毕业设计（论文）-产线控制系统机器人模拟打磨工位的控制系统设计与实现.doc

本科毕业设计（论文）题目 产线控制系统机器人模拟打磨工位的控制系统设计与实现-机器人与HMI部分 学 院 电气工程与自动化学院 年 级 2015 专 业 自动化 班 级 ZB02151 学 号 30 学生姓名 校内导师 职 称 正高 校外导师 职 称 论文提交日期 2017-5-15 常熟理工学院本科毕业设计(论文)诚信承诺书本人郑重声明： 所呈交的本科毕业设计(论文)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人学号（9位）： 本人签名： 日期：常熟理工学院本科毕业设计(论文)使用授权说明本人完全了解常熟理工学院有关收集、保留和使用毕业设计(论文)的规定，即：本科生在校期间进行毕业设计(论文)工作的知识产权单位属常熟理工学院。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业设计(论文)被查阅和借阅；学校可以将毕业设计(论文)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业设计（论文），并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。保密的毕业设计(论文)在解密后遵守此规定。本人签名： 日期：导师签名： 日期：产线控制系统机器人模拟打磨工位的控制系统设计与实现摘要随着现代科技的不断发展以及劳动力成本不断上涨，越来越多的企业都在摸索如何实现“机器换人”，以此来提高生产效率和降低劳动生产成本。经过长时间的磨合，工业机器人市场与产业逐渐发展起来，相信在不久的将来，机器人将渗透各个领域。本课题就是利用机器人代替人工对工件进行重复性打磨，从而提高生产效率。本课题以ABB的6自由度IRB-1410工业机器人实训系统作为研究对象，利用西门子s7-200PLC编程给机器人发送信号,再通过机器人示教编程来实现对工件的抓取、圆角打磨、表面打磨、放置四个动作完成该工站的任务。同时也运用西门子人机界面winccflexible smart v3对机器人动作进行监控，画面包括主界面、电机运行画面、报警画面，最后通过PLC和上位机进行通讯连接，从而实现对该工位的实时监控。当然，在做这套系统之前也要事先通过ABB专门的仿真软件robstudio进行模拟仿真画面，然后按照仿真中的画面进行实际的安装。关键词：工业机器人 PLC wincc监控 robstudio仿真 Design and Realization of Control System for Simulating Grinding Station of Production Line Control SystemAbstractWith the continuous development of modern technology and rising labor costs, more and more enterprises are groping how to achieve machine substitutions, in order to improve production efficiency and reduce labor costs. After a long run, the industrial robot market and industry gradually developed, I believe in the near future, the robot will penetrate all areas. This topic is the use of robots instead of artificial parts of the repetitive polished, thereby enhancing production efficiencyThis paper takes ABBs 6-DOF IRB-1410 industrial robot training system as the research object, uses Siemens s7-200PLC programming to send signals to the robot, and then through the robot teaching programming to achieve the workpiece crawling, fillet grinding, surface Polish, put four actions to complete the task of the station. But also the use of Siemens man-machine interface winccflexible smart v3 to monitor the robot, the screen, including the main interface, the motor running screen, alarm screen, and finally through the PLC and the host computer for communication connection, in order to achieve real-time monitoring of the station. Of course, before doing this system must also be in advance through ABBs special simulation software robstudio simulation screen, and then follow the simulation of the screen for the actual installation.Keywords: IndustrialRobot;PLC;Wincc;Monitor;Robstudio Simulation目 录1.绪论11.1 课题的目的和意义11.2 课题研究的现状与趋势11.2.1国内外机器人发展状况11.2.2未来的趋势21.3 课题研究的主要内容32.打磨去毛刺工站的系统设计方案42.1 打磨去毛刺工站的工作流程42.2 控制系统的总体方案42.3 本章小结43.打磨去毛刺工站系统的硬件电路设计53.1 PLC的选型及外部接线图53.1.1 PLC选型53.1.2 PLC的I/O分配表53.1.3 PLC的外部接线图63.2 通讯模块EMZ7773.2.1 EM277模块地址设置83.2.2 EM277模块的电路接线图83.3 传感器的电路设计83.3.1传感器的选型83.3.2该传感器的工作原理93.3.3 中转台上的传感器电路设计93.3.4 抓手上的传感器及气缸电路设计103.4 打磨机砂轮机传送带的电路设计113.5本章小结114.打磨去毛刺工站系统的软件设计124.1 S7-200的通讯连接124.1.1 通信方式选择124.1.2 通信参数设置124.2 PLC控制的流程图设计144.3 主程序介绍144.4本章小结185.上位机监控画面设计195.1 组态画面设计195.1.1 项目的创建195.1.2 变量连接205.1.3 建立变量205.1.4 模板画面设计205.1.5 主画面设计215.1.6 机器人信号状态画面设计225.1.7 报警画面235.2 PLC与触摸屏的通信连接245.3本章小结246.机器人仿真与示教编程256.1 创建工具256.1.1 设定本地原点256.1.2 创建工具266.2 创建仿真画面266.2.1 建立机器人系统266.2.2 创建画面276.3 用smart组件创建动态夹具Gripper276.3.1 建立smart组件276.3.2 创建属性与连结286.3.3 创建信号与连接286.3.4 工作站逻辑I/O信号设定306.4 示教编程及解析306.4.1 示教器常用指令306.4.2 程序解析326.5本章小结327.系统调试运行分析358.结语35参考文献36致谢37附录38V常熟理工学院毕业设计（论文）1.绪论1.1 课题的目的和意义首先，最近几年里我国机器人这个行业可谓是发展的非常快，不管是服务型机器人还是工业机器人，都将成为未来发展的大趋势，加上目前无人驾驶汽车的快速研发，相信在不久的将来汽车行业也将会有一个颠覆性的变化。然而生产汽车最终还是脱离不了工业机器人，无论是焊接、打磨、还是喷涂、装配等等，机器人产线都发挥着重大作用。不仅是汽车行业，还有手机等大量自动化行业都离不开工业机器人。再者德国工业4.0以及中国制造2025和十三五规划的相继出台，政府和资本的支持给机器人产业健康、稳定的发展带来了有利的条件。目前，工业机器人已经在各种自动化生产线上被广泛地应用,在机器人种类中有着举足轻重的作用 ,它由四部分构成，分别是操作机、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置。工业机器人包括模仿人类关节结构的关节型工业型机器人,直角坐标型机器人,圆柱坐标型机器人、球坐标型机器人、喷漆机器人、焊接机器人等。据专家预测，工业机器人的研究工作已向仿人化特种化智能化发展我们着手设计的门架机器人属特种化机器人，所以工业机器人的研究具有重大的意义。由于我国工业生产力发展比较快，自动化程度迅速提高，机器人产业已经开始实现了对工件的装卸、转向、输送、装配等作业的自动化，并减轻工人的劳动强度，已愈来愈引起人们的重视。而研究该课题的意义就在于运用机器人生产线打磨产品，不仅可以提高生产率，降低成本，还能让人远离打磨机带来的噪音伤害，真正能够实现以人为本，最终达到“机器换人”这一趋势。1.2 课题研究的现状与趋势1.2.1国内外机器人发展状况在我国，工业机器人的真正使用到现在已经接近20多年了，已经基本实现了试验、引进到自主开发的转变，促进了我国制造业、勘探业等行业的发展。随着我国门户的逐渐开放，国内的工业机器人产业将面对越来越大的竞争与冲击，因此，掌握国内工业机器人市场的实际情况，把握我国工业机器人研究的相关进展，显得十分重要。我国的工业机器人从80年代“七五”科技攻关开始起步，在国家的支持下，通过“七五”“、八五”科技攻关，目前已基本掌握了机器人操作机的设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术运动学和轨迹规划技术，生产了部分机器人关键元器件，开发出喷漆、弧焊、点焊、装配、搬运等机器人；其中有130多台套喷漆机器人在二十余家企业的近30条自动喷漆生产线（站）上获得规模应用，弧焊机器人已应用在汽车制造厂的焊装线上。根据国内情况，工业机器人产业才开始发展，但增长的趋势非常快。像新松机器人公司，每年利润增长很快，但总来说，我国机器人行业和国外相比还是有一定差距的。例如：可靠性方面要比国外低，起步也比国外晚，应用领域相对较窄，生产线系统技术方面与国外比也有一些差距。在国外，工业机器人技术显得很成熟，已经成为一种标准设备，在工业界被广泛应用。因此逐渐出现了一批很有影响力的机器人公司。包括：瑞典的ABB Robotics、日本的FANUC、Yaskawa、德国的KUKA Roboter等许多优秀公司，以上公司已经成为他们地区无可替代的产业。1.2.2未来的趋势21世纪制造业将进入一个新阶段，未来企业的主导模式将变为敏捷制造。企业能不能抓住市场机遇就要看企业能否快速开发出新产品了，这将是企业赢得竞争的主要手段之一。其次，工业机器人具有可编程、基于传感器控制、自主规划、可协调作业等特点，进一步发挥机器人这些高柔性和智能化特点，使它成为可重组的敏捷制造生产装备及系统的重要组成部分，为传统制造企业向敏捷制造企业跨跃发展提供重要的技术支持，是工业机器人的发展趋势。在制造工艺和装备方面，美国人也曾痛苦地认识到他们正在失去制造业，尤其是装备制造业的领袖地位。在对日、德装备制造业的兴旺进行认真分析后，美国人发现其原因在于日、德对制造工艺与装备研究的投入比例远大于美国。于是美国在进入90年代后，加强了对制造工艺和装备的研究。随着劳动力成本上升、生产成本等要素的提高，工业机器人在中国的发展日益迅猛，前景广阔。英国经济学家保罗麦基里认为，以互联网、新材料和新能源为基础，以“数字化智能制造”为核心理念的第三次工业革命浪潮已经到来，而“数字化智能制造”的主体就是工业机器人。当前全球社会组织形式和经济发展正发生深刻变化，随着人口红利的逐渐衰减和技术的飞速发展，机器人有望闪亮登场，“逆袭”人类工业化进程。1.3 课题研究的主要内容本文针对实验室机器人产线，主要完成以下几个方面内容：(1)对机器人产线所在工位的认识。(2)该工位的硬件设计。(3)通过plc控制机器人的动作流程。(4）研究winccflexible人机监控软件，利用其设计出上位机监控系统，实现该工位的自动监控，从而让他人能够实时掌控该工位的情况。(5) 通过robtstudio进行模拟仿真。(6) 示教编程机器人打磨所需要的动作。2.打磨去毛刺工站的系统设计方案2.1 打磨去毛刺工站的工作流程该单元设备由：ABB机器人IRB1410、机器人夹爪、中转台、打磨机、砂轮机、传送带组成。当中转台上传感器感应到工件时，机械手开始启动准备夹取工件，直到夹爪上的传感器感应到工件时，夹紧工件；当把工件从中转台夹出后，打磨机和砂轮机启动，之后开始在打磨机上打磨上一工站标定的交贯线，打磨完成后在抓取到砂轮机上将端面的毛刺去掉，完成打磨后，打磨机和砂轮机停止，然后机器人将工件放入传送带上, 传送带开启将工件运走。2.2 控制系统的总体方案任何一个典型的计算机控制系统，从系统总体而言，都要由硬件和软件两部分组成。本系统的硬件配置主要由CPU、外部扩展模块EM223、通信模块EM277、检测元件、人机操作界面、以及执行元件组成，而软件则是由PLC的梯形图及上位机的组态软件构成，其设计框图如图2-1所示：图 2-1 总体设计框图2.3 本章小结本章主要是简单描述了一下系统实现的功能，为实现此功能而选用的硬件软件，从而构思了一个控制系统的整体框架，这样从论文的结构上来看比较清晰，也会有一个明确的方向去完成系统的硬件和软件的设计。3.打磨去毛刺工站系统的硬件电路设计3.1 PLC的选型及外部接线图3.1.1 PLC选型根据工作流程以及论文设计控制需求，本文选用的CPU模块为S7-200PLC的系列的CPU224CN，CPU224模块有14输入点，10输出点，扩展能力强，可连续7个扩展模块，最大可扩展至168个数字量I/O或35个模拟量I/O点；而且控制能力也很强。如图3-1所示为CPU224CN模块：图 3-1 CPU224CN模块然而本设计共需25个数字量输入点和16个数字量输出点，因此还需要扩展一个16点数字量输入/输出扩展模块EM223，其连接方式如图3-2所示：图 3-2 模块连接图3.1.2 PLC的I/O分配表在主机CPU224模块中I/O连接主要是模式的选择及三色灯的状态； 16点输入输出扩展模块中I/O连接主要是机器人状态反馈及程序段号的发送和运行，及一个传感器信号和三个电机输出。其I/O地址分配如下表所示：表 3.1 PLC的I/O地址分配表输入输出CPU224地址名称地址名称I0.5手动模式Q0.5自动指示柱灯（绿色）I0.6自动模式Q0.6手动指示柱灯（黄）I0.7自动启动Q0.7故障指示柱灯（红）I1.0本地模式Q1.0自动启动指示I1.1远程模式Q1.1故障指示I1.2故障复位I1.4急停正常I1.5安全门正常16点数字量输入/输出扩展模块EM223地址名称地址名称I3.0机器人自动Q3.0机器人停止I3.1机器人上电Q3.1机器人上电I3.2机器人系统运行Q3.2启动机器人I3.3机器人故障Q3.3故障复位机器人I3.4机器人在原点Q3.4备用I3.5备用Q3.5备用I3.6备用Q3.6备用I3.7机器人等待程序号Q3.7程序确认I4.0机器人进行程序1Q4.0发送程序号1I4.1机器人进行程序2Q4.1发送程序号2I4.2机器人不在程序段1Q4.2允许运行程序段1I4.3机器人不在程序段2Q4.3允许运行程序段2I4.4机器人不在程序段3Q4.4允许运行程序段3I4.5备用Q4.5打磨机运行I4.6备用Q4.6砂轮机运行I4.7中转台传感器Q4.7输送带运行3.1.3 PLC的外部接线图根据系统要求及PLCI/O地址分配，其PLC外部接线图如图3-3所示：图 3-3 PLC外部接线图3.2 通讯模块EMZ77本条产线是将SIEMES 315 PN-DP PLC作为主站，224PLC作为从站,主站300PLC通过Prfibus 线与扩展模块EM277进行连接，从站PLC则通过通信口与扩展模块EM277连接，从而实现S7-200与S7-300进行通信。如图3-4通信连接图：图 3-4通信连接图3.2.1 EM277模块地址设置本工站作为产线的一个从站，其通信地址是独立的，这样也能更加准确的达到通信的目的。而本工站的通信地址为13，所以只需将EM277模块的旋转按钮旋转到图3-5箭头所示数字即可。图 3-5 通信模块地址设置3.2.2 EM277模块的电路接线图这个模块是由空开QF13控制，所以只需将空开的24V电源连接线接到模块上即可，如图3-6所示电路图：图 3-6 EM277电路接线图3.3 传感器的电路设计3.3.1传感器的选型传感器的选择很重要，在考虑到系统运行的实际工作环境以及成本等因素，我们选择了一款电容式接近开关。这种传感器的检测范围很广，因为电容式接近开关不单单可以检测金属类物品，还可以检测非金属物品，如水、玻璃等。传感器本身的电容值不受电极材料的影响，而且稳定性较强，所以该传感器适合本系统的设计要求。其实物图如图3-7所示：图3-7 电容式传感器3.3.2该传感器的工作原理下图3-8所示为传感器的工作原理图，本设计用的是PNP型传感器，其工作原理是当传感器不动作时，4号端子的电压为0V，当传感器动作时，由于外接电阻的存在，4号端子电压为24V，即感应到工件时，输出高电平。图3-8 PNP传感器原理图3.3.3 中转台上的传感器电路设计当中转台上有工件时，此时传感器感应到工件并将信号传递给PLC。基于此我们选用了三线制接近开光传感器，棕色接24V，蓝色接0V，信号线接PLC的输入点I4.7。其电路接线图如图3-9所示：图3-9 接近开关电路图3.3.4 抓手上的传感器及气缸电路设计当夹爪上的传感器感应到工件时，传感器将信号传给机器人，此时气阀进气，夹爪夹紧工件；当工件被放到传送带位置时，此时气阀放气，夹爪松开工件。其电路图如图3-10所示：图3-10 传感器及气缸电路设计3.4 打磨机砂轮机传送带的电路设计当程序一完成后，机器人会给PLC发送信号，PLC接收到信号后会启动打磨机和砂轮机。当完成程序三后，同样机器人会给PLC发送信号，PLC接收到信号后会启动传送带。其电路接线图如图3-11所示：图3-11 打磨机砂轮机传送带的电路接线图3.5本章小结本章主要介绍了PLC的选型以及根据根据点的多少选用什么类型的扩展模块，最终绘制I/O分配图。其次又介绍了通信模块EM277及电路接线图，最后介绍了传感器的选型、工作原理、电路图设计及三个电机的电路设计。以上即为本工作站的硬件电路设计。4.打磨去毛刺工站系统的软件设计本系统采用的是西门子公司S7-200系列PLC的编程软件STEP7-Micro/WIN，这个软件功能还是很强大的，主要用于开发S7-200系列PLC的用户程序，以及监控系统状态，检查排除系统故障，管理用户程序文档等。以下对如何使用编程软件进行介绍，操作界面如图4-1所示：图4-1 编程软件STEP7-Wicro/WIN主界面4.1 S7-200的通讯连接4.1.1 通信方式选择STEP7-Micro支持PPI通信协议，可用PC/PPI电缆将电脑与PLC进行通讯，其连接如图4-2所示：图4-2 PLC与PC机的通信连接4.1.2 通信参数设置1）接下来需要在编程软件中进行通信的参数设置，首先选择PLCl类型CPU224CN，如图4-3所示：图4-3 PLC类型2）设置PG/PC接口，选择PC/PPIcable(PPI),双击然后点击本地连接到USB端口，如图4-4所示： 图4-4 PG/PC设置3）在PPI中设置参数，即地址（A）:0、超时（T）：1s、传输率（R）：9.6kbps、最高站地址（H）：31，最后选择通信，点击刷新，找到地址，单击“确定”。如图4-5所示： 图4-5 PPI参数设置及计算机接口设置4）最后点击工具栏上的下载键，便可将程序下进PLC中。4.2 PLC控制的流程图设计该工站可以分为机器人抓件、工件打磨抛光、机器人放件三个动作1.当中转台上有工件时，传感器将感应到的信号传送给PLC（I2.2），PLC给机器人发送程序号1，然后机器人进入程序1，并将信号反馈给PLC，直到机器人接收到允许运行1信号后机器人才能运行程序段1,开始到中转台上抓件。2.当程序段1完成后，机器人给PLC发送信号，PLC接到信号后启动打磨机和砂轮机,机器人开始运行程序段2,对工件进行圆角打磨以及对平面抛光处理。3.当程序段2完成后，打磨机和砂轮机停止运行，机器人开始运行程序段3，将工件放到传送带上，当程序段3完成后，传送带启动，机器人返回原点。根据以上控制要求，设计的流程图如图4-6所示：图4-6 PLC控制流程图4.3主程序介绍1、当中转台有工件时，PLC给机器人发送程序号一2、机器人运行程序段一功能：机器人开始到中转台上抓件3、当程序段一完成后，打磨机和砂轮机启动，机器人开始执行程序段二功能：对工件进行圆角打磨及表面抛光（1）打磨机运行（2）砂轮机运行（3）机器人运行程序段三4、当程序段二完成后，打磨机和砂轮机停止，机器人开始运行程序段三功能：机器人将打磨好的工件放在传送带上 4.4本章小结本章主要是用s7-200作为下位机软件进行程序的编写，然后通过PC/PPI电缆进行通信，在s7-200中进行通信参数设置，最后画出控制功能流程图，根据流程图编写相应的程序5.上位机监控画面设计由于下位机我们用的是STEP7，这里上位机也就同样用西门子公司的软件wincc, wincc本身提供S7-200的驱动软件，因此使PLC与上位机的联结可以变得非常容易。在工业过程监控系统中采用wincc监控组态软件，根据实际需要设置监控对象，通过监控界面只管动态显示，控制过程清晰明确，能够准确把握当前的各种运行状况，可以简化操作，大大提高系统监控能力。基于此，我们决定选用wincc作为组态软件。5.1 组态画面设计根据工站的整体结构设计，这里将创建四个画面，其中模板画面用于其它三个画面中，其余画面分别为主画面、机器人状态画面、报警画面，其设计框图如下5-1所示：模板画面主画面机器人信号状态画面报警画面图5-1 组态画面结构框图5.1.1 项目的创建打开Wincc Flexible Smart软件，单击“创建一个空项目”，选择设备类型为“Smart 700 IE V3”,单击确定。如图5-2所示：图5-2 Wincc Flexible Smart界面5.1.2 变量连接选择左边的通讯，单击“连接”，由于这里我们选择的是PLC编程，所以通讯也是和PLC通讯。在出现的框图中名称填写“PLC”、通讯驱动程序选择“SIMATIC S7-200”，在线选择“开”，如图5-3所示 图5-3 通讯设置5.1.3 建立变量选择左边的通讯，单击“变量”，连接一栏中选择PLC连接，数据类型和地址则根据要求设定，其所有变量设置如图5-4所示：图 5-4 变量设置5.1.4 模板画面设计顾名思义模板画面就是将画面嵌入在其它画面中。在左上方添加“灯测试”和“系统退出”两个按钮。在下方添加“主画面”、“机器人信号状态”、“报警信息”三个按钮。在右上方添加一个报警指示器，如图5-5所示：图5-5 模板画面双击按钮，在“事件”中点开“单击”，添加相应的函数。在“灯测试”按钮中设置“SetBit”和“ResetBit”两个函数；在“系统退出”按钮中设置“StopRuntime”函数；在下面三个按钮中设置“Activatescreen”函数；而在报警指示器中设置“ShowAlarmWindow”函数。5.1.5 主画面设计主画面是监控系统的核心画面。实现的功能最多，主要包括画面运行图以及三个电机运行指示灯显示、机器人抓件，打磨，放件指示灯运行状态以及急停安全门指示灯、传感器信号指示灯的显示状况。操作模式选择手动，无一类故障，画面选择电机运行，启动时左上方小圆是绿色的；电机默认手动方式是点动模式，在此模式下，按启动按钮，按钮背景变成绿色，电机运行。停止时，再次按点动，取消电机运行；如图5-6所示： 图5-6主画面在每个电机下都有一个“启动”和“点动”以及一个小圆圈指示灯，而在“启动”按钮中单击时函数为“SetBitInTag”,释放时函数设置为“ResetBitInTag”,在“点动”按钮中单击时函数设为“InvertBitInTag”。5.1.6 机器人信号状态画面设计机器人的信号状态画面，主要是机器人与PLC之间的信号传递。当机器人在自动模式、上电、系统已启动、机器人在原点的都具备的情况下，机器人便把这些信息发给PLC。当PLC接收到信息后，便开始向机器人发送程序号，机器人接收到信息后便开始进入该程序号，等到PLC再向机器人发送启动信号时，机器人便开始运行该程序。如图5-7所示：图5-7 机器人信号状态画面5.1.7 报警画面当出现一类故障和二类故障时，报警画面将会出现报警，其画面如图5-8所示：图5-8 报警画面其两类故障分类如表5.1所示：表5.1 报警表类别故障触发变量触发器地址一类故障系统急停Alarm1V1500.0安全门打开Alarm1V1500.1二类故障机器人运行程序段一故障Alarm2V1503.0机器人运行程序段二故障Alarm2V1503.1机器人运行程序段三故障Alarm2V1503.2机器人在手动模式Alarm2V1502.0机器人未上电Alarm2V1502.1机器人系统未运行Alarm2V1502.2机器人故障Alarm2V1502.3与主控通讯中断Alarm2V1504.05.2 PLC与触摸屏的通信连接这里采用的是PPI电缆线将PLC通讯口与触摸屏通讯口连接起来，从而实现两边的信息交互。其结构如图5-9所示：图5-9 PLC与触摸屏通信连接5.3本章小结本章主要介绍的是下位机wincc组态软件，利用组态软件对PLC进行实时监控。这里创建了三个主要画面，分别为主画面、机器人信号状态画面、报警画面。最后利用PPI电缆将两个通讯口连接起来，实现两边信息交互6.机器人仿真与示教编程由于本系统所采用的是ABB工业机器人，所以这里也就直接用了ABB公司配套的软件RobotStudio，这个软件是机器人本体商中做的最好的一款。RobotStudio支持机器人的整个生命周期，使用图形化编程、编辑和调试机器人系统来创建机器人的运行，并模拟优化现有的机器人程序，然而这款软件仅支持ABB机器人使用，局限性较大。打开软件创建一个空工作站，如图6-1所示为robtstudio仿真软件的界面。图6-1 robtstudio界面6.1 创建工具因为刚导入进来的夹爪仅仅是一个3D模型，并无法装在机器人法兰盘上，因此我们需要将夹爪创建成夹爪工具，这样才能安装在机械臂上，随着机械臂的运动而运动。6.1.1 设定本地原点现将3D夹爪模型导入robtstudio中，然后右击该夹爪，选择“位置”“放置”“三点法”，依次设置图6-2所示的三个点位置。图6-2三点位置在位置设定好以后，接下来就要设置夹爪的本地原点，右击夹爪工件“修改”“设定本地原点”出现的框架中所有数据都填06.1.2 创建工具先创建一个工具坐标，然后在点击建模功能选项卡中单击“创建工具”，点击“使用已有部件”，单击下一个，然后单击箭头所示方向，点击完成，到这我们要用的工具就创建好了。此时之前的3D模型夹爪已经变成机械装置了，如图6-3所示。接下来我们就可以把夹爪装置安装在机器人上了。图6-3创建夹爪的机械装置6.2 创建仿真画面为了能进行画面的模拟，需要先将画面导入robtstudio中。6.2.1 建立机器人系统在完成上面的操作后，要为机器人进行加载系统从而建立虚拟控制器，使其拥有电器的特性完成相关的仿真动作。在基本选项单击“机器人系统”里的“从布局”来 创建系统如图6-4（左）所示，单击后知道右下角控制器颜色变绿才算成功，如图6-4（右）所示图6-4创建机器人系统6.2.2 创建画面在系统创建完成之后，便可以把需要的3D模型转换成stp格式，然后导入这个软件中，经布局和修饰最终以如图6-5所示，其圆圈部分就是机器人工作的区域。图6-5 仿真布局6.3 用smart组件创建动态夹具Gripper当按钮启动，机械手臂去抓工件直到传感器感应到工件时，这时夹爪便抓住工件，当把工件放到传送带上时，夹爪便松开。因此这两个动作便要做个组件，以此来实现上面的动作。6.3.1 建立smart组件 设定夹具属性过程如图6-6所示，单击“建模”功能选项卡中的smart组件，然后将其命名为Gripper。在单击添加组件，添加下图6-6几个组件，并设定相关参数。图6-6相关组件设置6.3.2 创建属性与连结在“属性与连结”选项卡中单击“添加连结”，如图6-7所示： LineSensor的属性SensedPart指的是线传感器所检测到的与其发生接触的物体，此处连结的意思是将线传感器所检测到的物体作为拾取的子对象；而Attacher连结的意思是将拾取的子对象作为释放的子对象。图6-7属性连接6.3.3 创建信号与连接在“信号和连接”选项卡中单击“添加I/O signals”,首先创建一个数字输入信号digrip，用于控制夹具夹取、松开动作，置1为气缸充气夹取，置0为放气松开，属性如图6-8所示。同理在创建一个数字输出信号dorelease，用于反馈信号，置1为气缸充气，置0为气缸放气。图6-8创建信号接下来就开始建立信号连接，在“信号和连接”选项卡中单击“添加I/O Connection”依次添加几个I/O连接。开启气缸动作信号digrip触发传感器开始执行检测，如图6-9所示： 图6-9信号连接当传感器检测到物体之后触发拾取动作执行时，设置信号连接为LineSensor_SensorOut_Attacher_Execute；然后利用非门的中间连接，实现的是当气缸放气后触发松开动作执行，其信号连接设置为MyNewTool_digrip_LogiGateNOT_InputALogiGateNOT_Output_Detacher_Excute；当夹取动作完成后触发置位/复位组件执行“置位”动作，其信号连接设置为Attacher_Executed_LogicSRLatch_Set；当松开动作完成后触发置位/复位组件执行“复位”动作时，其信号连接设置为Detacher_Executed_LogicSRLatch_Reset；置位/复位组件的动作触发气缸反馈信号置位/复位动作，实现的最终效果为当夹取动作完成后dorelease置1，当夹爪松开后doqigang置0，其信号连接为LogicSRLatch_Output_MyNewTool_dorelease；6.3.4 工作站逻辑I/O信号设定在本工作站中，机器人的程序以及I/O信号已经提前设定完成，我们无需再做编辑。通过前面的任务，我们已经基本设定完成Smart组件的动态效果，接下来需要设定smart组件与机器人端的信号通信，从而完成整个工作站的仿真动画。工作站逻辑设定即：将smart组件的输入/输出信号与机器人端的输入输出信号作一个关联。Smart组件的输出信号作为机器人端的输入信号，机器人端的输出信号作为smart组件的输入信号，此处就可以将smart组件当做一个与机器人进行I/O通信的plc来看待。首先对机器人进行I/O信号设定，在“控制器”功能选项卡下，单击“配置编辑器”选择“I/O system”双击“signal”定义两个I/O信号，如表6.1所示：表6.1I/O信号说明NameTypeofSignal作用DireleaseDigital Input数字输入信号，作气缸反馈信号DogripDigital Output数字输出信号，用作控制气缸动作然后设定工作站逻辑，在“仿真”功能选项卡中单击“工作站逻辑”，进入“信号和连接”选项，单击“添加I/O Connection,需要添加两个I/O连接。如图6-10所示。一是机器人端的控制气缸动作的信号与smart夹具的动作信号相关联，二是smart夹具的气缸反馈信号与机器人端的气缸反馈信号相关联。图6-10I/O连接6.4 示教编程及解析6.4.1 示教器常用指令由于上面我们已经把机器人系统、夹具、信号、位置都已经设定好了，接下来我们就可以开始编程了。首先在robtstudio软件中打开“示教器”，然后将示教器置于手动状态，通过控制面板将英文改为中文，这样也易于后面的操作。如图6-11图6-11示教器点击程序编辑器，在例行程序中新建如图6-12所示的几个程序文件：图6-12例行程序文件接下来就可以在相应的文件中编写相应的程序了，而本工作站中最常用的是一下几个指令：MoveL:线性运动指令将机器人TCP沿直线运动到给定目标点MoveJ：关节运动指令将机器人TCP快速移动至给定目标点，运动轨迹不一定是直线MoveC：圆弧运动指令将机器人TCP沿圆弧运动至给定目标点MoveAbsj:绝对运动指令将机器人各关节轴运动至给定位置Set:将数字输出信号置1Reset：将数字输出信号置0WaitTime:等待时间6.4.2 程序解析见附录6.5本章小结本章节主要是用ABB公司的robtstudio软件对打磨工作站进行一个真实仿真运行的情况，当组件中所有参数设定好以及工作站I/O设定完成后，便可以在虚拟示教器上进行程序的编写，完成相应的动作。7.系统调试运行分析当中转台上有工件时，传感器将感应到的信号传送给PLC，PLC给机器人发送程序号1，然后机器人进入程序1，并将信号反馈给PLC，直到机器人接收到允许运行1信号后机器人才能运行程序段1,开始到中转台上抓件。如图7-1所示：图7-1 机器人抓件当程序段1完成后，机器人给PLC发送信号，PLC接到信号后启动打磨机和砂轮机,机器人开始运行程序段2,对工件进行圆角打磨以及对平面抛光处理。如图7-2所示： 图7-2圆角打磨及平面抛光当程序段2完成后，打磨机和砂轮机停止运行，机器人开始运行程序段3，将工件放到传送带上，当程序段3完成后，传送带启动，机器人返回原点。如图7-3所示：图7-3机器人将工件放到传送带上8.结语本课题主要介绍了工业机器人生产线在国内、国外的发展状况及未来前景。由于学校引进了ABB6轴机器人生产线，因此对此展开研究和设计，并给出相应的设计方案。本课题首先对6自由度工业机器人主体进行了初步的了解和认识，然后对其相应的硬件部分作了介绍。而控制该机器人则是由西门子公司的PLC 200系列进行控制，因此我们用STEP-Micro/WIN软件进行了相应的编程，发送相关的信号让机器人执行相关的动作。比如机器人抓件完成，plc发送给机器人一个信号，机器人便开始进行打磨抛光动作，然后plc在发送一个信号，机器人执行放件动作，如此循环运行。在完成机器人的基本动作，为了能够让生产线更好的被利用，我们有进行对其监控，由于下位机我们使用的是西门子公司的，所以这里我们还是用了西门子公司的wincc进行监控，监控机器人的运行状态、信号传输状态，如果生产线出现任何问题监控画面就会有报警产生，这及大地方便操作人员实时了解生产线情况。最后为了机器人在运行过程中不会因为与器件之间距离不合适，发生碰撞之类的事，我们还专门利用ABB旗下robtstudio对机器人动作进行了一个模拟仿真，让其更加形象化。通过本次的研究，我受益匪浅，不仅对plc和wincc有了更进一步的学习，还意识到了机器人产业未来的前景，奠定了我以后的工作方向。参考文献1蒋庆斌，陈小艳.工业机器人现场编程M.北京：机械工业出版社，2014.2腾宏春，工业机器人与机械手M.北京：电子工业出版社，2015.3甄立东，等.西门子WinCC V7基础与应用M.北京：机械工业出版社，2011.4梁绵鑫，等.WinCC基础及应用开发指南M. 北京：机械工业出版社，2009.5王永华.现场总线技术及应用教程（第2版）.北京：机械工业出版社，2012.3.6Karl-HeinzJohn,MichaelTiegelkamp.IEC61131-3:ProgrammingIndustrialAutomati-on Systems.Springer.Germany.2011.7西门子公司.SIMATICS7-200可编程序控制器系统手册.2004.68PROFIBUS Technical Description.Siemens,1997.9李正军.现场总线及其应用技术M.北京：机械工业出版社，2005.10余达太.工业机器人应用工程.北京：冶金工业出版社，1999.11吕景泉，自动化生产安装与调试M.第1版.北京：中国铁道出版社，2008.12李瑞琴，工艺平衡在流水生产线中的作用J.内蒙古科技与经济，2008.13廖常初，西门子人机界面(触摸屏)组态与应用技术，第二版M. 机械工业出版社,2012.14 Stierle Andreas. Materials science. Tracking corrosion cracking.J. Science, 2008, 321(5887).15 万鹏.工业机器人在汽车生产中的应用J.品牌与标准化,2010,(06).16 毕胜.国内外工业机器人的发展现状J.机械工程师,2008,(07).17朱彦齐,陈玉芝.浅谈工业机器人在自动化控制领域的应用J.2010,(08).18 廖常初,S7-300/400PLC应用教程M. 北京：机械工业出版社，2012,12.19叶晖.工业机器人实操与应用技巧M.北京：机械工业出版社，2010.20叶晖.工业机器人典型案例精析M.北京：机械工业出版社，2013.致谢时间过得真的很快，两年的本科生涯即将结束！在即将结束的几个月内，经过不断努力，我终于完成了毕业设计，这也是我作为学生时代的最后一次任务，也是我即将步入社会的一次锻炼。从专