工业机器人系统集成 课件 第一章 工业机器人制造集成系统基础知识

1.1工业机器人系统集成现状情景导入人类文明进步和发展的标志：1、工具-机器人；2、文字-信息技术20世纪是计算机的时代；21世纪是机器人的时代。----比尔·盖茨机器人=自动化装置（AutomaticDevice)图1-1工业机器人

工业机器人简介图1-4码垛机器人

图1-2焊接机器人图1-3喷涂机器人图1-5装配机器人

工业机器人简介图1-6机器人应用领域

机器人系统集成应用工业机器人简介图1-7全球工业机器人发展历程

工业机器人简介图1-8ABB机器人工业机器人系统集成商处于机器人产业链的下游应用端，为终端客户提供应用解决方案，其负责工业机器人应用二次开发和周边自动化配套设备的集成，是工业机器人自动化应用的重要组成。只有机器人本体是不能完成任何工作的，需要通过系统集成之后才能为终端客户所用。+相较于机器人本体供应商，机器人系统集成供应商还要具有产品设计能力、对终端客户应用需求的工艺理解、相关项目经验等，提供可适应各种不同应用领域的标准化、个性化成套装备。从产业链的角度看，机器人本体（单元）是机器人产业发展的基础，而下游系统集成则是机器人商业化、大规模普及的关键。本体产品由于技术壁垒较高，有一定垄断性，议价能力比较强，毛利较高。而系统集成的壁垒相对较低，与上下游议价能力较弱，毛利水平不高，但其市场规模要远远大于本体市场。工业机器人系统集成图1-9模块化柔性智能制造工作站1、模块化2、柔性化3、智能化工业机器人系统集成模块化柔性智能制造工作站：ABB机器人、控制模块和综合教学模块。图1-10模块化柔性智能制造工作站知识回顾模块化与可重构化是现阶段机械架构发展的主要动向;工业机器人系统集成现状以智能制造技术为基础，在现有设备单元的基础上，结合工业机器人、视觉等设备，实现柔性化生产。选用工业以太网通讯方式完成设备端的控制和信息采集，增加MES系统完成对生产全流程的监控和优化，实现智能化生产。利用互联网将产品制造过程数据和设备运行状态数据上传到云服务器中存储，在确保身份信息验证正确的前提下可通过移动终端实现对云服务器中数据的实时访问。模块化与可重构化是现阶段机械架构发展的主要动向;THANKS1.2工业机器人集成技术情景导入图2-1IRB120工业机器人本体IRB120机器人是ABB第四代机器人系列的最新产品。IRB120具有敏捷、紧凑、轻量的特点，控制精度与路径精度俱优，是物料搬运与装配应用的理想选择。1、ABB工业机器人本体图2-2IRB120工业机器人本体机械手是工业机器人本体的主要组成部分，是由六个关节轴组成的六杆开链机构。CHL-DS-11智能制造单元系统的机器人本体为ABB-IRB120工业机器人，由J1～J6六杆开链机构组成，如图2-2所示。1、ABB工业机器人本体关节轴动作类型工作范围最大速度/（°/s）轴1旋转运动+165°～-165°250°/s轴2摆动运动+110°～-110°250°/s关节轴动作类型工作范围最大速度/（°/s）轴3摆动运动+70°～-110°250°/s轴4手腕动作+160°～-160°320°/s轴5弯曲动作+120°～-120°320°/s轴6转向动作+400°～-400°（默认值）420°/s表2-1关节轴的运动分析表图2-3工业机器人本体视图和极限工作范围2、控制柜表2-2控制柜接口及外部按钮图2-4控制柜组成序号接口/按钮名称序号接口/按钮名称A示教器电缆接口F力控制选项信号电缆接口B运动模式转换开关G主电源控制开关C紧急停止按钮H输入电源插口D复位与上电按钮I编码器电缆接口EIRB120工业机器人本体送刹车按钮J动力电缆接口3、IRC5控制器介绍及使用图2-5

输入针脚表2-3IRC5控制器内部接口/按钮名称序号接口/按钮名称序号接口/按钮名称A控制面板E驱动装置B主计算机F安全面板CI/O供电装置G驱动系统电源D电容H轴计算机4、示教器使用与设置图2-6ABB工业机器人示教器A、连接电缆B、触摸屏C、急停开关D、手动操作摇杆E、USB接口F、使能器按钮G、触摸屏用笔H、示教器复位按钮4、示教器使用与设置图2-7

示教器的拿法4、示教器使用与设置图2-8示教器主菜单界面序号选项名称功能说明1HotEdit用于设置程序模块下轨迹点位置的补偿2输入输出用于设置及查看I/O视图3手动操纵用于更改动作模式设置、坐标系选择、操纵杆锁定及载荷属性；也可用于显示实际位置4自动生成窗口用于在自动模式下，直接调试程序并运行5程序编辑器用于建立程序模块及编程调试6程序数据用于选择编程时所需程序数据的窗口，查看并配置变量数据7备份与恢复用于备份和恢复系统8校准进行转数计数器和电机校准，用于机械零点的校准9控制面板用于对示教器进行相关设定，并对系统参数进行配置10事件日志用于查看系统出现的各种提示信息11资源管理器用于管理系统资源、备份文件等12系统信息用于查看控制器属性及硬件和软件相关信息13注销用于退出当前用户权限14重新启动用于重新启动系统表2-4主菜单各选项功能说明5、工业机器人的手动操作图2-9

工业机器人的运动模式对于ABB工业机器人而言，工业机器人的手动操作模式一共有3种：单轴运动、线性运动和重定位运动，如图2-9所示。5、工业机器人的手动操作图2-10

切换工业机器人状态图2-11

确认手动操作模式6、工业机器人系统备份及恢复表2-5

输入针脚文件夹内容描述Backinfo包含要从媒体库中重新创建系统软件和选项所需的信息Home包含系统所有主目录中的内容和副本RAPID系统程序存储器中的每个任务创建的一个子文件夹，任务文件夹包含单独的程序模块文件夹和系统模块文件夹Syspar包含系统配置文件系统备份的目的为防止操作人员误删工业机器人系统文件，通常在在工业机器人进行操作前先将工业机器人系统备份。备份对象是所有正在系统内存运行的PAPID程序和系统参数。当工业机器人系统无法启动或安装新系统时，可以利用已备份的系统文件进行恢复，备份系统文件具有唯一性，即只能将备份系统文件恢复到原来的工业机器人中，以防造成系统冲突等故障。6、工业机器人系统备份及恢复图2-12

系统恢复界面图2-13

等待系统恢复完成界面7、ABB工业机器人坐标系介绍图2-14

坐标系对于ABB工业机器人而言，为确定其位置和姿态而在工业机器人或空间上建立的位置指标系统称为坐标系。坐标系通过一个固定点（原点O）和轴来定义平面或空间，如图2-51所示，其中X轴，Y轴和Z轴为该坐标系的三个坐标轴。工业机器人的姿态和位置通过沿坐标系轴的测量来距离定位。工业机器人具有若干个常用坐标系，每一个坐标系都适用于特定类型的微动控制或编程。知识回顾通过本小节的学习，我们了解了ABB工业机器人本体、控制柜、IRC5控制器、示教器、工业机器人的手动操作、工业机器人系统备份及恢复、ABB工业机器人坐标系等知识。THANKS1.3PLC逻辑控制系统集成技术情景导入本章知识点1、PLC概述2、PLC组成3、PLC硬件和软件结构4、PLC梯形图绘制1、PLC概述早期的可编程序控制器只具有逻辑运算的功能，人们称之为可编程序逻辑控制器（ProgrammableLogicController）,缩写为PLC。随着微电子技术和集成电路的发展，特别是微处理器和微计算机的迅速发展，可编程序控制器具有了自诊断功能，可靠性有了大幅度提高。国外工艺界在1980年正式命名为可编程序控制器（ProgrammableController）,缩写为PC。为了和个人计算机(PersonalComputer)区分，一般仍把可编程序控制器缩写为PLC。图3-1PLC1、PLC概述表3-1通讯模块集成工艺高速输入SIMATICS7-1200控制器带有多达6个高速计数器。其中3个输入为100kHz，3个输入为30kHz，用于计数和测量。高速输出SIMATICS7-1200控制器集成了两个100kHz的高速脉冲输出，用于步进电机或控制伺服驱动器的速度和位置。这两个输出都可以输出脉宽调制信号来控制电机速度或加热元件的占空比。存储器用户程序和用户数据之间的可变边界可提供最多50KB容量的集成工作内存。同时还提供了最多2MB的集成装载内存和2KB的掉电保持内存。SIMATIC存储卡可选，通过它可以方便地将程序传输至多个CPU。信号模块

多达8个信号模块可连接到扩展能力最高的CPU，以支持更多的数字和模拟量输入/输出信号。1、PLC概述图3-2PLC扫描工作方式PLC工作工程实际上周而复始地执行读输入、执行程序、处理通信请求、执行CPU自诊断和写输出地扫描过程。1)）读输入扫描过程2)执行程序3)与网络通信的扫描过程4)自诊断扫描过程5)写输出扫描2、PLC组成图3-3PLC组成3、PLC硬件和软件结构图3-5远程I/O模块1、中央处理器2、储存器3、输入、输出接口4、电源5、扩展接口6、通信接口7、智能I/O接口8、智能单元9、其他部件图3-4PLC工作流程3、PLC硬件和软件结构图3-6博图软件我们在使用传统软件设计系统时，往往是编辑PLC程序需要一款软件，编辑HMI控制界面需要一款软件，配置现场设备（比如变频器）还需要一款软件，而各部分却需要紧密联系才能构成一个完整的控制系统。这时候如果使用一款统一的软件完成上述所有的工作，将非常有益于整个系统的构建。4、PLC梯形图绘制图3-7梯形图程序如何判断梯形图程序是否合理梯形图4、PLC梯形图绘制图3-8梯形图示例程序知识回顾图3-9S7-1200PLC本小节我们通过学习了解了PLC，知道了PLC概述、PLC组成、PLC硬件和软件结构、PLC梯形图绘制等知识对我们日后使用S7-1200这款PLC打下了良好的基础。1）自上而下、从左到右，每个继电器线圈为一个逻辑行，即一层阶梯。每一个逻辑行起于左母线，然后是触点的连接，最后终止于继电器线圈或右母线。2）一般情况下，在梯形图中某个编号继电器线圈只能出现一次，而继电器触点（常开/常闭）可重复出现。3)在一个逻辑行上，串联触点多的支路应放在上方，如果将串联触点多的支路放在下方，则语句增多，程序变长。THANKS1.4机器视觉系统集成技术情景导入图4-1机器视觉系统1、机器视觉概述图4-2机器视觉系统工作方式1)图像采集单元2)图像处理单元3)图像处理软件4)网络通讯设置2、机器视觉的组成图4-3机器视觉系统的构成2、机器视觉的组成图4-7显示器图4-4相机镜头图4-6连接线图4-5FH控制器图4-8CCD相机图4-9光源系统2、机器视觉的组成图4-10机器视觉系统的构成视觉系统功能根据设备功能需求采用欧姆龙FZ-SC彩色CCD相机，结合欧姆龙FH-L550处理器对六自由度工业机器人抓取的物体进行视觉识别。3、视觉系统软件图4-11视觉系统操作界面

欧姆龙视觉软件FZ-PanDA4、控制器与机器人通信介绍图4-12视觉通讯工作流程视觉系统通信工作流程5、视觉辅助系统介绍图4-13光源机器视觉系统的核心是图像采集和处理。所有信息均来源于图像之中，