三菱裝配機(jī)器人工作站系統(tǒng)設(shè)計(jì)

三菱裝配機(jī)器人工作站系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要隨著工業(yè)4.0的興起和深度發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)和視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，帶來(lái)的是更加智能與高效率的自動(dòng)化生產(chǎn)線。為了跟緊科學(xué)技術(shù)發(fā)展的步伐，越來(lái)越多的企業(yè)引進(jìn)了工業(yè)機(jī)器人。本論文以此為背景,設(shè)計(jì)了基于三菱工業(yè)機(jī)器人的裝配工作站，其中涉及到工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)、人機(jī)界面系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和軟件結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等。設(shè)計(jì)中包含的硬件主要有三菱工業(yè)機(jī)器人、人機(jī)界面、康耐視攝像機(jī)、伺服電機(jī)、Q系列PLC等。軟件則包含工業(yè)機(jī)器人程序、PLC程序、伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定。利用基于TCP/IP的SLMP協(xié)議，使三菱工業(yè)機(jī)器人、康耐視攝像機(jī)、人機(jī)界面、PLC設(shè)備和PC進(jìn)行通信，從而實(shí)現(xiàn)協(xié)同合作。能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)元件進(jìn)行識(shí)別、出庫(kù)、搬運(yùn)、裝配的一些列操作的目的，以及對(duì)整個(gè)自動(dòng)裝配過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，確保產(chǎn)線的安全。關(guān)鍵詞：三菱工業(yè)機(jī)器人，Q-PLC，康耐視視覺(jué)相機(jī)，伺服系統(tǒng)。

目錄TOC\o"1-3"\h\u1緒論 41.1引言 41.2課題的研究背景及意義 51.3工業(yè)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析 52三菱機(jī)器人裝配工作站的硬件設(shè)計(jì) 62.1PLC、伺服系統(tǒng)、觸摸屏的簡(jiǎn)介 62.2PLC簡(jiǎn)介 62.3伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)介 62.4控制系統(tǒng)硬件選型 102.4.1三菱工業(yè)機(jī)器人選型 102.4.2PLC選型 102.4.3人機(jī)界面選型 102.4.4康耐視視覺(jué)相機(jī)選型 112.4.5伺服放大器的選型 112.4.6元件選型表 122.5機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 132.6電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 142.6.1主電路控制設(shè)計(jì) 142.6.2QX42輸入電路設(shè)計(jì) 152.6.3QY42P輸出電路設(shè)計(jì) 152.6.4QD75模塊與JE伺服電路設(shè)計(jì) 162.6.5工業(yè)機(jī)器人輸入/輸出電路設(shè)計(jì) 162.6.6工業(yè)機(jī)器人擴(kuò)展輸入/輸出電路設(shè)計(jì) 173三菱機(jī)器人裝配工作站控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 173.1控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)關(guān)系框圖 173.2程序設(shè)計(jì) 183.2.1PLC程序設(shè)計(jì)及模塊配置 183.2.2工業(yè)機(jī)器人程序設(shè)計(jì)與調(diào)試 203.3參數(shù)配置 213.3.1人機(jī)界面設(shè)計(jì)及參數(shù)配置 213.3.2康耐視視覺(jué)相機(jī)配置參數(shù)與通信 233.3.3QD75P1N定位模塊參數(shù)配置 234三菱工業(yè)機(jī)器人裝配工作站系統(tǒng)調(diào)試 244.1系統(tǒng)調(diào)試準(zhǔn)備階段 244.2系統(tǒng)調(diào)試 244.3系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法 25(2)視覺(jué)相機(jī)無(wú)法與PLC進(jìn)行通訊 25(3)元件的位置如何確認(rèn)。 25(4)末端執(zhí)行器上的吸盤無(wú)法將元件吸起 255總結(jié) 25參考文獻(xiàn) 27致謝 281緒論1.1引言工業(yè)機(jī)器人指的是在工業(yè)領(lǐng)域上的一種多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)械裝置。它是通過(guò)各個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，自主的執(zhí)行工作，實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以按照設(shè)定好的動(dòng)作軌跡或者直接由程序控制完成各種動(dòng)作。如圖1.1所示。圖1.1工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人主要由主體、控制系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)三個(gè)基本部分組成。主體即機(jī)座和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。控制系統(tǒng)是按設(shè)定好的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。1959年，世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人問(wèn)世，該機(jī)器人的機(jī)械手臂完全由計(jì)算機(jī)控制并且具有存儲(chǔ)功能，能夠完整的記憶180個(gè)工作步驟。而我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代，雖然起步較晚，但是經(jīng)過(guò)幾十年的沉淀與發(fā)展已經(jīng)初具規(guī)模。視覺(jué)識(shí)別系統(tǒng)：利用機(jī)器模仿人眼所具有的功能，從而做出測(cè)量和判斷。如圖1.2所示。目前，視覺(jué)系統(tǒng)主要包含攝像機(jī)、光學(xué)部件、燈光、圖像采集裝置、檢測(cè)軟件和部件傳感器等。隨著自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)線的飛速發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人視覺(jué)技術(shù)在自動(dòng)化領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。圖1.2視覺(jué)相機(jī)1.2課題的研究背景及意義隨著社會(huì)的發(fā)展以及工業(yè)上的機(jī)械化、智能化、集成化的普及，人們對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)線的要求也越來(lái)越高，原來(lái)的技術(shù)已經(jīng)不能滿足社會(huì)的需求，所以工業(yè)機(jī)器人廣泛地被應(yīng)用在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，促進(jìn)自動(dòng)化生產(chǎn)線的發(fā)展。工業(yè)機(jī)器人是傳感器、計(jì)算機(jī)、人工智能、控制的集成，在工業(yè)領(lǐng)域中主要用于機(jī)械制造業(yè)、電子工業(yè)物流的倉(cāng)儲(chǔ)與分揀。工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，增加了產(chǎn)量，降低了生產(chǎn)成本。同時(shí)因?yàn)闄C(jī)器人的存在，能夠大幅減少勞動(dòng)力的使用，并且能夠代替人類去做一些比較危險(xiǎn)的工作，如爆破、化工等，保障了工人的人身安全。本課題采用了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、PLC技術(shù)和視覺(jué)識(shí)別技術(shù)等。利用PLC和人機(jī)界面協(xié)同工作，實(shí)時(shí)的監(jiān)視和控制系統(tǒng)的各個(gè)單元。從而更好地對(duì)目標(biāo)工件進(jìn)行自動(dòng)裝配。工業(yè)機(jī)器人與視覺(jué)相機(jī)的聯(lián)機(jī)操作，能夠及時(shí)的獲取目標(biāo)工件的位置及狀態(tài)，減少誤差，提高了產(chǎn)品的成品率和效率，節(jié)約了生產(chǎn)成本。設(shè)計(jì)此課題，鍛煉了我們的動(dòng)手能力，讓我的理論知識(shí)得到了實(shí)踐，豐富了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)了我們的創(chuàng)新力。1.3工業(yè)機(jī)器人國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析由于勞動(dòng)力的大量缺失，人力成本日漸上升，國(guó)內(nèi)制造業(yè)不得不走向智能化的道路，因此，工業(yè)機(jī)器人的需求也逐漸上漲。在制造業(yè)中工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用于自動(dòng)裝配、焊接、機(jī)械加工等行業(yè)4。目前，隨著科技的進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人正向著更廣更深的方向發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的智能化水平越來(lái)越高，應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)大，工業(yè)機(jī)器人已經(jīng)成為人類生產(chǎn)生活中必不可少的一部分。2三菱機(jī)器人裝配工作站的硬件設(shè)計(jì)2.1PLC、伺服系統(tǒng)、觸摸屏的簡(jiǎn)介2.2PLC簡(jiǎn)介在可編程邏輯控制器(PLC)12誕生之前，繼電器和控制器占據(jù)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。但是，它們有著很多的缺點(diǎn)，例如，控制系統(tǒng)難以修改、噪聲很大、難維護(hù)以及可靠性差等。在1969年，美國(guó)的一家公司研制出第一臺(tái)可編程控制器。它具有體積小、性價(jià)比高、可靠性好等優(yōu)點(diǎn)。剛開(kāi)始，它首先應(yīng)用于汽車制造業(yè)，美國(guó)的通用公司對(duì)此提出了需求，首先在自己的汽車自動(dòng)化生產(chǎn)線上安裝和應(yīng)用了這款可編程邏輯控制器，經(jīng)過(guò)測(cè)試和實(shí)踐，取得了非常好的結(jié)果。因?yàn)楫?dāng)時(shí)的繼電器已經(jīng)融入到工業(yè)生產(chǎn)中去，又由于早期可編程邏輯控制器的功能十分的有限，只具有邏輯操作能力、計(jì)數(shù)能力和順序控制的能力。兩者之間的操作方式也有著很大的差異，導(dǎo)致可編程邏輯控制器并不能夠完全取代繼電器。20世紀(jì)80年代，工業(yè)領(lǐng)域中的集成電路技術(shù)已經(jīng)完全成熟。PLC的處理器得到了明顯的提升，普遍應(yīng)用16位或者32位處理器，PLC的功能得到進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)。相比較之前的PLC產(chǎn)品，不僅降低了功耗和成本、縮小了體積、提高了系統(tǒng)的可靠性8，更在以往的功能上添加了更多的功能。至此，PLC的技術(shù)已經(jīng)日漸成熟?？删幊踢壿嬁刂破髯詥?wèn)世以來(lái)已經(jīng)有50多年了，三菱是最早生產(chǎn)PLC的廠家之一。三菱電機(jī)在80年代推出了F系列小型PLC，在90年代推出F1、F2系列將F系列的PLC取代。F1系列的可編程邏輯控制器在我國(guó)的市場(chǎng)上有很高的占有率。與此同時(shí)，推出的還有FX系列，但是由于規(guī)模較小、故障率高、故主要生產(chǎn)此系列的as/a2us/Q2a系列。目前，F(xiàn)1和FX2系列早已經(jīng)被淘汰，但是仍然保留著FX系列。例如FX1S/FX3G/FX3U等，和以前比，性能和性價(jià)比又有著顯著的提高。正因?yàn)槿釶LC有結(jié)構(gòu)靈活、傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬穩(wěn)定、范圍廣、成本低等特點(diǎn)。在我國(guó)有很大的市場(chǎng)占有率Q系列的PLC是從原來(lái)的A系列演變過(guò)來(lái)的中性和大型PLC，此款PLC采用了模塊化結(jié)構(gòu)，可提供更加高的性能和更小的體積。其做PLC系統(tǒng)時(shí)，可以按照需求選取電源模塊、I/O配置模塊、基板等。通過(guò)各種模塊的協(xié)同使用，可提高PLC的性能。擴(kuò)大使用范圍，在同一基板上還可以添加多臺(tái)Q系列PLC，各個(gè)模塊之間可以自動(dòng)刷新，確保通訊的正常進(jìn)行，提高處理速度。2.3伺服系統(tǒng)簡(jiǎn)介伺服系統(tǒng)也可以稱為跟隨系統(tǒng)13。它能夠以位置、速度、轉(zhuǎn)矩為控制量，追隨目標(biāo)變化而自身產(chǎn)生變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。在20世紀(jì)50年代，直流電機(jī)剛開(kāi)始發(fā)展和被應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域，仍然有很多的缺點(diǎn)，例如難維護(hù)、成本高、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜等。在20世紀(jì)70年代到80年代初，集成電路技術(shù)已經(jīng)相對(duì)的成熟，交流變速技術(shù)得到飛速的發(fā)展，這兩種技術(shù)使交流伺服電機(jī)逐漸成為半導(dǎo)體行業(yè)的主流。20世紀(jì)80年代后，計(jì)算機(jī)行業(yè)快速發(fā)展，伺服系統(tǒng)的性能大幅提高。目前，國(guó)外的伺服技術(shù)比較強(qiáng)，尤其以三菱電機(jī)、西門子、安川等技術(shù)最強(qiáng)。我國(guó)技術(shù)起步比較晚，但是在該領(lǐng)域方面正處于快速發(fā)展階段，相比較之下，在可靠性、整體性、編碼器等方面有著一定的差距。在本課題中，通過(guò)QD751PN定位模塊和JE伺服配合，對(duì)目標(biāo)盤進(jìn)行驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，從而完成裝配等工作。觸摸屏也被稱為“人機(jī)界面”“觸控面板”等，是一種感應(yīng)式的液晶顯示器，可用于接收各種信號(hào)，然后以圖形的形式顯示在界面上。通過(guò)使用人機(jī)界面，能夠在屏幕上清晰地看到機(jī)器的各項(xiàng)指標(biāo)，也可進(jìn)行相關(guān)的操作，這樣使生產(chǎn)等各項(xiàng)操作變得簡(jiǎn)單，也可以降低操作人員的失誤率，提高產(chǎn)品的性能。在本次設(shè)計(jì)中，在觸摸屏上進(jìn)行按鈕的合計(jì)與配置，通過(guò)對(duì)按鈕的操作即可控制整個(gè)設(shè)備，這樣我們不用盯著整個(gè)裝配設(shè)備，也可以輕松的看到程序運(yùn)行情況和控制程序的運(yùn)行。圖2.2控制器電源電纜、接地電纜的連接如圖2.2所示，為了進(jìn)行漏電保護(hù)，對(duì)控制器的一次側(cè)供應(yīng)電源設(shè)置漏電斷路器。防止導(dǎo)致觸電事故。注1處務(wù)必安裝端子蓋板來(lái)使用漏電斷路器。圖2.3控制器和機(jī)器人本體間的電纜連接安裝機(jī)器人時(shí)，按照上述關(guān)系圖安裝控制器和機(jī)器人本體的電纜，在連接前，應(yīng)確?？刈∑鞯碾娫刺幱贠FF狀態(tài)，然后將設(shè)備間的電纜線連接到機(jī)器人本體的CM1連接器上，在插入至連接器端部到達(dá)CONBOX面后，緊固螺栓即可。需要注意的是，在插入連接器時(shí)，應(yīng)與連接器保持水平，否則，強(qiáng)力的插入可能會(huì)造成連接器針頭的損壞，從而出現(xiàn)接觸不良的情況。電纜連接器分為兩種用法。一、機(jī)器人控制器側(cè)用二、機(jī)器人本體側(cè)用，在連接時(shí)，應(yīng)確保連接充分，一旦發(fā)生連接錯(cuò)誤的情況，可能破壞連接器針，這種情況下，就算連接了機(jī)器人，也無(wú)法保證機(jī)器人進(jìn)行正確的動(dòng)作，從而發(fā)生危險(xiǎn)。電纜不能夠用力拉扯或者過(guò)度彎曲，可能造成連接器及電纜本身的破損。電纜的放置位置不能有粉塵和油污，因?yàn)樵诎尾咫娎|時(shí)，連接器針會(huì)暴露在空氣中，一旦有油污和粉塵，容易沾染在連接器上，造成機(jī)器人故障，所以，應(yīng)該保持環(huán)境的整潔與衛(wèi)生。若發(fā)現(xiàn)有油污或者粉塵時(shí)，應(yīng)先擦去，再拔下設(shè)備間的電纜。在拔設(shè)備間的電纜時(shí)，應(yīng)握住連接器底部進(jìn)行拉扯千萬(wàn)不要直接拉扯電纜，否則會(huì)造成電纜的損壞及脫落。無(wú)論是在安裝還是卸下電纜，都應(yīng)注意，不要夾到手。圖2.4控制器與設(shè)備間電纜的連接在連接時(shí)，應(yīng)將控制器的電源處于OFF狀態(tài)，將設(shè)備間電纜的控制器側(cè)連接器與CN1連接器相連接，在關(guān)閉CN1連接器的固定掛鉤后，固定連接器。至此，設(shè)備間電纜線連接成功。需注意，夾緊時(shí)勿夾到手，安裝或者卸下時(shí)，應(yīng)保持連接器水平，勿用力彎折纜線等。圖2.5三菱機(jī)器人示教器的安裝如圖2.5所示，在示教器安裝前應(yīng)先對(duì)控制器的電源進(jìn)行確認(rèn)，確保電源處于OFF狀態(tài)；將示教單元上的連接器和機(jī)器人控制器上的TB連接器連接，向上拔起鎖定撥桿，插入連接器，然后下?lián)苕i定撥桿，進(jìn)行固定，至此，示教器安裝結(jié)束。三菱RV-7FRL工業(yè)機(jī)器人與外部設(shè)備的通訊主要靠擴(kuò)展模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)的，那么就需要對(duì)I/O信號(hào)進(jìn)行分配，才可進(jìn)行通訊。以下簡(jiǎn)單介紹三菱工業(yè)機(jī)器人與PLC的I/O通訊接口地址表。如下表2.1、2.2所示。表2.1工業(yè)機(jī)器人I/O地址表表2.2PLCI/O地址表 2.4控制系統(tǒng)硬件選型2.4.1三菱工業(yè)機(jī)器人選型在選擇工業(yè)機(jī)器人時(shí)，考慮到了機(jī)器人的有效負(fù)載、最大范圍動(dòng)作、防護(hù)等級(jí)和位置重復(fù)精度等方面，本次課題涉及到的元件比較輕，體積較小，但是要求的精度比較高。所以選擇負(fù)載能力小的三菱RV-7FRL工業(yè)機(jī)器人，RV-7FRL工業(yè)機(jī)器人具有高精度、動(dòng)作范圍廣、防護(hù)等級(jí)高等優(yōu)點(diǎn)。2.4.2PLC選型目前國(guó)內(nèi)有幾十家PLC的生產(chǎn)商，種類繁多，功能與性能也不一樣。包含的品牌主要有德國(guó)的西門子，日本的三菱及歐姆龍等。我們需要在這些廠商中，要選擇合適的可編程控制器，首先應(yīng)該考慮到的我們需要的PLC品牌，其次應(yīng)該選擇我們需要的PLC有多少輸入輸出點(diǎn)以及多大的存儲(chǔ)容量。最后根據(jù)所選擇的PLC和系統(tǒng)控制要求來(lái)選擇功能模塊。因?yàn)楸菊n題選擇的是三菱RV-7FRL工業(yè)機(jī)器人,所以選擇了三菱品牌的Q系列PLC以及模塊。如圖2.8所示，電源模塊選擇的是Q61P;CPU選擇的是Q03UDE；輸入模塊選擇的是QX42；輸入點(diǎn)數(shù)是64點(diǎn)；輸出模塊選擇的是QY42P；輸出點(diǎn)數(shù)是64點(diǎn)，定位模塊選擇的是QD75P1N。圖2.8三菱Q系列PLC2.4.3人機(jī)界面選型人機(jī)界面即“HMI”是一種可接收輸入信號(hào)的顯示裝置。本課題選擇的是三菱公司生產(chǎn)的GS系列的人機(jī)界面GS2107-WTBD，GS2107-WTBD觸摸屏能滿足三菱PLC和編程軟件所需求的功能。該人機(jī)界面能夠進(jìn)行以太網(wǎng)通訊或串口通訊，非常的便捷，如圖2.9所示。2.9三菱GS系列觸摸屏2.4.4康耐視視覺(jué)相機(jī)選型康耐視視覺(jué)相機(jī)具有靈活性高、堅(jiān)固耐用、性能優(yōu)越和簡(jiǎn)單易操作等優(yōu)點(diǎn)6，在本課題中，將其安裝在機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正上方，用來(lái)識(shí)別和判斷。本課題采用康耐視In-Sight2000-130視覺(jué)相機(jī)，此相機(jī)具有簡(jiǎn)易性和經(jīng)濟(jì)性，幾乎可以適用任何生產(chǎn)線。如圖2.10所示2.10康耐視視覺(jué)相機(jī)2.4.5伺服放大器的選型伺服放大器又稱伺服驅(qū)動(dòng)器，他是控制伺服電機(jī)的一種控制器，屬于伺服控制系統(tǒng)的一個(gè)主要環(huán)節(jié)。本課題選擇的伺服放大器是MR-JE-20A如圖2.11所示，其中MR-JE代表的是系列名稱，20代表的是額定輸出，20對(duì)應(yīng)的是0.2KW，A代表的是通用接口，伺服驅(qū)動(dòng)器需要和伺服電機(jī)配合使用。圖2.11三菱MR伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2.4.6元件選型表如下表2.3所示，為該系統(tǒng)的元件選型表。表2.3元件選型表1VFRLBS口輸入16點(diǎn)，輸出16點(diǎn)23Q-PLC電源ACVDC5V4CCPUCPU5PLCN6PLC入7PLC出8JEMR-JE-20AW9HG-KN23(B)器RX體LJAZBX集速度40FPSDS-24ACVDC24V，功率VFD6CDCWMDCVNWYSWTBDKW8MPa，空氣mm.5mm22.5機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包含三菱工業(yè)機(jī)器人裝配工作站三維建模和CAD機(jī)械設(shè)計(jì)示意圖。圖2.12機(jī)器人裝配工作站三維建模如圖2.12所示，1代表的是氣閥；2代表的是PLC；3代表的是模塊；4代表的是伺服電機(jī)；5代表的是伺服放大器；6代表的是電氣柜；7代表的是觸摸屏；8代表的是庫(kù)盤；9代表的是目標(biāo)盤；10代表的是示教器；11代表的是三菱工業(yè)機(jī)器人；12代表的是康耐視視覺(jué)相機(jī)。圖2.13機(jī)器人裝配工作站二維機(jī)械圖如圖2.13所示，1表示的是PLC放置柜；2表示的是PLC、模塊和伺服驅(qū)動(dòng)器；3表示的是伺服電機(jī)；4表示的是氣閥；5表示的是示教器；6表示的是電氣柜；7表示的是三菱工業(yè)機(jī)器人本體；8表示的是康耐視視覺(jué)相機(jī)；9表示的是操作臺(tái)；10表示的是觸摸屏。2.6電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括主電路設(shè)計(jì)圖、QD75模塊、PLC輸入模塊QX42原理圖、PLC輸出模塊QY42P原理圖、JE伺服接口電路圖、工業(yè)機(jī)器人輸入/輸出接口電路圖與工業(yè)機(jī)器人擴(kuò)展輸入/輸出接口電路圖。2.6.1主電路控制設(shè)計(jì)如圖2.14所示為主電路控制設(shè)計(jì)圖。采用的是220V交流電驅(qū)動(dòng)伺服放大器并作為開(kāi)關(guān)電源給三菱PLC和工業(yè)機(jī)器人控制器供電。需要注意的是，必須進(jìn)行漏電保護(hù)即各個(gè)元件的外殼接地。圖2.14主電路圖2.6.2QX42輸入電路設(shè)計(jì)如圖2.15所示，為QX42的模塊電路圖。X01接口與機(jī)器人M_Out(10),X01的狀態(tài)可隨M_Out(10)的狀態(tài)改變而改變。X02、X04、XOC為開(kāi)關(guān)按鈕。X06可接收光電傳感器的信號(hào)。X08用來(lái)接收接近開(kāi)關(guān)的信號(hào)。X0A表示機(jī)器人裝配完成。圖2.15QX42模塊電路圖2.6.3QY42P輸出電路設(shè)計(jì)如圖2.16所示，為QY42P的模塊輸出電路圖。電源電壓為24V。1B20對(duì)應(yīng)Y00代表信號(hào)1，用來(lái)觸發(fā)子程序。1B18對(duì)應(yīng)Y02為圓塊的放置信號(hào)，1B16對(duì)應(yīng)Y04為方塊的放置信號(hào)，1B19對(duì)應(yīng)Y01表示開(kāi)啟伺服，1B15對(duì)應(yīng)Y05表示識(shí)別成功，1B14、1B12、1B10分別對(duì)應(yīng)Y06、Y08、Y0A表示按鈕，1B06對(duì)應(yīng)Y0E為機(jī)器人的操作權(quán)。圖2.16QY42P模塊電路圖2.6.4QD75模塊與JE伺服電路設(shè)計(jì)如圖2.17所示，為QD751PN與JE伺服的電氣原理接線圖。圖內(nèi)包含伺服信號(hào)、脈沖信號(hào)等。圖2.17QD75模塊與JE伺服電路圖2.6.5工業(yè)機(jī)器人輸入/輸出電路設(shè)計(jì)如圖2.18所示，為工業(yè)機(jī)器人輸入/輸出接口電路圖。工業(yè)機(jī)器人的控制器型號(hào)為CR800，通過(guò)查閱三菱工業(yè)機(jī)器人手冊(cè)可知，7-23、14-30兩組是急停按鈕；6-22、13-29是門開(kāi)關(guān)；5-12、21-28是選擇模式開(kāi)關(guān)。若出現(xiàn)緊急事故，可按下急停按鈕，工業(yè)機(jī)器人會(huì)停止工作，并發(fā)出警報(bào)。圖2.18工業(yè)機(jī)器人輸入/輸出接口電路圖2.6.6工業(yè)機(jī)器人擴(kuò)展輸入/輸出電路設(shè)計(jì)如圖2.19所示，為工業(yè)機(jī)器人擴(kuò)展輸入/輸出接線電路。其中包含了按鈕信號(hào)、工件信號(hào)、氣閥信號(hào)等等。圖2.19工業(yè)機(jī)器人擴(kuò)展輸入/輸出接線電路圖3三菱機(jī)器人裝配工作站控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)關(guān)系框圖電源模塊Q61P給PLCQ03UDE、輸入模塊QX42、輸出模塊QY42P和定位模塊QD75P1N提供穩(wěn)定的電源。PLCQ03UDE通過(guò)使用TCP/IP通訊協(xié)議，將工業(yè)機(jī)器人、人機(jī)界面、視覺(jué)相機(jī)連接起來(lái)，經(jīng)過(guò)交換機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)間的交換。輸入輸出模塊經(jīng)過(guò)配置好的I/O參數(shù)。然后與工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行通信，然后交換數(shù)據(jù)。定位模塊主要與伺服之間進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換然后伺服電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，達(dá)到對(duì)庫(kù)盤控制的一個(gè)目的。如圖3.1所示。圖3.1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.2程序設(shè)計(jì)三菱PLC有著豐富的功能，強(qiáng)大的性能以及較高的性價(jià)比，在使用PLC之前我們需要進(jìn)行程序的編寫，目前三菱推出的綜合PLC編程軟件主要有兩種。GXworks2和GXwoks3，都具有簡(jiǎn)單工程和結(jié)構(gòu)工程兩種編程方式。它們之間不同點(diǎn)是，所使用的PLC類型不同。我們使用的是Q系列PLC，經(jīng)過(guò)研究，本次課題使用GXworks2編程軟件。3.2.1PLC程序設(shè)計(jì)及模塊配置如圖3.2所示，點(diǎn)擊新建工程并選擇自己所需的PLC類型，選擇完畢后，點(diǎn)擊確認(rèn)，完成程序的編寫。圖3.2新建工程圖點(diǎn)擊軟件界面的“在線”“PLC在線讀取”會(huì)出現(xiàn)圖3.3所示界面，因?yàn)镼系列PLC主要以以太網(wǎng)和USB通訊的方式進(jìn)行通訊，在本次課題中，我們選擇以太網(wǎng)進(jìn)行通信。即“EithernetBoard”-“以太網(wǎng)”-“是”。若想檢查是否通信成功，點(diǎn)擊此界面的通訊測(cè)試即可。圖3.3PLC讀取與通信方式如圖3.4，在參數(shù)設(shè)置界面，點(diǎn)擊PLC參數(shù)，在I/O設(shè)置里對(duì)各個(gè)模塊的I/O參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，這里可以看到各個(gè)模塊的點(diǎn)數(shù)信息以及起始地址。圖3.4PLCI/O參數(shù)設(shè)置如圖3.5所示，我們是用以太網(wǎng)進(jìn)行連接的，所以要對(duì)以太網(wǎng)端口進(jìn)行配置，確保通訊的三菱、順利的進(jìn)行，此時(shí)PLC的默認(rèn)的IP地址為192.168.3.39。改用二進(jìn)制的通訊碼進(jìn)行通訊并勾選MC通訊協(xié)議，設(shè)置與視覺(jué)相機(jī)相同的端號(hào)口，完成配置。圖3.5PLC與視覺(jué)通信參數(shù)配置3.2.2工業(yè)機(jī)器人程序設(shè)計(jì)與調(diào)試RTtoolbox3時(shí)三菱推出的一種用于編寫三菱機(jī)器人程序的一種軟件，它具有三種模式，即在線、離線和模擬，通過(guò)RTtoolbox3可與機(jī)器人進(jìn)行實(shí)時(shí)通訊，隨時(shí)讀取和寫入機(jī)器人程序。以下是設(shè)計(jì)的操作流程。如圖3.6所示，點(diǎn)擊新建，輸入工作區(qū)的名稱和標(biāo)題后，點(diǎn)擊確認(rèn)。圖3.6新建機(jī)器人工程如圖3.7所示，新建工作區(qū)完成后，進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人的選型界面，選定RV-7FRL-D機(jī)器人。然后選定通訊方式，默認(rèn)為USB。點(diǎn)擊完成進(jìn)入操作界面。如圖3.8所示。然后編寫程序并將程序?qū)氲杰浖?，進(jìn)行仿真操作。圖3.7工業(yè)機(jī)器人選型及配置圖3.8工業(yè)機(jī)器人操作界面3.3參數(shù)配置3.3.1人機(jī)界面設(shè)計(jì)及參數(shù)配置本次課題使用的是三菱GS系列觸摸屏，軟件主要用到的是GTDesigner3，GTDesigner3是三菱公司推出的觸摸屏仿真軟件，深受人們喜愛(ài)。從本課題出發(fā)，進(jìn)行相關(guān)配置。如圖3.9所示，雙擊GTDesinger3,點(diǎn)擊項(xiàng)目，選擇新建工程，在機(jī)種類型里選擇GS系列。圖3.9人機(jī)界面選型圖如圖3.10所示，點(diǎn)擊“公共設(shè)置”-“連接機(jī)器”連接機(jī)器設(shè)置，可以看到詳細(xì)的參數(shù)制造商(M)：三菱電機(jī)；機(jī)種(E)：MELDE-Q;觸摸屏的IP地址為192.168.3.39。通訊方式為UDP方式。圖3.10人機(jī)界面參數(shù)圖如圖3.11所示，此圖為人機(jī)界面部分設(shè)計(jì)畫(huà)面。配置好后，可將界面下載到觸摸屏內(nèi)，即可在觸摸屏上進(jìn)行操作。圖3.11人機(jī)界面畫(huà)面3.3.2康耐視視覺(jué)相機(jī)配置參數(shù)與通信本課題采用的是康耐視視覺(jué)相機(jī)，他與PLC之間通過(guò)SLMP通訊協(xié)議發(fā)送報(bào)文，報(bào)文格式與MC協(xié)議的基本相同。首先建立一個(gè)基于TCP/IP協(xié)議的服務(wù)器，本次使用的是In-sightExplorer件，雙擊打開(kāi)In-sightExplorer，點(diǎn)擊通訊-添加設(shè)備，選擇添加的設(shè)備為PLC/Motion控制器；制造商：Mitsubishi;協(xié)議為SLMP掃描；完成設(shè)置。如圖3.12所示。圖3.12康耐視視覺(jué)相機(jī)TCP/IP協(xié)議設(shè)置設(shè)置完成后，對(duì)IP地址和和主機(jī)端口號(hào)設(shè)置，IP地址為192.168.3.39；端口號(hào)為12288.點(diǎn)擊“SLMP掃描”即可。如圖3.13所示圖3.13康耐視視覺(jué)相機(jī)TCP/IP協(xié)議與端口號(hào)設(shè)置3.3.3QD75P1N定位模塊參數(shù)配置QD75P1N是定位模塊，通過(guò)對(duì)該定位模塊的參數(shù)進(jìn)行配置，改變轉(zhuǎn)盤停止時(shí)的位置，參數(shù)配置如圖3.14所示，為了方便計(jì)算將每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)和移動(dòng)量設(shè)置成了36000pluse。4三菱工業(yè)機(jī)器人裝配工作站系統(tǒng)調(diào)試4.1系統(tǒng)調(diào)試準(zhǔn)備階段在準(zhǔn)備調(diào)試系統(tǒng)之前，首先對(duì)工業(yè)機(jī)器人本體、控制器及設(shè)備間的電纜線進(jìn)行檢查，確保插入正常，防止短路 (應(yīng)在斷開(kāi)電源的情況下)，然后檢查每個(gè)單元的元器件安裝的位置以及之間的接線是否有松動(dòng)，同時(shí)保證外殼接地，檢查康耐視攝像機(jī)安裝在工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)上時(shí)，是否存在螺絲松動(dòng)的情況，并檢查氣閥是否正常工作。對(duì)各個(gè)開(kāi)關(guān)和傳感器進(jìn)行校驗(yàn)。確保無(wú)順壞，保證順利的工作，最后檢查導(dǎo)線是否存在短接的情況，防治造成人身危害。4.2系統(tǒng)調(diào)試在所有的檢查準(zhǔn)備工作完成后，對(duì)三菱工業(yè)機(jī)器人裝配工作站進(jìn)行系統(tǒng)的程序進(jìn)行調(diào)試，之前，我們已經(jīng)對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)參數(shù)進(jìn)行配置，同時(shí)已經(jīng)在GXWorks2軟件上寫好PLC程序。采用這種離線編程方式。通過(guò)模擬運(yùn)行能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)程序存在的錯(cuò)誤，并修改，若無(wú)誤，可直接寫入PLC。因?yàn)楣I(yè)機(jī)器人的參數(shù)已經(jīng)配置好，只需將程序?qū)爰纯伞Ｄ敲淳鸵獙?duì)工業(yè)機(jī)器人和視覺(jué)相機(jī)及各個(gè)軟件聯(lián)機(jī)進(jìn)行調(diào)試，首先，當(dāng)工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行時(shí)，視覺(jué)相機(jī)是否檢測(cè)到元件。若檢測(cè)到元件，寄存器里會(huì)輸出信號(hào)，若未檢測(cè)到，輸出為0。當(dāng)視覺(jué)檢測(cè)到元件后，工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器上的卡爪會(huì)主動(dòng)調(diào)整好角度，再進(jìn)行元件的抓取。然后我們需要對(duì)PLC進(jìn)行調(diào)試，觀察目標(biāo)盤是否轉(zhuǎn)動(dòng)、開(kāi)關(guān)是否會(huì)正常閉合或者斷開(kāi)以及機(jī)器人是否會(huì)啟動(dòng)程序等，完成各個(gè)軟件以及硬件的協(xié)同合作。將編寫好的PLC程序?qū)懭氲絈03UDEPLC中去，注意要打開(kāi)PLC的開(kāi)關(guān)，寫入完成后。按下啟動(dòng)按鈕，目標(biāo)盤開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，工業(yè)機(jī)器人移至原點(diǎn)位置，等待PLC的移動(dòng)信號(hào)，當(dāng)接收到信號(hào)后，移至庫(kù)盤的正上方，視覺(jué)相機(jī)開(kāi)始運(yùn)行，對(duì)元件進(jìn)行識(shí)別，匹配。匹配完成后發(fā)送反饋信號(hào)給PLC，然后只會(huì)機(jī)器人進(jìn)行抓取、搬運(yùn)，移至目標(biāo)盤的上方，我們?cè)谀繕?biāo)盤上裝有接近裝置，當(dāng)工業(yè)機(jī)器人到達(dá)目標(biāo)盤上方指定位置時(shí)，觸發(fā)接近開(kāi)關(guān)信號(hào)，此時(shí)伺服電機(jī)開(kāi)始驅(qū)動(dòng)進(jìn)行角度偏移，當(dāng)目標(biāo)盤達(dá)到理想的目標(biāo)位置時(shí)，反饋給PLC，PLC會(huì)通知工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行放置，放進(jìn)對(duì)應(yīng)槽點(diǎn)，其余元件也是用相同的原理。4.3系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法(1)PLC上電就會(huì)報(bào)錯(cuò)。上電報(bào)錯(cuò)的提示有伺服電機(jī)參數(shù)設(shè)置不正確，無(wú)法啟動(dòng)、CPU安裝的是電池等。當(dāng)遇到這樣的提示時(shí)，查找CPU報(bào)錯(cuò)代碼，查閱相應(yīng)的手冊(cè)和詢問(wèn)導(dǎo)師去解決問(wèn)題。(2)視覺(jué)相機(jī)無(wú)法與PLC進(jìn)行通訊在調(diào)試時(shí)，當(dāng)所有設(shè)備都處于正常的通電與運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，PLC會(huì)與視覺(jué)相機(jī)無(wú)法通訊，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)無(wú)法傳輸。經(jīng)過(guò)多次調(diào)試發(fā)現(xiàn)，視覺(jué)相機(jī)在每次斷電后，再次重啟，處于脫機(jī)狀態(tài)，需要進(jìn)行再次聯(lián)機(jī)操作，才可以進(jìn)行通訊。(3)元件的位置如何確認(rèn)。工業(yè)機(jī)器人在裝配整個(gè)過(guò)程中，有時(shí)會(huì)將元件放置卡槽外，導(dǎo)致裝配失敗。經(jīng)過(guò)測(cè)試，決定將伺服電機(jī)的每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)和移動(dòng)量設(shè)置成36000pluse,利用轉(zhuǎn)一圈360°與之對(duì)應(yīng)來(lái)確認(rèn)元件位置。(4)末端執(zhí)行器上的吸盤無(wú)法將元件吸起在確認(rèn)電磁閥有信號(hào)的情況下，檢查機(jī)器人的氣閥等，經(jīng)檢查測(cè)量后發(fā)現(xiàn)接口處存在未插緊的情況，導(dǎo)致氣壓不足，進(jìn)行檢修后，吸盤正常工作。5總結(jié)本課題通過(guò)使用三菱工業(yè)機(jī)器人、Q系列PLC、康耐視視覺(jué)相機(jī)和觸摸屏等硬件以及本科所學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)。如可編程邏輯控制器及其應(yīng)用、圖像處理與監(jiān)控技術(shù)和自動(dòng)控制原理等。根據(jù)本課題的設(shè)計(jì)要求，我查閱了大量的資料以及相關(guān)的工作手冊(cè)，并對(duì)課題的設(shè)計(jì)進(jìn)行了構(gòu)思。系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了PLC、三菱工業(yè)機(jī)器人的編程方式和