作原点，机器人必须通过示教器手动复位到工作原点。 7若系统存在故障，红色警示灯将常亮。系统故障包含：上下料传送带伺服故障、上下料机器人报警错误、上下料机器人电池报警、数控系统报警、数控门开关超时报警、上下料工作站急停等。当系统出现故障时，可按复位按钮进行复位。一、上下料工作站工作任务知识准备知识准备 上下料工作站的工作流程如图所示。上下料工作站的工作流程 二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 1 1系统配置系统配置上下料工作站系统配置见表 上下料工作站系统配置名称型号数量说

5、明六关节机器人本体MOTOMAN HM61上下料机器人与控制系统机器人控制器DX1001PLC CPU模块NJ301-11001上下料工作站系统控制用PLC数字量32点输入单元CJ1W-ID2311PLC扩展单元数字量32点输出单元CJ1W-OD2311伺服驱动器R88D-KN08H-ECT-Z1输送线2、3的驱动系统伺服电机R88M-K75030H-S2-Z1直流电机DC24V，75W1输送线1驱动电机光电传感器E3Z-LS637，DC24V2输送线托盘检测电磁铁TAU-0837，DC24V1阻挡输送线上托盘电磁阀4V120-M5,DC24V2机器人手爪夹紧、松开控制磁性开关CS-15T1机

6、器人手爪夹紧检测启停按钮LA42P-10/G1工作站启动与停止二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 1 1系统配置系统配置上下料工作站系统配置（续）名称型号数量备注复位按钮LA42P-10/Y1故障复位暂停按钮LA42P-10/R1机器人暂停急停按钮LA42J-11/R1系统急停警示灯XVGB3T，DC24V1红、黄、绿灯各一只二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 2 2系统框图系统框图 机器人上下料工作站以NJ PLC为控制核心，现场设备启动、复位按钮、传感器、继电器、电磁阀等为NJ PLC的输入/输出设备；CNC系统与NJ PLC之间通过接点传送信息；机器人与NJ PLC之间通

7、过机器人接口传送信息；NJ PLC通过EtherCAT总线控制伺服系统运行。系统框图如图所示。机器人上下料工作站系统框图 二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 3 3接口配置接口配置 (1) 机器人与NJ PLC接口配置 机器人控制器DX100与NJ PLC的I/O接口配置见表。 机器人与NJ PLC的I/O接口配置机器人DX100NJ PLC地址插头信号地址定义的内容CN308INB1机器人程序启动Ch1-Out00A2机器人清除报警和故障Ch1-Out01OUTB8机器人运行中Ch2_In08A8机器人伺服已接通Ch2_In09A9机器人报警错误Ch2_In10CN308OUTB10

8、机器人电池报警Ch2_In11A10机器人选择远程模式Ch2_In12B13机器人在作业原点Ch2_In13CN306INB1 IN#(9)机器人搬运开始Ch1-Out02OUTB8 OUT#(9)机器人搬运完成Ch2_In14二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 3 3接口配置接口配置 CN308是机器人的专用I/O接口，每个接口的功能是固定的，如CN308的B1输入接口，其功能为“机器人程序启动”，当B1口为高电平时，机器人启动运行，开始执行机器人程序。CN306是机器人的通用I/O接口，每个接口的功能由用户定义，如将CN306的B1输入接口（IN9）定义为“机器人搬运开始”，当B1

9、口为高电平时，机器人开始搬运工件。（具体参见机器人程序）二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 3 3接口配置接口配置 CN307也是机器人的通用I/O接口，每个接口的功能由用户定义，如将CN307的B8、A8输出接口（OUT17）定义为机器人手爪夹紧功能，当机器人程序使OUT17输出为1时，YV1得电，吸紧工件。CN307的接口功能配置见表。机器人I/O接口配置插头信号地址定义的内容外接设备CN307B1（IN17）机器人手爪夹紧检测手爪夹紧检测性开关B8（OUT17-） A8（OUT17+）机器人手爪夹紧夹紧电磁阀YV1B9（OUT18-） A9（OUT18+）机器人手爪松开松开电磁阀

10、YV2二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 3 3接口配置接口配置 MXT是机器人的专用输入接口，每个接口的功能是固定的。如EXSVON为机器人外部伺服ON功能，当29、30间接通时，机器人伺服电源接通。上下料工作站所使用的MXT接口配置见表。 机器人MXT接口配置插头信号地址定义的内容外部继电器MXTEXESP1+（19）机器人双回路急停K5EXESP1-（20）EXESP2+（21）EXESP2-（22）EXSVON+（29）机器人外部伺服ONK1EXSVON-（30）EXHOLD+（31）机器人外部暂停K4EXHOLD-（32） 二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 3 3接

11、口配置接口配置 （2) CNC与NJ PLC接口配置 CNC与NJ PLC的I/O接口配置见表。 CNC与NJ PLC的接口配置序号CNC PLC地址NJ PLC地址信号名称（变量名）1OUTA2INCH2_IN02CNC就绪2A3CH2_IN03CNC报警3A4CH2_IN04CNC门开到位4B1CH2_IN05CNC门关到位5B2CH2_IN06CNC加工完成序号CNC PLC地址NJ PLC地址信号名称（变量名）6INC1OUTCH2_OUT01CNC急停7C2CH2_OUT02CNC复位8C3CH2_OUT03CNC门打开9C4CH2_OUT04CNC门关闭10D1CH2_OUT05C

12、NC加工开始二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 3 3接口配置接口配置 (3) NJ PLC I/O地址分配及变量定义 NJ PLC I/O地址分配及变量定义见表。 NJ PLC I/O地址分配及变量定义输入信号输出信号序号PLC输入地址变量名序号PLC输出地址变量名1Ch1-In01 启停按钮1Ch1-Out00机器人程序启动2Ch1-In02 复位按钮2Ch1-Out01机器人清除报警和故障3Ch1-In03 急停按钮3Ch1-Out02机器人搬运开始4Ch1-In04 暂停按钮4Ch1-Out03机器人伺服使能5Ch1-In05托盘检测15Ch1-Out04警示灯红6Ch1-In

13、06托盘检测26Ch1-Out05警示灯黄7Ch2_In02CNC就绪7Ch1-Out06警示灯绿8Ch2_In03CNC报警8Ch1-Out07直流电机启停9Ch2_In04CNC门开到位9Ch1-Out08电磁铁10Ch2_In05CNC门关闭到位10Ch1-Out10机器人暂停二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 3 3接口配置接口配置 11Ch2_In06CNC加工完成11Ch1-Out11机器人急停12Ch2_In08机器人运转中12Ch2-Out01CNC急停13Ch2_In09机器人伺服已接通13Ch2-Out02CNC复位14Ch2_In10机器人报警错误14Ch2-Ou

14、t03CNC门打开15Ch2_In11机器人电池报警15Ch2-Out04CNC门关闭16Ch2_In12机器人选择远程模式16Ch2-Out05CNC加工开始17Ch2_In13机器人在作业原点1718Ch2_In14机器人搬运完成18二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 4 4硬件电路硬件电路 (1) PLC开关量信号输入电路如图。由于传感器为NPN电极开路型，且机器人的输出接口为漏型输出，故PLC的输入采用漏型接法，即COM端接+24V。PLC输入信号包括控制按钮、托盘检测用传感器等。 NJ301-1100，CJ1W-ID231CH1_In01CH1_In02CH1_In03CH1

15、_In06CH1_In05COM暂停按钮SB4CH1_In04+-+-B2B10V+24V 托盘1检测托盘2检测启动按钮复位按钮急停按钮SB1SB2SB3PLC开关量输入信号电路 二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 4 4硬件电路硬件电路 (2) PLC开关量信号输出电路如图所示。由于机器人的输入接口为漏型输入，PLC的输出采用漏型接法。PLC输出包括电磁铁、机器人暂停等。 HL3CH1_Out06HL1CH1_Out04HL2CH1_Out05红灯黄灯绿灯NJ301-1100，CJ1W-OD231+24V0V电磁铁机器人暂停电磁铁K5机器人急停CH1_Out11V+K3CH1_Out

16、08K4CH1_Out10COMK3YAPLC开关量输出信号电路 二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 4 4硬件电路硬件电路 (3) 机器人输出与PLC输入接口电路如图所示。CN303为机器人外接电源接口，其1、2端接外部DC24V电源。PLC输入信号包括“机器人运行中”、“机器人搬运完成”等机器人反馈信号。 0V+24VNJ301-1100,CJ1W-ID231B8A8A9B10A10B13B8CN308(OUT)CN30612CN3030V+24VOUT09机器人运行中机器伺服已接通机器人报警/错误机器人电池报警机器人选择远程模式机器人在作业原点机器人搬运完成CH2_In08CH2

17、_In09CH2_In10CH2_In11CH2_In12CH2_In13CH2_In14COM机器人输出与PLC输入接口电路 二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 4 4硬件电路硬件电路 (4) 机器人输入与PLC输出接口电路如图所示。PLC输出信号包括“机器人程序启动”、“机器人搬运开始”等控制机器人运行、停止的信号。K2控制上下料输送线1的拖动直流电机。 V+K1机器人伺服使能直流电机启停CH1_Out00NJ301-1100，CJ1W-OD231CN303B1A2B1CN308(IN)CN306+24V0V+24V0VV+机器人程序启动机器人清除报警与故障机器人搬运开始12IN0

18、9CH1_Out01CH1_Out02CH1_Out03K2CH1_Out07COMMK2机器人输入与PLC输出接口电路 二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 4 4硬件电路硬件电路 (5) 机器人专用输入接口MXT电路如图所示。继电器K5双回路控制机器人急停、K1控制机器人伺服使能、K4控制机器人暂停。 EXESP1+EXESP1-EXESP2+EXESP2-EXSVON+EXSVON-EXHOLD+EXHOLD-MXT1920212229303132K5K5K1K4急停急停伺服使能暂停机器人专用输入MXT接口电路 二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 4 4硬件电路硬件电路 (

19、6) 机器人输出控制手爪电路如图所示。机器人通过CN307接口的A8、A9控制电磁阀YV1、YV2，抓取或释放工件。SQ为检测手爪夹紧磁性开关. B1IN17B7024VUB8CN307OUT17-A8B9A9B16A16OUT17+OUT18-OUT18+024VU024VUB18+24VU手爪夹紧手爪放松YV1YV2SQ手爪夹紧检测机器人输出控制电磁阀电路 二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 4 4硬件电路硬件电路 （7) CNC与PLC的接口电路如图所示 COMK18K19COMNJ301-1100,CJ1W-ID231+24V0VK15K16K17K18K19A2CNC PLC

20、 （OUT）A3A4B1B2K15K16K17CNC就绪CNC故障CNC门开到位CNC门关闭到位加工完成CH2_In002CH2_In003CH2_In004CH2_In005CH2_In006CH2_Out02CH2_Out03CH2_Out01NJ301-1100,CJ1W-OD231+24V0VCNC急停CNC复位CNC门打开COMK10K11K12CNC门关闭CNC加工开始CH2_Out04CH2_Out05K13K14V+K10K11K12K13K14D2C1C2C3C4D1CNC PLC （IN）CNC输出与NJ输入接线图 CNC输入与NJ输出接线图 二、上下料工作站硬件系统 知识

21、准备知识准备 4 4硬件电路硬件电路 (8) 伺服系统电路图如图所示。 3MR88D-KN08H-ECTOMRON伺服驱动器PDCUVWPGL1L2L3L1CL2CLNPE伺服电机R88M-K75030H-S2CN2CN4编码器接口伺服系统电路 三、上下料工作站软件系统知识准备知识准备 1 1上下料工作站上下料工作站PLCPLC程序程序 上下料工作站PLC参考程序如图所示。 三、上下料工作站软件系统知识准备知识准备 1 1上下料工作站上下料工作站PLCPLC程序程序 三、上下料工作站软件系统知识准备知识准备 1 1上下料工作站上下料工作站PLCPLC程序程序 三、上下料工作站软件系统知识准备知

22、识准备 1 1上下料工作站上下料工作站PLCPLC程序程序 三、上下料工作站软件系统知识准备知识准备 1 1上下料工作站上下料工作站PLCPLC程序程序 三、上下料工作站软件系统知识准备知识准备 1 1上下料工作站上下料工作站PLCPLC程序程序 三、上下料工作站软件系统知识准备知识准备 1 1上下料工作站上下料工作站PLCPLC程序程序 三、上下料工作站软件系统知识准备知识准备 1 1上下料工作站上下料工作站PLCPLC程序程序 三、上下料工作站软件系统知识准备知识准备 1 1上下料工作站上下料工作站PLCPLC程序程序 三、上下料工作站软件系统知识准备知识准备 2 2上下料工作站机器人程序

23、上下料工作站机器人程序 (1) 主程序 上下料工作站机器人主程序见表。 上下料工作站机器人程序序号程序注释1NOP2MOVJ VJ=20.00 机器人作业原点，关键示教点3DOUT OT#(9) OFF清除“机器人搬运完成”信号；初始化4*LABEL1程序标号5WAIT IN#(9)=ON等待PLC发出“机器人搬运开始”命令，进行上料6JUMP *LABEL2 IF IN#(17)=OFF 判断手爪是否张开7CALL JOB:HANDOPEN 若手爪处于夹紧状态，则调用手爪释放子程序8*LABEL2程序标号9MOVJ VJ=20.00 机器人作业原点，关键示教点三、上下料工作站软件系统知识准备

24、知识准备 2 2上下料工作站机器人程序上下料工作站机器人程序 10WAIT IN#(17)=OFF 等待手爪张开11MOVJ VJ=25.00 PL=3中间移动点12MOVJ VJ=25.00 PL=3中间移动点13MOVJ VJ=25.00中间移动点14MOV V=83.3到达托盘上方夹取工件的位置，关键示教点15CALL JOB:HANDCLOSE 手爪夹紧，夹取工件16WAIT IN#(17)=ON 等待手爪夹紧17MOVL V=83.3 PL=1 提升工件18MOVJ VJ=25.00 PL=3中间移动点19MOVJ VJ=25.00 PL=3中间移动点20MOVJ VJ=25.00中

25、间移动点三、上下料工作站软件系统知识准备知识准备 2 2上下料工作站机器人程序上下料工作站机器人程序 21MOVL V=83.3 到达数控机床卡盘上方释放工件的位置，关键示教点22CALL JOB:HANDOPEN 手爪张开，释放工件23WAIT IN#(17)=OFF 等待手爪释放24MOVJ VJ=25.00 退出CNC，回到等待位置25PULSE OT#(9) T=1.00 向PLC发出1s“机器人搬运完成”信号，上料完成26WAIT IN#(9)=ON 等待PLC发出“机器人搬运开始”命令，进行下料27MOVJ VJ=25.00 PL=1中间移动点28MOVJ VJ=25.00 PL=

26、1中间移动点29MOVL V=166.7到达数控机床卡盘上方夹取工件的位置，关键示教点30CALL JOB:HANDCLOSE 手爪夹紧，夹取工件31WAIT IN#(17)=ON 等待手爪夹紧32MOVL V=83.3 PL=1 提升工件三、上下料工作站软件系统知识准备知识准备 2 2上下料工作站机器人程序上下料工作站机器人程序 33MOVJ VJ=25.00 PL=1中间移动点34MOVJ VJ=25.00 PL=1中间移动点35MOVJ VJ=25.00中间移动点36MOVL V=83.3 到达托盘上方释放工件位置，关键示教点37CALL JOB:HANDOPEN 手爪张开，释放工件38

27、WAIT IN#(17)=OFF 等待手爪释放39MOVL V=166.7 PL=1中间移动点40MOVL V=416.7 PL=2中间移动点41PULSE OT#(9) T=1.00向PLC发出1s“机器人搬运完成”信号，下料完成42MOVJ VJ=25.00 PL=3中间移动点43MOVJ VJ=25.00 返回工作原点44JUMP *LABEL1跳转到开始的位置45END三、上下料工作站软件系统知识准备知识准备 2 2上下料工作站机器人程序上下料工作站机器人程序 (2) 工件夹紧子程序 工件夹紧子程序“HANDCLOSE”见表。 工件夹紧子程序“HANDCLOSE”序号程序注释1NOP2

28、TIMER T=0.50 延时0.5秒3DOUT OT#(18) OFF机器人手爪松开4PULSE OT#(17) T=1.00机器人手爪夹紧5WAIT IN#(17)=ON 等待夹紧完成6TIMER T=0.20 延时0.2秒7END三、上下料工作站软件系统知识准备知识准备 2 2上下料工作站机器人程序上下料工作站机器人程序 (3) 工件释放子程序 工件释放子程序“HANDOPEN”见表。 工件释放子程序“HANDOPEN”序号程序注释1NOP2TIMER T=0.50 延时0.5秒3DOUT OT#(17) OFF机器人手爪夹紧4PULSE OT#(18) T=1.00机器人手爪松开5WA

29、IT IN#(17)=OFF 等待松开完成6TIMER T=0.20 延时0.2秒7END任务书任务书。项目名称项目名称工业机器人自动生产线工作站系统集成 任务名称任务名称工业机器人自动生产线工作站的系统设计 班班 级级 姓 名 学 号 组 别 任务内容任务内容根据工业机器人上下料工作站的控制要求，设计系统硬件电路；编写PLC控制程序；并进行系统调试。 任务目标任务目标1.掌握工业机器人数控机床上下料工作站的特点。2.掌握工业机器人与外围系统的接口电路技术。资料资料工具设备工业机器人安全操作规程工业机器人安全操作规程常用工具工业机器人自动生产线工作站 MH6机器人使用说明书机器人使用说明书 D

30、X100使用说明书使用说明书 DX100维护要领书维护要领书 工业机器人搬运工作站说明书工业机器人搬运工作站说明书 谢谢！ 工业机器人自动生产线由机器人上下料工作站、机器人装配工作站组成，二个工作站由工件输送线相连接。整体布置如图所示。 其中工业机器人上下料工作站由机器人系统、PLC控制系统、CNC数控机床、上下料输送线系统、平面仓库、操作按钮盒等组成。知识准备知识准备 一、上下料工作站工作任务知识准备知识准备 1设备上电前，系统处于初始状态，即输送线上无托盘、机器人手爪松开、数控机床卡盘上无工件。 2设备启动前要满足机器人选择远程模式、机器人在作业原点、机器人伺服已接通、无机器人报警错误、无

31、机器人电池报警、机器人无运行、CNC就绪等初始条件。满足条件时候黄灯常亮，否则黄灯熄灭。 3设备就绪后，按启停按钮，系统运行，机器人启动，绿色指示灯亮。 (1) 将载有待加工工件的托盘放置在输送线的起始位置（托盘位置1）时，托盘检测光电传感器检测到托盘，启动直流电机和伺服电机，上下料输送线同时运行，将托盘向工件上料位置“托盘位置2”处输送。二、上下料工作站硬件系统 知识准备知识准备 1 1系统配置系统配置上下料工作站系统配置（续）名称型号数量备注复位按钮LA42P-10/Y1故障复位暂停按钮LA42P-10/R1机器人暂停急停按钮LA42J-11/R1系统急停警示灯XVGB3T，DC24V1红、黄、绿灯各一只二、上下料工作