基于工业机器人的自动上下料系统设计

基于工业机器人的自动上下料系统设计摘要本文针对现代制造工业行业中，汽车加工制造业等企业进行大规模大批量生产钣金冲压加工零件方面应用人力进行加工是效率极其低下且需要大量生产劳动力的行业，为此设计一个基于工业机器人的钣金冲压自动化上下料系统，能高效提升企业生产效率和节省企业用人成本，这为市场化竞争激烈的当下，提升的生产效率和节约下来的人工成本，将转换成该公司的价格优势，从而该企业在市场化竞争中脱颖而出，收获市场大量的占有率。在robotstudio上设计一套基于ABB工业机器人采用PLC控制的自动上下料系统，robotstudio是一款由ABB集团研发生产的计算机仿真软件，其强大的离线编辑功能使得工程师不在现场也能编辑和调试机器人程序，这也是其优点，可以避免现场操作失误从而产生不必要的后果。本文针对机械手的设计，选型了直线导轨以及气缸。再机械机器人的选型，然后在robotstudio上搭建工作站以及机器人的示教编程，再进行PLC设计和触摸屏的选择。最终完成了一套基于ABB工业机器人自动上下料系统的设计。关键词：robotstudio；钣金冲压；ABB工业机器人；自动上下料系统；PLC

目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论 11.1研究背景 11.2研究意义 11.3研究方法与技术路线路线 12末端执行器方案设计 22.1末端执行器的作业背景及分析 22.2末端执行器零部件的选择 42.2.1直线导轨的选择 42.2.2夹具气缸的选择 52.3末端执行器的设计 73钣金冲压自动上下料工作站控制系统的设计 93.1自动上下料工业机器人的选型 93.2自动上下料工业机器人工作站的搭建 103.2.1Robotstudio介绍 103.2.2自动上下料工作站结构 103.2.3工作站的搭建 113.2.4Smart组件的设置与机器人I/0信号的规划 114自动上下料工作站程序设计 164.1自动化上下料系统程序初步设计 164.2自动化上下料系统程序设计 175工作站控制系统的搭建 195.1博图V15.1软件简介 195.2自动上下料系统PLC控制程序设计 195.3自动上下料系统触摸屏界面的搭建 245.4控制系统电气连接设计 256自动上料工作站控制仿真 266.1在robotstudio上对工作站流程仿真 266.2PLC进行自动上料控制仿真 28总结 30参考文献 31

1绪论1.1研究背景工业机器人的钣金冲压自动上下料系统是集机电液为一体的自动化机械设备，其涵盖了机械、液压技术，而且还囊括了电气控制技术，其应用领域广泛，是现代工厂机械加工生产的主要技术和现代工业生产发展的新产业，在未来发展生产加工和社会方面发展中越来越扮演着重要的角色。工业自动化生产技术包含了机械原理、机械制造原理、控制原理、人工智能、计算机技术原理、传感器原理、电机技术原理等多门学科的现代化技术，是现代工业研究最为广泛的新产业，其采用自动上下料系统进行工件输送，这也使得其可以使工件准确定位，减低工件之间产生的定位误差，这可以大大能降低劳动工人的劳动强度，改善劳动工人的劳动环境，保障劳动工人的人身安全，降低劳动力产生的经济成本，并且可以节省工业加工原料，使得加工产品的质量和效率有着显著的提高，这对市场竞争中的企业来说起着不可或缺的重要作用。自动上下料系统跟计算机刚刚诞生时候一样，正日益广泛的影响着人类的生产、工作和生活方式，相信在以后人类社会产生生活中将成为不可或缺的存在。1.2研究意义工业自动化上下料系统是工业生产自动化生产线的基础，也是工业自动化生产线最为核心的一部分，其自动化程度决定着整条自动化生产线的自动化程度，为多台单工序加工机床自动化生产线研究与开发做好了基础工作，在整个工业自动化生产中充当着人类手臂的作用，即可以替代人类劳动力的手臂，让工业生产朝着更加自动化，智能化以及安全化的方向去发展。针对我国工厂现阶段普遍存在的招工难、效率低，劳工工资上涨，安全生产事故频发等问题，在基础零件的加工上，研发设计一款工业机器人自动上下料系统，实现对某些单一工序的加工零件进行自动化生产，实现高效快速自动化的生产。从根本上解决上述工厂招工难，效率低，劳工工资上涨，安全事故频发等问题，也可以解决国外对于一些基础零部件垄断的局面，提高我国在相关领域的技术高度。这个课题具有显著的经济效益以及社会效益，对企业，对社会，对国家都有很大的帮助。1.3研究方法与技术路线路线钣金冲压上下料控制系统是一项多学科交叉的综合性课题，它涉及到机床工艺学、上下料机械技术、液压技术，传感器技术、信息理论和控制理论、计算机技术和测试技术，需要学习多门基础知识从而配合本门课程的完成。除了对一些专业课的学习，为了能够顺利完成本课题的设计，这段时间还进行了以下一些方面的准备：（1）进行实际生产调研，深入了解观察上下料系统和铣床的工作过程，了解生产工艺和加工过程，并记录实际上下料系统相关的信息；（2）查阅浏览有关的技术文献，了解上下料工艺、原理、实际工况，找出现有上下料系统中存在的问题及需要改进的部分；（3）确定上下料系统控制方案，为搭建上下料模拟试验台的设计做准备；（4）上下料机械系统和液压系统的研究；（5）上下料控制系统的设计；（6）上下料控制系统硬件设计和调试；（7）上下料控制系统软件设计和调试；（8）通过实验的方法验证上下料控制系统的性能和控制系统的合理性，提出改进意见；（9）进行生产实验，并进一步改进，最后投入生产使用。2末端执行器方案设计2.1末端执行器的作业背景及分析通常的机械手可分为三种，其分别为夹持式，吸附式和托持式，由于所夹持的为不规则形状，其大致尺寸为25*10*30且质量为5kg的半成品工件，3D图如图2.1。图2.1半成品工件上料工业机器人中所应用的机械夹持式末端执行器多为双指头爪式，如果按手指的运动来分可以分为平移型和回转型。若按照机械夹持方式来分可以分为外夹式和内撑式，若按照机械结构特性来进行分类的话，可以分为电动（电磁）式、液压式与气动式，以及他们相互的组合。气吸式机器人末端执行器利用吸盘内产的负压产生的吸力来吸住并移动工件。吸盘就是用的软橡胶或者是塑料制成的皮碗中形成的负压来吸住工件。此种机器人末端执行器适用于吸取大而薄、刚性差的金属或木质板材、纸张、玻璃和弧形壳体等作业零件。根据应用场合不同，末端执行器可以做成单吸盘、双吸盘、多吸盘或特殊形状的吸盘。按形成负压的方法有以下几种方式：挤压式吸盘、气流负压式吸盘、真空泵排气式吸盘。（1）挤压式吸盘挤压排气式吸盘靠向下挤压力将吸盘中的空气全部排出，使其内部形成负压状态然后将工件吸住。有结构简单、重量轻、成本低等优点。但是吸力不大，多用于序曲尺寸不太大，薄而轻的工件。（2）气流负压式吸盘气流控制阀将来自气泵中的压缩空气自喷嘴喷入，形成高速射流，将吸盘内腔中的空气带走从而使腔内形成负压，然后吸盘吸住物体，如若作业现场有压缩空气供应使用这种吸盘比较方便，且成本低。（3）真空泵排气式吸盘真空泵排气式吸盘利用电磁控制阀将真空泵与吸盘相联，当控制阀抽气时，吸盘腔内的空气被抽走时，形成腔内负压从而吸住物体。反之，控制阀将吸盘与大气联接时，吸盘会失去吸力从而松开工件。真空泵式吸盘的吸力主要取决于吸盘吸附面积的大小以及吸盘内墙的真空度（指内q腔空气的稀薄程度）。这种吸盘的工作可靠，吸力较大，但是需要配备真空本泵以及气流控制系统，费用较高。机械夹持式直杆式双气缸平移夹持器的结构夹持器指端安装在装有指端安装座的直杆上，当压力气体进入单作用式双气缸的两个有杆腔时，两活塞向中间移动，工件被夹紧；当没有压力气体进入时，弹簧推动两个活塞向外伸出，工件被松开。为保证两活塞同步运动，在气缸的进气路上安装分流阀。上下料装配工作站采用的是此种末端执行器。下图2.2为末端执行器的俯视图，图2.2末端执行器俯视图①夹具的夹持板、②夹具的盖板、③滑动导轨、④气泵安放位置夹具主要有驱动部分跟导向部分，驱动部分采用气泵驱动，由于采用导轨作为导向部分，所以夹持板的运动方式为直线运动，所以采用气缸作为动力源在做功效率上比电机驱动做功效率更高。本设计中抓取的产品是半成品零部件，从零部件的外形特点出发，展开机器人末端部件的设计工作，充分涉及到启动、传感器以及机械部件等。此类型夹具要求底板与机器人端部达到稳定的连接状态，两个气缸同步运行分别实现对手爪的控制，在气缸上增设了一个传感器装置，以便实现对抓手状态的检测，看其是松开还是夹紧。在两只手爪的辅助下，可以完成对半成品抓取操作，整个运行过程中效率高，所需的时间较短。2.2末端执行器零部件的选择2.2.1直线导轨的选择（1）直线导轨选择的要求①可靠性高，保证在恶劣的工作环境中也能保持良好的工作性能。对安装面要求低，更简单的安装以及适应面更多的安装面。受力方向较多要承受三个方向的负荷以及两个方向的转矩。成本低、使用寿命长，每个产品想要在投入市场，基本上都要求成本足够低，使用寿命足够长。（2）直线导轨安装在机械夹具中，要求可靠性高，且寿命长，从而使得整个夹具的使用寿命增加，我们使用时可以根据负荷大小来选择导轨的具体型号，直线导轨受力方向：主要受到工件向下的力矩以及夹具本身向下的重力。直线导轨选择选用LSH20HN2X200S0AN-M6其三视图图下：图2.3直线导轨主视图图2.4直线导轨俯视图图2.5直线导轨左视图表2.1直线导轨尺寸参数表HH1FYCC1AB30.0mm4.3mm44.0mm12.0mm76.5mm52.1mm36.0mm32.0mmKDMNTT1GH26.5mm12.6mmM5x0.86.0mm0.0mm0.0mm20.0mm17.5mmPQUH360.0mm9.5mm5.8mm8.5mm2.2.2夹具气缸的选择（1）气缸的选择基本要求①可靠性高，保证在恶劣的工作环境中也能保持良好的工作性能。②价格低且寿命高，在高强度的工作环境中，要求气缸的使用寿命长，才能保证工厂车间的高强度生产需求。③结构气密性良好，避免出现漏气等气密性不好的情况④耐高温性，在高强度的工作条件下，气缸因为摩擦出现发热等现象，就要求气缸要有较高的工作温度。工件重力为5kg，气缸在夹具中为水平安放，固气缸受到的径向力几乎可以忽略不记，因此可将气缸受力简化成仅受到轴向力的作用，只需要求得气缸受到轴向力的大小既可以确定气缸的参数型号。轴向力的计算：F=μG（2-1）μ：工件与夹板间的摩擦系数，取0.2G:工件的重力工件的重力G为50N，则通过计算可知F=0.2*50N=10N，由于实际工作中，气缸输出值要比计算值大，所以气缸理论输出力F0=20N.气缸的缸径的确定。根据网上的实际的气缸我们选择内径为32mm的单杆单作用标准气缸，其型号为SC50x25(000)+()，下图为分别气缸的主视图跟左视图：图2.6气缸主视图图2.7气缸的左视图表2.2气缸尺寸参数表ABCDEFGH150.0mm57.0mm93.0mm38.0mm42.0mm15.0mm27.5mm32.0m’mIJKLMNOP23.0mm8.0mmM16x1.5M6x19.5mm17.0mm1/48.5mmQRSTVWZ2.5mm10.0mm62.0mm47.0mm20.0mm17.0mm-2.3末端执行器的设计经过前面的设计与分析，机器人末端执行器主要用到的一些零部件已经选型好了，剩下的还有设计夹具的外壳以及能装直线导轨和末端执行器的气缸的零件，因此需要为夹具出一整套的外壳等零部件。为了让气缸能带动夹具动作，还要给给气缸设计了一套底座与夹具的夹爪进行连接，如下图所示：图2.8气缸限位支座图2.9限位支座与导轨之间的板图2.10导轨与支座配合设计限位支座与气缸进行连接，起到固定气缸的作用，再让限位支座与直线导轨进行连接，从而达到可以直线位移的效果，可以让气缸进行来回进行活塞运动，从而可以将气缸的提供的能量转换成夹具来回运动的动力能，再用来夹紧物体，这样就可以达到抓取物品的效果。夹具其他部分如图所示：图2.11整个夹具的固定安装板图2.12夹具盖板图2.13夹具效果图末端执行器的模型已经建立完成，需要建末端执行器的模型导入软件中。打开robotstudio6.08，点击【导入几何体】将已经在solidworks建模好的夹具导入robotstudio6.08中，建立工具坐标，让系统感知到夹具所在位置，随后将夹具安装到机器人中，下图为夹具安装到机器人的效果图。图2.14夹具与机械手配合图3钣金冲压自动上下料工作站控制系统的设计3.1自动上下料工业机器人的选型这里选用IRB2600机器人来当整个自动化工作站动力机器人，虽然要加工的目标工件质量只有5kg，而IRB2600的有效载荷区间为12-20kg，但是要考虑到夹具本体也是有一定质量，也需要机器人提供动力，也算是机器人的载荷之中，所以综合考虑选型IRB2600。IRB2600是一款专用的高性能机器人，适用于精度要求非常苛刻的加工应用工艺，它有一系列不同配置，能够贴合各类应用需求，尽可能提高弧焊、加工、上下料等应用的生产效率。该系列所有型号均可采用倒置安装。IRB2600采用紧凑型设计，易于安装。结构坚固耐用，零部件数量已减至最少，可靠性高、维护间隔时间长。IRB2600机器人有效载荷选项在12-20千克之间，最大可达1.65米，路径精度和位置可重复性（RP=0.06mm），ABB独特的机器人运动控制优化了加速和减速，从而缩短了循环时间耐高压蒸汽清洗，环境适应性极强，防护等级达到IP67标准。ABBIRB2600机器人的控制器称为IRC5控制器，IRC5控制器包含一下部件：主电源、计算机供电单元、计算机控制模块（计算机主体）、输入/输出板、Customerconnections(用户连接端口)、FlexPendant接口（(示教盒接线端)、轴计算机板、驱动单元(机器人本体、外部轴)。IRB2600相关的配置如表3.1。表3.1机器人相关参数型号工作区域有效载荷手臂载荷IRB2600-12/1.651.651215轴数6轴防护标准IP67，可选铸造专家2型安装方式落地、壁挂、支架、斜放置、倒置物理参数机器人底座大小676*511机器人高度1582mm机器人重量272-284kg重复定位精度（RP）0.06mm重复循环进度(RT)0.13mm工作运动参数轴运动工作范围最高速度轴1旋转+180°至-180°175°/s轴2手臂+165°至-95°175°/s轴3手腕+75°至-180°175°/s轴4旋转+400°至-400°360°/s轴5弯曲+120°至-120°360°/s轴6回旋+400°至-400°360°/s电源电压200V-260V、50Hz-60Hz3.2自动上下料工业机器人工作站的搭建3.2.1Robotstudio介绍ABBRobotStudio是优秀的计算机仿真软件。RobotStudio软件是ABB公司专门开发的工业机器人离线编程软件，顾名思义，借助RobotStudio离线编程软件，可在不影响生产的前提下执行培训、编程和优化等任务，如同将真实的机器人搬到了PC机中。在实际生产中，其还对生产有风险降低、投产更迅速、换线更快捷、生产效率提高等好处。为帮助使用者提高生产率，降低购买与实施机器人解决方案的总成本。在一个机器人系统方案设计的初期，使用者可以在RobotStudio上构建虚拟的工作站，先进行设计和试运行，以避免直接用实体机器人直接进行工作站的方案设计与使用时，因使用不当而损坏机器人。使用者还可以利用RobotStudio来确认机器人能否到达该工作站的所有编程位置，并完善工作站中机器人的运动编程设置。3.2.2自动上下料工作站结构工作站总览由图3.1可见，主体机器人为IRB2600;码垛机器人夹具、物料模型由Solildwork绘制而成,由于本设计是工作站的搭建，设计solidwork的具体流程将不过多叙述;其中上料传送带、下料传送带、控制柜、安全围栏均来自RobotStudio自带的模型库。其中夹具要为其添加工具属性并创建工具坐标，让它可以被RobotStudio识别为工具，并将其安装至机器人的法兰盘上，使其能正常工作。安全围栏、控制柜、仅作为固定模型，不参加仿真。图3.1工作站3.2.3工作站的搭建第一步:将机器人固定在底座上，然后修改机器人的本地原点，使其固定。第二步:打开机器人的工作范围判断机器人的工作区间，将两个用于存放物料的托盘放置于工作区间之中。第三步:使用RobotStudio自带的模型库中，选取两个输送链模型放置在机器人的工作区间之中，一个是上料传送带，一个是下料传送带。到目前为止，已经完成了工作站初步的硬件部分的搭建了。机器人的工作区间及设备的搭建位置如图3.2所示。图3.2机器人的工作区间及设备的搭建位置3.2.4Smart组件的设置与机器人I/0信号的规划（1）创建上料传送带来进行产品源的输送使用Robotstudio软件，在“菜单-基本-导入模型库-设备-输送链Guide设备”创建好一个输送链Guide设备模型，重命名为“传送带”，由于系统为自动上下料系统，所以就需要有两个传送带，一个送料到代加工区，一个是将加工好的工件传送出去，或者传送到下一个加工工序的代加工区，传送带如图3.3所示。图3.3传送带使用“菜单-建模-导入几何体-浏览几何体-找到对应的加工工件产品”，使用捕位置设定把它的位置设定到半成品的输送机上，重命名为“工件”。为了防止加工工件在传送带上发生位移，特此在半成品传送带上添加了两块定位板，以及两个气动辅助定位器，可见图3.4。图3.4放到传送带上的工件在菜单栏建模中使用“smart组件”，创建一个新的smart组件，重命名为“SC_传送带”如图3.5所示。图3.5SC_传送带添加组件“仿真脉冲SimulationEvents组件”“拷贝source组件”、“队列queue组件”、“平面传感器planesensor组件”、“直线移动LinearMover组件"、“逻辑非运算LogicGate_2[not]组件”使其能够完成SC_传送带的正常运行。将其各组件参数设置如图3.6所示图3.6SC_传送带各组件参数设置此时我们还需要设置上料传送带的控制smart组件里的I/0设置，即可完成传送带控制的smart组件的置如图3.7所示。图3.7传送带I/O配置【source】组件用于拷贝到进来的代加工工件，使其能源源不断在工件传送源拷贝出工件。【LinearMover】组件用于工件在传送带上的直线运动仿真，使得工件能够在传送带上运动到等待夹取工件的区域，【planesensor】组件用于检测工件是否到达指定位置，要是工件运动到指定位置，则发送指定信号，让上料传送带运动指令停止，【LogicGate_2[not]】用于逻辑非运算，设定工件一个延迟10s，每经过10s，就做一次逻辑非运算，使得整个工件传送的动作得以实现，完成一套流程后向外发出一个do1（0）的输出信号。SC_传送带的设计逻辑图如图3.8所示：图3.8传送带逻辑图完成上面的流程，工件将到达指定位置停止下来等待机器人夹取时，这时传送带末端的两个气缸定位器将收到do1（0）的信号，气缸打开，给工件进行定位，然后经过0.5s的延迟，两个定位气缸又将收回初始状态，其设计逻辑图如图3.9所示：图3.9定位气缸逻辑图（2）机器人末端夹具设置导入在solidwork中绘制的夹具，在菜单栏中使用“smart组件”，创建一个新的smart组件，重命名为“夹具”，设置一个传感器“lineSensor组件”来判断夹具是否达到需要夹取的物料位置,并通过捕捉一个点来确定传感器的位置，调整好位置后进行设置。添加一个“Attacher组件”和一个“Detacher组件来完成夹具的夹取和放下两个动作。添加一个逻辑非运算“LogicGate组件”完成夹具动作的取反。夹具smart组件的动作完成所需组件如图3.10所示。图3.10夹具smart组件（3）加工机床的动作设计冲床就是一台冲压式压力机。在国民生产中，冲压工艺由于比传统机械加工来说有节约材料和能源，效率高，对操作者技术要求不高及通过各种模具应用可以做出机械加工所无法达到的产品这些优点，因而它的用途越来越广泛。冲压生产主要是针对板材的。通过模具，能做出落料，冲孔，成型，拉深，修整，精冲，整形，铆接及挤压件等等，广泛应用于各个领域。本系统中用到的冲床为J23-40，导入冲床的模型后在菜单栏中使用“smart组件”，创建一个新的smart组件，重命名为“SC_机床”，添加两个“LogicGate组件”逻辑非组件，四个“PoseMover”姿势动作指令分别给两台冲床的上胎面定义收回跟冲压动作，每次收到di输入指令时，冲床将进行一次冲压再抽回的往返动作。冲床的smart组件如图3.11所示图3.11冲床smart组件按照上面想法，我们需要对“SC_机床”中的I/O信号以及I/O信号连接进行配置，如图3.12所示图3.12SC_机床I/O信号配置（3）创建下料传送带来进行产品源的输送使用Robotstudio软件，在“菜单-基本-导入模型库-设备-输送链Guide设备”创建好一个输送链Guide设备模型，重命名为“下料传送带”同上料传送带一样。在菜单栏建模中使用“smart组件”，创建一个新的smart组件，重命名为“SC_下料”,添加一个“LineSensor”组件检测工件是否放置在下料传送带的位置，如果放置在下料传送带开始的位置，添加直线移动“LinearMover”组件让放置在下料传送带开始传送的位置的已经加工完成的工件传送出去，传送到达下料传送带末端时，再添加一个“Sink”指令进行将传送到下料传送带末端的工件删除，即意味着整个加工流程已经走完，SC_下料smart组件如图3.13所示。图3.13SC-下料smart组件4自动上下料工作站程序设计4.1自动化上下料系统程序初步设计末端执行器轨迹规划程序里主要包括二部分，第一部分是在上料传送带把代加工钣金抓取送到加工冲床里的程序，第二部分是去加工冲床里抓取成品放到下料传送带上输送出去的程序。机器人运动中，关键的程序指令有2个，分别是MoveL（直线移动）和MoveJ（关节移动)，其中直交移动是以工具手爪为坐标，在三维空间内实现X、Y和Z轴方向的移动，主要应用在抓取物料、平行移动抓取的对象和码垛过程中﹔关节移动的以整个大地为坐标系，实现机械臂各个关节的移动，其最大特点是进行机械臂姿态的调整和移动过渡点的设置。MoveL和MoveJ指令格式相同，以MoveJ指令为例，其指令格式为:MoveJpZero,v500,fine,tGripper\WObj:=wobj0;其中，pZero是移动目标点，通过手动示教确定该点位后，点击示教器中的“修改位置”将当前点的位置信息存入pZero点;v500是机械臂移动速度，每秒移动500毫米，根据不同点位的情况，可以设置不同的移动速度，其中空间内的大范围移动，可以提高移动速度，但是在接近目标位置时，要降低移动速度，防止由于惯性过大冲击物料或发生碰撞，以影响整体运行效果,速度也可以用变量表示;fine是立即到达，其位置可用z50等替代，其中数值越大，其运行轨迹越圆滑，如果设置为fine，则移动路径比较生硬，但是运动精准;tGripper1是工具坐标，WObj:=wobj0工件坐标，是可以根据不同的情况设置相应的工具坐标、工件坐标等。首先传送带先启动起来，带动工件使得工件移动到指定的取物料区，然后检测工件有没有到位，检测到位后即发出夹持信号，当夹具夹到工件后，工业机器人将运动使得将工件送到代加工区域，工件经过机床加工后，机械臂将再次运动将加工好的工件送到下料传送带，下料传送带将会把加工好的工件运送出去。4.2自动化上下料系统程序设计首先这些点是定义示教点，将机械臂需要到达的一些特殊点位的xyz以及欧拉角度定义成常量程序如下:MODULEModule1CONSTrobtargetHome:=[[486.270899382,726.251102556,707.169793696],[-0.000000026,0.000000054,1,0.000000025],[0,0,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//Home点为机器人待机原点，初始位置点CONSTrobtargetpick:=[[-271.317821538,753.125056049,731.900023662],[0.000000037,-0.000000035,1,0.000000062],[1,-1,1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//夹取工件位置点CONSTrobtargetTarget_80:=[[256.099958648,607.980009348,1018.020062244],[-0.000000007,0.707106754,0.707106808,0.000000003],[0,0,1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//机械臂6轴调整点CONSTrobtargetTarget_70:=[[986.000000716,-511.297806639,550.925702558],[0.000000008,0.707106783,0.70710678,0.00000001],[0,0,1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//工件加工前靠近点CONSTrobtargetP1:=[[1022.019961256,-15.398312004,432.963348502],[0.500000074,0.500000003,0.499999962,-0.499999962],[-1,0,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//第一道工序加工位置点CONSTrobtargetP2:=[[986.00001044,935.126099073,550.925705954],[0,0.707106776,0.707106787,0.000000007],[0,-1,1,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//第二道工序加工位置点CONSTrobtargetplay:=[[-229.964740502,-980.770574983,712.964202566],[0.00000002,1,-0.000000047,0.00000001],[-1,0,0,0],[9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09,9E+09]];//工件放置到成品传送带位置点下面为主程序main的程序，开始先将所有信号都关掉，随后调用子程序Path_20PROCmain()Resetdi_Gripper;//复位工件到达目标点发出Gripper的夹取信号Resetdo_jiaju;//复位发送给夹具开始夹持的信号Resetdo_MC1;//复位1号冲床的工作信号Resetdo_MC2;//复位2号冲床的工作信号Path_20;//调用子程序ENDPROCPROCPath_20()MoveJHome,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//回到机械臂定义的位置原点WaitDIdi_wuliaook,1;//输出信号di_wuliaook一秒钟Setdo_jiaju;//夹具打开信号MoveJoffs(pick,0,0,300),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具关节移动到夹取工件上方300位置点MoveJpick,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具关节移动到夹取工件位置点WaitTime0.5;//等待0.5sSetdi_Gripper;//输出夹取工件的信号WaitTime1;//等待1sreSetdo_jiaju;//关闭夹具信号WaitTime1;//等待1sMoveJoffs(pick,0,0,300),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具关节移动到夹取工件上方300位置点MoveJTarget_80,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具关节移动到夹具调整点MoveLTarget_70,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具直线运动到工件加工前靠近点MoveJoffs(P1,0,-50,0),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具关节运动到第一道工序加工点水平位置y轴-50位置点MoveJP1,v100,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具关节运动到第一道工序加工点，且速度下调到100mm/sWaitTime0.5;//等待0.5sSetdo_MC1;//输出1号冲床加工信号WaitTime0.8;//等待0.8sreSetdo_MC1;//关闭1号冲床加工信号WaitTime0.8;等待0.8sMoveJoffs(P1,0,-50,0),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具y方向回退50mm位置MoveJTarget_70,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具关节运动到加工前靠近位置点MoveJoffs(P2,0,50,0),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具关节运动到第一道工序加工点水平位置y轴-50位置点MoveJP2,v100,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具关节运动到第二道工序加工点，且速度下调到100mm/sWaitTime0.5;//等待0.5sSetdo_MC2;//输出2号冲床加工信号WaitTime0.8;//等待0.8sreSetdo_MC2;//关闭2号冲床加工信号WaitTime0.8;//等待0.8sMoveJoffs(P2,0,50,0),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具关节运动到第二道工序加工点y方向+50位置MoveJTarget_70,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具回退到加工前靠近点MoveLoffs(play,0,0,200),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具直线运动到放置加工产品位置点上方200mm位置MoveLoffs(play,0,0,20),v100,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具直线运动到放置加工产品位置点上方20mm位置点，且速度下调到100mm/sWaitTime0.5;//等待0.5sreSetdi_Gripper;//关闭夹具夹紧信号MoveJoffs(play,0,0,200),v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具直线回退到加工产品放置点上方200mm位置MoveLTarget_70,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具直线运动到加工工件加工前靠近点MoveLHome,v1000,fine,ToolFrame\WObj:=wobj0;//夹具直线运动机械臂初始位置点ENDPROCENDMODULE。5工作站控制系统的搭建5.1博图V15.1软件简介博图又叫做博图全集成自动化软件，是西门子公司开发并推出的全新的工业自动化设计软件，它也是业内首次将工程组态于可视化打包在一起的软件，也就是说它既是一套面向编程人员的编程工具，又是面向用户的可视化软件，集成了传统的西门子STEP7和WINCC的功能，可以更加直观、高效、快速的进行自动化项目的开发。5.2自动上下料系统PLC控制程序设计一个自动控制项目通过现实的动作分析，所有需要根据硬件需求选择硬件组态的搭建。组态是运用PLC的基础，所以选择好一个硬件组态是极其重要的，这关乎后续编程的进行能不能达到高效的程度。PLC选用西门子SIPLUSS7-1200，CPU为1214CDC/DC/DC，该型号为紧凑型CPU，100KB工作存储器；24VDC电源板载DI14x24VDC漏型/源型，DQ10x24VDC和AI2；板载6个高速计数器和4路脉冲输出；信号板扩展板载I/O；多达3个用于串行通信的通信模块；多达8个用于I/O扩展的信号模块；0.04ms/1000条指令；PROFINET接口，用于编程、HMI以及PLC间数据通信。首先我们先双击打开博图V15.1软件，点击左上角新建一个新项目，接下来点击“设备组态”＞“添加新设备”＞“控制器”＞“CPU”，按照这个步骤选择与实际对应的PLC型号，并命名为“PLC_1”，然后点击“添加”按钮，进行添加。如图5-1所示：图5.1建立程序模块在博图软件中选选择与CPU1214C进行通讯连接，输入电脑的IP地址如图5.2所示：图5.2设置通讯网口I/O信号及地址如表5.1所示表5.1I/O地址名称数据类型地址传送带启动1Bool%Q0.0物件加紧Bool%Q0.1钣金1加工Bool%Q0.2钣金2加工Bool%Q0.3传送带启动2Bool%Q0.4报警指示灯Bool%Q0.5运行指示灯Bool%Q0.6传送带1原点Bool%I0.0传送带1末端Bool%I0.1传送带2原点Bool%I0.2传送带2末端Bool%I0.3启动Bool%I0.4停止Bool%I0.5紧急停止Bool%I0.6机器人1加工完成Bool%I0.7机器人2加工完成Bool%I1.0机器人放置完成Bool%I1.1System_ByteByte%MB1FirstScanBool%M1.0DiagStatusUpdateBool%M1.1AlwaysTRUEBool%M1.2AlwaysFALSEBool%M1.3表5.1I/O地址（续）脉冲1Bool%M0.0开始复位Bool%M0.1脉冲2Bool%M0.2机器人复位Bool%Q0.7机器人复位完成Bool%I1.2启动允许Bool%M0.3第一步Bool%M0.4脉冲3Bool%M0.5启停按钮Bool%M0.6脉冲4Bool%M0.7限位1Bool%M2.0第二步Bool%M2.1机器人钣金1Bool%Q1.0机器人钣金2Bool%Q1.1机器人放置Bool%Q1.2第三步Bool%M2.2钣金1到位Bool%M2.3第四步Bool%M2.4第五步Bool%M2.5钣金2到位Bool%M2.6脉冲5Bool%M2.7计数DInt%MD4梯形图程序编程图共有8个程序块分为初始化程序、复位停止报警指示灯、启动程序、传送带启动、物料夹紧、移动钣金件到1号车床、移动钣金件到2号车床，放到下料传送带。（1）初始化复位所有设备图5.3初始化程序（2）复位停止报警指示灯:开始复位，复位完成后停止报警指示灯停止工作图5.4停止报警指示灯（3）启动模块：按下启动按钮,检测到物料后,运行指示灯灯点亮,开始运行步骤,如果按下停止或者紧急停止按钮,系统停止。图5.5启动模块（4）传送带启动：传送带启动,到达限位后,传送带停止运行,电磁阀加紧等待机械手取料进行下一个步骤图5.6传送带启动（5）物理夹紧：物料加紧,加紧完成后传送信号给机器人图5.7物料夹紧（6）1号冲床加工：机器手抓取物料,移动到1号冲床位置,开始钻孔2个.图5.81号冲床加工（7）2号冲床加工：机器手抓取物料,移动到2号冲床位置,开始钻孔1个。图5.92号冲床加工5.3自动上下料系统触摸屏界面的搭建触摸屏又称人机界面，它可以通过一些信号输出，控制指示灯的亮灭来反馈整个自动上下料系统各设备的运行状态，还可以通过设计的触摸按钮，按钮控制某些信号的输入输出进行控制各设备运动。在博图中新建项目HMI，进行对触摸屏的界面设计如图5.10所示：图5.10新建项目HMI在博图软件界面右边有工具箱，可以选择一些常用工具对触摸屏界面进行编辑，本章应用到画圆，矩形框，文字输出框，计数框，以及按键等。搭建好的触摸屏界面如图5-10所示：图5-11触摸屏界面设计5.4控制系统电气连接设计完成了PLC程序设计以及触摸屏界面的设计，在实际工作中，往往需要电气控制连接图才能更容易看懂整个控制系统的结构逻辑。图5-12为CPU1214C板各个支脚的连接图。图5-12CPU板外接电路图动力电源电路图如图5-13所示：图5-13动力电源电路图控制电路图如图5-14所示：图5-14控制电路图6自动上料工作站控制仿真6.1在robotstudio上对工作站流程仿真打开ABBRobotStudio软件，在“菜单仿真”里点击“播放”里打开示教器进行仿真，IRB2600机器人按照设计的程序运行进行初始化复位后，代加工钣金件在上料传送带上运动,当代加工钣金件运动到等待夹取区域后，辅助定位气缸先对代加工钣金件进行一次定位，防止代加工钣金件在传送带上传送过程中出现左右位移的情况。机器人处于初始位置如图6.1：图6.1输送半成品当上料传送带末端位置感应到代加工工件到达指定位置信号后，机器人移动到抓取位置后抓取代加工钣金件，按照PAPID程序里设定的程序移动到加工冲床外等待并输出信号通知加工冲床代加工钣金件取料完成，当ABB系统接收到允许送料进入信号后，机器人将代加工钣金件送到冲床加工放置点，同时加工冲床得到代加工钣金件送料完成，得到信号后1号冲床将进行一次冲压，随后机器人再将一次加工的钣金件送到2号冲床进行第二次冲压加工，机器人运动过程如图6.2。图6.2机器人抓取代加工钣