基于工業(yè)機器人的自動上下料系統(tǒng)設(shè)計

基于工業(yè)機器人的自動上下料系統(tǒng)設(shè)計摘要本文針對現(xiàn)代制造工業(yè)行業(yè)中，汽車加工制造業(yè)等企業(yè)進(jìn)行大規(guī)模大批量生產(chǎn)鈑金沖壓加工零件方面應(yīng)用人力進(jìn)行加工是效率極其低下且需要大量生產(chǎn)勞動力的行業(yè)，為此設(shè)計一個基于工業(yè)機器人的鈑金沖壓自動化上下料系統(tǒng)，能高效提升企業(yè)生產(chǎn)效率和節(jié)省企業(yè)用人成本，這為市場化競爭激烈的當(dāng)下，提升的生產(chǎn)效率和節(jié)約下來的人工成本，將轉(zhuǎn)換成該公司的價格優(yōu)勢，從而該企業(yè)在市場化競爭中脫穎而出，收獲市場大量的占有率。在robotstudio上設(shè)計一套基于ABB工業(yè)機器人采用PLC控制的自動上下料系統(tǒng)，robotstudio是一款由ABB集團研發(fā)生產(chǎn)的計算機仿真軟件，其強大的離線編輯功能使得工程師不在現(xiàn)場也能編輯和調(diào)試機器人程序，這也是其優(yōu)點，可以避免現(xiàn)場操作失誤從而產(chǎn)生不必要的后果。本文針對機械手的設(shè)計，選型了直線導(dǎo)軌以及氣缸。再機械機器人的選型，然后在robotstudio上搭建工作站以及機器人的示教編程，再進(jìn)行PLC設(shè)計和觸摸屏的選擇。最終完成了一套基于ABB工業(yè)機器人自動上下料系統(tǒng)的設(shè)計。關(guān)鍵詞：robotstudio；鈑金沖壓；ABB工業(yè)機器人；自動上下料系統(tǒng)；PLC

目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒論 11.1研究背景 11.2研究意義 11.3研究方法與技術(shù)路線路線 12末端執(zhí)行器方案設(shè)計 22.1末端執(zhí)行器的作業(yè)背景及分析 22.2末端執(zhí)行器零部件的選擇 42.2.1直線導(dǎo)軌的選擇 42.2.2夾具氣缸的選擇 52.3末端執(zhí)行器的設(shè)計 73鈑金沖壓自動上下料工作站控制系統(tǒng)的設(shè)計 93.1自動上下料工業(yè)機器人的選型 93.2自動上下料工業(yè)機器人工作站的搭建 103.2.1Robotstudio介紹 103.2.2自動上下料工作站結(jié)構(gòu) 103.2.3工作站的搭建 113.2.4Smart組件的設(shè)置與機器人I/0信號的規(guī)劃 114自動上下料工作站程序設(shè)計 164.1自動化上下料系統(tǒng)程序初步設(shè)計 164.2自動化上下料系統(tǒng)程序設(shè)計 175工作站控制系統(tǒng)的搭建 195.1博圖V15.1軟件簡介 195.2自動上下料系統(tǒng)PLC控制程序設(shè)計 195.3自動上下料系統(tǒng)觸摸屏界面的搭建 245.4控制系統(tǒng)電氣連接設(shè)計 256自動上料工作站控制仿真 266.1在robotstudio上對工作站流程仿真 266.2PLC進(jìn)行自動上料控制仿真 28總結(jié) 30參考文獻(xiàn) 31

1緒論1.1研究背景工業(yè)機器人的鈑金沖壓自動上下料系統(tǒng)是集機電液為一體的自動化機械設(shè)備，其涵蓋了機械、液壓技術(shù)，而且還囊括了電氣控制技術(shù)，其應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，是現(xiàn)代工廠機械加工生產(chǎn)的主要技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的新產(chǎn)業(yè)，在未來發(fā)展生產(chǎn)加工和社會方面發(fā)展中越來越扮演著重要的角色。工業(yè)自動化生產(chǎn)技術(shù)包含了機械原理、機械制造原理、控制原理、人工智能、計算機技術(shù)原理、傳感器原理、電機技術(shù)原理等多門學(xué)科的現(xiàn)代化技術(shù)，是現(xiàn)代工業(yè)研究最為廣泛的新產(chǎn)業(yè)，其采用自動上下料系統(tǒng)進(jìn)行工件輸送，這也使得其可以使工件準(zhǔn)確定位，減低工件之間產(chǎn)生的定位誤差，這可以大大能降低勞動工人的勞動強度，改善勞動工人的勞動環(huán)境，保障勞動工人的人身安全，降低勞動力產(chǎn)生的經(jīng)濟成本，并且可以節(jié)省工業(yè)加工原料，使得加工產(chǎn)品的質(zhì)量和效率有著顯著的提高，這對市場競爭中的企業(yè)來說起著不可或缺的重要作用。自動上下料系統(tǒng)跟計算機剛剛誕生時候一樣，正日益廣泛的影響著人類的生產(chǎn)、工作和生活方式，相信在以后人類社會產(chǎn)生生活中將成為不可或缺的存在。1.2研究意義工業(yè)自動化上下料系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)自動化生產(chǎn)線的基礎(chǔ)，也是工業(yè)自動化生產(chǎn)線最為核心的一部分，其自動化程度決定著整條自動化生產(chǎn)線的自動化程度，為多臺單工序加工機床自動化生產(chǎn)線研究與開發(fā)做好了基礎(chǔ)工作，在整個工業(yè)自動化生產(chǎn)中充當(dāng)著人類手臂的作用，即可以替代人類勞動力的手臂，讓工業(yè)生產(chǎn)朝著更加自動化，智能化以及安全化的方向去發(fā)展。針對我國工廠現(xiàn)階段普遍存在的招工難、效率低，勞工工資上漲，安全生產(chǎn)事故頻發(fā)等問題，在基礎(chǔ)零件的加工上，研發(fā)設(shè)計一款工業(yè)機器人自動上下料系統(tǒng)，實現(xiàn)對某些單一工序的加工零件進(jìn)行自動化生產(chǎn)，實現(xiàn)高效快速自動化的生產(chǎn)。從根本上解決上述工廠招工難，效率低，勞工工資上漲，安全事故頻發(fā)等問題，也可以解決國外對于一些基礎(chǔ)零部件壟斷的局面，提高我國在相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)高度。這個課題具有顯著的經(jīng)濟效益以及社會效益，對企業(yè)，對社會，對國家都有很大的幫助。1.3研究方法與技術(shù)路線路線鈑金沖壓上下料控制系統(tǒng)是一項多學(xué)科交叉的綜合性課題，它涉及到機床工藝學(xué)、上下料機械技術(shù)、液壓技術(shù)，傳感器技術(shù)、信息理論和控制理論、計算機技術(shù)和測試技術(shù)，需要學(xué)習(xí)多門基礎(chǔ)知識從而配合本門課程的完成。除了對一些專業(yè)課的學(xué)習(xí)，為了能夠順利完成本課題的設(shè)計，這段時間還進(jìn)行了以下一些方面的準(zhǔn)備：（1）進(jìn)行實際生產(chǎn)調(diào)研，深入了解觀察上下料系統(tǒng)和銑床的工作過程，了解生產(chǎn)工藝和加工過程，并記錄實際上下料系統(tǒng)相關(guān)的信息；（2）查閱瀏覽有關(guān)的技術(shù)文獻(xiàn)，了解上下料工藝、原理、實際工況，找出現(xiàn)有上下料系統(tǒng)中存在的問題及需要改進(jìn)的部分；（3）確定上下料系統(tǒng)控制方案，為搭建上下料模擬試驗臺的設(shè)計做準(zhǔn)備；（4）上下料機械系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)的研究；（5）上下料控制系統(tǒng)的設(shè)計；（6）上下料控制系統(tǒng)硬件設(shè)計和調(diào)試；（7）上下料控制系統(tǒng)軟件設(shè)計和調(diào)試；（8）通過實驗的方法驗證上下料控制系統(tǒng)的性能和控制系統(tǒng)的合理性，提出改進(jìn)意見；（9）進(jìn)行生產(chǎn)實驗，并進(jìn)一步改進(jìn)，最后投入生產(chǎn)使用。2末端執(zhí)行器方案設(shè)計2.1末端執(zhí)行器的作業(yè)背景及分析通常的機械手可分為三種，其分別為夾持式，吸附式和托持式，由于所夾持的為不規(guī)則形狀，其大致尺寸為25*10*30且質(zhì)量為5kg的半成品工件，3D圖如圖2.1。圖2.1半成品工件上料工業(yè)機器人中所應(yīng)用的機械夾持式末端執(zhí)行器多為雙指頭爪式，如果按手指的運動來分可以分為平移型和回轉(zhuǎn)型。若按照機械夾持方式來分可以分為外夾式和內(nèi)撐式，若按照機械結(jié)構(gòu)特性來進(jìn)行分類的話，可以分為電動（電磁）式、液壓式與氣動式，以及他們相互的組合。氣吸式機器人末端執(zhí)行器利用吸盤內(nèi)產(chǎn)的負(fù)壓產(chǎn)生的吸力來吸住并移動工件。吸盤就是用的軟橡膠或者是塑料制成的皮碗中形成的負(fù)壓來吸住工件。此種機器人末端執(zhí)行器適用于吸取大而薄、剛性差的金屬或木質(zhì)板材、紙張、玻璃和弧形殼體等作業(yè)零件。根據(jù)應(yīng)用場合不同，末端執(zhí)行器可以做成單吸盤、雙吸盤、多吸盤或特殊形狀的吸盤。按形成負(fù)壓的方法有以下幾種方式：擠壓式吸盤、氣流負(fù)壓式吸盤、真空泵排氣式吸盤。（1）擠壓式吸盤擠壓排氣式吸盤靠向下擠壓力將吸盤中的空氣全部排出，使其內(nèi)部形成負(fù)壓狀態(tài)然后將工件吸住。有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、成本低等優(yōu)點。但是吸力不大，多用于序曲尺寸不太大，薄而輕的工件。（2）氣流負(fù)壓式吸盤氣流控制閥將來自氣泵中的壓縮空氣自噴嘴噴入，形成高速射流，將吸盤內(nèi)腔中的空氣帶走從而使腔內(nèi)形成負(fù)壓，然后吸盤吸住物體，如若作業(yè)現(xiàn)場有壓縮空氣供應(yīng)使用這種吸盤比較方便，且成本低。（3）真空泵排氣式吸盤真空泵排氣式吸盤利用電磁控制閥將真空泵與吸盤相聯(lián)，當(dāng)控制閥抽氣時，吸盤腔內(nèi)的空氣被抽走時，形成腔內(nèi)負(fù)壓從而吸住物體。反之，控制閥將吸盤與大氣聯(lián)接時，吸盤會失去吸力從而松開工件。真空泵式吸盤的吸力主要取決于吸盤吸附面積的大小以及吸盤內(nèi)墻的真空度（指內(nèi)q腔空氣的稀薄程度）。這種吸盤的工作可靠，吸力較大，但是需要配備真空本泵以及氣流控制系統(tǒng)，費用較高。機械夾持式直桿式雙氣缸平移夾持器的結(jié)構(gòu)夾持器指端安裝在裝有指端安裝座的直桿上，當(dāng)壓力氣體進(jìn)入單作用式雙氣缸的兩個有桿腔時，兩活塞向中間移動，工件被夾緊；當(dāng)沒有壓力氣體進(jìn)入時，彈簧推動兩個活塞向外伸出，工件被松開。為保證兩活塞同步運動，在氣缸的進(jìn)氣路上安裝分流閥。上下料裝配工作站采用的是此種末端執(zhí)行器。下圖2.2為末端執(zhí)行器的俯視圖，圖2.2末端執(zhí)行器俯視圖①夾具的夾持板、②夾具的蓋板、③滑動導(dǎo)軌、④氣泵安放位置夾具主要有驅(qū)動部分跟導(dǎo)向部分，驅(qū)動部分采用氣泵驅(qū)動，由于采用導(dǎo)軌作為導(dǎo)向部分，所以夾持板的運動方式為直線運動，所以采用氣缸作為動力源在做功效率上比電機驅(qū)動做功效率更高。本設(shè)計中抓取的產(chǎn)品是半成品零部件，從零部件的外形特點出發(fā)，展開機器人末端部件的設(shè)計工作，充分涉及到啟動、傳感器以及機械部件等。此類型夾具要求底板與機器人端部達(dá)到穩(wěn)定的連接狀態(tài)，兩個氣缸同步運行分別實現(xiàn)對手爪的控制，在氣缸上增設(shè)了一個傳感器裝置，以便實現(xiàn)對抓手狀態(tài)的檢測，看其是松開還是夾緊。在兩只手爪的輔助下，可以完成對半成品抓取操作，整個運行過程中效率高，所需的時間較短。2.2末端執(zhí)行器零部件的選擇2.2.1直線導(dǎo)軌的選擇（1）直線導(dǎo)軌選擇的要求①可靠性高，保證在惡劣的工作環(huán)境中也能保持良好的工作性能。對安裝面要求低，更簡單的安裝以及適應(yīng)面更多的安裝面。受力方向較多要承受三個方向的負(fù)荷以及兩個方向的轉(zhuǎn)矩。成本低、使用壽命長，每個產(chǎn)品想要在投入市場，基本上都要求成本足夠低，使用壽命足夠長。（2）直線導(dǎo)軌安裝在機械夾具中，要求可靠性高，且壽命長，從而使得整個夾具的使用壽命增加，我們使用時可以根據(jù)負(fù)荷大小來選擇導(dǎo)軌的具體型號，直線導(dǎo)軌受力方向：主要受到工件向下的力矩以及夾具本身向下的重力。直線導(dǎo)軌選擇選用LSH20HN2X200S0AN-M6其三視圖圖下：圖2.3直線導(dǎo)軌主視圖圖2.4直線導(dǎo)軌俯視圖圖2.5直線導(dǎo)軌左視圖表2.1直線導(dǎo)軌尺寸參數(shù)表HH1FYCC1AB30.0mm4.3mm44.0mm12.0mm76.5mm52.1mm36.0mm32.0mmKDMNTT1GH26.5mm12.6mmM5x0.86.0mm0.0mm0.0mm20.0mm17.5mmPQUH360.0mm9.5mm5.8mm8.5mm2.2.2夾具氣缸的選擇（1）氣缸的選擇基本要求①可靠性高，保證在惡劣的工作環(huán)境中也能保持良好的工作性能。②價格低且壽命高，在高強度的工作環(huán)境中，要求氣缸的使用壽命長，才能保證工廠車間的高強度生產(chǎn)需求。③結(jié)構(gòu)氣密性良好，避免出現(xiàn)漏氣等氣密性不好的情況④耐高溫性，在高強度的工作條件下，氣缸因為摩擦出現(xiàn)發(fā)熱等現(xiàn)象，就要求氣缸要有較高的工作溫度。工件重力為5kg，氣缸在夾具中為水平安放，固氣缸受到的徑向力幾乎可以忽略不記，因此可將氣缸受力簡化成僅受到軸向力的作用，只需要求得氣缸受到軸向力的大小既可以確定氣缸的參數(shù)型號。軸向力的計算：F=μG（2-1）μ：工件與夾板間的摩擦系數(shù)，取0.2G:工件的重力工件的重力G為50N，則通過計算可知F=0.2*50N=10N，由于實際工作中，氣缸輸出值要比計算值大，所以氣缸理論輸出力F0=20N.氣缸的缸徑的確定。根據(jù)網(wǎng)上的實際的氣缸我們選擇內(nèi)徑為32mm的單桿單作用標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其型號為SC50x25(000)+()，下圖為分別氣缸的主視圖跟左視圖：圖2.6氣缸主視圖圖2.7氣缸的左視圖表2.2氣缸尺寸參數(shù)表ABCDEFGH150.0mm57.0mm93.0mm38.0mm42.0mm15.0mm27.5mm32.0m’mIJKLMNOP23.0mm8.0mmM16x1.5M6x19.5mm17.0mm1/48.5mmQRSTVWZ2.5mm10.0mm62.0mm47.0mm20.0mm17.0mm-2.3末端執(zhí)行器的設(shè)計經(jīng)過前面的設(shè)計與分析，機器人末端執(zhí)行器主要用到的一些零部件已經(jīng)選型好了，剩下的還有設(shè)計夾具的外殼以及能裝直線導(dǎo)軌和末端執(zhí)行器的氣缸的零件，因此需要為夾具出一整套的外殼等零部件。為了讓氣缸能帶動夾具動作，還要給給氣缸設(shè)計了一套底座與夾具的夾爪進(jìn)行連接，如下圖所示：圖2.8氣缸限位支座圖2.9限位支座與導(dǎo)軌之間的板圖2.10導(dǎo)軌與支座配合設(shè)計限位支座與氣缸進(jìn)行連接，起到固定氣缸的作用，再讓限位支座與直線導(dǎo)軌進(jìn)行連接，從而達(dá)到可以直線位移的效果，可以讓氣缸進(jìn)行來回進(jìn)行活塞運動，從而可以將氣缸的提供的能量轉(zhuǎn)換成夾具來回運動的動力能，再用來夾緊物體，這樣就可以達(dá)到抓取物品的效果。夾具其他部分如圖所示：圖2.11整個夾具的固定安裝板圖2.12夾具蓋板圖2.13夾具效果圖末端執(zhí)行器的模型已經(jīng)建立完成，需要建末端執(zhí)行器的模型導(dǎo)入軟件中。打開robotstudio6.08，點擊【導(dǎo)入幾何體】將已經(jīng)在solidworks建模好的夾具導(dǎo)入robotstudio6.08中，建立工具坐標(biāo)，讓系統(tǒng)感知到夾具所在位置，隨后將夾具安裝到機器人中，下圖為夾具安裝到機器人的效果圖。圖2.14夾具與機械手配合圖3鈑金沖壓自動上下料工作站控制系統(tǒng)的設(shè)計3.1自動上下料工業(yè)機器人的選型這里選用IRB2600機器人來當(dāng)整個自動化工作站動力機器人，雖然要加工的目標(biāo)工件質(zhì)量只有5kg，而IRB2600的有效載荷區(qū)間為12-20kg，但是要考慮到夾具本體也是有一定質(zhì)量，也需要機器人提供動力，也算是機器人的載荷之中，所以綜合考慮選型IRB2600。IRB2600是一款專用的高性能機器人，適用于精度要求非?？量痰募庸?yīng)用工藝，它有一系列不同配置，能夠貼合各類應(yīng)用需求，盡可能提高弧焊、加工、上下料等應(yīng)用的生產(chǎn)效率。該系列所有型號均可采用倒置安裝。IRB2600采用緊湊型設(shè)計，易于安裝。結(jié)構(gòu)堅固耐用，零部件數(shù)量已減至最少，可靠性高、維護間隔時間長。IRB2600機器人有效載荷選項在12-20千克之間，最大可達(dá)1.65米，路徑精度和位置可重復(fù)性（RP=0.06mm），ABB獨特的機器人運動控制優(yōu)化了加速和減速，從而縮短了循環(huán)時間耐高壓蒸汽清洗，環(huán)境適應(yīng)性極強，防護等級達(dá)到IP67標(biāo)準(zhǔn)。ABBIRB2600機器人的控制器稱為IRC5控制器，IRC5控制器包含一下部件：主電源、計算機供電單元、計算機控制模塊（計算機主體）、輸入/輸出板、Customerconnections(用戶連接端口)、FlexPendant接口（(示教盒接線端)、軸計算機板、驅(qū)動單元(機器人本體、外部軸)。IRB2600相關(guān)的配置如表3.1。表3.1機器人相關(guān)參數(shù)型號工作區(qū)域有效載荷手臂載荷IRB2600-12/1.651.651215軸數(shù)6軸防護標(biāo)準(zhǔn)IP67，可選鑄造專家2型安裝方式落地、壁掛、支架、斜放置、倒置物理參數(shù)機器人底座大小676*511機器人高度1582mm機器人重量272-284kg重復(fù)定位精度（RP）0.06mm重復(fù)循環(huán)進(jìn)度(RT)0.13mm工作運動參數(shù)軸運動工作范圍最高速度軸1旋轉(zhuǎn)+180°至-180°175°/s軸2手臂+165°至-95°175°/s軸3手腕+75°至-180°175°/s軸4旋轉(zhuǎn)+400°至-400°360°/s軸5彎曲+120°至-120°360°/s軸6回旋+400°至-400°360°/s電源電壓200V-260V、50Hz-60Hz3.2自動上下料工業(yè)機器人工作站的搭建3.2.1Robotstudio介紹ABBRobotStudio是優(yōu)秀的計算機仿真軟件。RobotStudio軟件是ABB公司專門開發(fā)的工業(yè)機器人離線編程軟件，顧名思義，借助RobotStudio離線編程軟件，可在不影響生產(chǎn)的前提下執(zhí)行培訓(xùn)、編程和優(yōu)化等任務(wù)，如同將真實的機器人搬到了PC機中。在實際生產(chǎn)中，其還對生產(chǎn)有風(fēng)險降低、投產(chǎn)更迅速、換線更快捷、生產(chǎn)效率提高等好處。為幫助使用者提高生產(chǎn)率，降低購買與實施機器人解決方案的總成本。在一個機器人系統(tǒng)方案設(shè)計的初期，使用者可以在RobotStudio上構(gòu)建虛擬的工作站，先進(jìn)行設(shè)計和試運行，以避免直接用實體機器人直接進(jìn)行工作站的方案設(shè)計與使用時，因使用不當(dāng)而損壞機器人。使用者還可以利用RobotStudio來確認(rèn)機器人能否到達(dá)該工作站的所有編程位置，并完善工作站中機器人的運動編程設(shè)置。3.2.2自動上下料工作站結(jié)構(gòu)工作站總覽由圖3.1可見，主體機器人為IRB2600;碼垛機器人夾具、物料模型由Solildwork繪制而成,由于本設(shè)計是工作站的搭建，設(shè)計solidwork的具體流程將不過多敘述;其中上料傳送帶、下料傳送帶、控制柜、安全圍欄均來自RobotStudio自帶的模型庫。其中夾具要為其添加工具屬性并創(chuàng)建工具坐標(biāo)，讓它可以被RobotStudio識別為工具，并將其安裝至機器人的法蘭盤上，使其能正常工作。安全圍欄、控制柜、僅作為固定模型，不參加仿真。圖3.1工作站3.2.3工作站的搭建第一步:將機器人固定在底座上，然后修改機器人的本地原點，使其固定。第二步:打開機器人的工作范圍判斷機器人的工作區(qū)間，將兩個用于存放物料的托盤放置于工作區(qū)間之中。第三步:使用RobotStudio自帶的模型庫中，選取兩個輸送鏈模型放置在機器人的工作區(qū)間之中，一個是上料傳送帶，一個是下料傳送帶。到目前為止，已經(jīng)完成了工作站初步的硬件部分的搭建了。機器人的工作區(qū)間及設(shè)備的搭建位置如圖3.2所示。圖3.2機器人的工作區(qū)間及設(shè)備的搭建位置3.2.4Smart組件的設(shè)置與機器人I/0信號的規(guī)劃（1）創(chuàng)建上料傳送帶來進(jìn)行產(chǎn)品源的輸送使用Robotstudio軟件，在“菜單-基本-導(dǎo)入模型庫-設(shè)備-輸送鏈Guide設(shè)備”創(chuàng)建好一個輸送鏈Guide設(shè)備模型，重命名為“傳送帶”，由于系統(tǒng)為自動上下料系統(tǒng)，所以就需要有兩個傳送帶，一個送料到代加工區(qū)，一個是將加工好的工件傳送出去，或者傳送到下一個加工工序的代加工區(qū)，傳送帶如圖3.3所示。圖3.3傳送帶使用“菜單-建模-導(dǎo)入幾何體-瀏覽幾何體-找到對應(yīng)的加工工件產(chǎn)品”，使用捕位置設(shè)定把它的位置設(shè)定到半成品的輸送機上，重命名為“工件”。為了防止加工工件在傳送帶上發(fā)生位移，特此在半成品傳送帶上添加了兩塊定位板，以及兩個氣動輔助定位器，可見圖3.4。圖3.4放到傳送帶上的工件在菜單欄建模中使用“smart組件”，創(chuàng)建一個新的smart組件，重命名為“SC_傳送帶”如圖3.5所示。圖3.5SC_傳送帶添加組件“仿真脈沖SimulationEvents組件”“拷貝source組件”、“隊列queue組件”、“平面?zhèn)鞲衅鱬lanesensor組件”、“直線移動LinearMover組件"、“邏輯非運算LogicGate_2[not]組件”使其能夠完成SC_傳送帶的正常運行。將其各組件參數(shù)設(shè)置如圖3.6所示圖3.6SC_傳送帶各組件參數(shù)設(shè)置此時我們還需要設(shè)置上料傳送帶的控制smart組件里的I/0設(shè)置，即可完成傳送帶控制的smart組件的置如圖3.7所示。圖3.7傳送帶I/O配置【source】組件用于拷貝到進(jìn)來的代加工工件，使其能源源不斷在工件傳送源拷貝出工件。【LinearMover】組件用于工件在傳送帶上的直線運動仿真，使得工件能夠在傳送帶上運動到等待夾取工件的區(qū)域，【planesensor】組件用于檢測工件是否到達(dá)指定位置，要是工件運動到指定位置，則發(fā)送指定信號，讓上料傳送帶運動指令停止，【LogicGate_2[not]】用于邏輯非運算，設(shè)定工件一個延遲10s，每經(jīng)過10s，就做一次邏輯非運算，使得整個工件傳送的動作得以實現(xiàn)，完成一套流程后向外發(fā)出一個do1（0）的輸出信號。SC_傳送帶的設(shè)計邏輯圖如圖3.8所示：圖3.8傳送帶邏輯圖完成上面的流程，工件將到達(dá)指定位置停止下來等待機器人夾取時，這時傳送帶末端的兩個氣缸定位器將收到do1（0）的信號，氣缸打開，給工件進(jìn)行定位，然后經(jīng)過0.5s的延遲，兩個定位氣缸又將收回初始狀態(tài)，其設(shè)計邏輯圖如圖3.9所示：圖3.9定位氣缸邏輯圖（2）機器人末端夾具設(shè)置導(dǎo)入在solidwork中繪制的夾具，在菜單欄中使用“smart組件”，創(chuàng)建一個新的smart組件，重命名為“夾具”，設(shè)置一個傳感器“l(fā)ineSensor組件”來判斷夾具是否達(dá)到需要夾取的物料位置,并通過捕捉一個點來確定傳感器的位置，調(diào)整好位置后進(jìn)行設(shè)置。添加一個“Attacher組件”和一個“Detacher組件來完成夾具的夾取和放下兩個動作。添加一個邏輯非運算“LogicGate組件”完成夾具動作的取反。夾具smart組件的動作完成所需組件如圖3.10所示。圖3.10夾具smart組件（3）加工機床的動作設(shè)計沖床就是一臺沖壓式壓力機。在國民生產(chǎn)中，沖壓工藝由于比傳統(tǒng)機械加工來說有節(jié)約材料和能源，效率高，對操作者技術(shù)要求不高及通過各種模具應(yīng)用可以做出機械加工所無法達(dá)到的產(chǎn)品這些優(yōu)點，因而它的用途越來越廣泛。沖壓生產(chǎn)主要是針對板材的。通過模具，能做出落料，沖孔，成型，拉深，修整，精沖，整形，鉚接及擠壓件等等，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。本系統(tǒng)中用到的沖床為J23-40，導(dǎo)入沖床的模型后在菜單欄中使用“smart組件”，創(chuàng)建一個新的smart組件，重命名為“SC_機床”，添加兩個“LogicGate組件”邏輯非組件，四個“PoseMover”姿勢動作指令分別給兩臺沖床的上胎面定義收回跟沖壓動作，每次收到di輸入指令時，沖床將進(jìn)行一次沖壓再抽回的往返動作。沖床的smart組件如圖3.11所示圖3.11沖床smart組件按照上面想法，我們需要對“SC_機床”中的I/O信號以及I/O信號連接進(jìn)行配置，如圖3.12所示圖3.12SC_機床I/O信號配置（3）創(chuàng)建下料傳送帶來進(jìn)行產(chǎn)品源的輸送使用Robotstudio軟件，在“菜單-基本-導(dǎo)入模型庫-設(shè)備-輸送鏈Guide設(shè)備”創(chuàng)建好一個輸送鏈Guide設(shè)備模型，重命名為“下料傳送帶”同上料傳送帶一樣。在菜單欄建模中使用“smart組件”，創(chuàng)建一個新的smart組件，重命名為“SC_下料”,添加一個“LineSensor”組件檢測工件是否放置在下料傳送帶的位置，如果放置在下料傳送帶開始的位置，添加直線移動“LinearMover”組件讓放置在下料傳送帶開始傳送的位置的已經(jīng)加工完成的工件傳送出去，傳送到達(dá)下料傳送帶末端時，再添加一個“Sink”指令進(jìn)行將傳送到下料傳送帶末端的工件刪除，即意味著整個加工流程已經(jīng)走完，SC_下料smart組件如圖3.13所示。圖3.13SC-下料smart組件4自動上下料工作站程序設(shè)計4.1自動化上下料系統(tǒng)程序初步設(shè)計末端執(zhí)行器軌跡規(guī)劃程序里主要包括二部分，第一部分是在上料傳送帶把代加工鈑金抓取送到加工沖床里的程序，第二部分是去加工沖床里抓取成品放到下料傳送帶上輸送出去的程序。機器人運動中，關(guān)鍵的程序指令有2個，分別是MoveL（直線移動）和MoveJ（關(guān)節(jié)移動)，其中直交移動是以工具手爪為坐標(biāo)，在三維空間內(nèi)實現(xiàn)X、Y和Z軸方向的移動，主要應(yīng)用在抓取物料、平行移動抓取的對象和碼垛過程中﹔關(guān)節(jié)移動的以整個大地為坐標(biāo)系，實現(xiàn)機械臂各個關(guān)節(jié)的移動，其最大特點是進(jìn)行機械臂姿態(tài)的調(diào)整和移動過渡點的設(shè)置。MoveL和MoveJ指令格式相同，以MoveJ指令為例，其指令格式為:MoveJpZero,v500,fine,tGripper\WObj:=wobj0;其中，pZero是移動目標(biāo)點，通過手動示教確定該點位后，點擊示教器中的“修改位置”將當(dāng)前點的位置信息存入pZero點;v500是機械臂移動速度，每秒移動500毫米，根據(jù)不同點位的情況，可以設(shè)置不同的移動速度，其中空間內(nèi)的大范圍移動，可以提高移動速度，但是在接近目標(biāo)位置時，要降低移動速度，防止由于慣性過大沖擊物料或發(fā)生碰撞，以影響整體運行效果,速度也可以用變量表示;fine是立即到達(dá)，其位置可用z50等替代，其中數(shù)值越大，其運行軌跡越圓滑，如果設(shè)置為fine，則移動路徑比較生硬，但是運動精準(zhǔn);tGripper1是工具坐標(biāo)，WObj:=wobj0工件坐標(biāo)，是可以根據(jù)不同的情況設(shè)置相應(yīng)的工具坐標(biāo)、工件坐標(biāo)等。首先傳送帶先啟動起來，帶動工件使得工件移動到指定的取物料區(qū)，然后檢測工件有沒有到位，檢測到位后即發(fā)出夾持信號，當(dāng)夾具夾到工件后，工業(yè)機器人將運動使得將工件送到代加工區(qū)域，工件經(jīng)過機床加工后，機械臂將再次運動將加工好的工件送到下料傳送帶，下料傳送帶將會把加工好的工件運送出去。4.2自動化上下料系統(tǒng)程序設(shè)計首先這些點是定義示教點，將機械臂需要到達(dá)的一些特殊點位的xyz以及歐拉角度定義成常量程序如下:MODULEModule1CONSTrobtargetHome:=[[486.270899382,726.251102556,707.169793696],[-0.000000026,0.000000054,1,0.000000025],[0,0,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//Home點為機器人待機原點，初始位置點CONSTrobtargetpick:=[[-271.317821538,753.125056049,731.900023662],[0.000000037,-0.000000035,1,0.000000062],[1,-1,1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//夾取工件位置點CONSTrobtargetTarget_80:=[[256.099958648,607.980009348,1018.020062244],[-0.000000007,0.707106754,0.707106808,0.000000003],[0,0,1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//機械臂6軸調(diào)整點CONSTrobtargetTarget_70:=[[986.000000716,-511.297806639,550.925702558],[0.000000008,0.707106783,0.70710678,0.00000001],[0,0,1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//工件加工前靠近點CONSTrobtargetP1:=[[1022.019961256,-15.398312004,432.963348502],[0.500000074,0.500000003,0.499999962,-0.499999962],[-1,0,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//第一道工序加工位置點CONSTrobtargetP2:=[[986.00001044,935.126099073,550.925705954],[0,0.707106776,0.707106787,0.000000007],[0,-1,1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//第二道工序加工位置點CONSTrobtargetplay:=[[-229.964740502,-980.770574983,712.964202566],[0.00000002,1,-0.000000047,0.00000001],[-1,0,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//工件放置到成品傳送帶位置點下面為主程序main的程序，開始先將所有信號都關(guān)掉，隨后調(diào)用子程序Path_20PROCmain()Resetdi_Gripper;//復(fù)位工件到達(dá)目標(biāo)點發(fā)出Gripper的夾取信號Resetdo_jiaju;//復(fù)位發(fā)送給夾具開始夾持的信號Resetdo_MC1;//復(fù)位1號沖床的工作信號Resetdo_MC2;//復(fù)位2號沖床的工作信號Path_20;//調(diào)用子程序ENDPROCPROCPath_20()MoveJHome,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//回到機械臂定義的位置原點WaitDIdi_wuliaook,1;//輸出信號di_wuliaook一秒鐘Setdo_jiaju;//夾具打開信號MoveJoffs(pick,0,0,300),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具關(guān)節(jié)移動到夾取工件上方300位置點MoveJpick,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具關(guān)節(jié)移動到夾取工件位置點WaitTime0.5;//等待0.5sSetdi_Gripper;//輸出夾取工件的信號WaitTime1;//等待1sreSetdo_jiaju;//關(guān)閉夾具信號WaitTime1;//等待1sMoveJoffs(pick,0,0,300),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具關(guān)節(jié)移動到夾取工件上方300位置點MoveJTarget_80,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具關(guān)節(jié)移動到夾具調(diào)整點MoveLTarget_70,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具直線運動到工件加工前靠近點MoveJoffs(P1,0,-50,0),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具關(guān)節(jié)運動到第一道工序加工點水平位置y軸-50位置點MoveJP1,v100,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具關(guān)節(jié)運動到第一道工序加工點，且速度下調(diào)到100mm/sWaitTime0.5;//等待0.5sSetdo_MC1;//輸出1號沖床加工信號WaitTime0.8;//等待0.8sreSetdo_MC1;//關(guān)閉1號沖床加工信號WaitTime0.8;等待0.8sMoveJoffs(P1,0,-50,0),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具y方向回退50mm位置MoveJTarget_70,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具關(guān)節(jié)運動到加工前靠近位置點MoveJoffs(P2,0,50,0),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具關(guān)節(jié)運動到第一道工序加工點水平位置y軸-50位置點MoveJP2,v100,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具關(guān)節(jié)運動到第二道工序加工點，且速度下調(diào)到100mm/sWaitTime0.5;//等待0.5sSetdo_MC2;//輸出2號沖床加工信號WaitTime0.8;//等待0.8sreSetdo_MC2;//關(guān)閉2號沖床加工信號WaitTime0.8;//等待0.8sMoveJoffs(P2,0,50,0),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具關(guān)節(jié)運動到第二道工序加工點y方向+50位置MoveJTarget_70,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具回退到加工前靠近點MoveLoffs(play,0,0,200),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具直線運動到放置加工產(chǎn)品位置點上方200mm位置MoveLoffs(play,0,0,20),v100,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具直線運動到放置加工產(chǎn)品位置點上方20mm位置點，且速度下調(diào)到100mm/sWaitTime0.5;//等待0.5sreSetdi_Gripper;//關(guān)閉夾具夾緊信號MoveJoffs(play,0,0,200),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具直線回退到加工產(chǎn)品放置點上方200mm位置MoveLTarget_70,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具直線運動到加工工件加工前靠近點MoveLHome,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夾具直線運動機械臂初始位置點ENDPROCENDMODULE。5工作站控制系統(tǒng)的搭建5.1博圖V15.1軟件簡介博圖又叫做博圖全集成自動化軟件，是西門子公司開發(fā)并推出的全新的工業(yè)自動化設(shè)計軟件，它也是業(yè)內(nèi)首次將工程組態(tài)于可視化打包在一起的軟件，也就是說它既是一套面向編程人員的編程工具，又是面向用戶的可視化軟件，集成了傳統(tǒng)的西門子STEP7和WINCC的功能，可以更加直觀、高效、快速的進(jìn)行自動化項目的開發(fā)。5.2自動上下料系統(tǒng)PLC控制程序設(shè)計一個自動控制項目通過現(xiàn)實的動作分析，所有需要根據(jù)硬件需求選擇硬件組態(tài)的搭建。組態(tài)是運用PLC的基礎(chǔ)，所以選擇好一個硬件組態(tài)是極其重要的，這關(guān)乎后續(xù)編程的進(jìn)行能不能達(dá)到高效的程度。PLC選用西門子SIPLUSS7-1200，CPU為1214CDC/DC/DC，該型號為緊湊型CPU，100KB工作存儲器；24VDC電源板載DI14x24VDC漏型/源型，DQ10x24VDC和AI2；板載6個高速計數(shù)器和4路脈沖輸出；信號板擴展板載I/O；多達(dá)3個用于串行通信的通信模塊；多達(dá)8個用于I/O擴展的信號模塊；0.04ms/1000條指令；PROFINET接口，用于編程、HMI以及PLC間數(shù)據(jù)通信。首先我們先雙擊打開博圖V15.1軟件，點擊左上角新建一個新項目，接下來點擊“設(shè)備組態(tài)”＞“添加新設(shè)備”＞“控制器”＞“CPU”，按照這個步驟選擇與實際對應(yīng)的PLC型號，并命名為“PLC_1”，然后點擊“添加”按鈕，進(jìn)行添加。如圖5-1所示：圖5.1建立程序模塊在博圖軟件中選選擇與CPU1214C進(jìn)行通訊連接，輸入電腦的IP地址如圖5.2所示：圖5.2設(shè)置通訊網(wǎng)口I/O信號及地址如表5.1所示表5.1I/O地址名稱數(shù)據(jù)類型地址傳送帶啟動1Bool%Q0.0物件加緊Bool%Q0.1鈑金1加工Bool%Q0.2鈑金2加工Bool%Q0.3傳送帶啟動2Bool%Q0.4報警指示燈Bool%Q0.5運行指示燈Bool%Q0.6傳送帶1原點Bool%I0.0傳送帶1末端Bool%I0.1傳送帶2原點Bool%I0.2傳送帶2末端Bool%I0.3啟動Bool%I0.4停止Bool%I0.5緊急停止Bool%I0.6機器人1加工完成Bool%I0.7機器人2加工完成Bool%I1.0機器人放置完成Bool%I1.1System_ByteByte%MB1FirstScanBool%M1.0DiagStatusUpdateBool%M1.1AlwaysTRUEBool%M1.2AlwaysFALSEBool%M1.3表5.1I/O地址（續(xù)）脈沖1Bool%M0.0開始復(fù)位Bool%M0.1脈沖2Bool%M0.2機器人復(fù)位Bool%Q0.7機器人復(fù)位完成Bool%I1.2啟動允許Bool%M0.3第一步Bool%M0.4脈沖3Bool%M0.5啟停按鈕Bool%M0.6脈沖4Bool%M0.7限位1Bool%M2.0第二步Bool%M2.1機器人鈑金1Bool%Q1.0機器人鈑金2Bool%Q1.1機器人放置Bool%Q1.2第三步Bool%M2.2鈑金1到位Bool%M2.3第四步Bool%M2.4第五步Bool%M2.5鈑金2到位Bool%M2.6脈沖5Bool%M2.7計數(shù)DInt%MD4梯形圖程序編程圖共有8個程序塊分為初始化程序、復(fù)位停止報警指示燈、啟動程序、傳送帶啟動、物料夾緊、移動鈑金件到1號車床、移動鈑金件到2號車床，放到下料傳送帶。（1）初始化復(fù)位所有設(shè)備圖5.3初始化程序（2）復(fù)位停止報警指示燈:開始復(fù)位，復(fù)位完成后停止報警指示燈停止工作圖5.4停止報警指示燈（3）啟動模塊：按下啟動按鈕,檢測到物料后,運行指示燈燈點亮,開始運行步驟,如果按下停止或者緊急停止按鈕,系統(tǒng)停止。圖5.5啟動模塊（4）傳送帶啟動：傳送帶啟動,到達(dá)限位后,傳送帶停止運行,電磁閥加緊等待機械手取料進(jìn)行下一個步驟圖5.6傳送帶啟動（5）物理夾緊：物料加緊,加緊完成后傳送信號給機器人圖5.7物料夾緊（6）1號沖床加工：機器手抓取物料,移動到1號沖床位置,開始鉆孔2個.圖5.81號沖床加工（7）2號沖床加工：機器手抓取物料,移動到2號沖床位置,開始鉆孔1個。圖5.92號沖床加工5.3自動上下料系統(tǒng)觸摸屏界面的搭建觸摸屏又稱人機界面，它可以通過一些信號輸出，控制指示燈的亮滅來反饋整個自動上下料系統(tǒng)各設(shè)備的運行狀態(tài)，還可以通過設(shè)計的觸摸按鈕，按鈕控制某些信號的輸入輸出進(jìn)行控制各設(shè)備運動。在博圖中新建項目HMI，進(jìn)行對觸摸屏的界面設(shè)計如圖5.10所示：圖5.10新建項目HMI在博圖軟件界面右邊有工具箱，可以選擇一些常用工具對觸摸屏界面進(jìn)行編輯，本章應(yīng)用到畫圓，矩形框，文字輸出框，計數(shù)框，以及按鍵等。搭建好的觸摸屏界面如圖5-10所示：圖5-11觸摸屏界面設(shè)計5.4控制系統(tǒng)電氣連接設(shè)計完成了PLC程序設(shè)計以及觸摸屏界面的設(shè)計，在實際工作中，往往需要電氣控制連接圖才能更容易看懂整個控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)邏輯。圖5-12為CPU1214C板各個支腳的連接圖。圖5-12CPU板外接電路圖動力電源電路圖如圖5-13所示：圖5-13動力電源電路圖控制電路圖如圖5-14所示：圖5-14控制電路圖6自動上料工作站控制仿真6.1在robotstudio上對工作站流程仿真打開ABBRobotStudio軟件，在“菜單仿真”里點擊“播放”里打開示教器進(jìn)行仿真，IRB2600機器人按照設(shè)計的程序運行進(jìn)行初始化復(fù)位后，代加工鈑金件在上料傳送帶上運動,當(dāng)代加工鈑金件運動到等待夾取區(qū)域后，輔助定位氣缸先對代加工鈑金件進(jìn)行一次定位，防止代加工鈑金件在傳送帶上傳送過程中出現(xiàn)左右位移的情況。機器人處于初始位置如圖6.1：圖6.1輸送半成品當(dāng)上料傳送帶末端位置感應(yīng)到代加工工件到達(dá)指定位置信號后，機器人移動到抓取位置后抓取代加工鈑金件，按照PAPID程序里設(shè)定的程序移動到加工沖床外等待并輸出信號通知加工沖床代加工鈑金件取料完成，當(dāng)ABB系統(tǒng)接收到允許送料進(jìn)入信號后，機器人將代加工鈑金件送到?jīng)_床加工放置點，同時加工沖床得到代加工鈑金件送料完成，得到信號后1號沖床將進(jìn)行一次沖壓，隨后機器人再將一次加工的鈑金件送到2號沖床進(jìn)行第二次沖壓加工，機器人運動過程如圖6.2。圖6.2機器人抓取代加工鈑