【《基于机器人控制的激光切割集成系统设计》12000字】

I第一章绪论1.1研究背景在产业开发技术广泛应用的背景下，与之有关的激光加工技术也得到了快速的发展，大量的高功率激光器产品被开发出来，并通过工业机器人使用光纤进行连接。与常规的生产相比较，随着控制系统和电脑技术的持续发展，我们的生产中，已将激光技术融入到了工业机器人中。从发展趋势来看，将柔性光纤激光器应用于传统的三维材料加工系统的开发，正在逐步成为工业机器人产业研发的一个热点，与之相关的设备也已经被投入到了汽车制造和冶金锻造等行业中，用来在三维空间对各种不同的材质零件进行切割。与常规的激光软体加工监控方式不同，西门子PLC作为机器人的控制方式，本论文选用ABB机器人的激光切割来完成工作站的协同作业，并利用RobotStudio软件来进行3D的加工仿真，采用离线程序来控制机器人，对在现实操作中所碰到的问题进行了高效的处理，从而提升了产品的生产效率、稳定性和可靠性，并在实践工程中得到了推广。1.2研究意义在这个项目中，它以ABB机器人激光切割控制系统为中心，它包括了ABBIRB2600切割机器人躯体与IRC5控制电柜的构成，它是对机器人进行3D的切割工艺，又可以利用机器人模拟来完成对目标的加工。然而，在我国的模具产业中，仍然存在着自主化和水平普遍低端、难以克服传统模具加工困难的缺点，以及制造生产速度缓慢和应用时间短等技术短板。所以，利用机器人进行3D激光切削，能够极大地减少研发时间，大幅度地减少制造费用，提高板材自动化制造的效能[1]。1.3研究现状中国在二十世纪七十年代早期，就开始了对工业机器人技术的研究，经过了几十年的快速发展，科学研究是由各研究机构各自为政，发展比较缓慢。1985年以后，逐渐被纳入了国家的发展战略，而在“七五”和“863”等高科技项目的大力推进下，研究与开发也取得了长足的进步，我国目前有四个国家级的激光工程研究中心和多所高校联合展激光加工技术的研究工作。我们国家在关键科技上取得了重大突破。而朱国力和段正澄则讨论了3D激光切削的路径插补算法，以减少在高速切削过程中出现的错误。其中，主要有三个方面的内容：一是对三轴激光切削工艺的精确控制；国外WEBBER得出结论：利用CO2激光切割的氧气的消耗速率缓慢，并且缺口截面不粗糙，在有关的研发中，主要是对机器人技术机制的生物仿生学、驱动力学分析方法与理论的研究，以及对各种的机器人工程的操作，伴随着传感器系统和自主程序技术的发展，而智能机器人技术的发展，推动了工业应用，并开始引入工业生产。在机械臂技术中，横向滑动轴承、薄壁轴承、交直流式伺服电机、串级驱动器、检测式电机、光学编码器、滑轨等是其中的重要组成部分。经过对系统的改进，系统得到了较好的效果。在自动控制技术方面，已经发展出了AGV、履带式机器人、装配机器人和海底探查机器人。当前，各种机器人已经涵盖了重工业工程、生物仿生学，科学与控制技术、集成芯片贯通通信和网络技术等众多的专业和应用领域，所以它的发展和这些相关技术的突破进展有很大的联系。1.4论文主要工作在对我国有关的文献进行检索之后，在对其制造过程的过程进行了详细的理解之后，本论文着重对其进行了如下的研究：在此基础上，进行了机器人激光切削系统的研制和调试。在机械臂的操纵下，实现了对激光切割系统的控制。对机械臂进行编程的过程命令，并给出了一个切割普通路线的系统子程序，以及PLC的程序编制。（4）分析机器人的模拟仿真验证系统。第二章机器人激光切割的系统布局设计2.1系统的架构概述然后，针对上述问题，给出了一个面向机械臂的集成式激光切削加工系统。第二部份则是确定系统整体设计的构想。第三部分是利用人机界面进行数据交换；第四部分是对该系统的模拟与试验结果的分析。在工业机器人的激光切削的光缆激光切割器中，它是通过使用由超高功率密度汇聚后的激光专线，发射到要切割的站点上，将被照射后聚集的材料的融化，最终满足了切割的要求，进而按照所需的图案，将零件割开，还可以设置一个人工按键，方便了生产人员进行操作。2.2控制系统设计框图工业机器人的整体式激光切削加工控制系统由三大模块组成，其中，主工作站部件是整个系统的机械部件，由伺服电机、工作台组成，其中，外源光路由光纤激光发生器组成，其中，西门子1200PLC与控制柜组成了该系统的电子部件，这三个部件构成了该系统的制造部件。另外，还需要一个稳定的电压，以及一个冷却器，才能形成一个完整的激光切割系统。在这里，西门子S7-1200CPU1214C/DC、DC/DC/DC、SIMATICHMI为PLC，操作员通过操纵将控制信号传递给PLC，再将位置、速度指令传递给控制器PLC，并将伺服驱动器的信号传递给电动机，最终，使伺服电机推动工件，使激光切割机达到规定的工作区域。图2-1激光切割系统集成的构成2.3控制系统的设计方案设计并控制了工业激光切割一体化系统，是以电脑作为控制端，控制了系统各机器人站点的输入和输出信号，实现了在工作站中的逻辑控制，也可以采用HMI人机接口，其目的是对其进行实时监控。作为一个可以连续地推动一个伺服马达来带动和更改一个光导纤维激光切割机床的工作座标的移动控制模块，该移动控制模块可以是一个移动控制模块。表2-1集成系统硬件的选配系统使用的硬件模块硬件型号触摸屏SIMATICHMI可编程逻辑控制器S7-1200CPU1214C/DC/DC/DC系统控制柜IRC5伺服驱动器ABBMicroFlexe150交流伺服电机MITSUBISHIHG-KN23BJ-S100图2-3集成系统硬件的布局第三章机器人的激光切割系统硬件设计3.1激光切割机器人的相关选型本文中的系统主要选用的是工业机器人ABBIRB2600型号，负载12KG，与之配套的有光纤激光器，通水管，通气管等，而由示教器单元、机器人的本体连接上位机等搭建激光切割机器人的组成系统。除此之外，为了实现对机器人的控制，还会装备一台编程用的上位机，它可以通过以太网接口，串口安装等通讯方式与上位机相连接，还可以编写程序并进行调试。上位机上位机控制器控制器图3-1机器人的组成系统简图3.1.1机器人的结构在普通的工业应用中，许多机器人的设计模式包括串联、并联等。并联结构应用于制造食物和药品的机器人，例如三根平行的连杆，在空间中平均地支撑着一个受力机构；藉由调整其角度的大小，这个机器人就可以将腕部与悬挂装置连接起来。这类机器人具有结构简单、易于运动控制、易于组装等优点，通常情况下，它不能承载较大的重量，因此能够满足材料运输、分拣等行业的需求。（2）串联式结构的设计，由六根中轴构成：腰部转动轴，肩膀转动轴，曲柄转动轴，手腕转动轴，手腕转动轴，手腕转动轴，以及摆臂转动轴，其余三根转动四分之三。这个多连接结构：腰部、前臂和肩膀是三个可以用来调节腕部支撑点位置的关节，也就是所谓的定位装置。3.1.2关于机器人的相关技术的参数（1）为机械臂提供移动的空间。当机器人运转的空间中有最大的操作范围时，被称为作业空间。当机器人有末端执行器的时候，它的机械臂参考点可以进行活动和运行。由于设计机构的差异，造成了末端执行器之间的差异很大，在设计的过程中，要对机器人运行的综合性能进行分析，在改变空间时，要保证机器人的碰撞避免超过了最大活动区域[2]。图3-3机器人的运动空间反应出机器人的运动轨迹。机器人的速度，对它的产量有很大的影响。能从侧面反映出机械臂的工作状况，一般情况下，在没有负载的情况下，机械臂能达到的最大加速度。在某一时刻，一个机器人能够在其轨道上运动的路径距离称为机器人的速度或弧度。图3-4运动参数分类示意图3.2激光切割机器人硬件的组成3.2.1机械臂通常的机械臂都是六个联接的机构。这样，机器人手臂的运动距离就能维持在正、负毫米的误差范围内。并能在最大限度的工作状态下工作。因为六个轴都装备有各自的电机进行操作，电机有单独的编码装置，齿轮箱与相同的旋转臂相连，所以能够有效地减少机械臂的移动距离误差，并且还设置了自动释放按钮，这对后期的巡检和维修非常有利。具有多个铰链的机械臂都装有一个平衡的方向液压缸。该机器人还配有一台SMB，其电池也可用于储存数据。表3-5机械臂的工作行程轴动作范围最大速度腰部旋转+180°至-180°175°/s下臂+155°至-95°175°/s上臂+75°至-180°175°/s手腕旋转+400°至-400°360°/s手腕摆动+120°至-120°360°/s手腕回转+400°至-400°500°/s3.2.2控制柜采用的是普通的电气控制柜IRC5，选择了带有电源控制器和示教器、监控面板和其它功能的驱动器等。（1）一般情况下，工业机器人控制柜由主电源、I/O板、用户连接端口、示教器接线端口、轴计算机板，计算机供电单元以及计算机控制模块以及轴伺服电机的驱动单元等构成。一个工业机器人的控制系统，最多可以包括36个驱动单元，其中有9个驱动单元，构成了一个驱动模块，可处理6个内部轴和两个额外的轴，这要根据机器人的型号来决定。(2)在工业机器人的控制柜中，安装了硬件控制组件，其中包括了RAPID的执行以及信号处理，一个控制组件可以与多个驱动组件相连，但是，驱动组件中含有一个电子装置组件，可以给操作员的电机提供动力，每一个组件都控制着一个机械臂的铰链，六根轴线中有六个铰链，所以，每一台操作员都会采用一个驱动组件。图3-6控制柜基本架构参数类别内容控制硬件系统：PIC总线；CPU：20sUPS电源电源三相四线400V(+10%,-15%),48.5～61.8Hz环境温度5℃-45℃最大湿度95%额定功率4KVA（变压器容量）3.2.3柔性光纤激光器采用华日精密公司研制的大功率激光器，并配有流动的凉水进行不断的冷却，共有三个调整组件，最大的输出功率为6.9KW，所生成的激光通过一条纤维传输，通过一条高密度的热源光束作为一个切割和融化的激光源，将待被加热的物体表层的物质加热到融化的温度，并通过一个与激光束同轴的热源，在特定的方向上进行辐射，从而使加工路线按照既定的路线进行。图3-9机器人的切割示意图3.2.4冷水机在激光加工产业中，冷水机是一种常用的设备，它的应用领域非常广泛。这个系统所选用的是JLYG-35/22-Q6机型，它的主要功能是在进行激光加工的时候，会生成很多的余热，这会对装置的稳定工作造成很大的影响。在使用之前，首先要检查它的运转情况，如果没有问题，不要在开机的时候就立刻开启，等它的温度升高到了一定的程度之后，才能再次启动。3.2.5变位机在实际应用中，通常采用双轴移动机构，外围防护栏，组件电气系统等。移动机构为伺服传动机构，定位器装有固定装置，可被操作者准确地操纵，迅速地实现移动。防护导轨是由提升升降气缸+保护板构成。四套电磁阀门安装在外面，用来控制四个防护罩的上升和下降。每一套传动装置都装有一块锂电池，用来维持编码器的数值，以免在机器关机时，整根主轴都被切断。可编程逻辑控制器、HMI、驱动控制系统等组成了变位机上的内外控制系统，既可以是人工操作，也可以是自动操作。将操纵箱的操纵杆调到手动状态，再将触摸屏上的按键按下，便可实现对两个轴线的正、反两个方向的操纵。将变位机控柜上的开关切换为自动状态，根据实际情况，在HMI上更改绝对角的位置，控制柜上的接口会收到外部装置发出的脉冲，就能驱动轴旋转，操作者通过在触摸屏上键入轴移动的工作角，来实现对轴的控制，这样，当触摸屏收到一个脉冲时，就能调节它的角度，并使它变化，如此反复，才能进行激光切割的加工。3.3光纤激光切割的运行原理激光束透镜激光器激光束透镜激光器辅助气体辅助气体熔渣熔渣图3-10光纤激光切割示意图这是一个简单的激光切割工作原理示意图。当激光器被打开时，其激光切口上的纤维喷嘴能够向外射出高能量的激光，通过镜头将这些激光聚集到被测物体的表层，从而使其成为一个切口。在长期的高能量辐射下，其表层的金属物质很快就会被熔化，汽化，还有从下方的喷嘴中向外喷出的辅助气体，空气与激光束同向，将熔渣从切缝处被吹去。此外，在吹的过程中，还会对切缝处的温度进行短暂的降低，从而降低了材料的物理性质变化，避免了透镜的损坏。与此同时，在切割工件的时候，将会发生一种高温的化学反应，因此可以加速切削速度，并且能够以一种均匀、平稳的方式进行持续的切削工作，使切削面变得平坦、平滑。由于产品的要求不同，切削的机理也不一样，有蒸发切削和熔融切削两种方法。（1）熔化切割：当工件的温度达到一定程度时，用高能激光直接在工件上划出一道弧线，然后用空气将熔融的渣滓吹走，这样就可以在工件上形成一个很好的切口，所需的能量很小。(2)汽化切割：在一定的时间里，可以制造出非常高的温度，将切削面迅速达到熔点值，从而将切削面蒸发，将切削面中的杂质全部清除，但是，这是一种消耗巨大的能源。3.4PLC的选型3.4.1PLC的构成在应用现场的控制器有内部CPU、特殊定位模组、程序存储器、输入和输出的连接电信号、电源等，而外设是采用专门的PC端程序，来实现内部各种数据信息的写入和输出，并通过控制与之相匹配的设备和控制系统单元，构成了PLC内部的管理。可编程序控制器的电子学装置，经由总线通路或资讯储存埠，与不同的资料通路相连，用以呼叫及进行资讯的资料交换。PLC中的CPU对外部装置的目标工作进行控制，并发出程序命令。图3-11整体PLC的构成示意图中央处理器（CPU）：CPU是可编程控制器中最关键的操作和控制单元。能完成对使用者程式资料的收集和储存，对电源进行监控，对用户程序进行存储与故障诊断。在PLC的工作方式下，首先是将其以扫描方式对输入装置的传输数据进行汇总，将数据转换为指令，然后进行语句中规定的逻辑或算术运算，并将信息传送到I/O寄存器或数据寄存器。将其适时地保存在I/O镜像注册区域，然后从用户的内存中读出该用户的程序。I/0映像寄存区：在PLC加电开启时，从上到下对输入进行扫描，并对其进行编号，并在此过程中，将最新的状态资料输出到其它的外部硬件中。因此要对输入及输出进行一系列的数据存储，将开关系统的I/0存储单元占据一位，每个模拟字I/0存储单元占据一位。图3-12PLC的接线图3.4.2PLC的运行原理PLC的工作阶段通常可以划分成三个阶段：上电后信息接收阶段、然后信息处理阶段、最后是信息输出阶段。这三个阶段都是从头到尾进行的一个往复周期的持续扫描的过程，当有外部信息的脉冲到达可编程逻辑控制器时，可编程控制器将会根据往复周期原理对其进行扫描，然后将所得的信息进行存储，最后再经过存储器将处理后的内部数据信息传输到所连接的外部输出终端。目前，可编程逻辑控制器已被广泛应用于各种工业领域。PLC编程拥有性能可靠、完整的操作指令，它所占据的空间很小，能够在线上对使用者的程式进行更改或移除，并且能够对使用者的程式进行模拟量的操控。图3-13PLC的循环扫描3.5伺服电机及驱动器的分析在工业中，一般情况下，要使控制系统能够顺利地工作，通常会选用以驱动器来进行控制的各类设备运行装置的伺服电机，在该系列中，按照最有效的稳定工作控制方法，通常选用的是为的伺服马达[9]，或者选用的伺服马达的规范为MITSUBISHIHG-KN23BJ-S100。3.5.1伺服电机的选型原则计算一般情况下，伺服电机是在控制系统中机械传动的执行电动机，它属于一种间接传动变速设备，它能够对运转转速和对移动偏差进行高效的调整，让电机轴上的角位移或角速度以电压信号转换的形式输出，它具有功率范围广，惯性大等特点，它可以比较快速的传达输入信号，并进行改变。在对执行器进行的控制时，采用的是伺服电机。该执行器的特点是工作平稳，速度变化很少，并且还有很大的过载能力。选用计算选择机种计算负荷确认规格驱动机构选用计算选择机种计算负荷确认规格驱动机构图3-14电机选型步骤（1）计算负载转矩（驱动机构的转矩）滚珠螺杆：（1）切削负载转矩：（2）（2）最高转速计算（3）F:轴方向负载[N]；:效率（0.85-0.95）；:预压螺帽的内部摩擦系数(0.1-0.3)；:外力[N]；:主轴开始运转时的力[N]；:滑动面的摩擦系数（0.05）；:最大切削转矩[N.m]；D:末段滑轮直径[m]（3）惯性惯量的计算直线运动物体：物体的动能为（4）电机对部分物体的动能为（5)根据动能守恒定律可得：=，将（4）代入（5）则直线运动物体变换到电机中的负载惯量。（6）：电机的角速度[rad/s]；：最大速度[mm/s]；m:总质量[Kg]（6）总结：根据以上的选型计算方法，为达到系统要求的进给控制，对定位运动来说，让伺服电机在短时间精确到目标方位，需满足误差小，且机械功率被输入的电功率变换输出，同时，当电机可快速输出功率，则伺服电机的响应性越佳。惯量和转矩的适量加大可有效改善精度和降低延迟响应。3.5.2伺服电机的运行原理伺服电机之分类对比电磁力矩之工作原理，可划分为下列两类：（1）永磁交流伺服电动机当电机停止且控制电压未通电时，只有励磁绕组充电，形成脉冲磁场，宛如两个旋转的圆圈。与环状转动的磁场相同，并反方向运行，正、反方向旋转磁场又切割杯形壁并感应到值相同，因此，电动势和涡流相位发生变化，这两个电流与对应的磁场所形成的同样的转矩是0，并且是相反的方向。虽然，伺服电机的转子是静止的，但是，这两个环形的转动磁场是不同的，而是以相同的速度和相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流导致电磁力矩换向、力矩改变，使伺服电完成正转，当控制电压改变相位时，也就是相位差180°，旋转磁场的变化方向相反，从而导致合成力矩方向改变，伺服电机换向。（2）直流伺服电机作为一种应用十分普遍的自动装置，永磁交流伺服电动机具有两个相位相差90°的相位，并且采用了两个线圈绕装配在定子上，其中包括了励磁和控制绕组，并且在进行大幅度的速度调节时，采用的是笼型伺服电动机，能够消除自旋特性和直线机械特性，相对于常规的一般电动机，其共性是转子高电阻和低惯量值，若要减小转子惯量值，则可以增加转子惯量值。当伺服电机获得相应的动量和角动量时，就会发生位置偏差，因此，当伺服电机变化角度方向时，其产生的相应的脉冲数量是一样的。1-定子的绕组2-定子的铁心3-鼠笼式转子图3-15交流伺服电机的示意图其转子与机器的端部相连，且转子制成一种非磁、导电性的笼形结构，并与机器的端部相连。它的内壁很薄（都在0.5毫米以下），因此它的惯性很小，内部的定子和端盖壁之间没有绕组，仅用于磁路形成，连接电源时，低功率输出的交流伺服电机在内外定子槽壁内安装励磁控制绕组，保持内外定子不动，定子内外气隙之间有一个旋转转子。3.5.3伺服电机的控制方式（1）脉冲控制：它的控制方法是：电机的位移由脉冲决定，电机的速度取决于脉冲的频率，发出的两个A与B高速脉冲被驱动器接收，且电机的正反旋转受到两脉冲相位差值决定，若B相比A互差九十度，正转运转；那么B相比A相差九十度，则反转运行。当旋转时，因受两相脉冲的相位差交替，故其电机控制方式也称差分控制[11]。（2）模拟量控制：通过选择电压或电流来确定模拟量，当选择电压时，将控制信号的末端并改变一定量的电压，很简单操作，在某些情况下，电位器可以用于控制。电源操作需要相应的电流输出模块，所以改用电流信号具有很强的抗干扰作用，故多用于生产现场。然而，使用电压作为控制信号，在比较复杂的应用中，输出电压易受到干扰影响，导致扰动系统控制。3.5.4伺服驱动器的运行原理通过传送讯号给伺服执行机构，使执行机构无法工作，从而避免执行机构对执行机构的干涉。在伺服系统中，建立了伺服发动机系统的控制器，使得伺服发动机对发动机的转速进行控制。图3-17伺服驱动器的运行原理通过对继电器控制信号、传感器信号和电流信号进行多个闭环回路的控制，实现了对电机转速和转速的控制。在变换回路的同时，驱动程序可以将一个讯号传送给一个控制模组，使马达达到一般的运转状态。表3-18伺服电机的性能参数参数类别内容供电电源三相四线119V，1.3A，50Hz环境温度5℃-40℃最大湿度96%额定功率200W额定转速3000r/min第四章设计系统软件和实现仿真4.1运动控制的系统相关概述要想提高运动学控制的性能，就应从设计、研制运动学控制算法、构建运动学控制体系三个方面入手，以及相应的执行器的设计等方面来进行。在对工艺过程进行定位的过程中，系统的外部驱动可以控制AC伺服电机，并对加工位进行控制，将这两种方式有机地结合在一起，可以保证整个过程的平稳运转，根据需要，高效地使用机器进行生产，同时，还可以通过PLC控制器和站点之间的通讯，来对生产的质量进行更好的控制，确保生产的品质。在给机器人激光切割一体化系统供电之前，工地上的员工要把所有的事情都安排好，在控制器PLC供电时，在解决了全部故障后，确定没有问题后，才可以给该装置供电。以下是本系统的目的及控制方法：当选择了自动运行时，并在触摸屏界面中进行操作，启动操作按钮，执行控制系统中的程序，就可以进行一系列的生产与系统的监测。4.2PLC的程序设计本系统PLC是以SIEMENS开发的博途软件编写的控制程序，编写的逻辑采用的是顺序控制程序设计，过程如下：（1）PLC向传送带发送传送指令，工件开始向末端运行，到达末端之后，末端传感器向PLC反馈信号。(2）PLC向搬运机器人发送搬运工件到工作台命令之后，机器人开始执行搬运工作，完成后向PLC反馈搬运完成信号。(3）PLC向激光切割机器人发送开始切割命令之后，机器人开始执行切割工作，完成后向PLC反馈切割完成信号。图4-1系统软件流程图(4）PLC向搬运机器人发送码垛开始命令之后，搬运机器人开始执行码垛工作，完成后向PLC反馈码垛完成信号，同时要完成HMI界面的设计，先实现对上电状态的控制，然后实现对系统状态的监控。(5)创建数据块：其中包括输入数据，输出数据和状态数据图4-2PLC变量表4.3系统的软件设计4.3.1SIEMENSPLCSIM仿真软件概述选用的是西门子提供的模拟软件，这是一款针对制造和智能管理的专用模拟软件，收集了许多的现场运行资料，并进行了相关的分析与试验。利用PLCSIM软件及其对应的硬件设备，可以按照生产需要，对各类新型的智能控制仪器、设备、人机信息交互接口等进行配置。通过简单而又灵活的科学计算，能够展示出控制用户界面，即具有超准时，高效的同时执行数据处理功能，丰富的多功能操作屏幕，良好的保护设置，超级网络控制功能，各种报警控制功能，并可以构建出各种智能硬件设备。在引导和注册管理程序中都有同样的语言选择，并且具有很好的抗干扰能力。其前、后两面均得到较好的防护，可有效防止受到外部力量的破坏。利用接口软件，可以建立一种监测各种过程的管理系统，对多种工业控制作业都有很大的辅助作用。4.3.2SIENMENSHMI的通讯方法当进入了PC端的“开始菜单”模式（并触点键盘上的“桌面键+R键”），在显示出的“运行”界面中改动并OK设定，把运行的“网络连接”项显示连接本地寻址，右键单击后，选择属性，然后单击显示为本地网络连接属性的字段。”项，再次属性选择，确定它的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），重输255.255.255.0，默认网关（Defaultgateway）不用改动。比如下图。图4-3HMI寻找IP地址图4-4本地连接设置点击触摸屏上的相应的变量,使触摸屏可成功连接。4.4RobotStudio运行仿真4.4.1RobotStudio仿真软件的相关概述具有相对完备的Robotstudio模拟软件是一款具有非常强大的性能驱动的产品，可以将其与在软件系统中建立的3D模型数据进行组合，从而达到在实际生产现场进行装备运转的虚拟情景。同时，也有着一个非常庞大的发展资料库，能够让开发者更好地使用这些资料。同时，也为设计人员进行机械臂模拟程序的开发，提供了一种实用的软件。并能根据实际的生产需求，设置各种工位。同时，也要保证车辆在移动时，能够得到有效的防护，所以，车辆还具备了撞击监视、自动解析等多个性能指标。为支持不同的程序设计，开发者可以在脱机程序设计中进行程序设计，也可以在运行时进行程序设计。该程序使用联机式程序，能更好地适应各种不同的设计与使用要求。使用者可以在产品开发的外部进行程式编制与运作，也可以呼叫各种产品程式，设定它们，执行仿真的协助工作。另外，它还能建立、修改、编程多种主要的cad文件以及多种资料文件。除此之外，它还可以引入多种主流cad文件格式，进而提升产品的设计总体性能，减少开发投资的生产成本。在进入到模拟软件的主界面之后，点击“创建”，创建一个空的工作站，然后可以选择一个缺省的文件存放路径，这样就可以更容易地进行调用了，需要注意的是，不能使用中文的目录。图4-5仿真软件主界面需要为所设计的机器人选择合适的模型，有许多模拟系统的插件，可以将其与之匹配。图4-6仿真软件工作站界面在制作一个模拟机器人之前，首先要对它进行安装和配置，由于它是用模拟软件进行的，所以要手工制作，另外，还必须把它的语言选项换成中文，增加DeviceNet主/slave，以及建立I/O接口通信模块。按下“确定”按钮，已建立工作站。图4-7系统配置4.4.2Robotstudio仿真模拟效果实验根据上述描述的软件和硬件的结合仿真，在机器人控制的激光切割系统的一体化设计的基础上，这个仿真模拟调试是由三台机器人组成的，主要的内容有IRB2600模型机器人、上料机器人、变位机和移动下料机器。图4-8仿真激光切割机器总览图图4-9仿真机器人激光切割工作站如图所示，这是一个自动的激光切割台，可以有控制器来操作光纤激光切割机，按照预先确定的切割路径，对待加工的工件展开高温熔化切割作业。根据脉冲指令对工作台的传动轴进行角度的转换，当到达适当的位置后，机器人就会改变工作间隙，使裁断头按照工艺路线进行。如图所示，通过传输链，将进行切割加工的零件传送到规定的地方，在发动机旋转至传感器检测到位信号后，向外发出驱动信息，再由上料机器人对其进行空间姿态的变化，将其夹起并移动到变位机。图4-10仿真机器人上下料工作站当激光切削完成后，已被切削的零件会被传送到下一台，然后由一台可活动的机械臂将其装填好，之后将其放置在成品存储货架上，如果有下一道工序的要求，就可以从上面将托盘取下来，进行二次再加工。图4-11入库机器人工作站图4-12成品存储货架4.5运行结果及分析在将机器人系统的软硬件部分组装完毕以后，要对系统的配置展开对其稳定性的检验，可以在启动仿真软件的时候，对Robotstudio进行仿真调试，可以看到运行界面的安装按键，在选择开始的页面，点击启动模式，可以看到这个过程已经进行了几秒钟，直到运转的报警灯光变成了绿色，这表示PLC内部模拟量的输入。首先，由移动机械臂执行卸载作业要求，在确定为真空后，执行预定的满载动作，在较短的卸载间隔后，移动机械臂进行下一次卸载，并将已被处理的材料运送至另一次卸载工序。在此期间，若未探测到到位的模拟量，则，每隔几秒，便会发出一次警报，此期间，若未探测到到位的模拟量，则可进行警报重置，在排除了故障信息后，再选择启动，将刚才的已完成的操作的所有步骤都归位，即，返回加工原点。在第一步上料输送到了第二步，在此过程中，要对有工件物质到位的信息进行探测，然后下料机器人做好了充分的准备，对其进行空间姿势的调节，然后再将其放回到原来的地方。然后，再根据工艺流程的命令，对其进行持续的调节，将其放在加工位上，然后由变位机进行转动，将其作为一个固定的加零件，然后将其送到激光切割机器人工作站，然后再按程序对其进行调节，再按工艺的需要对其进行切割，对其进行持续的切割，当其满足了需要之后，光纤激光器就会停止并回到原位。在此期间，处理好的材料被移动机械臂处理，夹起摆放至码垛盘，接收指令回至机械原点，传输链传送加工件。往复循环上面的工艺流程，直至码垛盘放满，送至入库，最后由入库机器人重新转移至可存储物料生产位置。并重新回原点，整个系统继续重复上面流程，按下停止，系统不再运行。图4-13仿真机器人激光切割模拟图在上述的系统运行过程中，在系统运行到切割站点的激光切割器能够成功地完成对加工物进行切割的工作时，由光纤激光器发射高能光束，运动到被加工的部位，持续的对被加工物的表面进行辐照，按照计划的切割孔径，将其进行温度的熔融，从而达到对其进行的切割。在同一时间，通过近距离的强烈吹拂来清除表层的融化物，控制其电机，使得切割的孔路径保持连续，顺利地按照系统调用的切割子程序进行切割。第五章总结本论文是基于机器人控制的激光切割系统集成，它是以PLC控制的系统为中心，通过PLC输出模拟量命令，在各个机器人工作站之间展开通信，并按照流程来实现整个系统的正常工作，通过服务器的服务器来实现光纤激光器在工作站空间中对零件进行精准切割，在外部还可以通过HMI的呼叫工作方式，对有关的参数进行监测，进而在总体上使机器人控制的激光切割系统进行协调工作。在此基础上，提出了一种基于智能制造技术的智能制造技术。从总体工作方式来看，该系统主要分为：精密的空间和定位，以及由伺服执行机构完成的运动。除此之外，还要对光纤激光切割机展开控制，利用运动控制系统来构建上述的控制方式，从而让该系统能够平稳、和谐地工作，对加工的工件质量进行控制。在收集和编写这个题目的过程中，我学到了很多东西，例如，对SIEMENSPLCSIM进行了模拟，并了解了这个系统的运行方式。在对系统软件的设计的学习中，将其用于对系统模块进行控制，并构建了通讯连接，我还利用编程软件学会了PLC在运动控制系统中的有关应用方法，最终，该系统在进行了联机仿真模拟的同时，还能对其进行检测，因此，它在实现整体体系的同时，也得到了较大的收益。随着当前工业技术的