單元六工業(yè)機器人自動生產(chǎn)線工作站的系統(tǒng)設(shè)計

1、單元六工業(yè)機器人自動生產(chǎn)線工作站的系統(tǒng)設(shè)計第一頁，共42頁。工作任務(wù)描述:完成工業(yè)機器人上下料工作站的系統(tǒng)設(shè)計。學(xué)習(xí)目標(biāo):通過本任務(wù)學(xué)習(xí)，應(yīng)能：1.掌握工業(yè)機器人數(shù)控機床上下料工作站的特點。2.掌握工業(yè)機器人與外圍系統(tǒng)的接口電路技術(shù)。第二頁，共42頁。 工業(yè)機器人自動生產(chǎn)線由機器人上下料工作站、機器人裝配工作站組成，二個工作站由工件輸送線相連接。整體布置如圖所示。 其中工業(yè)機器人上下料工作站由機器人系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、CNC數(shù)控機床、上下料輸送線系統(tǒng)、平面?zhèn)}庫、操作按鈕盒等組成。知識準(zhǔn)備 第三頁，共42頁。一、上下料工作站工作任務(wù)知識準(zhǔn)備 1設(shè)備上電前，系統(tǒng)處于初始狀態(tài)，即輸送線上無托盤、機

2、器人手爪松開、數(shù)控機床卡盤上無工件。 2設(shè)備啟動前要滿足機器人選擇遠程模式、機器人在作業(yè)原點、機器人伺服已接通、無機器人報警錯誤、無機器人電池報警、機器人無運行、CNC就緒等初始條件。滿足條件時候黃燈常亮，否則黃燈熄滅。 3設(shè)備就緒后，按啟停按鈕，系統(tǒng)運行，機器人啟動，綠色指示燈亮。 (1) 將載有待加工工件的托盤放置在輸送線的起始位置（托盤位置1）時，托盤檢測光電傳感器檢測到托盤，啟動直流電機和伺服電機，上下料輸送線同時運行，將托盤向工件上料位置“托盤位置2”處輸送。第四頁，共42頁。一、上下料工作站工作任務(wù)知識準(zhǔn)備 (2) 當(dāng)托盤達到上料位置（托盤位置2）時，被阻擋電磁鐵擋住，同時托盤檢測

3、光電傳感器檢測到托盤，直流電機與伺服電機停止。 (3) CNC安全門打開，機器人將托盤上的工件搬運到CNC加工臺上。 (4) 搬運完成后，CNC安全門關(guān)閉、卡盤夾緊，CNC進行加工處理。 (5) CNC加工完成后，CNC安全門打開，通知機器人把工件搬運到上料位置的托盤上。 (6) 搬運完成，上料位置（托盤位置2）的阻擋電磁鐵得電，擋鐵縮回，伺服電機啟動，工件上下料輸送線2和工件上下料輸送線3運行，將裝有工件的托盤向裝配工作站輸送。 4在運行過程中，再次按啟停按鈕，系統(tǒng)將本次上下料加工過程完成后停止。第五頁，共42頁。一、上下料工作站工作任務(wù)知識準(zhǔn)備 5在運行過程中，按暫停按鈕，機器人暫停，按復(fù)

4、位按鈕，機器人再次運行。 6在運行過程中急停按鈕一旦動作，系統(tǒng)立即停止。急停按鈕復(fù)位后，還須按復(fù)位按鈕進行復(fù)位。按復(fù)位按鈕不能使機器人自動回到工作原點，機器人必須通過示教器手動復(fù)位到工作原點。 7若系統(tǒng)存在故障，紅色警示燈將常亮。系統(tǒng)故障包含：上下料傳送帶伺服故障、上下料機器人報警錯誤、上下料機器人電池報警、數(shù)控系統(tǒng)報警、數(shù)控門開關(guān)超時報警、上下料工作站急停等。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，可按復(fù)位按鈕進行復(fù)位。第六頁，共42頁。一、上下料工作站工作任務(wù)知識準(zhǔn)備 上下料工作站的工作流程如圖所示。上下料工作站的工作流程 第七頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 1系統(tǒng)配置上下料工作站系統(tǒng)配置見表

5、 上下料工作站系統(tǒng)配置名稱型號數(shù)量說明六關(guān)節(jié)機器人本體MOTOMAN HM61上下料機器人與控制系統(tǒng)機器人控制器DX1001PLC CPU模塊NJ301-11001上下料工作站系統(tǒng)控制用PLC數(shù)字量32點輸入單元CJ1W-ID2311PLC擴展單元數(shù)字量32點輸出單元CJ1W-OD2311伺服驅(qū)動器R88D-KN08H-ECT-Z1輸送線2、3的驅(qū)動系統(tǒng)伺服電機R88M-K75030H-S2-Z1直流電機DC24V，75W1輸送線1驅(qū)動電機光電傳感器E3Z-LS637，DC24V2輸送線托盤檢測電磁鐵TAU-0837，DC24V1阻擋輸送線上托盤電磁閥4V120-M5,DC24V2機器人手爪夾

6、緊、松開控制磁性開關(guān)CS-15T1機器人手爪夾緊檢測啟停按鈕LA42P-10/G1工作站啟動與停止第八頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 1系統(tǒng)配置上下料工作站系統(tǒng)配置（續(xù)）名稱型號數(shù)量備注復(fù)位按鈕LA42P-10/Y1故障復(fù)位暫停按鈕LA42P-10/R1機器人暫停急停按鈕LA42J-11/R1系統(tǒng)急停警示燈XVGB3T，DC24V1紅、黃、綠燈各一只第九頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 2系統(tǒng)框圖 機器人上下料工作站以NJ PLC為控制核心，現(xiàn)場設(shè)備啟動、復(fù)位按鈕、傳感器、繼電器、電磁閥等為NJ PLC的輸入/輸出設(shè)備；CNC系統(tǒng)與NJ PLC之間通過接點傳送

7、信息；機器人與NJ PLC之間通過機器人接口傳送信息；NJ PLC通過EtherCAT總線控制伺服系統(tǒng)運行。系統(tǒng)框圖如圖所示。機器人上下料工作站系統(tǒng)框圖 第十頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 3接口配置 (1) 機器人與NJ PLC接口配置 機器人控制器DX100與NJ PLC的I/O接口配置見表。 機器人與NJ PLC的I/O接口配置機器人DX100NJ PLC地址插頭信號地址定義的內(nèi)容CN308INB1機器人程序啟動Ch1-Out00A2機器人清除報警和故障Ch1-Out01OUTB8機器人運行中Ch2_In08A8機器人伺服已接通Ch2_In09A9機器人報警錯誤Ch2_

8、In10CN308OUTB10機器人電池報警Ch2_In11A10機器人選擇遠程模式Ch2_In12B13機器人在作業(yè)原點Ch2_In13CN306INB1 IN#(9)機器人搬運開始Ch1-Out02OUTB8 OUT#(9)機器人搬運完成Ch2_In14第十一頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 3接口配置 CN308是機器人的專用I/O接口，每個接口的功能是固定的，如CN308的B1輸入接口，其功能為“機器人程序啟動”，當(dāng)B1口為高電平時，機器人啟動運行，開始執(zhí)行機器人程序。CN306是機器人的通用I/O接口，每個接口的功能由用戶定義，如將CN306的B1輸入接口（IN9）定

9、義為“機器人搬運開始”，當(dāng)B1口為高電平時，機器人開始搬運工件。（具體參見機器人程序）第十二頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 3接口配置 CN307也是機器人的通用I/O接口，每個接口的功能由用戶定義，如將CN307的B8、A8輸出接口（OUT17）定義為機器人手爪夾緊功能，當(dāng)機器人程序使OUT17輸出為1時，YV1得電，吸緊工件。CN307的接口功能配置見表。機器人I/O接口配置插頭信號地址定義的內(nèi)容外接設(shè)備CN307B1（IN17）機器人手爪夾緊檢測手爪夾緊檢測性開關(guān)B8（OUT17-） A8（OUT17+）機器人手爪夾緊夾緊電磁閥YV1B9（OUT18-） A9（OUT1

10、8+）機器人手爪松開松開電磁閥YV2第十三頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 3接口配置 MXT是機器人的專用輸入接口，每個接口的功能是固定的。如EXSVON為機器人外部伺服ON功能，當(dāng)29、30間接通時，機器人伺服電源接通。上下料工作站所使用的MXT接口配置見表。 機器人MXT接口配置插頭信號地址定義的內(nèi)容外部繼電器MXTEXESP1+（19）機器人雙回路急停K5EXESP1-（20）EXESP2+（21）EXESP2-（22）EXSVON+（29）機器人外部伺服ONK1EXSVON-（30）EXHOLD+（31）機器人外部暫停K4EXHOLD-（32） 第十四頁，共42頁。二

11、、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 3接口配置 （2) CNC與NJ PLC接口配置 CNC與NJ PLC的I/O接口配置見表。 CNC與NJ PLC的接口配置序號CNC PLC地址NJ PLC地址信號名稱（變量名）1OUTA2INCH2_IN02CNC就緒2A3CH2_IN03CNC報警3A4CH2_IN04CNC門開到位4B1CH2_IN05CNC門關(guān)到位5B2CH2_IN06CNC加工完成序號CNC PLC地址NJ PLC地址信號名稱（變量名）6INC1OUTCH2_OUT01CNC急停7C2CH2_OUT02CNC復(fù)位8C3CH2_OUT03CNC門打開9C4CH2_OUT04CNC門關(guān)

12、閉10D1CH2_OUT05CNC加工開始第十五頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 3接口配置 (3) NJ PLC I/O地址分配及變量定義 NJ PLC I/O地址分配及變量定義見表。 NJ PLC I/O地址分配及變量定義輸入信號輸出信號序號PLC輸入地址變量名序號PLC輸出地址變量名1Ch1-In01 啟停按鈕1Ch1-Out00機器人程序啟動2Ch1-In02 復(fù)位按鈕2Ch1-Out01機器人清除報警和故障3Ch1-In03 急停按鈕3Ch1-Out02機器人搬運開始4Ch1-In04 暫停按鈕4Ch1-Out03機器人伺服使能5Ch1-In05托盤檢測15Ch1-O

13、ut04警示燈紅6Ch1-In06托盤檢測26Ch1-Out05警示燈黃7Ch2_In02CNC就緒7Ch1-Out06警示燈綠8Ch2_In03CNC報警8Ch1-Out07直流電機啟停9Ch2_In04CNC門開到位9Ch1-Out08電磁鐵10Ch2_In05CNC門關(guān)閉到位10Ch1-Out10機器人暫停第十六頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 3接口配置 11Ch2_In06CNC加工完成11Ch1-Out11機器人急停12Ch2_In08機器人運轉(zhuǎn)中12Ch2-Out01CNC急停13Ch2_In09機器人伺服已接通13Ch2-Out02CNC復(fù)位14Ch2_In10

14、機器人報警錯誤14Ch2-Out03CNC門打開15Ch2_In11機器人電池報警15Ch2-Out04CNC門關(guān)閉16Ch2_In12機器人選擇遠程模式16Ch2-Out05CNC加工開始17Ch2_In13機器人在作業(yè)原點1718Ch2_In14機器人搬運完成18第十七頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 4硬件電路 (1) PLC開關(guān)量信號輸入電路如圖。由于傳感器為NPN電極開路型，且機器人的輸出接口為漏型輸出，故PLC的輸入采用漏型接法，即COM端接+24V。PLC輸入信號包括控制按鈕、托盤檢測用傳感器等。 PLC開關(guān)量輸入信號電路 第十八頁，共42頁。二、上下料工作站硬件

15、系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 4硬件電路 (2) PLC開關(guān)量信號輸出電路如圖所示。由于機器人的輸入接口為漏型輸入，PLC的輸出采用漏型接法。PLC輸出包括電磁鐵、機器人暫停等。 PLC開關(guān)量輸出信號電路 第十九頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 4硬件電路 (3) 機器人輸出與PLC輸入接口電路如圖所示。CN303為機器人外接電源接口，其1、2端接外部DC24V電源。PLC輸入信號包括“機器人運行中”、“機器人搬運完成”等機器人反饋信號。 機器人輸出與PLC輸入接口電路 第二十頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 4硬件電路 (4) 機器人輸入與PLC輸出接口電路如圖所示。PLC

16、輸出信號包括“機器人程序啟動”、“機器人搬運開始”等控制機器人運行、停止的信號。K2控制上下料輸送線1的拖動直流電機。 機器人輸入與PLC輸出接口電路 第二十一頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 4硬件電路 (5) 機器人專用輸入接口MXT電路如圖所示。繼電器K5雙回路控制機器人急停、K1控制機器人伺服使能、K4控制機器人暫停。 機器人專用輸入MXT接口電路 第二十二頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 4硬件電路 (6) 機器人輸出控制手爪電路如圖所示。機器人通過CN307接口的A8、A9控制電磁閥YV1、YV2，抓取或釋放工件。SQ為檢測手爪夾緊磁性開關(guān). 機器人

17、輸出控制電磁閥電路 第二十三頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 4硬件電路 （7) CNC與PLC的接口電路如圖所示 CNC輸出與NJ輸入接線圖 CNC輸入與NJ輸出接線圖 第二十四頁，共42頁。二、上下料工作站硬件系統(tǒng) 知識準(zhǔn)備 4硬件電路 (8) 伺服系統(tǒng)電路圖如圖所示。 伺服系統(tǒng)電路 第二十五頁，共42頁。三、上下料工作站軟件系統(tǒng)知識準(zhǔn)備 1上下料工作站PLC程序 上下料工作站PLC參考程序如圖所示。 第二十六頁，共42頁。三、上下料工作站軟件系統(tǒng)知識準(zhǔn)備 1上下料工作站PLC程序 第二十七頁，共42頁。三、上下料工作站軟件系統(tǒng)知識準(zhǔn)備 1上下料工作站PLC程序 第二十八頁

18、，共42頁。三、上下料工作站軟件系統(tǒng)知識準(zhǔn)備 1上下料工作站PLC程序 第二十九頁，共42頁。三、上下料工作站軟件系統(tǒng)知識準(zhǔn)備 1上下料工作站PLC程序 第三十頁，共42頁。三、上下料工作站軟件系統(tǒng)知識準(zhǔn)備 1上下料工作站PLC程序 第三十一頁，共42頁。三、上下料工作站軟件系統(tǒng)知識準(zhǔn)備 1上下料工作站PLC程序 第三十二頁，共42頁。三、上下料工作站軟件系統(tǒng)知識準(zhǔn)備 1上下料工作站PLC程序 第三十三頁，共42頁。三、上下料工作站軟件系統(tǒng)知識準(zhǔn)備 1上下料工作站PLC程序 第三十四頁，共42頁。三、上下料工作站軟件系統(tǒng)知識準(zhǔn)備 2上下料工作站機器人程序 (1) 主程序 上下料工作站機器人主程

19、序見表。 上下料工作站機器人程序序號程序注釋1NOP2MOVJ VJ=20.00 機器人作業(yè)原點，關(guān)鍵示教點3DOUT OT#(9) OFF清除“機器人搬運完成”信號；初始化4*LABEL1程序標(biāo)號5WAIT IN#(9)=ON等待PLC發(fā)出“機器人搬運開始”命令，進行上料6JUMP *LABEL2 IF IN#(17)=OFF 判斷手爪是否張開7CALL JOB:HANDOPEN 若手爪處于夾緊狀態(tài)，則調(diào)用手爪釋放子程序8*LABEL2程序標(biāo)號9MOVJ VJ=20.00 機器人作業(yè)原點，關(guān)鍵示教點第三十五頁，共42頁。三、上下料工作站軟件系統(tǒng)知識準(zhǔn)備 2上下料工作站機器人程序 10WAIT

20、 IN#(17)=OFF 等待手爪張開11MOVJ VJ=25.00 PL=3中間移動點12MOVJ VJ=25.00 PL=3中間移動點13MOVJ VJ=25.00中間移動點14MOV V=83.3到達托盤上方夾取工件的位置，關(guān)鍵示教點15CALL JOB:HANDCLOSE 手爪夾緊，夾取工件16WAIT IN#(17)=ON 等待手爪夾緊17MOVL V=83.3 PL=1 提升工件18MOVJ VJ=25.00 PL=3中間移動點19MOVJ VJ=25.00 PL=3中間移動點20MOVJ VJ=25.00中間移動點第三十六頁，共42頁。三、上下料工作站軟件系統(tǒng)知識準(zhǔn)備 2上下料工

21、作站機器人程序 21MOVL V=83.3 到達數(shù)控機床卡盤上方釋放工件的位置，關(guān)鍵示教點22CALL JOB:HANDOPEN 手爪張開，釋放工件23WAIT IN#(17)=OFF 等待手爪釋放24MOVJ VJ=25.00 退出CNC，回到等待位置25PULSE OT#(9) T=1.00 向PLC發(fā)出1s“機器人搬運完成”信號，上料完成26WAIT IN#(9)=ON 等待PLC發(fā)出“機器人搬運開始”命令，進行下料27MOVJ VJ=25.00 PL=1中間移動點28MOVJ VJ=25.00 PL=1中間移動點29MOVL V=166.7到達數(shù)控機床卡盤上方夾取工件的位置，關(guān)鍵示教點

22、30CALL JOB:HANDCLOSE 手爪夾緊，夾取工件31WAIT IN#(17)=ON 等待手爪夾緊32MOVL V=83.3 PL=1 提升工件第三十七頁，共42頁。三、上下料工作站軟件系統(tǒng)知識準(zhǔn)備 2上下料工作站機器人程序 33MOVJ VJ=25.00 PL=1中間移動點34MOVJ VJ=25.00 PL=1中間移動點35MOVJ VJ=25.00中間移動點36MOVL V=83.3 到達托盤上方釋放工件位置，關(guān)鍵示教點37CALL JOB:HANDOPEN 手爪張開，釋放工件38WAIT IN#(17)=OFF 等待手爪釋放39MOVL V=166.7 PL=1中間移動點40MOVL V=416.7 PL=2中間移動點41PULSE OT#(9) T=1.00向PLC發(fā)出1s“機器人搬運完成”信號，下料完成42MOVJ VJ=25.00 PL=3中間移動點43MOVJ VJ=25.00 返回工作原