【正文】 ................................... 26 建立機器人系統(tǒng) .......................................... 26 創(chuàng)建畫面 ................................................ 27 用 smart 組件創(chuàng)建動態(tài)夾具 Gripper ............................ 27 建立 smart 組件 .......................................... 27 創(chuàng)建屬性與連結(jié) .......................................... 28 創(chuàng)建信號與連接 .......................................... 28 工作站邏輯 I/O 信號設(shè)定 .................................. 30 示教編程及解析 .............................................. 30 V 示教器常用指令 .......................................... 30 程序解析 ................................................ 32 本章小結(jié) .................................................... 32 ............................................. 35 ........................................................... 35 參考文獻 ........................................................ 36 致謝 ............................................................. 37 附錄 ............................................................. 38 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 課題的目的和意義 首先， 最近幾年里我國機器人這個行業(yè)可謂是發(fā)展的非常快 ，不管是服務(wù)型機器人還是工業(yè)機器人，都將成為未來發(fā)展的大趨勢，加上目前無人駕駛汽車的快速研發(fā)，相信在不久的將來汽車行業(yè)也將會有一個顛覆性的變化。不僅是汽車行業(yè)，還有手機等大量自動化行業(yè)都離不開工業(yè)機器人。 目前， 工業(yè)機器人已經(jīng) 在 各種自動 化生產(chǎn)線上 被 廣泛地應(yīng)用 ,在機器人種類中有著舉足輕重的作用 ,它 由 四部分構(gòu)成，分別是 操作機 、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置。據(jù)專家預(yù)測，工業(yè)機器人的研究工作已向 仿人化特種化智能化發(fā)展我們著手設(shè)計的門架機器人屬特種化機器人，所以工業(yè)機 器人的研究具有重大的意義。而研究該課題的意義就在于運用機器人生產(chǎn)線打磨產(chǎn)品，不僅可以提高生產(chǎn)率，降低成本，還能讓人遠離打磨機帶來的噪音傷害，真正能夠?qū)崿F(xiàn)以人為本，最終達到“機器換人 ” 這一趨勢。隨著我國門戶的逐漸開 放，國內(nèi)的工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)將面對越來越大的競爭與沖擊，因此，掌握國內(nèi)工業(yè)機器人市場的實際情況，把握我國工業(yè)機器人研究的相關(guān)進常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 展，顯得十分重要。根據(jù) 國內(nèi) 情況，工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)才開始發(fā)展，但增長的趨勢非?？?。例 如：可靠性 方面要比國外低，起步也比國外晚 ，應(yīng)用領(lǐng)域 相對較 窄，生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)方面 與國外比 也 有 一些 差距。因此逐漸出現(xiàn)了一批很有影響力的機器人公司。 未來的趨勢 21 世紀制造業(yè)將進入一個新階段， 未來 企業(yè)的主導模式 將變?yōu)槊艚葜圃?。 其次， 工業(yè)機器人具有可編程、基于傳感器控制、自主規(guī)劃、可協(xié)調(diào)作業(yè)等特點，進一步發(fā)揮機器人這些高柔性和智能化特點，使它成為可重組的敏捷制造生產(chǎn)裝備及系統(tǒng)的重要組成部分，為傳統(tǒng)制造企業(yè)向敏捷制造企業(yè)跨躍發(fā)展提供重要的技術(shù)支持，是工業(yè)機器人的發(fā)展趨勢。在對日、德裝備制造業(yè)的興旺進行認真分析后，美國人發(fā)現(xiàn)其原因在于日、德對制造工藝與裝備研究的投入比例遠大于美國。隨著勞動力成本上升、生產(chǎn)成本等要素的提高，工業(yè)機器人在中國的發(fā)展日益迅猛，前景廣闊。當前全球社會組織形式和經(jīng)濟發(fā)展正發(fā)生深刻變化，隨著人口紅利 的逐漸衰減和常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 技術(shù)的飛速發(fā)展，機器人有望閃亮登場，“逆襲”人類工業(yè)化進程。 (2)該工位的硬件設(shè)計 。 (4）研究 winccflexible 人機監(jiān)控軟件，利用其設(shè)計出上位機監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)該工位的自動監(jiān)控，從而讓他人能夠?qū)崟r掌控該工位的情況。 (6) 示教編程機器人打磨所需要的動作 。當中轉(zhuǎn)臺上 傳感器感應(yīng)到工件時，機械手 開始啟動 準備夾取工件，直到夾爪上的傳感器感應(yīng)到工件時，夾緊工件；當把工件從中轉(zhuǎn)臺夾出后，打磨機和砂輪機啟動，之后開始在打磨機上打磨上一工站標定的交貫線，打磨完成后在抓取到砂輪機上將端面的毛刺去掉，完成打磨后， 打磨機和砂輪機停止，然后機器人將工件放入傳送帶上 , 傳送帶開啟將工件運走。本系統(tǒng)的硬件配置主要由 CPU、外部擴展模塊 EM22通信模塊 EM27檢測元件、人機操作界面、以及執(zhí)行元件組成，而軟件則是由 PLC 的梯形圖及上位機的組態(tài)軟件構(gòu)成，其設(shè)計框圖如圖 21 所示： 圖 21 總體設(shè)計框圖 本章小結(jié) 本章主要是簡單描述了一下系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，為實現(xiàn)此功能而選用的硬件軟件，從而構(gòu)思了一個控制系統(tǒng)的整體框架，這樣從論文的結(jié)構(gòu)上來看比較清晰，也會有一個明確的方向去完成系統(tǒng)的硬件和軟件的設(shè)計。 如圖 31 所示 為 CPU224CN 模塊 ： 圖 31 CPU224CN 模塊 然而本設(shè)計共需 25 個數(shù)字量輸入點和 16 個數(shù)字量輸出點，因此還需要擴展一個 16 點數(shù)字量輸入 /輸出擴展模 塊 EM223，其連接方式如圖 32 所示： 圖 32 模塊連接圖 PLC 的 I/O 分配表 在主機 CPU224 模塊中 I/O 連接主要是模式的選擇及三色燈的狀態(tài)； 16 點輸入輸出擴展模塊 中 I/O 連接 主要是 機器人狀態(tài)反饋及程序段號的發(fā)送和運行，及一個傳感器信號和三個電機輸出。 如圖 34 通信連接圖： 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圖 34 通信連接圖 EM277 模塊地址設(shè)置 本工站作為產(chǎn)線的一個從站，其通信地址是獨立的，這樣也能更加準確的達到通信的目的。 圖 35 通信模塊地址設(shè)置 EM277 模塊的電路接線圖 這個模塊是由 空開 QF13 控制，所以只需將空開的 24V 電源連接線接到模塊上即可，如圖 36 所示電路圖： 圖 36 EM277 電路接線圖 傳感器的電路設(shè)計 傳感器的選 型 傳感器的選擇很重要， 在考慮到系統(tǒng) 運行的實際工作環(huán)境以及成本等因素，常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 我們選擇了一款電容式接近開關(guān)。傳感器本身的電容值不受電極材料的影響，而且 穩(wěn)定性較強，所以該傳感器適合本系統(tǒng)的設(shè)計要求。 圖 38 PNP 傳感器原理圖 中轉(zhuǎn)臺上的傳感器電路設(shè)計 當中轉(zhuǎn)臺上有工件時，此時傳感器感應(yīng)到工件并將信號傳遞給 PLC。其電路接線圖如圖 39 所示： 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖 39 接近開關(guān)電路圖 抓手上的傳感器及氣缸電路設(shè)計 當 夾爪上的 傳 感器感應(yīng)到工件時，傳感器將信號傳給 機器人， 此時 氣閥進氣 ，夾爪夾緊工件；當工件被放到傳送帶位置時 ，此 時氣閥 放氣 ，夾爪松開工件。當完成程序三 后 ，同樣機器人會給 PLC 發(fā)送信號， PLC 接收到信號后會啟動傳送帶。其次又介紹了通信模塊 EM277 及 電路接線圖 ，最后介紹了傳感器的選型、工作原理、電路圖設(shè)計及三個電機的電路設(shè)計。 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 本系統(tǒng)采用的是西門子公司 S7200系列 PLC的編程軟件 STEP7Micro/WIN，這個軟件功能還是很強大的 ，主要用于開發(fā) S7200 系列 PLC 的用戶程序，以及監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，檢查排除系統(tǒng)故障，管理用戶程序文檔等。如圖 45 所示： 圖 45 PPI 參數(shù)設(shè)置及計算機接口設(shè)置 4） 最后點擊工具欄上的下載鍵，便可將程序下進 PLC 中。 1 完成后， 機器人給 PLC 發(fā)送信號， PLC 接到信號后啟動打磨機和砂輪機 ,機器人開始運行程序段 2,對工件進行 圓角打磨以及對平面拋光處理。 根據(jù)以上控制要求，設(shè)計的流程圖如圖 46 所示： 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 開始上電AS 1 是否有信號 啟動 RB 執(zhí)行程序段一 ， RB 抓件程序一是否完成打磨機和砂輪機開始運行RB 開始執(zhí)行程序段二 ， 對工件進行圓角打磨和平面拋光程序二是否完成打磨機砂輪機停止 ， RB 執(zhí)行程序段三 ， 將工件放到傳送帶上程序三是否完成傳送帶啟動 ， RB 返回 H O M E 位 ， 等待下一信號結(jié)束YRB 保持 H O M E 位YYYNNN 圖 46 PLC 控制流程圖 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 當 中轉(zhuǎn)臺有工件時， PLC 給機器人發(fā)送程序號 一 機器人運行程序段 一 功能：機器人 開始到中轉(zhuǎn)臺上抓件 當程序段一完成后，打磨機和砂輪機啟動，機器人開始執(zhí)行程序段二 功能：對工件進行圓角打磨及表面拋光 （ 1）打磨機運行 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 （ 2）砂輪機運行 （ 3）機器人運行程序段三 當程序段二完成后，打磨機和砂輪機停止，機器人開始運行程序段三 功能：機器人將打磨好的工件放在傳送帶上 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 本章主要是用 s7200 作為下位機軟件進行程序的編寫，然后通過 PC/PPI電纜進行通信，在 s7200 中進行通信參數(shù)設(shè)置，最后畫出控制功能流程圖，根據(jù)流程圖編寫相應(yīng)的程序 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 由于下位機我們用的是 STEP7，這里上位機也就同樣用西門子公司的 軟件wincc, wincc 本身提供 S7200 的驅(qū)動軟件，因此使 PLC 與上位機的聯(lián)結(jié)可以變得非常容易。基于此，我們決定選 用 wincc 作為組態(tài)軟件。 如圖 52 所示 ： 圖 52 Wincc Flexible Smart 界面 模板畫面 主畫面 機器人信號狀 態(tài)畫面 報警畫面 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 變量連接 選擇左邊的通訊，單擊“連接”，由于這里我們選擇的是 PLC 編程，所以通訊也是和 PLC 通訊。在左上方添 加“燈測試”和“系統(tǒng)退出”兩個按鈕 。在右上方添加一個報警指示器，如圖 55 所示： 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 55 模板畫面 雙擊按鈕，在“事件”中點開“單擊”，添加相應(yīng)的函數(shù)。 主畫面設(shè)計 主畫面是監(jiān)控系統(tǒng)的核心畫面。 操作模式選擇手動，無一類故障，畫面選擇電機運行，啟動時左上方小圓是綠色的；電機默認手動方式是點動模式，在此模式下，按啟動按鈕，按鈕背景變成綠色，電機運行。 機器人信號狀態(tài)畫面設(shè)計 機器人的信號狀態(tài)畫面，主要是機器人與 PLC 之間的信號傳遞。當 PLC 接收到信息后，便開始向機器人發(fā)送程序號，機器人接收到信息后便開始進入該程序號，等到 PLC 再向機器人發(fā)送啟動信號時，機器人便開始運行該程序。其結(jié)構(gòu)如圖 59 所示： 圖 59 PLC 與觸摸屏通信連接 本章主要介紹的是下位機 wincc 組態(tài)軟件，利用組態(tài)軟件對 PLC 進行實時監(jiān)控。最后利用 PPI 電纜將兩個通訊口連接起來，實現(xiàn)兩邊信息交互 常熟理工學院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 由于本系統(tǒng)所采用的是 ABB 工業(yè)機器人，所以這里也就直接用了 ABB 公司配套的軟件 RobotStudio，這個軟件 是機器人本體商中做的最好的一款 。打 開軟件創(chuàng)建一個空工作站，如圖 61 所示為robtstudio 仿真軟件的界面 。 設(shè)定本地原點 現(xiàn)將 3D 夾爪模型導入 robtstudio 中，然后右擊該夾爪，選擇“位置” — “放置” — “三點法” ，依次設(shè)置圖 62 所示的三個點位置。此時之前的 3D 模型夾爪已經(jīng)變成機械裝置了，如圖63 所示。 圖 63 創(chuàng)建夾爪的機械裝置 創(chuàng)建仿真畫面