畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)電氣部分的設(shè)計(jì)

1、工業(yè)機(jī)器人論文題 目： 機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)電氣部分的設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 機(jī)電一體化（對口）一班 平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2011年 12 月 25 日平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院1 緒 論31.1 點(diǎn)焊機(jī)器人介紹及其研究意義31.2 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢32 機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)電氣控制部分的組成和原理42.1 機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)的電氣控制原理43 機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)電氣控制部分硬件設(shè)計(jì)53.1 安全保護(hù)系統(tǒng)53.1.1 隔離柵欄保護(hù)53.1.2 安全光柵保護(hù)63.2 plc的選擇83.2.1 西門子s7-300plc83.2.2 softplc93.2.3 plc的選擇103.3 夾具系統(tǒng)103

2、.3.1 電感式接近開關(guān)的工作原理103.3.2 氣缸的工作原理103.3.3 閥島的工作原理123.4 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)133.4.1 電磁閥的工作原理133.4.2 變頻器控制電路的設(shè)計(jì)143.4.3 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)153.5 焊接系統(tǒng)163.5.1 焊槍的工作原理163.5.2 修磨器184 機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)電氣控制部分軟件設(shè)計(jì)194.1機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)的工藝194.2 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)204.2.1 手動(dòng)模式軟件總體設(shè)計(jì)204.2.2 自動(dòng)模式軟件總體設(shè)計(jì)214.3 夾具系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)234.3.1 夾具系統(tǒng)手動(dòng)模式軟件設(shè)計(jì)234.3.2 夾具系統(tǒng)自動(dòng)模式軟件設(shè)計(jì)264.4 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3、264.4.1 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)手動(dòng)模式軟件設(shè)計(jì)264.4.2 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)自動(dòng)模式軟件設(shè)計(jì)27結(jié) 論29謝 辭301 緒 論1.1 點(diǎn)焊機(jī)器人介紹及其研究意義點(diǎn)焊機(jī)器人驅(qū)動(dòng)方式有液壓驅(qū)動(dòng)和電氣驅(qū)動(dòng)兩種。其中電氣驅(qū)動(dòng)具有保養(yǎng)維修簡便、能耗低、速度高、精度高、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用較為廣泛。點(diǎn)焊機(jī)器人按照示教程序規(guī)定的動(dòng)作、順序和參數(shù)進(jìn)行點(diǎn)焊作業(yè)，其過程是完全自動(dòng)化的，并且具有與外部設(shè)備通信的接口，可以通過這一接口接受上一級(jí)主控與管理計(jì)算機(jī)的控制命令進(jìn)行工作。焊接加工一方面要求焊工要有熟練的操作技能、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、穩(wěn)定的焊接水平；另一方面，焊接又是一種勞動(dòng)條件差、煙塵多、熱輻射大、危險(xiǎn)性高的工作。工業(yè)機(jī)

4、器人的出現(xiàn)使人們自然而然首先想到用它代替人的手工焊接，減輕焊工的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也可以保證焊接質(zhì)量和提高焊接效率。點(diǎn)焊機(jī)器人在汽車裝配生產(chǎn)線上的大量應(yīng)用大大提高了汽車裝配焊接的生產(chǎn)率和焊接質(zhì)量，同時(shí)又具有柔性焊接的特點(diǎn)，即只要改變程序，就可在同一條生產(chǎn)線上對不同的車型進(jìn)行裝配焊接。應(yīng)用點(diǎn)焊機(jī)器人容易實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的完全自動(dòng)化；應(yīng)用點(diǎn)焊機(jī)器人。1.2 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢目前國際機(jī)器人界都在加大科研力度，進(jìn)行機(jī)器人共性技術(shù)的研究。從機(jī)器人技術(shù)發(fā)展趨勢看，焊接機(jī)器人和其它工業(yè)機(jī)器人一樣，不斷向智能化和多樣化方向發(fā)展。具體而言，表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：機(jī)器人操作機(jī)結(jié)構(gòu)：通過有限元分析、模態(tài)分析及仿真設(shè)計(jì)

5、等現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人操作機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載/自重比。機(jī)器人控制系統(tǒng)：重點(diǎn)研究開放式，模塊化控制系統(tǒng)。向基于pc機(jī)的開放型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)化；器件集成度提高，控制柜日見小巧，且采用模塊化結(jié)構(gòu)；大大提高了系統(tǒng)的可靠性、易操作性和可維修性。2 機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)電氣控制部分的組成和原理2.1 機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)電氣控制部分的組成機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)由機(jī)器人系統(tǒng)、夾具系統(tǒng)、轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)和焊接系統(tǒng)構(gòu)成，工作站采用profibus+數(shù)字i/o實(shí)現(xiàn)彼此通信。該系統(tǒng)電氣結(jié)構(gòu)如圖2.1所示。圖2.1機(jī)器人電焊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖2.2 機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)的電氣控制原理系統(tǒng)上電，初

6、始化機(jī)器人的狀態(tài)，主要包括機(jī)器人是否在原位，機(jī)器人工作是否完成；系統(tǒng)的水、氣、光柵是否正常。系統(tǒng)和生產(chǎn)線控制器通訊，獲取和機(jī)器人工作站有關(guān)的生產(chǎn)線的多個(gè)狀態(tài)，如輸送線是否處于自動(dòng)狀態(tài)；相關(guān)傳感器的信號(hào)是否正常等。對于安全信號(hào)，則分等級(jí)處理，重要的安全信號(hào)通過和機(jī)人的硬線連接，引起機(jī)器人急停；級(jí)別較低的安全信號(hào)通過plc給機(jī)器人發(fā)“外部停止”命令。系統(tǒng)的任務(wù)選擇是由線控制器完成的。3 機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)電氣控制部分硬件設(shè)計(jì)3.1 安全保護(hù)系統(tǒng)點(diǎn)焊機(jī)器人的工作范圍必須符合安全要求，即必須在任何情況下都不會(huì)對人員或設(shè)備構(gòu)成威脅。在機(jī)器人動(dòng)作范圍內(nèi)，必須采取隔離措施保護(hù)，這些隔離保護(hù)措施可以是隔離柵欄，光

7、柵，光幕，空間掃描裝置等。本設(shè)計(jì)采用隔離柵欄和光柵的保護(hù)措施。另外，系統(tǒng)中設(shè)有急?；芈?，以便各種突發(fā)情況下將系統(tǒng)停止，確保人員和設(shè)備的安全。 圖3.1 安全門回路3.1.1 隔離柵欄保護(hù)隔離柵欄的作用是將機(jī)器人的工作區(qū)域與外界隔離開來。設(shè)有一個(gè)安全門，機(jī)器人在自動(dòng)模式下工作時(shí)速度相當(dāng)快，如果有人打開安全門，試圖進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)域內(nèi)，機(jī)器人會(huì)自行停止工作，以確保人員安全。按照din en 294 、din en349和din en 811確定隔離柵欄網(wǎng)孔的規(guī)格。隔離柵欄高度的設(shè)計(jì)，必須使人手無法從上面伸進(jìn)隔離范圍。柵欄分塊的大小根據(jù)柵欄的強(qiáng)度確定，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須避免柵欄彎曲過度。入口（安全門）只有

8、一個(gè)，且和機(jī)器人自己的保護(hù)裝置以及上一級(jí)的緊急關(guān)斷裝置相聯(lián)。本設(shè)計(jì)的安全門回路如圖3.1所示。圖3.2 安全光柵3.1.2 安全光柵保護(hù)為確保安全，轉(zhuǎn)臺(tái)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不允許人員進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)域。安全光柵位于裝件區(qū)兩側(cè)，一側(cè)是發(fā)射端，一側(cè)是接受端。如果有人在轉(zhuǎn)臺(tái)工作時(shí)試圖從裝件區(qū)進(jìn)入機(jī)器人工作區(qū)域必定要穿過安全光柵，這樣接收端便接收不到發(fā)射端發(fā)射的光，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)臺(tái)停止信號(hào)。本設(shè)計(jì)安全光柵回路如圖3.2所示。在機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些突發(fā)情況，例如工人在調(diào)試機(jī)器人過程中出現(xiàn)機(jī)器人動(dòng)作偏離軌跡而要撞上轉(zhuǎn)臺(tái)夾具或焊鉗電極與板件粘結(jié)等，這就需要及時(shí)排除險(xiǎn)情。本設(shè)計(jì)中，在機(jī)器人示教器上以及

9、主控制柜的控制面板上分別設(shè)有急停按鈕，便于在出現(xiàn)緊急情況時(shí)能將系統(tǒng)停止工作，以免發(fā)生安全事故。如圖3.3所示，急?；芈钒ò踩芈吩谠O(shè)計(jì)時(shí)都采用了雙回路的形式，確保急停回路的有效性。 (a) 急?；芈?b) 給機(jī)器人外部急停圖3.33.2 plc的選擇3.2.1 西門子s7-300plcs7-300plc主要有以下模塊組成：l cpu模塊 cpu模塊不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出；存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)。l 信號(hào)模塊（i/o模塊） 輸入（input）模塊和輸出（output）模塊簡稱i/o模塊，分為開關(guān)量輸入，輸出模塊（di/do）和模擬量輸入，輸出模塊（ai/ao）。信號(hào)

10、模塊是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和cpu模塊的橋梁。模塊是聯(lián)系外部現(xiàn)場設(shè)備和cpu模塊的橋梁。 輸入模塊用來接收和采集輸入信號(hào)，開關(guān)量輸入模塊用來接收從按鈕，選擇開關(guān)，數(shù)字撥碼開關(guān)，限位開關(guān)，接近開關(guān)，光電開關(guān)等來的開關(guān)量輸入信號(hào)。模擬量輸入模塊用來接收電位器，測速發(fā)電機(jī)和各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量電流，電壓信號(hào)，或者直接接收熱電阻，熱電偶提供的溫度信號(hào)。 開關(guān)輸出模塊用來控制接觸器，電磁閥，電磁鐵和報(bào)警裝置等輸出設(shè)備，模擬量輸出模塊用來控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，變頻器等執(zhí)行器。l 功能模塊（fm模塊）主要用于完成某些對實(shí)時(shí)性和存儲(chǔ)容量要求很高的控制任務(wù)，例如高速計(jì)數(shù)，位置控制和閉環(huán)控制。l 接口模塊（im

11、模塊） cpu模塊所在的機(jī)架稱中央機(jī)架，如果一個(gè)機(jī)架不能容納全部模塊，可增設(shè)一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展機(jī)架。接口模塊用來實(shí)現(xiàn)中央機(jī)架與擴(kuò)展機(jī)架之間的通信，有的接口模塊還可以為擴(kuò)展機(jī)架供電。l 通信處理器（cp） 通信處理器（cp）用于plc之間，plc與遠(yuǎn)程i/o之間，plc與計(jì)算機(jī)和其他智能設(shè)備之間的通信，可以將s7-300接入以太網(wǎng)，mpi，profibus-dp和as-i，或者用于實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信等。l 電源模塊（ps模塊）plc一般使用ac200v電源或dc24v電源，電源模塊（ps）用于將輸入電壓轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定的dc24v電壓，供其他模塊和輸出模塊的負(fù)載使用4。3.2.2 softplcsoftplc

12、控制技術(shù)亦稱softlogic和基于pc的控制技術(shù),對于它還沒有一個(gè)準(zhǔn)確而統(tǒng)一的定義。西門子公司將軟plc的定義為“集控制、人機(jī)界面、數(shù)據(jù)處理、通訊等功能于一臺(tái)pc的解決方案”；3s公司定義softplc為“一種能將工業(yè)pc機(jī)轉(zhuǎn)換為高端plc的軟件”；http：/i t-網(wǎng)站上稱“softplc是一種能使用戶在無plc硬件支持下,在普通pc上開發(fā)和運(yùn)行程序的軟件解決方案”。因此，softplc可以說是傳統(tǒng)plc的軟件解決方案,能夠在pc機(jī)上依靠一定的軟件平臺(tái)，完成plc的所有功能,并具有開放的體系結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)plc相比，softplc技術(shù)具有符合現(xiàn)代工業(yè)控制技術(shù)的許多優(yōu)點(diǎn)： l 具有開放的體系

13、結(jié)構(gòu)。 softplc具有寬范圍的i/0端口和多種現(xiàn)場總線的接口,支持多種硬件，能解決傳統(tǒng)plc互不兼容的問題,并具有第三方軟件接口，可支持多種語言編程(包括高級(jí)語言),可允許用戶根據(jù)需求,靈活擴(kuò)展系統(tǒng)功能。 l 遵循國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，如ihec6ll3l-3標(biāo)準(zhǔn)和iec6149l標(biāo)準(zhǔn)。 l 能充分利用 pc機(jī)的資源，如大容量的內(nèi)存、高速cpu及其它硬件。 l 具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。 相對于傳統(tǒng)plc，軟plc的cpu處理速度更快，能夠在短時(shí)間內(nèi)處理大量數(shù)據(jù)，能夠利用pc機(jī)的軟件平臺(tái)處理一些比較復(fù)雜的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)類型，如浮點(diǎn)數(shù)和字符串等。 l 具有友好的人機(jī)界面，便于操作。 l

14、具有強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)通訊功能。 軟plc既可以與企業(yè)管理信息系統(tǒng)相連，便于企業(yè)的整合，也可以監(jiān)控工廠的設(shè)備運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸以及在線監(jiān)控、編輯、仿真、調(diào)試等功能。 l 能夠執(zhí)行比較復(fù)雜的控制算法。軟plc除了能夠完成傳統(tǒng)plc的pid調(diào)節(jié)和離散i/o控制外，還能進(jìn)行過程控制和運(yùn)動(dòng)控制。 l 節(jié)約成本和培訓(xùn)費(fèi)用。 由于軟plc具有開放的體系結(jié)構(gòu)，用戶不必拘泥于廠家限制，可以根據(jù)需求，合理選擇硬件和軟件，以節(jié)約成本；由于軟plc遵循許多工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，能節(jié)約人員培訓(xùn)費(fèi)用5。3.2.3 plc的選擇本設(shè)計(jì)使用德國kuka公司生產(chǎn)的機(jī)器人，這種機(jī)器人集成了由kw-software公司開發(fā)的softplc mult

15、ipr0g3.5，此軟件可用指令表、結(jié)構(gòu)化文本以及梯形圖、功能圖和順序功能圖。所有語言都可混合于一個(gè)項(xiàng)目中。機(jī)械順序功能圖表語言( msfc)也可以使用。由于循環(huán)運(yùn)行，因此它只需較短的試運(yùn)行期。擴(kuò)展的診斷功能只產(chǎn)生極少的停頓周期。而且，在自動(dòng)化模式下可以很容易操作。西門子的et200是基于現(xiàn)場總線profibus-dp或profinet的分布式i/o。它接收的數(shù)據(jù)通過總線傳輸給plc的cpu，cpu經(jīng)過處理后再把信號(hào)通過et200的輸出輸送出去。由于機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)的夾具，焊槍，轉(zhuǎn)臺(tái)等有許多控制信號(hào)，而且現(xiàn)場與控制柜距離較遠(yuǎn)，因此將這些信號(hào)連接至et200,et200作為從站與機(jī)器人主站之間通訊

16、，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)器人softplc對夾具等的控制。3.3 夾具系統(tǒng)本設(shè)計(jì)中共有兩套夾具，分別位于轉(zhuǎn)臺(tái)的a/b面，用于板件的定位。在轉(zhuǎn)臺(tái)的每一面都有兩個(gè)電感式接近開關(guān)，如果板件放置無誤，則接近開關(guān)接通，夾具才可動(dòng)作。用氣缸作為夾具的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，氣缸的動(dòng)作信號(hào)以及動(dòng)作所需的氣體都過閥島來控制。閥島作為機(jī)器人子站通過總線與et200相連，從而實(shí)現(xiàn)softplc對夾具的控制。 3.3.1 電感式接近開關(guān)的工作原理如圖3.4所示，電感式接近開關(guān)由三大部分組成：振蕩器、開關(guān)電路及放大輸出電路。振蕩器產(chǎn)生一個(gè)交變磁場，當(dāng)金屬板件接近這一磁場，并達(dá)到感應(yīng)距離時(shí)，在金屬板件內(nèi)產(chǎn)生渦流，從而導(dǎo)致振蕩衰減，以至停振。振蕩

17、器振蕩及停振的變化被后級(jí)放大電路處理并轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)，傳輸?shù)絧lc，作為夾具關(guān)閉的必要條件。此時(shí)，接近開關(guān)的工作指示燈會(huì)點(diǎn)亮。如果指示燈沒有點(diǎn)亮，則說明板件位置沒有放好，夾具則不會(huì)關(guān)閉，否則會(huì)將板件壓變形6。3.3.2 氣缸的工作原理如圖3.5所示，該氣缸為雙作用氣缸，其被分活塞為兩個(gè)腔室：有桿腔（簡稱頭腔或前腔）和無桿腔（簡稱尾腔或后腔）。有活塞桿的腔室成為有桿腔，無活塞桿的腔室稱為無桿腔7。當(dāng)plc接收到夾具夾緊信號(hào)，通過總線傳輸?shù)介y島，閥島打開相應(yīng)氣路，壓縮空氣從無桿腔端的進(jìn)氣口輸入，并在活塞左端面上的力克服了運(yùn)動(dòng)摩擦力，負(fù)載等反作用力，推進(jìn)活塞前進(jìn)，有桿腔內(nèi)的空氣經(jīng)該端排氣口排入大氣，

18、使活塞伸出，從而帶動(dòng)夾具夾緊。當(dāng)活塞前進(jìn)到位時(shí)，接近開關(guān)2感應(yīng)到活塞右邊的金屬面而接通，向閥島反饋夾具夾緊到位信號(hào)，閥島收到信號(hào)后，關(guān)閉相應(yīng)氣路。同樣，當(dāng)plc接收到夾具松開信號(hào)時(shí)，壓縮空氣從有桿腔輸入，無桿腔氣體從排氣口排出，完成夾具松開動(dòng)作。圖3.4 電感式接近開關(guān)12圖3.5 氣缸工作原理3.3.3 閥島的工作原理整個(gè)夾具系統(tǒng)共有2套夾具，每套4組，每組2個(gè)，總共用到16個(gè)氣缸。如果每個(gè)氣缸都通過分立的電磁閥來控制，勢必會(huì)帶來大量信號(hào)，能量的管件和連線。當(dāng)這些管件和連線跟隨轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，因泄露，堵塞，虛接或短路而引發(fā)的故障率就會(huì)較高，同時(shí)還給設(shè)備的管理和維護(hù)帶來不便。除此之外，在整個(gè)點(diǎn)焊機(jī)

19、器人系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程中必須要經(jīng)過對所有分立元件的選型，驗(yàn)收，組裝，調(diào)試以及整機(jī)安裝等繁多費(fèi)時(shí)的步驟，必須投入大量的人力和費(fèi)用。這不僅是整個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)，制造周期延長，而且常常因?yàn)槿藶橐蛩爻霈F(xiàn)設(shè)計(jì)或制造錯(cuò)誤，從而延誤設(shè)備的投用日期甚至影響到設(shè)備的功能和質(zhì)量?；诖?，本設(shè)計(jì)中夾具系統(tǒng)中所用到的汽缸都是通過profibus dp總線型閥島這一電氣一體化的控制元件來控制的7。帶現(xiàn)場總線的閥島有一個(gè)總線輸入口和一個(gè)總線輸出口，這樣當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)帶現(xiàn)場總線閥島或其他帶現(xiàn)場總線設(shè)備時(shí)，可以由近至遠(yuǎn)串聯(lián)連接。這種閥島與外界的數(shù)據(jù)交換只需要通過一根兩股或四股的屏蔽電纜實(shí)現(xiàn)。這大幅度節(jié)省了接線時(shí)間，而且由于連線的減少

20、使設(shè)備所占的空間減小，設(shè)備維護(hù)更方便。如圖3.6所示為閥島與et200總線通訊。圖3.6 閥島與et200總線通訊3.4 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)為了減小系統(tǒng)的工作節(jié)拍，提高系統(tǒng)工作的連貫性，本設(shè)計(jì)采用轉(zhuǎn)臺(tái)的方式將兩種不同的板件連續(xù)地送到機(jī)器人工位進(jìn)行焊接。3.4.1 電磁閥的工作原理轉(zhuǎn)臺(tái)在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)到位時(shí)，需要用定位銷將轉(zhuǎn)臺(tái)固定住，機(jī)器人才能對板件進(jìn)行焊接。如果轉(zhuǎn)臺(tái)沒有固定，機(jī)器人在工作過程中會(huì)引起轉(zhuǎn)臺(tái)的偏位，導(dǎo)致焊點(diǎn)不在設(shè)計(jì)的位置，造成板件的報(bào)廢。本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)臺(tái)用到兩個(gè)定位銷，正轉(zhuǎn)到位和反轉(zhuǎn)到位各一個(gè)。通過控制電磁閥的通斷帶動(dòng)氣缸的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)定位銷的上升與下降。本設(shè)計(jì)中用的電磁閥是單電控直動(dòng)式電磁閥7，

21、既利用電磁力直接推動(dòng)閥桿（閥芯）換向，其工作原理如圖3.7所示。圖(a)所示電磁線圈未通電時(shí)，p、a斷開，閥沒有輸出。圖(b)所示電磁線圈通電時(shí)，電磁鐵推動(dòng)閥芯向下移動(dòng)，使p、a接通，閥有輸出。 (a) 線圈斷電時(shí)的狀態(tài)(b) 線圈通電時(shí)的狀態(tài)圖3.7 單電控直動(dòng)式電磁閥工作原理1電磁鐵 2閥芯 3彈簧3.4.2 變頻器控制電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)是通過變頻器來控制的。電機(jī)設(shè)有兩種轉(zhuǎn)速，即低速和高速。當(dāng)系統(tǒng)在手動(dòng)模式時(shí)，出于安全考慮，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電機(jī)始終處于低速狀態(tài)；而在自動(dòng)模式下，當(dāng)轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)啟動(dòng)之后就處于高速狀態(tài)，直到減速位的接近開關(guān)感應(yīng)到信號(hào)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)為低速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)停止位接近開關(guān)感應(yīng)到信

22、號(hào)，電機(jī)則停止。在這種情況下，低速運(yùn)動(dòng)作為轉(zhuǎn)臺(tái)電機(jī)由高速狀態(tài)到停止?fàn)顟B(tài)的一個(gè)過渡過程。圖3.8所示為變頻器控制電路。圖3.8所示為變頻器控制電路3.4.3 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)位于轉(zhuǎn)臺(tái)的兩側(cè)上設(shè)有兩對電感式接近開關(guān)，分別為正轉(zhuǎn)減速位，正轉(zhuǎn)停止位，反轉(zhuǎn)減速位和反轉(zhuǎn)停止位。另外在轉(zhuǎn)臺(tái)兩側(cè)還設(shè)了超程保護(hù)，以便在停止位接近開關(guān)故障時(shí)，電機(jī)能停下來，防止發(fā)生碰撞。在轉(zhuǎn)臺(tái)上還設(shè)有制動(dòng)器，用于在緊急狀況下，電機(jī)能夠抱閘停止。圖3.9所示為轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的電路原理圖。(a) 轉(zhuǎn)臺(tái)定位 (b)轉(zhuǎn)臺(tái)減速(c) 轉(zhuǎn)臺(tái)制動(dòng)圖3.9 轉(zhuǎn)臺(tái)系統(tǒng)的電路原理3.5 焊接系統(tǒng)3.5.1 焊槍的工作原理本設(shè)計(jì)中使用的焊鉗為氣動(dòng)焊鉗8，如

23、圖3.10所示。通過氣缸來實(shí)現(xiàn)焊鉗的閉合與打開。該焊鉗共有三種動(dòng)作，既大開，小開和閉合。焊鉗動(dòng)作過程及相應(yīng)動(dòng)作功能如表3.1所示。圖3.11為焊鉗的控制電路。表3.1 焊鉗動(dòng)作過程及相應(yīng)動(dòng)作功能焊鉗動(dòng)作過程動(dòng)作的功能大開小開避開障礙之后，到達(dá)焊點(diǎn)位置小開閉合開始打點(diǎn)閉合小開打點(diǎn)結(jié)束小開大開避開障礙，前往下一焊點(diǎn)位置圖3.10 c型氣動(dòng)焊鉗圖3.11 焊鉗控制電路3.5.2 修磨器焊鉗在焊接一段時(shí)間之后電極頭表面會(huì)氧化磨損，這是需要將其修磨之后才能繼續(xù)使用9。本設(shè)計(jì)中為了實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)裝備的自動(dòng)化，提高生產(chǎn)節(jié)拍，為點(diǎn)焊機(jī)器人配備了一臺(tái)自動(dòng)電極修磨器，實(shí)現(xiàn)電極頭工作面氧化磨損后的修銼過程自動(dòng)化，同時(shí)也避

24、免了人員頻繁進(jìn)入生產(chǎn)線帶來的安全隱患。電極修磨機(jī)由機(jī)器人的內(nèi)置sfotplc控制，示教專門的電極修銼程序來完成電極修銼。修磨器控制電路如圖3.11所示。圖3.11 修磨器控制電路4 機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)電氣控制部分軟件設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)有兩種運(yùn)行模式即自動(dòng)模式和手動(dòng)模式，因此軟件設(shè)計(jì)也分為自動(dòng)模式下的軟件設(shè)計(jì)和手動(dòng)模式下的軟件設(shè)計(jì)。當(dāng)工人進(jìn)行示教程序調(diào)試（包括焊點(diǎn)及相應(yīng)軌跡的示教和修磨的示教），或進(jìn)行故障處理時(shí)，選擇手動(dòng)狀態(tài)，可以通過主控制柜上的各種按鈕來對夾具，轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行操作。當(dāng)系統(tǒng)調(diào)試完畢，能夠批量生產(chǎn)時(shí)，選擇自動(dòng)狀態(tài)，讓機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)自動(dòng)完成夾具的打開與夾緊，轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)器人的點(diǎn)焊以及

25、修磨器修磨。在主控制柜上有手動(dòng)/自動(dòng)轉(zhuǎn)換開關(guān)，a/b面選擇開關(guān)，四個(gè)夾具打開按鈕，四個(gè)夾具夾緊按鈕，定位銷上升按鈕，定位銷下降按鈕，轉(zhuǎn)臺(tái)正轉(zhuǎn)按鈕，轉(zhuǎn)臺(tái)反轉(zhuǎn)按鈕，急停按鈕，故障復(fù)位按鈕，系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕。4.1機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)電氣控制軟件的依據(jù)是該系統(tǒng)的工藝。因此，確定本設(shè)計(jì)中機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)的工藝對于本章的軟件設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。圖4.1示意了機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場的布局。根據(jù)這種布局，確定本設(shè)計(jì)中的系統(tǒng)工藝如下：假設(shè)初始時(shí)工作臺(tái)a面位于工件取放區(qū)，而工作臺(tái)b面位于機(jī)器人工位，而且機(jī)器人在原點(diǎn)。當(dāng)系統(tǒng)上電，a面夾具打開，工人放入工件后，夾具關(guān)閉，定位銷1下降，轉(zhuǎn)臺(tái)開始正轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)

26、臺(tái)到位時(shí)，定位銷2上升，固定轉(zhuǎn)臺(tái)，之后機(jī)器人開始對a面板件進(jìn)行焊接。與此同時(shí)，工作臺(tái)b面夾具應(yīng)該打開，工人取出板件，并且放入新件，之后b面夾具關(guān)閉，這些動(dòng)作必須在機(jī)器人完成對a面的點(diǎn)焊任務(wù)之前完成。當(dāng)機(jī)器人完成對a面的點(diǎn)焊任務(wù)，回到原點(diǎn)之后，發(fā)出工作完成信號(hào)，此時(shí)，定位銷2下降，轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)臺(tái)到位后定位銷1上升，機(jī)器人開始對b面板件進(jìn)行焊接。如此循環(huán)下去，直到有中斷打破循環(huán)10。圖4.1 機(jī)器人點(diǎn)焊系統(tǒng)在生產(chǎn)現(xiàn)場的安裝示意圖4.2 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)對于一個(gè)復(fù)雜的程序，一定要有一個(gè)程序總流程圖，以便反映各個(gè)程序子模塊間的內(nèi)在聯(lián)系，表達(dá)各個(gè)子模塊的功能。4.2.1 手動(dòng)模式軟件總體設(shè)計(jì)手動(dòng)模式軟件

27、總體流程圖如圖4.3所示。圖4.3 手動(dòng)模式軟件總體設(shè)計(jì)流程圖4.2.2 自動(dòng)模式軟件總體設(shè)計(jì)根據(jù)對軟件任務(wù)的分析，得到自動(dòng)模式軟件總體流程圖如圖4.4所示。圖4.4 自動(dòng)模式軟件總體流程圖4.3 夾具系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.3.1 夾具系統(tǒng)手動(dòng)模式軟件設(shè)計(jì)若夾具現(xiàn)狀為打開，在放入板件之后需要將夾具關(guān)閉。夾具能夠關(guān)閉的必要條件是用于板件定位的兩個(gè)接近開關(guān)工作指示必須點(diǎn)亮，這說明接近開關(guān)已經(jīng)感應(yīng)到板件，板件放置無誤，按下夾具關(guān)閉按鈕之后，夾具夾緊，絕不會(huì)造成板件變形。如果至少有一個(gè)接近開關(guān)沒有工作，按夾具關(guān)閉按鈕則無效。此時(shí)應(yīng)該檢查板件是否放置正確，或接近開關(guān)信號(hào)線是否接觸良好。手動(dòng)模式夾具關(guān)閉流程圖如圖4.5所示。若夾具現(xiàn)狀為關(guān)閉，現(xiàn)需要將夾具打開，取出板件。夾具能打開的必要條件是轉(zhuǎn)臺(tái)必須到位，定位銷上升。以防轉(zhuǎn)臺(tái)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，誤操作將夾具打開，出現(xiàn)安全事故。手動(dòng)模式夾具打開流程圖如圖4.6所示。圖4.5 手動(dòng)模式夾具關(guān)閉流程圖圖4.6 手動(dòng)模式夾具打開流程圖圖4.7 自動(dòng)模式夾具動(dòng)作流程圖4.3.2 夾具系統(tǒng)自動(dòng)模式軟件設(shè)計(jì)在