智能制造技术与数字化工厂 课件 第二章 智能制造控制技术

第2章智能制造控制技术CONTENTS目录2.1可编程控制技术1.可编程控制器概述ProgrammableController，简称PC，后来为了与个人计算机（PersonalComputer，简称PC）相区分，在行业中多称为ProgrammableLogicController，即可编程逻辑控制器，简称PLC。

现代工业自动化的三大支柱（PLC、机器人、CAD/CAM）之一。在早期，主要用于替代继电器-接触器的逻辑、顺序控制。目前，PLC已被广泛应用于各种生产机械和生产过程的自动控制。2.国际电工委员会（IEC）对可编程控制器的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。简称PLC3.可编程控制器的特点（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）灵活性强，控制系统具有良好的柔性；（3）编程简单，使用方便；（4）控制系统易于实现，开发工作量少，周期短；（5）维修方便；（6）体积小，能耗低；（7）功能强，性价比高。4.可编程控制器的基本结构

5.可编程控制器的工作流程6.可编程控制器的扫描过程7.可编程控制器的功能控制功能逻辑控制定时控制计数控制顺序控制7.可编程控制器的功能运动控制及数据处理数学运算功能数据处理位置控制速度控制7.可编程控制器的功能过程控制A/D转换D/A转换PID控制7.可编程控制器的功能PROFIBUSDPPROFIBUSPA(Ex)PROFIBUSPA通信、联网功能7.可编程控制器的功能人机界面功能7.可编程控制器的功能编程、调试等不同品牌的PLC使用相应的编程软件，通过复杂程度不同的手持、便携和桌面式编程器、工作站和操作屏，进行编程、调试、监视、试验和记录，并通过打印机打印出程序文件。

STEP7ProToolMPIcable有MPI接口的PG或PC新一代可编程逻辑控制器--PLCnextPLCnext除了支持传统的IEC61131编程语言，还支持数据库、Matlab、Python、C++、Java等高级语言。远程在线监测工业大数据汇总分析故障预诊断资源优化.1.PLCnext的接口2.PLCnext支持IEC61131编程3.PLCnext支持C++编程4.PLCnext支持Simulink模型文件导入5.PLCnext支持Python编程小结本节讲述了可编程控制器的结构、原理、功能，并介绍菲尼克斯的新一代PLC—PLCnext的丰富接口及高级语言编程应用，下一节介绍工业机器人技术。谢谢收看！CONTENTS目录2.2工业机器人技术CONTENTS目录2.2.1工业机器人概述(1)可编程。生产自动化的进一步发展是柔性自动化。工业机器人可随其工作环境变化的需要而再编程，因此它在小批量多品种具有均衡高效率的柔性制造过程中能发挥很好的功用，是柔性制造系统中的一个重要组成部分。(2)拟人化。工业机器人在机械结构上有类似人的行走、腰转、大臂、小臂、手腕、手爪等部分，在控制上有电脑。此外，智能化工业机器人还有许多类似人类的“生物传感器”，如皮肤型接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器、语言功能等。(3)通用性。除了专门设计的专用的工业机器人外，一般工业机器人在执行不同的作业任务时具有较好的通用性。比如，更换工业机器人手部末端操作器（手爪、工具等）便可执行不同的作业任务。

机器人是集机械、电子、控制、传感、人工智能等多学科先进技术于一体的自动化装备。自1956年机器人产业诞生后，经过近60多年发展，机器人已经被广泛应用在装备制造、新材料、生物医药、智慧新能源等高新产业。机器人与人工智能技术、先进制造技术和移动互联网技术的融合发展，推动了人类社会生活方式的变革。工业机器人最显著的特点有如下几个1.工业机器人定义及特点(4)智能化。安装多种类型的传感器，如皮肤接触传感器、力传感器、负载传感器、视觉传感器、声觉传感器等，提高了机器人对周围环境的感知和适应能力，结合人工智能算法的应用使机器人具有不同的智能功能。2.工业机器人的分类机器人有很多种分类方法，目前还没有统一的机器人分类标准，本节按机器人的应用环境、驱动方式、坐标系特点进行分类。工业机器人特种机器人按应用环境不同服务机器人水下机器人娱乐机器人军用机器人农业机器人机器人化机器面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。根据机械结构分类串联机器人并联机器人并联机器人的定义：动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机器人。串联机器人：是开式运动链，它是由一系列连杆通过转动关节或移动关节串联而成。关节由驱动器驱动，关节的相对运动导致连杆的运动，使手爪到达一定的位姿。◆液压驱动式由油缸、油马达、电磁阀、伺服阀、油泵等组成驱动系统，抓举能力大◆气压驱动式驱动系统通常由气缸、气阀、气罐和空气压缩机等气动元件组成，抓举能力低◆电机驱动式驱动电机一般采用步进电机、直流伺服电机以及交流伺服电机按驱动方式不同混合驱动按坐标系分类工业机器人的结构形式直角坐标系圆柱坐标系球面坐标系关节坐标系按坐标系分类y工业机器人的结构形式z直角坐标系x圆柱坐标系球面坐标系

关节坐标系直角坐标机器人具有空间上相互垂直的多个直线移动轴，通过直角坐标方向的3个独立自由度确定其手部的空间位置，其动作空间为一长方体。直角坐标机器人的工作空间示意图θ按坐标系分类r工业机器人的结构形式x直角坐标系圆柱坐标系球面坐标系

关节坐标系柱面坐标机器人主要由旋转基座、垂直移动和水平移动轴构成，具有一个回转和两个平移自由度，其动作空间呈圆柱形。圆柱坐标机器人的工作空间示意图按坐标系分类β工业机器人的结构形式rθ直角坐标系圆柱坐标系球面坐标系

关节坐标系球面坐标机器人空间位置分别由旋转、摆动和平移3个自由度确定，动作空间形成球面的一部分。球面坐标机器人的工作空间示意图按坐标系分类工业机器人的结构形式φ直角坐标系θ圆柱坐标系球面坐标系

关节坐标系垂直多关节机器人模拟人手臂功能，由垂直于地面的腰部旋转轴、带动大臂、小臂旋转的肘部旋转轴以及小臂前端的手腕等组成，手腕通常有2~3个自由度，其动作空间近似一个球体。垂直关节坐标机器人示意图zω2ω1按坐标系分类工业机器人的结构形式ω3直角坐标系圆柱坐标系球面坐标系

关节坐标系水平多关节机器人结构上具有串联配置的两个能够在水平面内旋转的手臂，自由度可依据用途选择2~4个，动作空间为一圆柱体。水平多关节机器人的工作空间SCARA机器人3.工业机器人的组成4.机器人系统组成及各部分之间的关系5.工业机器人的主要技术参数（1）

自由度（Degree

of

freedom）

：自由度是机器人的一个重要技术指标，它是根据机械原理，机构具有确定运动时所必须给定的独立运动参数的数目，分为刚体自由度和机器人自由度。手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在内。通常作为机器人的技术指标，反映机器人动作的灵活性，可用轴的直线移动、摆动或旋转动作的数目来表示。目前，焊接和涂装作业机器人多为

6

或

7

自由度，而搬运、码垛和装配机器人多为

4~6自由度。目前，工业机器人的重复精度可达±

0.01~

±0.5mm

。依据作业任务和末端持重不同，机器人重复精度亦不同。（2）

额定负载 也称持重。正常操作条件下，作用于机器人手腕末端，不会使机器人性能降低的最大载荷。目前，使用的工业机器人负载范围可从

0.5kg直至

800kg。（3）

工作精度包括机器人定位精度、重复定位精度和分辨率。工业机器人典型行业应用的工作精度作业任务—额定负载（

kg）重复定位精度（

mm）搬运5~200±0.2~±

0.5码垛50~800±

0.5点焊50~350±0.2~±

0.3弧焊3~20±0.08~±

0.1喷涂5~20±0.2~±

0.5装配2~5±0.02~±

0.036~10±0.06~±

0.0810~20±0.06~±

0.1（4）

工作空间也称工作范围、工作行程。工业机器人执行任务时，其手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能掠过的空间，一般不包括末端操作器本身所能到达的区域。目前，单体工业机器人本体的工作范围可达3.5

m

左右。（5）