【ABBIRB2600型號機器人激光切割系統(tǒng)集成設(shè)計10000字（論文）】

ABBIRB2600型號機器人激光切割系統(tǒng)集成設(shè)計摘要摘要：ABBIRB2600型號機器人控制的激光切割系統(tǒng)集成的設(shè)計是本文內(nèi)容主要研究對象,并規(guī)劃課題所需的機器人相關(guān)的控制,其確定激光切割的機器人的本體結(jié)構(gòu)和運動控制系統(tǒng),以及自動化機器人系統(tǒng)生產(chǎn)工程的軟件和硬件設(shè)計、通過人機交互系統(tǒng)和編制PLC及RAPID相應(yīng)的程序，憑借ABB公司開發(fā)的Robotstudio仿真軟件就可以模擬材料加工過程和機器人交互的虛擬場景,并以示教的應(yīng)用研究了機器人對切割工件的工藝流程和編寫相關(guān)的運動指令程序。關(guān)鍵詞:機器人，伺服電機，PLC，激光切割程序目錄TOC\o"1-3"\h\u30848摘要 引言在行業(yè)開發(fā)技術(shù)廣泛應(yīng)用背景下，與之相關(guān)的激光加工技術(shù)也迅速,開發(fā)出了非常多和高功率激光器產(chǎn)品并通過工業(yè)機器人利用光纖連接。相對傳統(tǒng)制造業(yè)，控制系統(tǒng)和計算機技術(shù)的發(fā)展，推動著工業(yè)機器人與激光科學(xué)技術(shù)的融合。按發(fā)展軌跡看，柔性光纖激光器應(yīng)用于常規(guī)的三維材料加工系統(tǒng)的開發(fā)正逐漸為工業(yè)機器人產(chǎn)業(yè)研發(fā)的熱門，相關(guān)設(shè)備也已投入生產(chǎn)于汽車制造和冶金鍛造等產(chǎn)業(yè)用于在三維空間切割多種不同的材質(zhì)零件。相對于傳統(tǒng)激光柔性加工管理系統(tǒng)的監(jiān)測方法，機器人的生產(chǎn)工藝使用了西門子PLC為控制器，本文中選擇了ABB機器人控制的激光切割實現(xiàn)工作站協(xié)調(diào)，通過使用RobotStudio軟件進行三維仿真的加工模擬，對機器人的控制選擇了離線編程的方法，非常高效的處理了應(yīng)用難題，促進了生產(chǎn)效率，穩(wěn)定性及可靠性，工業(yè)上得到應(yīng)用。在課題中是由ABBIRB2600切割機器人本體與IRC5控制電柜的組成,機器人三維的切割工藝，又通過機器人仿真實現(xiàn)了目標(biāo)加工。但是面對國內(nèi)的模具產(chǎn)業(yè),還面臨著自主化與水平普遍低端、難以克服傳統(tǒng)模具加工難的缺陷，制造生產(chǎn)速度遲緩與應(yīng)用時限較短的技術(shù)短板。因此，機器人三維激光切割技術(shù)的應(yīng)用能縮短開發(fā)周期，顯著降低生產(chǎn)成本，提高鈑金自動化生產(chǎn)的效率。

1機器人激光切割的系統(tǒng)布局設(shè)計1.1系統(tǒng)的架構(gòu)概述基于機器人激光切割集成系統(tǒng)主要可分成幾部分，第一部分為通過對激光切割系統(tǒng)搭建探討硬件的布局；第二部分確定系統(tǒng)布局的程序設(shè)計。第三部分通過人機界面進行信息通訊；第四部分仿真模擬激光切割系統(tǒng)并驗證。工業(yè)機器人激光切削的光纖激光切割器,是利用經(jīng)超高功率密度匯集后的激光熱線射向即將切割的工位上，使被照射后聚集的物質(zhì)的熔化，最終達到切割要求實現(xiàn)將工件按照要求的圖形割開，設(shè)置手動按鈕，方便生產(chǎn)人員操作。1.2控制系統(tǒng)設(shè)計框圖工業(yè)機器人激光切割集成系統(tǒng)主要分為三個部分，主工作站部分是整個系統(tǒng)的機械部分包括伺服電機和工作臺，且光纖激光發(fā)生器為系統(tǒng)的外源光路，西門子1200PLC和控制柜是系統(tǒng)的電氣部分，這三個部分是機器人系統(tǒng)的生產(chǎn)部分。除此之外，還要有穩(wěn)壓電源和一臺循環(huán)冷水機等輔助設(shè)備結(jié)合，組成完整機器人激光切割集成系統(tǒng)。本文中的機器人的激光切割集成系統(tǒng)它使用的PLC是西門子S7-1200CPU1214C/DC/DC/DC，而上位機是SIMATICHMI，操作人員會操作向PLC發(fā)送控制信號命令，隨后向控制器PLC發(fā)送位置指令與速度指令,傳達伺服驅(qū)動系統(tǒng)的信號和帶動了電機，最后讓伺服電動機移動工件將激光切割器到達指定工作空間。圖1.1激光切割系統(tǒng)集成的構(gòu)成1.3控制系統(tǒng)的設(shè)計方案該系統(tǒng)設(shè)計是以計算機作為控制端,控制系統(tǒng)各個機器人工作站的輸入和輸出信號,完成工作站中邏輯控制順序，HMI人機界面，主要用于實時監(jiān)測，整個系統(tǒng)由示教器單元、機器人的本體連接上位機等搭建激光切割機器人的組成系統(tǒng)。表1.1集成系統(tǒng)硬件的選配系統(tǒng)使用的硬件模塊硬件的系列觸摸屏SIMATICHMI可編程邏輯控制器S7-1200CPU1214C/DC/DC/DC系統(tǒng)控制柜IRC5伺服驅(qū)動器ABBMicroFlexe150交流伺服電機MITSUBISHIHG-KN23BJ-S1002機器人的激光切割系統(tǒng)硬件設(shè)計2.1激光切割機器人的相關(guān)選型本文中的系統(tǒng)主要所選擇的是工業(yè)機器人ABBIRB2600型號,負載12KG,裝配的有光纖激光器,通水管,通氣管等相關(guān)設(shè)備，而由示教器單元、機器人的本體連接上位機等搭建激光切割機器人的組成系統(tǒng)。另外，為實現(xiàn)機器人的控制會配備編程用的上位機，可以有以太網(wǎng)接口，串口設(shè)置等通訊方式連接上位機，能夠程序編寫并進行調(diào)試。圖2.1機器人的組成系統(tǒng)簡圖2.1.1機器人的結(jié)構(gòu)一般設(shè)計工業(yè)用途的機器人的很多設(shè)計模型有串聯(lián)和并聯(lián)等。（1）并聯(lián)結(jié)構(gòu)應(yīng)用型機器人生產(chǎn)食品藥物，比如受力機構(gòu)在空間上由三個平行連桿均勻支撐；通過改變它的角度大小，機器人能夠把手腕固定在懸架上。此類機器人有構(gòu)造簡潔和易運動控制以及易裝配，機器人一般不能承受大的重物，為了提高結(jié)構(gòu)的剛度，可以滿足物料運輸、分揀等工業(yè)需要。(2)串聯(lián)結(jié)構(gòu)設(shè)計六個中心軸組成這種結(jié)構(gòu)的機器人：腰部旋轉(zhuǎn)軸、肩部旋轉(zhuǎn)軸、曲柄旋轉(zhuǎn)軸、手腕旋轉(zhuǎn)軸、手腕曲軸和擺軸，另外三個軸旋轉(zhuǎn)四分之三。這種多連桿結(jié)構(gòu)：腰部、前臂和肩部是三個關(guān)節(jié)，可以用來調(diào)整手腕支撐點的位置,稱為位置機構(gòu)。2.1.2關(guān)于機器人的相關(guān)技術(shù)的參數(shù)（1）機器人的運動空間當(dāng)機器人在運轉(zhuǎn)的空間內(nèi)有最大的運行范圍稱為作業(yè)空間，當(dāng)機器人存在末端執(zhí)行器的時候，它的機械臂參考點可以活動運行，設(shè)計機構(gòu)的不同導(dǎo)致末端執(zhí)行器差別性大，設(shè)計時需要分析機器人運行的綜合性能，改變空間時需確保機器人的碰撞避開超過最大活動區(qū)域。（2）反映機器人速度機器人的速度能夠決定生產(chǎn)的效率快慢?？梢詡?cè)面表現(xiàn)機器人的運行狀態(tài)，通常速度顯示的是當(dāng)機器人空載時可以加速到速度最高值。機器人在一定的時間下可以移動軌跡的路線距離叫機器人的速度或弧度。2.2激光切割機器人硬件的組成2.2.1機械臂一般的機械臂的結(jié)構(gòu)多為六軸連接式。因此機械臂的移動距離誤差可以保持在正負毫米誤差之間。并且它可以在允許運轉(zhuǎn)至最大范圍加工位置。由于六個軸分別配備了各自的電機操作，電機有獨立的編碼裝置，齒輪箱與同一個旋轉(zhuǎn)臂相連，因此機械臂的移動距離誤差可以有效降低，設(shè)置自動釋放按鈕，有利于后期巡檢維護。不同關(guān)節(jié)的機械臂配備有平衡方位氣缸。機器人還配備附帶了SMB，上面的電池還具有數(shù)據(jù)存儲功能。2.2.2控制柜使用的是常規(guī)電器控制柜IRC5系統(tǒng),選用了帶電源控制器和示教器、監(jiān)控面板和其他功能的驅(qū)動器等。（1）工業(yè)機器人控制柜一般有主電源、I/O板、用戶連接端口、示教器接線端口、軸計算機板，計算機供電單元以及計算機控制模塊以及軸伺服電機的驅(qū)動單元等組成。一個工業(yè)機器人控制系統(tǒng)最多包含三十六個驅(qū)動單元，有九個驅(qū)動單元至少組成一個驅(qū)動模塊，可處理六個內(nèi)部軸及兩個附加軸，這需要機器人的型號來確定。（2）工業(yè)機器人控制柜內(nèi)的安裝硬件控制模塊有，包括RAPID的執(zhí)行和信號處理，一個控制模塊可以連接至多個驅(qū)動模塊，但驅(qū)動模塊包含電子設(shè)備的模塊，它可為操縱器的電機供電，每個單元控制一個操縱器關(guān)節(jié)，在六個軸中有六個關(guān)節(jié)，因此每個操縱器會使用一個驅(qū)動模塊。圖2.2控制柜基本架構(gòu)2.2.3柔性光纖激光器使用由華日精密公司設(shè)計制造的大功率激光器,并配備有流動的冷水持續(xù)散熱,一共三個調(diào)節(jié)模塊,最大功率輸出達6.9KW,產(chǎn)生的激光由光纖傳送,經(jīng)高密度熱源光束成為切割熔化激光源,使要加熱的工件表面材料達到熔化溫度,同時控制與一定量的激光束同軸的熱量源沿著一定方向照射,以便讓加工路徑根據(jù)預(yù)定的加工軌跡使激光切削工件表面。2.2.4冷水機作為激光加工行業(yè)常規(guī)設(shè)備冷水機應(yīng)用的非常廣泛,本系統(tǒng)選用的是JLYG-35/22-Q6型號,它的主要作用在激光加工的過程中會產(chǎn)生大量的廢熱嚴重的影響設(shè)備的穩(wěn)定性運行,通過激光發(fā)生器能夠水冷循環(huán),從而迅速給設(shè)備控溫。在使用前需先檢查是否運行正常,當(dāng)上電時請勿立即打開,溫度上升一定范圍后,可以重新操作。2.2.5變位機工業(yè)上使用的變位機一般由兩軸運動機構(gòu)、外圍防護欄、組件電氣系統(tǒng)等組成。變位機的運動結(jié)構(gòu)是伺服驅(qū)動，定位器裝有夾具，可固定在鐵板和鐵盒上，通過操作人員的精確控制快速完成換位任務(wù)。保護軌由升降氣缸+保護板組成。外部配備了四組電磁閥控制四塊防護板的升降。每個驅(qū)動系統(tǒng)都有一個鋰離子電池來保持編碼器的值，這樣當(dāng)機器斷電時就不會失去整個軸的位置。變位機內(nèi)外整個控制系統(tǒng)可以分為可編程邏輯控制器、HMI、驅(qū)動控制系統(tǒng)等組成，可以選用手動或者自動不同的工作模式。（1）讓控制柜的控制手柄轉(zhuǎn)向手動位置，按下觸摸屏面板上的按鈕，變位機的兩軸就可以順時針和逆時針操作。（2）把變位機控制柜上的開關(guān)轉(zhuǎn)換到自動模式下，依據(jù)現(xiàn)場改變HMI上的絕對角度位置，控制柜中的端口接收外設(shè)備發(fā)脈沖信號，可以驅(qū)動軸運轉(zhuǎn)，操作人員在觸摸屏上輸入軸運動的工作角度達到控制軸的目的，從而觸摸屏?xí)邮盏矫}沖就調(diào)整角度驅(qū)動軸改變，重復(fù)工作開始激光切割的加工。2.3光纖激光切割的運行原理圖2.3光纖激光切割示意圖顯示是激光切割工作原理示意圖，當(dāng)激光器導(dǎo)通時，其激光切割頭處光纖噴射口能發(fā)出高能激光束，通過透鏡集中大量的激光束并在工件表面形成切割孔，隨著持續(xù)的照射高能輸出，故表面的金屬材料會短時間熔化或汽化，且下面的噴射口會有輔助氣體吹出，氣體與激光束同向，將熔渣從切縫處被吹掉，而且吹的過程中會短時冷卻切割處溫度，減少材料的物理性能改變，避免透鏡受損，同時，切割工件時會發(fā)生高溫化學(xué)反應(yīng)有助于加速切割能力，并以勻速穩(wěn)定的連續(xù)切割作業(yè)，切口處會平整且光滑。生產(chǎn)需求差異使切割原理不同，激光切割方式有汽化及熔化切割。（1）熔化切割：達到工件高溫熔點時，使高能激光束一直切割表面，最后使吹出的氣流帶走已經(jīng)熔化的熔渣，工件上切縫均勻，能量需要的極少。（2）汽化切割：會在有限的時間內(nèi)，就產(chǎn)生極高的高溫使切割件表面快速到熔點值，讓材質(zhì)變成汽化狀態(tài)，多余的廢渣被吹掉，但需要的能量很大。2.4PLC的選型2.4.1PLC的構(gòu)成應(yīng)用的現(xiàn)場的控制器由以下設(shè)備組成:內(nèi)部CPU、特殊定位模組,程序存儲器、輸入和輸出的連接電信號以及電源等,而外設(shè)則采用專用的PC端程序設(shè)計應(yīng)用軟件操作系統(tǒng)來完成內(nèi)部各種數(shù)據(jù)信息的寫入和輸出,并通過控制與對應(yīng)配套的裝置和控制系統(tǒng)單元,構(gòu)成了PLC內(nèi)部的管理。PLC的內(nèi)部電子器件通過總線通道或信息存儲端口連接到各種數(shù)據(jù)通道，可用于調(diào)用和執(zhí)行內(nèi)部數(shù)據(jù)交換信息。在PLC中中央處理器通過發(fā)出程序指令來控制外部設(shè)備目標(biāo)任務(wù)。圖2.4整體PLC的構(gòu)成示意圖（1）中央處理器（CPU）：CPU是PLC主要的運算邏輯元器件。其提供系統(tǒng)功能：收集和存儲用戶程序數(shù)據(jù)、電源的監(jiān)測、存儲和把用戶程序中的錯誤診斷。當(dāng)PLC處于工作模式時，它最初在掃描模式下輸入設(shè)備的傳輸數(shù)據(jù)被匯集，把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成指令后，執(zhí)行語句中指定的邏輯或算術(shù)運算，并將信息發(fā)送到I/O寄存器或數(shù)據(jù)寄存器中。把它在I/O映像寄存區(qū)中及時存儲，再把用戶程序從用戶程序存儲器讀取。（2）I/0映像寄存區(qū):當(dāng)通電打開PLC時,當(dāng)輸入掃描時會按照從上開始向下進行并編號,同時系統(tǒng)會將輸出更新的狀態(tài)數(shù)據(jù)把這些傳送給其他外部硬件。所以要把輸入及輸出的進行一系列的數(shù)據(jù)存儲,把開關(guān)系統(tǒng)的I/0存儲單元占用一位,每個模擬字I/0存儲單元占用一位。圖2.5PLC的接線圖2.4.2PLC的運行原理PLC的工作階段通常會有三個部分,上電后信息接收階段、然后信息處理階段、最后是信息輸出階段,這三步驟都是由頭至尾往復(fù)周期的連續(xù)掃描的過程,如果出現(xiàn)了外部信息的脈沖到可編程邏輯控制器,可編程控制器將會依據(jù)往復(fù)周期原則掃描,然后將得到的信息存起來,最后通過存儲器將處理的內(nèi)部數(shù)據(jù)信息傳遞到所連接的外部輸出終端。當(dāng)前，PLC是工業(yè)各個領(lǐng)域涉及的工業(yè)控制器。PLC編程具有性能可靠、完整的操作指令，占用空間小，可以在線修改和刪除用戶程序與PC編程連接、且模擬量控制性能強大。初始化初始化圖2.6PLC的循環(huán)掃描2.5伺服電機及驅(qū)動器的分析在工業(yè)生產(chǎn)中,為了實現(xiàn)控制系統(tǒng)的平穩(wěn)工作往往選用由驅(qū)動器來控制的各個設(shè)備運轉(zhuǎn)裝置的伺服電機,該系列中基于最有效的穩(wěn)定工作控制方案通常選用為的伺服驅(qū)動器,或者同時選用伺服電機規(guī)格為MITSUBISHIHG-KN23BJ-S1002.5.1伺服電機的選型原則計算一般來講伺服電機指的是控制系統(tǒng)中機構(gòu)傳動的執(zhí)行電動機，它是一種間接傳動變速裝置，伺服電機能夠有效調(diào)節(jié)運行轉(zhuǎn)速和控制移動誤差，讓電機軸上的角位移或角速度以電壓信號轉(zhuǎn)換的方式輸出，功率范圍廣，慣量大，伺服電機可以較快地的傳遞輸入信號控制改變速度。伺服電機作為執(zhí)行機構(gòu)的控制系統(tǒng)，具有運行穩(wěn)定、速度波動小、過載能力強等特點。圖2.7電機選型步驟計算負載轉(zhuǎn)矩（驅(qū)動機構(gòu)的轉(zhuǎn)矩）滾珠螺桿：T切削負載轉(zhuǎn)矩：Tm（2）最高轉(zhuǎn)速計算n=vF:軸方向負載[N]η:效率（0.85~0.95）u0:預(yù)壓螺帽的內(nèi)部摩擦系數(shù)(0.1~0.3)FFB:主軸開始運轉(zhuǎn)時的力[N]uTc（3）慣性慣量的計算直線運動物體：物體的動能T1為電機對部分物體的動能T2為T2=根據(jù)動能守恒定律可得：T1=T2，將（4）代入（5）則直線運動物體變換到電機中的負載慣量Jωo為w：電機的角速度[rad/s]v2（6）總結(jié)：根據(jù)以上的選型計算方法，為達到系統(tǒng)要求的進給控制，對定位運動來說，讓伺服電機在短時間精確到目標(biāo)方位，需滿足誤差小，且機械功率被輸入的電功率變換輸出，同時，當(dāng)電機可快速輸出功率，則伺服電機的響應(yīng)性越佳。慣量和轉(zhuǎn)矩的適量加大可有效改善精度和降低延遲響應(yīng)。2.5.2伺服電機的運行原理當(dāng)電機停止且控制電壓未通電時，只有勵磁繞組充電，以產(chǎn)生類似于兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場的脈動磁場。而圓形旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速一樣，并反方向運行，正、反方向旋轉(zhuǎn)磁場又切割杯形壁并感應(yīng)到值相同，因此，電動勢和渦流相位發(fā)生變化，這些電流和相應(yīng)的磁場產(chǎn)生相同的力矩，合成力矩為零且反向。伺服電機的轉(zhuǎn)子不動，然而，這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場并不相同，而是以相同的速度和相反的方向旋轉(zhuǎn)。它們切割轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)的電勢和電流導(dǎo)致電磁力矩換向、力矩改變，使伺服電完成正轉(zhuǎn)，當(dāng)控制電壓改變相位時，即相位差180°，旋轉(zhuǎn)磁場的變化方向相反，由此導(dǎo)致合成力矩方向改變，伺服電機換向。伺服電機的分類比較電磁轉(zhuǎn)矩的運轉(zhuǎn)原理，分為以下兩種：（1）永磁交流伺服電動機；(2)直流伺服電機。永磁交流伺服電機是一種應(yīng)用廣泛的自動化設(shè)備，其相位差互為九十度和兩個線圈繞組裝在定子上，里面包括勵磁和控制繞組，并且寬范圍調(diào)速則用籠式伺服電機，抵消自旋特性和線性機械特性、比較于傳統(tǒng)普通電機，其中轉(zhuǎn)子的高電阻和慣性矩低是它的常見特性若要求，降低轉(zhuǎn)子的慣性矩大小，使轉(zhuǎn)子范圍被拉長。當(dāng)伺服電機獲得相應(yīng)的動量和角動量時，就會發(fā)生位置偏移，故當(dāng)伺服電機改變角度方向時，其產(chǎn)生對應(yīng)脈沖的數(shù)量是一樣的。它的轉(zhuǎn)子連接在機端上面，而且轉(zhuǎn)子制作鼠籠狀是非磁性導(dǎo)電材料組成，轉(zhuǎn)子固定在機端上面。其內(nèi)壁不厚（均小于0.5mm），所以轉(zhuǎn)動慣量不大，內(nèi)定子與端蓋壁連接無繞組，僅用于磁路形成，連接電源時，低功率輸出的交流伺服電機在內(nèi)外定子槽壁內(nèi)安裝勵磁控制繞組，保持內(nèi)外定子不動，定子內(nèi)外氣隙之間有一個旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子。2.5.3伺服電機的控制方式（1）脈沖控制：它的控制方法是：電機的位移由脈沖決定，電機的速度取決于脈沖的頻率，發(fā)出的兩個A與B高速脈沖被驅(qū)動器接收，且電機的正反旋轉(zhuǎn)受到兩脈沖相位差值決定，若B相比A互差九十度，正轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)；那么B相比A相差九十度，則反轉(zhuǎn)運行。當(dāng)旋轉(zhuǎn)時，因受兩相脈沖的相位差交替，故其電機控制方式也稱差分控制。（2）模擬量控制：通過選擇電壓或電流來確定模擬量，當(dāng)選擇電壓時，將控制信號的末端并改變一定量的電壓，很簡單操作，在某些情況下，電位器可以用于控制。電源操作需要相應(yīng)的電流輸出模塊，所以改用電流信號具有很強的抗干擾作用，故多用于生產(chǎn)現(xiàn)場。然而，使用電壓作為控制信號，在比較復(fù)雜的應(yīng)用中，輸出電壓易受到干擾影響，導(dǎo)致擾動系統(tǒng)控制。2.5.4伺服驅(qū)動器的運行原理能夠傳送信號讓伺服驅(qū)動器達到控制電機的目的，為消除擾動伺服驅(qū)動器的設(shè)備性能，所以驅(qū)動器不能直接工作，在伺服系統(tǒng)中，伺服電機系統(tǒng)的控制器相搭建，使伺服電機控制電機速度。伺服電機通過發(fā)送繼電器元件的控制信號和檢測信號，以及包括電流控制在內(nèi)的多閉環(huán)反饋控制，實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速和相移控制。驅(qū)動硬件可以將信號給控制塊，同時變換電路以執(zhí)行電機的正常操作。

3設(shè)計系統(tǒng)軟件和實現(xiàn)仿真本次仿真選著SIEMENSPLCSIM仿真軟件與功能插件完善的Robotstudio仿真軟件是一款性能驅(qū)動強大，兩者結(jié)合實現(xiàn)真實生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備運行的虛擬場景，同時豐富的開發(fā)數(shù)據(jù)庫能提供開發(fā)人員極其數(shù)據(jù)利用，能夠給設(shè)計者提供機器人仿真編程的應(yīng)用工具，可以根據(jù)生產(chǎn)需要創(chuàng)建不同的工作站，為在運動的過程中保護安全，所以設(shè)置了碰撞監(jiān)測，自動分析伸展功能，為實現(xiàn)多元化編程模式，開發(fā)人員既能選擇離線編程模式，也可選擇通過示教器在線編程模式，更好的適應(yīng)設(shè)計和應(yīng)用場景的不同需求，用戶可以在生產(chǎn)環(huán)境外編程及運行，調(diào)用不同的生產(chǎn)程序并配置文件來執(zhí)行仿真設(shè)計輔助工作，可以創(chuàng)建，編輯和程序及各種數(shù)據(jù)文件，同時，它能夠?qū)敫鞣N主流cad文件格式，提升產(chǎn)品的設(shè)計整體性能，降低開發(fā)投入的生產(chǎn)成本。3.1運動控制的系統(tǒng)相關(guān)概述為了提高運動控制的系統(tǒng)開發(fā)注重于硬件的開發(fā)、運動控制算法的發(fā)展、控制系統(tǒng)的構(gòu)建以及相關(guān)的執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計等。工藝加工環(huán)節(jié)的定位,由系統(tǒng)的外部驅(qū)動器控制著交流伺服電機到達加工位,同時控制著光纖激光切割頭,把兩者有效的結(jié)合,就能使生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)穩(wěn)定運行,按需求有效率的利用設(shè)備生產(chǎn),與此同時通過PLC控制器外部輸入信號于工作站的通訊控制,可提高生產(chǎn)人員最大程度上把控工件生產(chǎn)精度和工件品質(zhì)。機器人激光切割集成系統(tǒng)在上電前,負責(zé)現(xiàn)場生產(chǎn)的人員應(yīng)做好所有準(zhǔn)備工作,當(dāng)控制器PLC上電時,當(dāng)排除所有問題后,確認無誤可重新上電設(shè)備?，F(xiàn)將系統(tǒng)的設(shè)計的目標(biāo)運動控制是:當(dāng)選擇自動模式時,并在觸摸屏界面中操作,啟動操作按鈕,執(zhí)行控制系統(tǒng)內(nèi)的程序,就可以進行一系列的生產(chǎn)與系統(tǒng)的監(jiān)測。3.2PLC的程序設(shè)計本系統(tǒng)PLC是以SIEMENS開發(fā)的博途軟件編寫的控制程序，編寫的邏輯采用的是順序控制程序設(shè)計，過程如下：（1）PLC向傳送帶發(fā)送傳送指令，工件開始向末端運行，到達末端之后，末端傳感器向PLC反饋信號。(2）PLC向搬運機器人發(fā)送搬運工件到工作臺命令之后，機器人開始執(zhí)行搬運工作，完成后向PLC反饋搬運完成信號。(3）PLC向激光切割機器人發(fā)送開始切割命令之后，機器人開始執(zhí)行切割工作，完成后向PLC反饋切割完成信號。(4）PLC向搬運機器人發(fā)送碼垛開始命令之后，搬運機器人開始執(zhí)行碼垛工作，完成后向PLC反饋碼垛完成信號，同時要完成HMI界面的設(shè)計，先實現(xiàn)對上電狀態(tài)的控制，然后實現(xiàn)對系統(tǒng)狀態(tài)的監(jiān)控。(5)創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊：其中包括輸入數(shù)據(jù)，輸出數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)3.3系統(tǒng)的軟件設(shè)計3.3.1SIEMENSPLCSIM仿真軟件概述選擇使用的西門子配套的仿真軟件,是其公司專門推出的一款面向制造業(yè)生產(chǎn)及智能化管理應(yīng)用的仿真軟件,收集現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)進行分析和檢測。通過PLCSIM軟件和其相應(yīng)的硬件設(shè)備組合,還可根據(jù)生產(chǎn)要求配置各種新型智能控制儀表和裝置，人機信息交換界面等設(shè)備。簡單靈活的科學(xué)計算可以顯示控制用戶界面，即具有超準(zhǔn)時、高效的同時執(zhí)行數(shù)據(jù)處理功能、豐富的多功能操作畫面、良好的保護設(shè)置、超級網(wǎng)絡(luò)控制功能、各種報警控制功能，并可構(gòu)建各種智能硬件設(shè)備。在啟動和登錄管理器中使用相同的語言選項，以及很強的抗沖擊性。它的正面和背面都有高水平的保護,有效地避免了外力造成的損害。通過界面軟件的使用可以形成一套監(jiān)測不同工藝流程的管理系統(tǒng),可以為多個工控操作提供多方面的幫助。3.3.2SIENMENSHMI的通訊方法當(dāng)進入了PC端的“開始菜單”模式（并觸點鍵盤上的“桌面鍵+R鍵”），在顯示出的“運行”界面中改動并OK設(shè)定，把運行的“網(wǎng)絡(luò)連接”項顯示連接本地尋址，右鍵單擊后，選擇屬性，然后單擊顯示為本地網(wǎng)絡(luò)連接屬性的字段?！表棧俅螌傩赃x擇，確定它的IP地址，IP地址和面板的IP地址相一致，先把界面改成192.168.0.110.（Subnetmask），重輸255.255.255.0，默認網(wǎng)關(guān)（Defaultgateway）不用改動。圖3.1本地連接設(shè)置點擊觸摸屏上的相應(yīng)的變量,使觸摸屏可成功連接。3.4RobotStudio運行仿真3.4.1RobotStudio仿真軟件的相關(guān)概述圖3.2仿真軟件主界面進入仿真軟件主界面后，點擊新建，建立空工作站解決方案，選擇默認文件存放路徑，也能選擇其他存放路徑方便調(diào)用，注意應(yīng)避免出現(xiàn)中文目錄。需選擇設(shè)計的所需的機器人型號，仿真系統(tǒng)插件豐富，可以搭配選擇的負載容量圖3.3仿真軟件工作站界面模擬機器人創(chuàng)建前要安裝配置系統(tǒng)，因為是仿真軟件模擬，故手動創(chuàng)建，還需要將模擬示教器的語言選項改成中文，添加DeviceNetMaster/Slave，設(shè)置I/O板通訊模塊。點擊確認，工作站創(chuàng)建完成。圖3.4系統(tǒng)配置3.4.2Robotstudio仿真模擬效果實驗根據(jù)上文的軟硬件的結(jié)合仿真基于機器人控制的激光切割系統(tǒng)的集成設(shè)計，該仿真模擬調(diào)試由三臺機器人組成，包括IRB2600型號機器人以及上料機器人還有變位機和移動下料機器。圖3.5仿真激光切割機器總覽圖圖3.6仿真機器人激光切割工作站上圖中激光切割機器人工作站可有控制器操作光纖激光切割器按照已經(jīng)預(yù)定的切割路徑進行待加工的工件高溫熔化切割作業(yè)，當(dāng)可旋轉(zhuǎn)變位器夾緊工件后根據(jù)PLC發(fā)送的脈沖命令進行工位驅(qū)動軸角度變換，并達到合適位置時，機器人改變運行空間移動移動切割頭連續(xù)路徑依照工藝加工。上圖中通過傳輸鏈將所要進行切割加工的工件傳送到指定的位置，由電機運轉(zhuǎn)至傳感器檢測到位信號后，發(fā)送驅(qū)動信息再有上料機器人改變空間方位夾起移動到變位機。圖3.7仿真機器人上下料工作站等待激光切割完成時，被加工的工件會傳送到下一個工作站，由可移動機器人插起擺滿工件的托盤，然后改變位置將其放到成品存儲貨架上，如果有下一工序需要可以重新從上取出托盤，進行二次再加工作業(yè)。圖3.8入庫機器人工作站圖3.9成品存儲貨架4運行結(jié)果及分析在成功將機器人系統(tǒng)的軟硬件部分結(jié)合起來后，先進行系統(tǒng)的配置驗證其穩(wěn)定性，通過啟動仿真軟件的運行，播放Robotstudio仿真調(diào)試，可以看到運行界面的設(shè)置按鈕，選擇開始的界面點擊啟動模式，可以看到持續(xù)過了幾秒鐘，直到運行警示燈變成綠色，表示PLC內(nèi)部模擬量輸入，先是啟動搬運機器人完成物料的上料的任務(wù)請求，在確認真空狀態(tài)下，進行完整的指定姿態(tài)，經(jīng)過短暫的傳送時間，進入下一個下料階段并且轉(zhuǎn)移加工物料，在此期間，如果出現(xiàn)未檢測到到位模擬量輸出，間隔數(shù)秒就會觸發(fā)報警顯示，一旦出現(xiàn)這種情況就可以操作報警復(fù)位步驟，消除故障信息后，需要重新選擇開始運行，將剛才的已經(jīng)動作的步驟全部歸位，即回到加工原點，第一階段上料傳送至第二階段檢測有工件物料到位信號，下料機器人準(zhǔn)備就緒，調(diào)整空間姿態(tài)，重新把工件回原點，按照工藝流程指令繼續(xù)調(diào)整運行姿態(tài)，將工件放置加工位，變位機旋轉(zhuǎn)位置將固定的加工件至激光切割機器人工作站，根據(jù)程序調(diào)整光纖激光器加工頭按照工藝要求進行切割，連續(xù)切割加工若達到要求，光纖激光器停止并回原位。同時，由搬運機器人將已經(jīng)加工完的物料，夾起擺放至碼垛盤，接收指令回至機械原點，傳輸鏈傳送加工件。往復(fù)循環(huán)上面的工藝流程，直至碼垛盤放滿，送至入庫，最后由入庫機器人重新轉(zhuǎn)移至可存儲物料生產(chǎn)位置。并重新回原點，整個系統(tǒng)繼續(xù)重復(fù)上面流程，按下停止，系統(tǒng)不再運行。圖4.1仿真機器人激光切割模擬圖通過上述系統(tǒng)運行過程，當(dāng)系統(tǒng)執(zhí)行到切割工作站激光切割器能成功實施切割加工件任務(wù)，光纖激光器發(fā)射高能量光束，運動到達加工的位置持續(xù)的照射加工件的金屬表層，按照規(guī)劃的切割孔徑并高溫熔化，使其達到切割要求，同時利用短距離強吹風(fēng)刮去表面熔化物，控制其電機，讓切割的孔路徑達到連續(xù)，成功按照系統(tǒng)調(diào)用的切割子程序切割工件。

結(jié)論本課題基于ABBIRB2600型號機器人的激光切割系統(tǒng)集成的設(shè)計，主要