基于S7-1200工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

四川信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)[在此處鍵入]第頁畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書(論文)設(shè)計(jì)題目:基于S7-1200工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè):

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2021年7月5日目錄摘要 2第一章緒論 31.1課題研究的背景與意義 31.1.1倉儲(chǔ)的發(fā)展現(xiàn)狀 41.1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 61.1.3工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 81.1.4工業(yè)機(jī)器人的研究方向 101.2研究?jī)?nèi)容 101.2.1智能倉儲(chǔ)的功能 11第二章倉儲(chǔ)的硬件設(shè)施 122.1PLC的選型 122.2S7-1200的特點(diǎn) 142.3傳感器的選型 152.4氣缸的選型 152.5工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)的電氣設(shè)計(jì) 162.6工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)的三維建模 17第三章倉儲(chǔ)的軟件設(shè)計(jì) 193.1S7-1200工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)控制的編程 19第四章仿真 214.1PQArt的介紹 214.2工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)的仿真 21總結(jié) 25致謝 26參考文獻(xiàn) 27摘要倉儲(chǔ)在物流中占據(jù)著核心的地位，是供應(yīng)鏈管理的核心環(huán)節(jié)。利用倉儲(chǔ)系統(tǒng)來提供工業(yè)機(jī)器人的中轉(zhuǎn)，實(shí)時(shí)全面地掌握倉儲(chǔ)信息，提高工業(yè)機(jī)器人的工作效率，成為企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中取勝的重要因素。以西門子S7-1200PLC平臺(tái)為控制核心,利用控制系統(tǒng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)進(jìn)行調(diào)度。當(dāng)外界有輸入信號(hào)發(fā)生時(shí),工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)系統(tǒng)能即時(shí)響應(yīng),達(dá)到運(yùn)行的目的。通過PLC仿真軟件對(duì)倉儲(chǔ)運(yùn)行畫面監(jiān)控結(jié)果表明:基于西門子平臺(tái)工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理,能夠執(zhí)行程序并仿真,而且也能實(shí)時(shí)監(jiān)控倉儲(chǔ)的狀態(tài)。針對(duì)目前大多數(shù)工業(yè)機(jī)器人設(shè)備缺乏運(yùn)倉儲(chǔ)中轉(zhuǎn)功能,提出了一種基于S7-1200PLC的可編程序控制器及PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)的工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的硬件組態(tài),軟件編程。實(shí)驗(yàn)證明,該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,可顯著提高工業(yè)機(jī)器人的工作效率。關(guān)鍵詞：工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)；PLC控制；效率第一章緒論1.1課題研究的背景與意義倉儲(chǔ)是企業(yè)物資流通供應(yīng)鏈中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是現(xiàn)代物流的核心環(huán)節(jié)。在倉儲(chǔ)管理活動(dòng)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的倉儲(chǔ)物流信息，這種信息常伴隨著倉庫訂貨、貨物入庫、貨物管理、貨物出庫的發(fā)生而產(chǎn)生，一般具有數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)操作頻繁、信息內(nèi)容復(fù)雜等特點(diǎn)。高效合理的倉儲(chǔ)能夠?qū)ω浳镞M(jìn)行有效的管理和控制，調(diào)節(jié)供應(yīng)和需求，降低成本。隨著自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，倉儲(chǔ)水平有了突飛猛進(jìn)的提高。但是，隨著業(yè)務(wù)量的不斷增長和客戶需求的不斷提升，倉儲(chǔ)也面臨著越來越大的挑戰(zhàn)，如何降低存貨投資，加強(qiáng)存貨控制與監(jiān)管，降低物流和費(fèi)用，提高空間、人員和節(jié)點(diǎn)的使用率，縮短入庫流程和查貨時(shí)間，成為企業(yè)降低成本，提高自身競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。倉儲(chǔ)的發(fā)展經(jīng)歷了人工和機(jī)械化倉儲(chǔ)、自動(dòng)化倉儲(chǔ)、智能化倉儲(chǔ)三個(gè)發(fā)展階段。信息技術(shù)的應(yīng)用已成為倉儲(chǔ)技術(shù)的重要支柱，自動(dòng)化倉儲(chǔ)與信息采集決策系統(tǒng)的結(jié)合以及無線射頻技術(shù)的運(yùn)用使倉儲(chǔ)朝著智能化的方向發(fā)展，目前，智能倉儲(chǔ)還處在初級(jí)階段，21世紀(jì)智能倉儲(chǔ)將具有廣闊的應(yīng)用前景。工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)系統(tǒng)就是在原有工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上添加智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)，這樣讓工業(yè)機(jī)器人加工工件時(shí)可以先把待加工工件放到倉儲(chǔ)置物架上，然后根據(jù)指示逐步對(duì)工件進(jìn)行加工，并將加工完成后的工件放回倉儲(chǔ)倉位中。并在各個(gè)工件加工完成后進(jìn)行組裝，提高了效率，極大的節(jié)約了工業(yè)機(jī)器人的時(shí)間成本。1.1.1倉儲(chǔ)的發(fā)展現(xiàn)狀1、人工和機(jī)械化的倉儲(chǔ)階段這階段物資的輸送、倉儲(chǔ)、管理、控制主要是依靠人工及輔助機(jī)械來實(shí)現(xiàn)。物料可以通過各種各樣的傳送帶、工業(yè)輸送車、機(jī)械手、吊車、堆垛機(jī)和升降機(jī)來移動(dòng)和搬運(yùn)，用貨架托盤和可移動(dòng)貨架存儲(chǔ)物料，通過人工操作機(jī)械存取節(jié)點(diǎn)，用限位開關(guān)、螺旋機(jī)械制動(dòng)和機(jī)械監(jiān)視器等控制節(jié)點(diǎn)來運(yùn)行。機(jī)械化滿足了人們對(duì)速度、精度、高度、重量、重復(fù)存取和搬運(yùn)等方面的要求，其實(shí)時(shí)性和直觀性是明顯優(yōu)點(diǎn)。2、自動(dòng)化倉儲(chǔ)階段自動(dòng)化技術(shù)對(duì)倉儲(chǔ)技術(shù)和發(fā)展起了重要的促進(jìn)作用。上世紀(jì)50年代末開始，相繼研制和采用了自動(dòng)導(dǎo)引小車(AVG)、自動(dòng)貨架、自動(dòng)存取機(jī)器人、自動(dòng)識(shí)別和自動(dòng)分揀等系統(tǒng)。到上世紀(jì)70年代，旋轉(zhuǎn)體式貨架、移動(dòng)式貨架、巷道式堆垛機(jī)和其他搬運(yùn)節(jié)點(diǎn)都加入了自動(dòng)控制行列，但只是各個(gè)節(jié)點(diǎn)的局部自動(dòng)化并各自獨(dú)立應(yīng)用，被稱為“自動(dòng)化孤島”。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)向物資的控制和管理，要求實(shí)時(shí)、協(xié)調(diào)和一體化。計(jì)算機(jī)之間、數(shù)據(jù)采集點(diǎn)之間、機(jī)械節(jié)點(diǎn)的控制器之間以及它們與主計(jì)算機(jī)之間的通信可以及時(shí)的匯總信息，倉庫計(jì)算機(jī)及時(shí)地記錄訂貨和到貨時(shí)間，顯示庫存量，計(jì)劃人員可以方便地作出供貨決策。信息技術(shù)的應(yīng)用已成為倉儲(chǔ)技術(shù)的重要支柱。到上世紀(jì)70年代末，自動(dòng)化技術(shù)被越來越多地應(yīng)用到生產(chǎn)和分配領(lǐng)域?！白詣?dòng)化孤島”需要集成化，于是便形成了“集成系統(tǒng)”的概念。在集成化系統(tǒng)中，整個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)協(xié)作，使總體效益和生產(chǎn)的應(yīng)變能力大大超過各部分獨(dú)立效益的總和。集成化倉庫技術(shù)作為計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS．ComputerIntegratedManufacturingSystem)中物資存儲(chǔ)的中心受到人們的重視，在集成化系統(tǒng)里包括了人、節(jié)點(diǎn)和控制系統(tǒng)。3、智能化倉儲(chǔ)階段在自動(dòng)化倉儲(chǔ)的基礎(chǔ)上繼續(xù)研究，實(shí)現(xiàn)與其他信息決策系統(tǒng)的集成，朝著智能和模糊控制的方向發(fā)展，人工智能推動(dòng)了倉儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，即智能化倉儲(chǔ)。現(xiàn)在智能化倉儲(chǔ)技術(shù)還處于初級(jí)發(fā)展階段，21世紀(jì)倉儲(chǔ)技術(shù)的智能化將具有廣闊的應(yīng)用前景。上世紀(jì)70年代初期，我國開始研究采用巷道式堆垛機(jī)的立體倉庫。1980年，由北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所等單位研制建成的我國第一座自動(dòng)化立體倉庫在北京汽車制造廠投產(chǎn)。從此以后，立體倉庫在我國得到了迅速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國已建成的立體倉庫有300座左右，其中全自動(dòng)的立體倉庫有50多座，其中高度在12米以上的大型立體倉庫有8座，這些自動(dòng)化的倉庫主要集中在煙草、醫(yī)藥保健品、食品、通訊和信息、家具制造業(yè)、機(jī)械制造業(yè)等傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)行業(yè)。在此基礎(chǔ)上我國對(duì)倉庫的研究也向著智能化的方向發(fā)展，但是目前我國還處于自動(dòng)化倉儲(chǔ)的推廣和應(yīng)用階段。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，柔性制造系統(tǒng)(FlexibleManufacturingSystems)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(ComputerIntegratedManufacturingSystems)和工廠自動(dòng)化(FactoryAutomation)對(duì)自動(dòng)化倉儲(chǔ)提交更高的要求，搬運(yùn)倉儲(chǔ)技術(shù)要具有更可靠、更實(shí)時(shí)的信息，工廠和倉庫中的物流必須伴隨著并行的信息流。射頻數(shù)據(jù)通信、條形碼技術(shù)、掃描技術(shù)和數(shù)據(jù)采集越來越多的應(yīng)用于倉庫堆垛機(jī)、自動(dòng)導(dǎo)引車和傳送帶等運(yùn)輸節(jié)點(diǎn)上，移動(dòng)式機(jī)器人也作為柔性物流工具在柔性生產(chǎn)中、倉儲(chǔ)和產(chǎn)品發(fā)送中日益發(fā)揮重要作用。實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)柔性化，采用靈活的傳輸節(jié)點(diǎn)和物流線路是實(shí)現(xiàn)物流和倉儲(chǔ)自動(dòng)化的趨勢(shì)。人工智能技術(shù)的發(fā)展必將推動(dòng)自動(dòng)化倉庫技術(shù)向更高階段即智能自動(dòng)化方向發(fā)展，在智能自動(dòng)化物流階段，生產(chǎn)計(jì)劃作出后，自動(dòng)生成物料和人力需求，查看存貨單和購貨單，規(guī)劃并完成物流。如物料不夠，無法滿足生產(chǎn)要求，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)推薦修改計(jì)劃以便生產(chǎn)出等值產(chǎn)品。這種系統(tǒng)是將人工智能集成到物流系統(tǒng)中。目前，智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)的基本原理已經(jīng)在一些實(shí)際的物流系統(tǒng)中逐步得到實(shí)現(xiàn)?？梢灶A(yù)見，智能倉儲(chǔ)技術(shù)將具有廣闊的應(yīng)用前景。1.1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前室內(nèi)倉庫的環(huán)境監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)可分為無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)兩種，大多數(shù)系統(tǒng)是基于有線監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)建立起來的，監(jiān)測(cè)點(diǎn)固定在某個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域，通過有線通信方式將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳給控制中心，更早期的監(jiān)測(cè)點(diǎn)是由操作員定時(shí)在各大倉庫里測(cè)量數(shù)據(jù)并上報(bào)。這樣的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在很多問題和弊端：一是，有線監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置需要大量走線，布置方式不靈活，只能在一個(gè)固定位置，不能根據(jù)需要移動(dòng)；二是，監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量由于通信布線成本限制而不能大量布置，造成監(jiān)測(cè)力度不夠，存在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不能全面反映實(shí)際的環(huán)境質(zhì)量的可能，甚至存在監(jiān)測(cè)盲區(qū)；三是，有線監(jiān)測(cè)點(diǎn)后期線路檢查和維護(hù)需要大量的人力物力，如想多個(gè)倉庫實(shí)現(xiàn)集中管理會(huì)極大的增加安裝成本，不利于構(gòu)建大型的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。有線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用缺陷日益凸顯，人們自然將視線轉(zhuǎn)移到了無線監(jiān)測(cè)技術(shù)上來，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的無線監(jiān)測(cè)技術(shù)是近幾年才發(fā)展起來的，目前一些流行的無線通信技術(shù)逐漸被用在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，其中不乏許多成功的應(yīng)用案例。UnifiedBarcode&RFID公司開發(fā)的倉儲(chǔ)管理軟件，支RFID閱讀、移動(dòng)計(jì)算和RF(WiFi)網(wǎng)絡(luò)，功能包括便攜數(shù)據(jù)采集應(yīng)用、循環(huán)計(jì)數(shù)、多節(jié)點(diǎn)測(cè)量單元、無紙采集和接收、實(shí)物庫存、SQL服務(wù)能力、串行數(shù)據(jù)能力、條碼標(biāo)簽和貨物跟蹤。IntellTrack公司開發(fā)的IntelliTrack倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)倉儲(chǔ)空間管理、批量訂單管理、貨物滿載和進(jìn)貨撞車報(bào)警等，實(shí)現(xiàn)條碼掃描和RFID識(shí)別，并通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸；INTERNATIONALPAPER(IP)開發(fā)了采用的倉儲(chǔ)追蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)管理、分配中心內(nèi)的一切庫存、倉儲(chǔ)、運(yùn)輸、銷售。食品零售商克羅格采用OAT系統(tǒng)公司的RFID定位系統(tǒng)來跟蹤已包裝的食品，進(jìn)行食品“保鮮”管理，有效保持產(chǎn)品的新鮮度，準(zhǔn)確識(shí)別已經(jīng)腐爛變質(zhì)的商品；另外，國外沃爾瑪倉儲(chǔ)公司在倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)中使用RFID技術(shù)的同時(shí)，還使用了溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)，通過網(wǎng)絡(luò)溫度檢測(cè)可以使管理人員了解在貨物運(yùn)送期間物品的融化情況；惠普公司(腫)在美國田納西州孟菲斯的一家倉庫中試驗(yàn)無線傳感器，用以改進(jìn)公司物流的管理辦法，這個(gè)實(shí)驗(yàn)性無線網(wǎng)絡(luò)由采用圖像識(shí)別軟件的小型印象傳感器與RFID相結(jié)合，用以確保貨物擺放到目標(biāo)位置。RaulMorais等人搭建了一個(gè)基于ZigBee的農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和軟硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)，用于檢測(cè)葡萄種植園內(nèi)相關(guān)物理參數(shù)。整個(gè)系統(tǒng)分兩個(gè)階段進(jìn)行測(cè)試，第一階段在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證能量管理和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)解決方案，第二階段則在實(shí)際葡萄園內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟硬件解決方案很好完成了所設(shè)定的目標(biāo)任務(wù)。并且此平臺(tái)被當(dāng)作簡(jiǎn)單、緊湊且可靠的遠(yuǎn)距離無線監(jiān)測(cè)應(yīng)用范例。ARMSTRONG研究在糧情監(jiān)控系統(tǒng)中使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的有線解決方案。深入研究了數(shù)據(jù)在糧食堆中的傳輸距離，傳輸功耗等問題，結(jié)果表明數(shù)據(jù)信號(hào)可以在915MHz頻帶，以lIIlW的功耗在糧食中能可靠傳輸2米以上的距離。無線傳感網(wǎng)絡(luò)為糧倉溫度監(jiān)控提供了一種替代方法，相對(duì)于傳統(tǒng)有線監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)還有待于進(jìn)一步研究論證。我們國家的研究機(jī)構(gòu)和研究人員也相繼開展了射頻識(shí)別技術(shù)在倉儲(chǔ)中的應(yīng)用研究。如dc軟件公司實(shí)施RFID技術(shù)的對(duì)象是白沙物流信息管理系統(tǒng)，dc軟件公司的技術(shù)人員針對(duì)白沙物流的運(yùn)作特點(diǎn)并結(jié)合國內(nèi)物流業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，巧妙地將RFID技術(shù)運(yùn)用到了入貨、盤點(diǎn)、調(diào)整、出貨等倉儲(chǔ)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的突破；上海石化物流系統(tǒng)把RFID技術(shù)與BPM相融合，擴(kuò)展了信息系統(tǒng)的應(yīng)用層面和管理幅度；西安電子科技大學(xué)通訊工程學(xué)院針對(duì)倉儲(chǔ)的現(xiàn)狀，提交了一種基于RFID技術(shù)的倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)描述了系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和工程實(shí)現(xiàn)；也有公司將RFID應(yīng)用在蔬菜供應(yīng)鏈中，然后結(jié)合蔬菜供應(yīng)鏈的生產(chǎn)、加工、倉儲(chǔ)、運(yùn)輸、銷售等各環(huán)節(jié)，闡述RFID技術(shù)的具體應(yīng)用。總之，以無線監(jiān)測(cè)技術(shù)作為手段的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有高度擴(kuò)展性、可靠性、安裝靈活、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)勢(shì)讓無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景。一般無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都是基于無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)或無線傳感網(wǎng)絡(luò)而實(shí)現(xiàn)的，它們作為新的技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用還處于探索階段，而且針對(duì)不同的應(yīng)用對(duì)象和應(yīng)用環(huán)境有很多問題值得研究和探討。本文研究的針對(duì)倉庫環(huán)境的無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是在具體領(lǐng)域里無線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，針對(duì)這個(gè)具體的環(huán)境，對(duì)應(yīng)用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來設(shè)計(jì)具有可行性和高效性的系統(tǒng)方案進(jìn)行深入研究。1.1.3工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀1、發(fā)展概述我國的工業(yè)機(jī)器人研究開始于20世紀(jì)80年代中期在國家的支持下，通過“七五”、“八五”科技攻關(guān).已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)、引進(jìn)到自主開發(fā)的轉(zhuǎn)變。促進(jìn)了我國制造業(yè)、勘探等行業(yè)的發(fā)展。但隨著我國門戶的逐漸開放.國內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)面臨著越來越大的競(jìng)爭(zhēng)與沖擊。雖然我國機(jī)器人的需求量逐年增加，但目前生產(chǎn)的機(jī)器人還很難達(dá)到所要求的質(zhì)量.很多機(jī)器人的關(guān)鍵部件還需要進(jìn)口。所以目前來說。我國還處在一個(gè)機(jī)器人消費(fèi)型的同家。現(xiàn)在，我國從事機(jī)器人研發(fā)的單位有200多家，專業(yè)從事機(jī)器A產(chǎn)業(yè)開發(fā)的企業(yè)有50家以上。在眾多專家的建議與規(guī)劃下，“七五”期間由機(jī)電部主持，中央各部委、中科院及地方科研院所與大學(xué)參加，國家投入相當(dāng)資金，進(jìn)行了工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)元器件、工業(yè)機(jī)器人整機(jī)及應(yīng)用工程的開發(fā)研究?！熬盼濉逼陂g，在國家“863”高技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目的支持下，沈陽新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司、哈爾濱博實(shí)自動(dòng)化設(shè)備有限責(zé)任公司、上海機(jī)電一體化工程公司、北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化所、四川綿陽思維焊接自動(dòng)化設(shè)備有限公司等確立為智能機(jī)器人主題產(chǎn)業(yè)基地。此外，還有上海富安工廠自動(dòng)化公司、哈爾濱焊接研究所、國家機(jī)械局機(jī)械研究院及北京機(jī)電研究所、首鋼莫托曼公、安川北科公司、奇瑞汽車股份有限公司等都以其研發(fā)生產(chǎn)的特色機(jī)器人或應(yīng)用工程項(xiàng)目而活躍在當(dāng)今我國工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)上。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)走上了自主研發(fā)階段，這樣標(biāo)志著我國工業(yè)自動(dòng)化走向了新的里程碑按照工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展過程其可分為三代:第一代就是示教再現(xiàn)機(jī)器人，主要由機(jī)器人本體運(yùn)動(dòng)控制器與示教盒組成，操作過程比較簡(jiǎn)單。第一代機(jī)器人使用示教盒在線示教編程，并保存示教信息。當(dāng)機(jī)器人自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，由運(yùn)動(dòng)控制器解析并執(zhí)行存儲(chǔ)的示教程序，使機(jī)器人實(shí)現(xiàn)預(yù)定動(dòng)作。這類機(jī)器人通常采用點(diǎn)到點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，連續(xù)軌跡再現(xiàn)的控制方法，可以完成直線與圓弧的連續(xù)軌跡運(yùn)動(dòng)，然而復(fù)雜曲線的運(yùn)動(dòng)則由多段圓弧與直線組合而成。由于操作的容易性、可視性強(qiáng)，所以在當(dāng)前工業(yè)中應(yīng)用最多。第二代就是離線編程機(jī)器人，該機(jī)器人編程系統(tǒng)就是采用離線式計(jì)算機(jī)實(shí)體模型仿真技術(shù)，首先建立起機(jī)器人及其工作環(huán)境的實(shí)體模型，再采用實(shí)際的正逆解算法，通過對(duì)實(shí)體模型的控制與操作，在離線的情況下進(jìn)行路徑規(guī)劃，然后通過編程對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行三維動(dòng)畫仿真，以檢驗(yàn)編程的正確性，最后將正確的代碼傳遞給機(jī)器人控制柜，以控制機(jī)器人運(yùn)動(dòng)，完成了離線編程。第三代就是智能機(jī)器人，它除了具有第一代與第二代的特點(diǎn)以外可帶有各種傳感器，這類機(jī)器人對(duì)外界環(huán)境不但具有感覺能力，而且具有獨(dú)立判斷、記憶、推理與決策的能力。能適應(yīng)外部對(duì)象、環(huán)境協(xié)調(diào)地工作，能完成更加復(fù)雜的動(dòng)作。在工作時(shí)通過傳感器獲得外部的信息，并進(jìn)行信息反饋，然后靈活調(diào)整工作狀態(tài)，保證在適應(yīng)環(huán)境的情況下完成工作。此機(jī)器人用在弧焊與搬運(yùn)工作中較多。在我國，由于機(jī)器人技術(shù)以及研發(fā)的落后，工業(yè)機(jī)器入主要應(yīng)用在制造業(yè)，如汽車制造行業(yè)與工程機(jī)械行業(yè)，主要用于汽車及工程機(jī)械的噴涂、焊接及搬運(yùn)崗位。1.1.4工業(yè)機(jī)器人的研究方向隨著工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，建筑、農(nóng)業(yè)、采礦、災(zāi)難救援等非制造業(yè)行業(yè)、國防軍事領(lǐng)域、醫(yī)療領(lǐng)域、日常生活領(lǐng)域等對(duì)機(jī)器人的需求越來越大。因此，適合應(yīng)用的更為智能的機(jī)器人技術(shù)必將成為未來的研究熱點(diǎn)。對(duì)機(jī)器人的研究趨勢(shì)如下:1、工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)?huì)由傳統(tǒng)的制造業(yè)，如治金、石油、化學(xué)、船舶、采礦等領(lǐng)域擴(kuò)大到航空、航天、核能、醫(yī)藥、生化等高科技領(lǐng)域,同時(shí)工業(yè)機(jī)器人也會(huì)逐步走向家庭，成為家庭機(jī)器人，以及一些高危行業(yè)也會(huì)逐步引入工業(yè)機(jī)器人代替人來完成危險(xiǎn)的任務(wù),如消防、排雷、修理高壓線、下水道清潔。人類的生活將會(huì)越來越離不開工業(yè)機(jī)器人，它們將會(huì)豐富我們的文化生活。2、工業(yè)機(jī)器人可能會(huì)有向小型化發(fā)展的趨勢(shì)。ABB公司的一款小型機(jī)器人“IRBI20”重只有25千克，但就是工作能力位居業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平，它的工作范圍可達(dá)580毫米，每公斤物料拾取節(jié)拍僅需0、58秒，定位精度高達(dá)0、01mn,投入市場(chǎng)后非常受歡迎。因此工業(yè)機(jī)器人有可能往小型化發(fā)展，小型的工業(yè)機(jī)器人有其優(yōu)勢(shì),按照以往的思路都就是機(jī)器人要比它加工的部件大，但隨著航空、航天、核電等技術(shù)的發(fā)展，工件尺寸越來越大，想要繼續(xù)擴(kuò)大工業(yè)機(jī)器人的尺寸成本太高，因此可以換一種思路將工業(yè)機(jī)器人做小，直接在工件上實(shí)施加工。3、工業(yè)機(jī)器人將會(huì)有與新發(fā)展的技術(shù)結(jié)合的趨勢(shì)，如攪拌摩擦焊、高能激光切割、變速箱裝配、板金屬變形等。-些傳統(tǒng)的加工過程也會(huì)由工業(yè)機(jī)器人來執(zhí)行，如激光切割、激光焊接、粘接、去毛刺、測(cè)量等。4、同時(shí)降低工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)成本，提高高端工業(yè)機(jī)器人的質(zhì)量，增強(qiáng)機(jī)器人的靈活性，爭(zhēng)強(qiáng)產(chǎn)品可靠性，降低機(jī)器人整個(gè)生命周期的維護(hù)費(fèi)用,簡(jiǎn)化機(jī)器人的安裝過程系統(tǒng)集成及編程設(shè)置依舊就是工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展方向。1.2研究?jī)?nèi)容工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)系統(tǒng)就是在原有工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上添加智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)，這樣讓工業(yè)機(jī)器人加工工件時(shí)可以先把待加工工件放到倉儲(chǔ)置物架上，然后根據(jù)指示逐步對(duì)工件進(jìn)行加工，并將加工完成后的工件放回倉儲(chǔ)倉位中。并在各個(gè)工件加工完成后進(jìn)行組裝，提高了效率，極大的節(jié)約了工業(yè)機(jī)器人的時(shí)間成本。1.2.1智能倉儲(chǔ)的功能智能倉儲(chǔ)由氣缸、感應(yīng)器、PLC、置物架和外部鋼結(jié)構(gòu)組成。倉儲(chǔ)可以完成以下功能：（1）工件快速入庫工件入庫前會(huì)被工業(yè)機(jī)器人運(yùn)送到指定位置上，工件到達(dá)倉庫入口時(shí)，工業(yè)機(jī)器人向PLC發(fā)送信號(hào)，再通過PLC發(fā)送倉儲(chǔ)上，倉儲(chǔ)彈出對(duì)應(yīng)倉儲(chǔ)位置，工業(yè)機(jī)器人將工件放入其中。（2）工件準(zhǔn)確出庫出庫時(shí)，PLC向工業(yè)機(jī)器人發(fā)送倉儲(chǔ)位置的信號(hào)，工業(yè)機(jī)器人到達(dá)指定位置的時(shí)候，通過PLC發(fā)送給倉儲(chǔ)信號(hào)，倉儲(chǔ)彈出對(duì)應(yīng)倉位，工業(yè)機(jī)器人將工件取出。（3）庫存盤點(diǎn)工件到指定庫區(qū)后，系統(tǒng)將通過所在倉儲(chǔ)庫區(qū)位置上的信號(hào)傳感器的終端節(jié)點(diǎn)，判斷工件是否放入其中。工件位置信息通過倉儲(chǔ)發(fā)送至PLC判斷正確與否的確認(rèn)，無誤校驗(yàn)后，將存儲(chǔ)工件位置信息。（4）貨物庫區(qū)轉(zhuǎn)移上位機(jī)可照現(xiàn)有庫區(qū)工件的位置信息，進(jìn)行庫區(qū)工件位置的轉(zhuǎn)移存儲(chǔ)。轉(zhuǎn)移調(diào)配方案由PLC根據(jù)存工件的位置信息決定，貨物庫區(qū)轉(zhuǎn)移前，PLC向工業(yè)機(jī)器人發(fā)送命令，移動(dòng)工業(yè)機(jī)器人到達(dá)指定位置并彈出倉儲(chǔ)，工件轉(zhuǎn)移后，校驗(yàn)庫區(qū)工件位置轉(zhuǎn)移正確與否由PLC完成。（5）貨物數(shù)量調(diào)整上位機(jī)對(duì)倉儲(chǔ)有無工件進(jìn)行清點(diǎn)，倉儲(chǔ)位置有工件時(shí)，倉儲(chǔ)位置信號(hào)燈將發(fā)出綠光；倉儲(chǔ)位置無工件時(shí)，倉儲(chǔ)位置信號(hào)燈將發(fā)出紅光。PLC將根據(jù)貨工件位置儲(chǔ)信息，對(duì)入庫工件進(jìn)行位置安排。6、實(shí)時(shí)信息顯示根據(jù)倉儲(chǔ)位置上的傳感器對(duì)倉儲(chǔ)工件是否放入進(jìn)行判斷，在觸摸屏上實(shí)時(shí)顯示倉儲(chǔ)工位信息。第二章倉儲(chǔ)的硬件設(shè)施2.1PLC的選型1、PLC的定義可編程邏輯控制器(Programmable

Logic

Controller，PLC)，它采用一類可編程的存儲(chǔ)器，用于其內(nèi)部存儲(chǔ)程序，執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破鲗?shí)際上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似，甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU(中央處理單元)存儲(chǔ)器(RAM和EPROM)

,輸入/輸出模塊(簡(jiǎn)稱為1/0模塊)、編程器和電源五大部分組成。近年來發(fā)展極為迅速、應(yīng)用面極廣的工業(yè)控制裝置。它按照成熟而有效的繼電器控制概念和設(shè)計(jì)思想，利用不斷發(fā)展的新技術(shù)、新電子器件，逐步形成了具有特色的各種系列產(chǎn)品。2、PLC的應(yīng)用領(lǐng)域PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)日常維護(hù)也變得容易起來，更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序而改變生產(chǎn)過程成為可能。這特別適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。目前，PLC在國內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂等各個(gè)行業(yè)，使用情況主要分為如下幾類:(1)開關(guān)量邏輯控制取代傳統(tǒng)的繼電器控制電路，實(shí)現(xiàn)邏輯控制、順序控制，既可用于控制單臺(tái)設(shè)備，也可用于多機(jī)群控及自動(dòng)化流水線。如注塑機(jī)、印刷機(jī)、訂書機(jī)械、組合機(jī)床、磨床、包裝生產(chǎn)線、電鍍流水線等。(2)工業(yè)過程控制在工業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，存在一些如溫度、壓力、流量、液位和速度等連續(xù)變化的量(即模擬量)，PLC采用相應(yīng)的A/D和D/A轉(zhuǎn)換模塊及各種各樣的控制算法程序來處理模擬量，完成閉環(huán)控制。PID調(diào)節(jié)是一般閉環(huán)控制系統(tǒng)中用得較多的一種調(diào)節(jié)方法。過程控制在冶金、化工、熱處理、鍋爐控制等場(chǎng)合有非常廣泛的應(yīng)用。(3)運(yùn)動(dòng)控制PLC可以用于圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)的控制。--般使用專用的運(yùn)動(dòng)控制模塊,如可驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)的單軸或多軸位置控制模塊，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場(chǎng)合。(4)數(shù)據(jù)處理PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算(含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理。數(shù)據(jù)處理一般用于如造紙、冶金、食品工業(yè)中的一-些大型控制系統(tǒng)。(5)通信及聯(lián)網(wǎng)PLC通信包括PLC間的通信及PLC與其它智能設(shè)備間的通信。隨著化網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，現(xiàn)在的PLC都具有通信接口，通信非常方便。3、PLC的選擇PLC的選擇主要應(yīng)從PLC的機(jī)型、容量、I/O模塊、電源模塊、特殊功能模塊、通信聯(lián)網(wǎng)能力等方面加以綜合考慮。PLC機(jī)型選擇的基本原則是在滿足功能要求及保證可靠、維護(hù)方便的前提下，力爭(zhēng)最佳的性能價(jià)格比。選擇時(shí)應(yīng)主要考慮到合理的結(jié)構(gòu)型式，安裝方式的選擇，相應(yīng)的功能要求，響應(yīng)速度要求，系統(tǒng)可靠性的要求,機(jī)型盡量統(tǒng)一等因素。智能倉儲(chǔ)采用S7-1200PLC。2.2S7-1200的特點(diǎn)1、CPU上面集成以太網(wǎng)接口，可以實(shí)現(xiàn)編程設(shè)備與CPU，CPU與HMI以及CPU與CPU之間的通訊。另外，S7-1200還可以通過開放的以太網(wǎng)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與第三方設(shè)備的通信:2、CPU供電范圍廣，AC或DC電源形式集成的電源120V-264V

AC或24V

DC;3、集成數(shù)字量輸出晶體管或繼電器，集成24VDC數(shù)字量輸入，集成模擬量輸入0-10V;4、具有頻率高達(dá)100kHz的脈沖序列輸出，頻率高達(dá)100kHz的脈寬調(diào)制輸出;5高速計(jì)數(shù)器.包含6個(gè)高速計(jì)數(shù)器，3個(gè)100kHz的和3個(gè)30kHz的.這些高速計(jì)數(shù)器包括增量式編碼器，頻率計(jì)數(shù)或者過程控制的高速計(jì)數(shù)等精度檢測(cè):spmm的的6、通過擴(kuò)展附加的通信模塊，例如:

RS

485模塊，實(shí)現(xiàn)了模塊化特點(diǎn)，通過信號(hào)板直接在CPU上擴(kuò)展模擬量或數(shù)字量信號(hào)實(shí)現(xiàn)了模塊化特點(diǎn)，同時(shí)保持CPU原有空間，為用戶在裝配過程中節(jié)省了空間;

7、通過信號(hào)模塊的大量模擬量和數(shù)字量輸入和輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)模塊化特點(diǎn):同時(shí)還可以擴(kuò)展profibus-dp總線控制模塊等其他通訊模塊;8、最大可擴(kuò)展8個(gè)信號(hào)模塊和3個(gè)通訊模塊，便于實(shí)現(xiàn)端到端的串行通訊:2.3傳感器的選型傳感器從靈敏度、頻率響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性、精度5個(gè)方面進(jìn)行傳感器的選擇。智能倉儲(chǔ)采用激光型放大器分離式光電傳感器，對(duì)倉儲(chǔ)置物架有無物料進(jìn)行檢測(cè)。2.4氣缸的選型根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。要求氣缸到達(dá)行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應(yīng)選擇緩沖氣缸;要求重量輕，應(yīng)選輕型缸，要求安裝空間窄且行程短，可選薄型缸:有橫向負(fù)載，可選帶導(dǎo)桿氣缸:要求制動(dòng)精度高，應(yīng)選鎖緊氣缸;不允許活塞桿旋轉(zhuǎn)，可選具有桿不回轉(zhuǎn)功能氣缸;高溫環(huán)境下需選用耐熱缸;在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時(shí)需要選用無給油或無油潤滑氣缸等。由于智能倉儲(chǔ)對(duì)氣缸要求安裝空間窄且行程短所以采用薄型氣缸對(duì)倉儲(chǔ)工位進(jìn)行推動(dòng)。圖2-1氣缸控制回路圖2.5工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)的電氣設(shè)計(jì)表2-1PLCI/O表序號(hào)名稱功能描述1I0.0倉位1檢測(cè)傳感器感應(yīng)到物料，I0.0閉合。2I0.1倉位2檢測(cè)傳感器感應(yīng)到物料，I0.1閉合。3I0.2倉位3檢測(cè)傳感器感應(yīng)到物料，I0.2閉合。4I0.3倉位4檢測(cè)傳感器感應(yīng)到物料，I0.3閉合。5I0.4倉位5檢測(cè)傳感器感應(yīng)到物料，I0.4閉合。6I0.5倉位6檢測(cè)傳感器感應(yīng)到物料，I0.5閉合。7Q0.0倉位1彈出。8Q0.1倉位2彈出。9Q0.2倉位3彈出。10Q0.3倉位4彈出。11Q0.4倉位5彈出。12Q0.5倉位6彈出。圖2-2PLC接線圖2.6工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)的三維建模我們使用Pqart軟件，對(duì)倉儲(chǔ)進(jìn)行三維建模，智能倉儲(chǔ)由氣缸、感應(yīng)器、PLC、置物架和外部鋼結(jié)構(gòu)組成。倉儲(chǔ)有兩層，每層有3個(gè)置物臺(tái)。每個(gè)置物臺(tái)下方有1個(gè)感應(yīng)器和一個(gè)燈泡，感應(yīng)器感應(yīng)到倉儲(chǔ)有料，綠燈亮起，感應(yīng)器感應(yīng)到倉儲(chǔ)無料，紅燈亮起。圖2-3倉儲(chǔ)正面的三維建模圖2-4倉儲(chǔ)置物臺(tái)正面的三維建模圖2-5倉儲(chǔ)置物臺(tái)背面的三維建模第三章倉儲(chǔ)的軟件設(shè)計(jì)3.1S7-1200工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)控制的編程圖3-1倉儲(chǔ)控制PLC梯形圖圖3-2倉儲(chǔ)控制SCL程序

第四章仿真4.1PQArt的介紹北京華航唯實(shí)機(jī)器人科技股份有限公司推出的PQArt（原RobotArt）是我國擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)機(jī)器人離線編程軟件。PQArt是系列工業(yè)軟件中核心產(chǎn)品之一，始于2013年，經(jīng)過多年的研發(fā)與應(yīng)用，PQArt掌握了多項(xiàng)核心技術(shù)，包括3D平臺(tái)、幾何拓?fù)?、特征?qū)動(dòng)、自適應(yīng)求解算法、開放后置、碰撞檢測(cè)、代碼仿真等。它的功能覆蓋了機(jī)器人集成應(yīng)用完整的生命周期，包括方案設(shè)計(jì)、設(shè)備選型、集成調(diào)試及產(chǎn)品改型，累計(jì)已有10萬多人使用PQArt進(jìn)行學(xué)習(xí)或工作。4.2工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)控制系統(tǒng)的仿真從PQ軟件搭載的工作站中下載智能制造單元系統(tǒng)集成應(yīng)用平臺(tái)，在里面找到我們需要的倉儲(chǔ)系統(tǒng)，將其用三維球拖出，單獨(dú)放置。將U盤插入電腦，把我們編寫的程序從U盤導(dǎo)入到PQ中。在PQ中點(diǎn)擊倉儲(chǔ)進(jìn)行程序的仿真，就可以運(yùn)行我們的仿真程序了。圖4-1倉儲(chǔ)1號(hào)位彈出圖4-2倉儲(chǔ)2號(hào)位彈出圖4-3倉儲(chǔ)3號(hào)位彈出圖4-4倉儲(chǔ)4號(hào)位彈出圖4-5倉儲(chǔ)5號(hào)位彈出圖4-6倉儲(chǔ)6號(hào)位彈出總結(jié)通過本次的工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)系統(tǒng)PLC控制的畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我又一次溫習(xí)了我們學(xué)過的知識(shí)。在這個(gè)過程中，我發(fā)現(xiàn)自己在PLC方面的知識(shí)積累的還太少，并且上課中學(xué)的也不夠扎實(shí)。過程中我也翻閱了許多關(guān)于PLC的書籍，也上網(wǎng)查閱了一些資料，發(fā)現(xiàn)PLC這個(gè)領(lǐng)域還很深?yuàn)W，我們要學(xué)習(xí)的還很多,并且也看到了PLC的發(fā)展前景。工業(yè)機(jī)器人倉儲(chǔ)系統(tǒng)就是在原有工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)上添加智能倉儲(chǔ)系統(tǒng)，利用PLCS7-1200向倉儲(chǔ)發(fā)送信號(hào)和工業(yè)機(jī)器人配合工作。這樣讓工業(yè)機(jī)器人加工工件時(shí)可以先把待加工工件放到倉儲(chǔ)置物架上，然后根據(jù)指示逐步對(duì)工件進(jìn)行加工，并將加工完成后的工件