基于發(fā)那科機(jī)器人的堆垛系統(tǒng)控制電氣自動(dòng)化專業(yè)

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1、 摘 要 隨著時(shí)代的發(fā)展，大學(xué)生所學(xué)知識(shí)的深度及廣度都有所增加，關(guān)于自身學(xué)科的實(shí)驗(yàn)就成為了一種了解并提升自身所學(xué)知識(shí)的一種重要途徑。目前，絕大多數(shù)的大學(xué)都有自身的實(shí)驗(yàn)室。雖然擁有實(shí)驗(yàn)室，但是可以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)并不多，并不是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)器材不能夠完成實(shí)驗(yàn)，而是缺少實(shí)驗(yàn)的類型，這無疑是對(duì)資源的一種極大的浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)類型的多元化，不僅僅能夠增加實(shí)驗(yàn)室的利用率，更重要的是學(xué)生可以通過更加多元的實(shí)驗(yàn)開拓自身的眼界，提高自身的專業(yè)水平。因此，開發(fā)更多的實(shí)驗(yàn)顯得尤為重要。 機(jī)器人生產(chǎn)取代簡(jiǎn)單反復(fù)的人工生產(chǎn)是一種必然的發(fā)展。機(jī)器人堆垛在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的地位，所以對(duì)于機(jī)器人堆垛系統(tǒng)的控制顯得更加的重要

2、。基于發(fā)那科機(jī)器人堆垛系統(tǒng)的控制，以陶德樓310機(jī)器人控制系統(tǒng)為背景，在原有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上進(jìn)行能力性實(shí)驗(yàn)的拓展，增加了堆垛功能，很大程度上提高了運(yùn)輸效率。實(shí)驗(yàn)在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上運(yùn)用了更多的的專業(yè)知識(shí)，使得學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠運(yùn)用到更多的知識(shí)并加深對(duì)于知識(shí)的理解。 關(guān)鍵詞：發(fā)那科機(jī)器人；工業(yè)相機(jī)；PLC；機(jī)器人堆垛 Abstract With the development of the times, the depth and breadth of knowledge that college students ha

3、ve increased has become an important way to understand and improve their knowledge. At present, the vast majority of universities have their own laboratories. Although there are laboratories, there are not many experiments that can be carried out. It is not that the experimental equipment is not abl

4、e to complete the experiment, but rather the lack of the type of experiment, which is a great waste of resources. The diversity of laboratory experiments can not only increase the utilization rate of laboratories, but also more importantly, students can broaden their horizons and improve their profe

5、ssional level through more diversified experiments. Therefore, it is particularly important to develop more experiments. It is an inevitable development to replace the simple and repeated manual production of robot production. Robot stacking plays an important role in industrial production, so it i

6、s more important for the control of the robot stacking system. The control system based on FANUC robot stacker, with Todd building 310 robot control system as the background, to expand the ability of experiment based on experimental project of the original, increase stacking function, greatly improv

7、e the efficiency of transportation. On the basis of previous experiments, experiments used more professional knowledge to enable students to apply more knowledge and deepen their understanding of knowledge when completing experiments. Keywords：Fanuc robot; industrial camera; PLC; stacking robot

8、 目錄 1 前言 4 1.1 選題的目的以及意義 1.2 機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 1.3 可編程控制器介紹及其發(fā)展現(xiàn)狀 2 系統(tǒng)方案的確定 12 2.1 工藝過程 2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 16 3.1 PLC型號(hào)的確定 3.2 FANUC LR Mate 200iD結(jié)構(gòu) 3.3 PLC I/O外部接線設(shè)計(jì) 3.4工業(yè)相機(jī) 3.5機(jī)器人I/O接口配置 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 16 4.1 PLC程序的設(shè)計(jì) 4.2 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 5 設(shè)備通訊的實(shí)踐 16 5.1 PLC通訊的介紹 5.2 工業(yè)相機(jī)通訊 5.4

9、仿真調(diào)試 總結(jié) 35 參考文獻(xiàn) 36 致謝 38 1 前言 1.1選題的目的與意義 隨著時(shí)代的發(fā)展，大學(xué)生所學(xué)知識(shí)的深度及廣度都有所增加，關(guān)于自身學(xué)科的實(shí)驗(yàn)就成為了一種了解并提升自身所學(xué)知識(shí)的一種重要途徑。目前，絕大多數(shù)的大學(xué)都有自身的實(shí)驗(yàn)室。雖然擁有實(shí)驗(yàn)室，但是可以進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)并不多，并不是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)器材不能夠完成實(shí)驗(yàn)，而是缺少實(shí)驗(yàn)的類型，這無疑是對(duì)資源的一種極大的浪費(fèi)。實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)類型的多元化，不僅僅能夠增加實(shí)驗(yàn)室的利用率，更重要的是學(xué)生可以通過更加多元的實(shí)驗(yàn)開拓自身的眼界，提高自身的專業(yè)水平。因此，開發(fā)更多的實(shí)驗(yàn)顯得尤為重要。 隨著國(guó)家科學(xué)技術(shù)的不停成長(zhǎng)，機(jī)器人生產(chǎn)取代簡(jiǎn)單

10、反復(fù)的人工生產(chǎn)依然是一種必然。機(jī)器人堆垛在工業(yè)生產(chǎn)中有著重要的地位，所以對(duì)于機(jī)器人堆垛系統(tǒng)的控制顯得更加的重要?；诎l(fā)那科機(jī)器人堆垛系統(tǒng)的控制，以陶德樓310機(jī)器人控制系統(tǒng)為背景，在原有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上進(jìn)行能力性實(shí)驗(yàn)的拓展，增加了堆垛功能，很大程度上提高了運(yùn)輸效率。實(shí)驗(yàn)在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上運(yùn)用了更多的的專業(yè)知識(shí)，使得學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠運(yùn)用到更多的知識(shí)并加深對(duì)于知識(shí)的理解。 鑒于以上分析，設(shè)計(jì)基于發(fā)那科機(jī)器人堆垛系統(tǒng)的控制具有重大意義。 其預(yù)期應(yīng)用價(jià)值在于在實(shí)驗(yàn)室教學(xué)方面，豐富了堆垛實(shí)驗(yàn)的類型，為學(xué)生提供了更多更廣泛接觸專業(yè)知識(shí)的機(jī)會(huì)，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)于機(jī)器人堆垛系統(tǒng)的控制的理解，拓展了自身的

11、視野，為以后專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下更好的基礎(chǔ)。堆垛系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)方面提供了更有效率的堆垛方式，提升了企業(yè)的生產(chǎn)效率，節(jié)約了成本。 1.2機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 機(jī)器人被發(fā)明出來的原因是因?yàn)槿祟愊胍l(fā)明一種機(jī)器在科研或工業(yè)生產(chǎn)中用來代替人類的工作，雖然如今機(jī)器人已然得到了大范圍的應(yīng)用，但是，機(jī)器人定義的界說并沒有同一，在不一樣的國(guó)家，在不一樣的范圍，科學(xué)家們給出的對(duì)于機(jī)器人的界說也不完全的相同，雖然定義的基本原則在很大部分是一致的，但在一些地方還是有很多的不同。直到上個(gè)世紀(jì)后期，“機(jī)器人”才成為了專業(yè)的術(shù)語。隨著第一、第二次的工業(yè)革命的推進(jìn)，越來越多的機(jī)械裝置被人們發(fā)明出來并加以應(yīng)用，與此同時(shí)一起出現(xiàn)

12、的就是一些名為“機(jī)器人玩具”之類的一些玩具。這些“小玩意”的驅(qū)動(dòng)原理與鐘表近似，利用齒輪與杠桿之類的傳動(dòng)裝置進(jìn)行傳動(dòng)。上個(gè)世紀(jì)二十年代，捷克的文學(xué)家K.凱比克在一個(gè)科幻片的臺(tái)本中第一次的說出了ROBOT這個(gè)詞，此刻已被人們作為機(jī)器人的專用名詞。? 1國(guó)內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀 我們中國(guó)的工業(yè)機(jī)器人起始研發(fā)于20世紀(jì)80年代中期．本國(guó)的支持下，通過兩次國(guó)家攻堅(jiān)計(jì)劃．已然基本落實(shí)了嘗試、引入到自立研發(fā)的轉(zhuǎn)化。大力推進(jìn)了本國(guó)的制造行業(yè)、地理勘測(cè)行業(yè)等其他行業(yè)的成長(zhǎng)。但隨著本國(guó)大門的一步步的打開．本國(guó)境內(nèi)的工業(yè)機(jī)器人工業(yè)面對(duì)著更大的壓力。雖然本國(guó)機(jī)器人的用量每年都在增長(zhǎng)，但如今出產(chǎn)的機(jī)器人還很難達(dá)到

13、需要到達(dá)的質(zhì)量．很多機(jī)器人的很重要的原件還須要依靠國(guó)外的進(jìn)口。所以目前來說。本國(guó)還處在一個(gè)機(jī)器人大量使用的國(guó)家。 當(dāng)前，我們國(guó)家有200多家參與開發(fā)工業(yè)機(jī)器人的企業(yè)，有五十家以上的企業(yè)專業(yè)從事于機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的開發(fā)。在廣大的有關(guān)學(xué)者的意見與計(jì)劃下，第七個(gè)五年計(jì)劃時(shí)期由機(jī)電部主持，中央各部委、中科院及地方科研院所和大學(xué)參加，國(guó)家投入了大量的資金用于工業(yè)機(jī)器人的基礎(chǔ)技術(shù)、基礎(chǔ)部件、工業(yè)機(jī)器人的完整機(jī)型及機(jī)器人的應(yīng)用工程的開發(fā)研究。 2國(guó)外工業(yè)機(jī)器人成長(zhǎng)現(xiàn)狀 在上個(gè)世紀(jì)五十年代，美國(guó)人George Devol設(shè)計(jì)出了首臺(tái)電子可編程的工業(yè)機(jī)器人，并在1961年發(fā)表了這一項(xiàng)專利，這一項(xiàng)專利在1962年

14、就被美國(guó)通用汽車公司采納并且投入了使用，這代表著第一代的工業(yè)機(jī)器人就此出現(xiàn)。從此以后,在人們生活的現(xiàn)實(shí)中真正的出現(xiàn)了機(jī)器人。日本人采用的這項(xiàng)技術(shù)并加以發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在日本得到了快速的成長(zhǎng)。到現(xiàn)在，日本在工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)在世界仍然屬于領(lǐng)先的地位。在上個(gè)世紀(jì)八十年代，隨著世界的科技水平不斷地發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人也隨之不斷成長(zhǎng)，在這個(gè)時(shí)候工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展同時(shí)推進(jìn)的整個(gè)世界的工業(yè)水平快速的發(fā)展，對(duì)以后工業(yè)的發(fā)展起到了決定性的作用。 迄今為止，隨著世界工業(yè)科技的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人在裝配的數(shù)量以及科技含量比起以前都有了極大的提升，這種提升在美國(guó)、日本為代表的等工業(yè)科技發(fā)達(dá)的國(guó)家顯得尤為明顯，他們生產(chǎn)的設(shè)備已

15、經(jīng)成為了一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并在世界范圍內(nèi)廣泛使用。目前在世界上擁有名氣且影響力大的公司分為兩個(gè)派系日系以及歐系，日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、川崎等公司的產(chǎn)品；歐系中主要有德國(guó)的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司工業(yè)機(jī)器人己成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(OMS)、工廠自動(dòng)化(FA)的自動(dòng)工具，據(jù)有關(guān)學(xué)者推測(cè)，工業(yè)機(jī)器人將會(huì)是在汽車、計(jì)算機(jī)后出現(xiàn)的大型的、具有高技術(shù)含量的產(chǎn)業(yè)。 在已經(jīng)過去的前十年中，工業(yè)機(jī)器人的科技程度有了極大得提升，最先出現(xiàn)的用于各種工業(yè)的機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)逐步走向成熟，現(xiàn)在，有多個(gè)國(guó)家的研發(fā)人員正在專門研發(fā)具

16、有完全的自主能力且擁有人類一般可以進(jìn)行邏輯思考的智能機(jī)器人。目前，機(jī)器人的價(jià)格降低到只有十年前的20%，而且到現(xiàn)在一直下降。很多歐洲與美國(guó)的勞動(dòng)力的成本上升到原來的140%。工業(yè)機(jī)器人的平均使用年限在十歲左右，有一些甚至能到十五年，并且這些工業(yè)機(jī)器人還可以進(jìn)行改進(jìn)，發(fā)揮出更大的作用。工業(yè)機(jī)器人對(duì)企業(yè)的發(fā)展，勞動(dòng)力的解放以及增加社會(huì)生產(chǎn)力方面起了極大的推動(dòng)作用。隨著科技發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人的成本會(huì)進(jìn)一步的下降，而其的科技含量以及可以完成的生產(chǎn)工作會(huì)越來越多。隨著工業(yè)機(jī)器人水平的不斷提升，工業(yè)機(jī)器人不僅僅在傳統(tǒng)的制造行業(yè)大顯身手，慢慢的在其他制造業(yè)也有他們大顯神通。在很多的非制造業(yè)，例如農(nóng)業(yè)、礦業(yè)等行

17、業(yè)也出現(xiàn)了他們的身影。工業(yè)機(jī)器人在人類的生產(chǎn)生活中起到愈來愈重要的作用，因?yàn)槠涞淖饔?，現(xiàn)在工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)成為了世界上各國(guó)紛紛搶占的高點(diǎn)。 1.3 PLC的介紹及其發(fā)展現(xiàn)狀 就PLC的硬件來進(jìn)行分類來看，PLC可以分為整體固定I/O型，基本單元加擴(kuò)展型，模塊式，集成式，分布式5種基本結(jié)構(gòu)形式。 PLC的組成： 中央處理單元(CPU) CPU是可編程控制器的控制中心，作用相當(dāng)于可編程控制器的大腦，一套可編程控制器中至少有一個(gè)。它能夠在獲得系統(tǒng)權(quán)限的情況下接受并存儲(chǔ)從編程器輸入的用戶的數(shù)據(jù)；它還能夠檢測(cè)電源等其他部件的情況，并能確診用戶數(shù)據(jù)中的程序錯(cuò)誤。當(dāng)可編程控制器開始工作時(shí)，

18、在一開始它會(huì)以掃描的方式收入其他器件發(fā)給它的信息，然后將其分別存入接口映像區(qū)，然后它會(huì)根據(jù)用戶所編寫的程序指令，發(fā)出命令，經(jīng)過運(yùn)算后將所得結(jié)果即將要進(jìn)行的邏輯數(shù)據(jù)送入I/O映像區(qū)亦是輸出寄存器內(nèi)。將用戶所編寫的程序運(yùn)行讀寫且執(zhí)行完畢后，將前面儲(chǔ)存的信息輸出到相應(yīng)的位置。 CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。 存儲(chǔ)器 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器是存放系統(tǒng)軟件的存儲(chǔ)器；用戶程序存儲(chǔ)器是存放PLC用戶程序應(yīng)用;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)PLC程序執(zhí)行時(shí)的中間狀態(tài)與信息，它相當(dāng)于PC的內(nèi)存。 輸入輸出接口（I/O模塊） PLC與電氣回路

19、的接口，是通過輸入輸出部分（I/O）完成的。I/O模塊集成了PLC的I/O電路，其輸入暫存器反映輸入信號(hào)狀態(tài)，輸出點(diǎn)反映輸出鎖存器狀態(tài)。輸入模塊將電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入PLC系統(tǒng)，輸出模塊相反。I/O分為開關(guān)量輸入（DI），開關(guān)量輸出（DO），模擬量輸入（AI），模擬量輸出（AO）等模塊。 通信接口 通信接口的主要作用是實(shí)現(xiàn)PLC與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換（通信）。通信接口的形式多樣，最基本的有UBS,RS-232,RS-422/RS-485等的標(biāo)準(zhǔn)串行接口?？梢酝ㄟ^多芯電纜，雙絞線，同軸電纜，光纜等進(jìn)行連接。 電源 PLC的電源為PLC電路提供工作電源，在整個(gè)系統(tǒng)中起著十分重要的作用

20、。一個(gè)良好的、可靠的電源系統(tǒng)是PLC的最基本保障。一般交流電壓波動(dòng)在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。電源輸入類型有：交流電源（220VAC或110VAC），直流電源（常用的為24VDC）。 特點(diǎn) （一）可靠性高，抗干擾能力強(qiáng) PLC運(yùn)用了程序軟件來替代在工廠電路之中廣泛用得上的器件，到最后只留下了一小部分用于當(dāng)做輸入與輸出的硬件設(shè)備 ，用線的數(shù)量可以達(dá)到原有數(shù)量的 1/10~1/100，這就使得在接點(diǎn)出現(xiàn)的故障出現(xiàn)了極大的減少。 可以依賴是電氣控制設(shè)備的重要屬性。可編程控制器使用了很多現(xiàn)代科技，在被生產(chǎn)的時(shí)候經(jīng)歷了非常嚴(yán)格的控制，可編程控

21、制器的內(nèi)部采用了先進(jìn)的技術(shù)，具有很高的抗干擾性，所以PLC是非常可靠的。還有使用冗余中央控制單元的可編程控制器的安全使用時(shí)間更加的長(zhǎng)。就可編程控制器的外部鏈接線路來說，與能夠完成同樣工作的繼電器的接線線路來說，電氣接線和開關(guān)接得到了顯著的減少，所以說，使用可編程控制器使得整個(gè)系統(tǒng)的故障率有著一個(gè)非常明顯下降。在安全方面，可編程控制器自帶檢測(cè)故障的功能，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)，PLC可以迅速的提示使用者已發(fā)生故障。在軟件編程方面，使用人能夠?qū)懭腙P(guān)于診斷鏈接可編程控制器的其他硬件的程序在應(yīng)用軟件，使得在整個(gè)系統(tǒng)總的其他的設(shè)備或電路也能夠在發(fā)生故障時(shí)讓使用者及時(shí)得知。這樣，整個(gè)系統(tǒng)具有極高的可靠性也就不奇怪了

22、。 （二）硬件配套齊全，功能完善，適用性強(qiáng) 可編程控制器經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的成長(zhǎng)，已然有了三種系列的產(chǎn)物，分別是大型、中型與小型，而且現(xiàn)在的可編程控制器基本已經(jīng)達(dá)到了三化，即標(biāo)準(zhǔn)化、系列化以及模塊化，并且隨著可編程控制器的普及，在現(xiàn)在的市場(chǎng)上對(duì)于可編程控制器有著很多的硬件配套設(shè)施讓顧客選擇，顧客可以根據(jù)自己的需求對(duì)自己所需要組成的系統(tǒng)進(jìn)行組合，形成擁有不一樣的功能、大小的規(guī)模也不一樣的系統(tǒng)。 可編程控制器的功能強(qiáng)大，可以直接的使對(duì)于供電要求一般的電磁閥等器件開始運(yùn)作，并且適用范圍廣，可以在絕大多數(shù)的工廠內(nèi)使用。現(xiàn)代的可編程控制器除了傳統(tǒng)的邏輯功能之外，還有了很強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算的功能，可以應(yīng)用于除了

23、傳統(tǒng)控制領(lǐng)域的其他領(lǐng)域。 （三）易學(xué)易用，深受工程技術(shù)人員歡迎 可編程控制器是用于工業(yè)上控制的工業(yè)計(jì)算機(jī)，而且它被廣泛的應(yīng)用于工廠、礦場(chǎng)等企業(yè)。它接口容易，編程語言易于為工程技術(shù)人員接受。梯形圖語言的圖形符號(hào)與表達(dá)方式和繼電器電路圖相當(dāng)接近，只用PLC的少量開關(guān)量邏輯控制指令就可以方便地實(shí)現(xiàn)繼電器電路的功能。為不熟悉電子電路、不懂計(jì)算機(jī)原理和匯編語言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開了方便之門。 （四）容易改造 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試工作量小，維護(hù)方便，容易改造。PLC的梯形圖程序一般采用順序控制設(shè)計(jì)法。這種編程方法很有規(guī)律，很容易掌握。對(duì)于復(fù)雜的控制系統(tǒng)，梯形圖的設(shè)計(jì)時(shí)間比設(shè)計(jì)繼電器系統(tǒng)

24、電路圖的時(shí)間要少得多。 PLC用存儲(chǔ)邏輯代替接線邏輯，大大減少了控制設(shè)備外部的接線，使控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)及建造的周期大為縮短，同時(shí)維護(hù)也變得容易起來。更重要的是使同一設(shè)備經(jīng)過改變程序改變生產(chǎn)過程成為可能。這很適合多品種、小批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。 （五）體積小，重量輕，能耗低 以超小型PLC為例，新近出產(chǎn)的品種底部尺寸小于100mm，僅相當(dāng)于幾個(gè)繼電器的大小，因此可將開關(guān)柜的體積縮小到原來的1/2~1/10。它的重量小于150g，功耗僅數(shù)瓦。由于體積小很容易裝入機(jī)械內(nèi)部，是實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的理想控制器。 從國(guó)外對(duì)外公布的數(shù)據(jù)來看，可編程控制器從誕生，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，可編程控制器在大部分的發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)

25、是重要的產(chǎn)業(yè)。 從外國(guó)發(fā)布的數(shù)據(jù)來說，經(jīng)過了多年的不斷成長(zhǎng)，PLC成為了很多發(fā)達(dá)國(guó)家中非常要緊的產(chǎn)業(yè)。關(guān)于世界上PLC的總的銷售額度，在1987年到1988年，從25億美元到31億美元，增幅近五分之一。在一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)度，因?yàn)镻LC的操作簡(jiǎn)單，控制性強(qiáng)，工業(yè)中對(duì)于好的PLC更是趨之若鶩，在發(fā)達(dá)國(guó)家，新的可編程控制器生產(chǎn)廠家遍地開花，生產(chǎn)的品種更新?lián)Q代的速度快，因此可編程控制器的產(chǎn)量得到了極大地提升，因此價(jià)格大幅下降。 2 系統(tǒng)控制方案設(shè)計(jì) 2.1 工藝過程 在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，應(yīng)用機(jī)器人、相機(jī)和PLC技術(shù)，確立系統(tǒng)的控制工藝，完成物塊的堆垛控制。 物塊通過給料裝置進(jìn)入傳送帶

26、，經(jīng)過傳感器時(shí)PLC輸出響應(yīng)，工業(yè)相機(jī)先對(duì)拍攝環(huán)境進(jìn)行補(bǔ)光，隨即拍照。隨后機(jī)械手臂吸盤吸住物塊，將工業(yè)相機(jī)輸入的照片與資料庫中的堆垛方式進(jìn)行比較后進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整，按照坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的將物料放入物料運(yùn)輸盤的相應(yīng)位置。所有物料裝載完畢后，通過伺服電機(jī)轉(zhuǎn)換機(jī)械手，將物料運(yùn)輸盤送入堆垛倉庫。 2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能 系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：機(jī)器人實(shí)訓(xùn)工作臺(tái)、FANUC 工業(yè)機(jī)器人及其底座、機(jī)器人末端執(zhí)行器（三抓手）、 圓形工件上料及輸送檢測(cè)機(jī)構(gòu)、 方形工件上料及輸送檢測(cè)機(jī)構(gòu)、裝配及碼垛平臺(tái)、走軌跡平臺(tái)、立體倉庫、視覺分揀平臺(tái)、模塊化集線盒、視覺及光源、電控實(shí)訓(xùn)工作臺(tái)、插接線板、儲(chǔ)物柜、電氣控制柜、控制

27、板。 堆垛系統(tǒng)在青島濱海學(xué)院實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)下，額外的增加了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。即將物塊按照特定的堆垛方式堆垛到運(yùn)輸盤上，最后整體運(yùn)輸?shù)絺}庫的過程。增加的項(xiàng)目拓展了原有系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并且可以實(shí)現(xiàn)物塊的姿態(tài)調(diào)整。 3 系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì) 3.1 PLC型號(hào)的確定 3.2 FANUC LR Mate 200iD結(jié)構(gòu) 機(jī)器人機(jī)械系統(tǒng)是指機(jī)械本體組成，機(jī)械本體由底座部分、大臂、小臂部分、手腕部件和本體管線包部分組成，共有 6 個(gè)馬達(dá)可以驅(qū)動(dòng) 6 個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)形式。機(jī)器人性能參數(shù)： LR Mate 200iD 是一款大小和人的手臂相近的迷你機(jī)器人。因?yàn)樗氖直酆堋懊鐥l”，所以即使

28、被安裝在狹小的空間進(jìn)行使用，也可以把機(jī)器人手臂與周圍設(shè)備發(fā)生碰撞的可能性控制在最低限度。同時(shí)此型號(hào)機(jī)器人具有同機(jī)械機(jī)器人中最輕的機(jī)構(gòu)部分，能夠容易地把它安裝在加工機(jī)械內(nèi)部或者進(jìn)行吊頂安裝。因?yàn)閭鞲衅麟娎|、附加軸電纜、電磁閥、空氣導(dǎo)管和用來控制工具的 I/O 電纜都內(nèi)置于手臂中，所以導(dǎo)管和電纜不會(huì)纏在手臂上。 機(jī)器人電控系統(tǒng)：機(jī)器人控制裝置由電源裝置、用戶接口電路、動(dòng)作控制電路、存儲(chǔ)電路、I/O 電路等構(gòu)成。 機(jī)器人控制裝置的操作面板上有多個(gè)開關(guān)、連接器等。用戶在進(jìn)行控制裝置的操作時(shí)，使用示教操作盤和操作面板。存儲(chǔ)電路可將用戶設(shè)定的程序和數(shù)據(jù)事先存儲(chǔ)在主 CPU 印刷電路板上 的 C-MOS

29、 RAM 中。I/O 電路，通過 I/O 模塊（I/O 印刷電路板）接收/發(fā)送信號(hào)來求取與外圍設(shè)備之間的接口。遙控 I/O 信號(hào)進(jìn)行與遙控裝置之間的通信。 3.3 PLC I/O接線的外部設(shè)計(jì) 輸入點(diǎn)名稱 輸入點(diǎn)：簡(jiǎn)單說明 輸出點(diǎn)名稱 輸出點(diǎn)：簡(jiǎn)單說明 X00 系統(tǒng)啟動(dòng)（系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕S1） Y00 輸送電機(jī)-M1（繼電器KA1） X01 系統(tǒng)停止（系統(tǒng)停止按鈕S2） Y01 輸送電機(jī)-M2（繼電器KA2） X02 模式切換（模式切換按鈕S3） Y02 X03 緊急停止（急停按鈕S4） Y03 推圓料電磁閥-YA1 X04 裝配區(qū)物料檢測(cè)（傳感器-

30、B1） Y04 推方料電磁閥-YA2 X05 裝配區(qū)定位氣缸后位檢測(cè)（傳感器-B2） Y05 裝配定位電磁閥-YA3 X06 裝配區(qū)定位氣缸前位檢測(cè)（傳感器-B3） Y06 運(yùn)行指示燈-H2 X07 方料定位檢測(cè)（傳感器-B4） Y07 報(bào)警指示燈-H3 X10 方倉物料檢測(cè)（傳感器-B5） Y10 機(jī)器人啟動(dòng)（繼電器KA1） X11 圓倉物料檢測(cè)（傳感器-B6） Y11 機(jī)器人暫停（繼電器KA2） X12 推方料氣缸后位檢測(cè)（傳感器-B7） Y12 機(jī)器人復(fù)位（繼電器KA3） X13 推方料氣缸前位檢測(cè)（傳感器-B8） Y13

31、X14 推圓料氣缸后位檢測(cè)（傳感器-B9） Y14 X15 推圓料氣缸前位檢測(cè)（傳感器-B10） Y15 循環(huán)停止 X16 圓料定位檢測(cè)（傳感器-B11） Y16 機(jī)器人程序刷新（繼電器KA17） X0F 預(yù)留 Y17 機(jī)器人程序執(zhí)行（繼電器KA6） X17 一庫物料檢測(cè)（傳感器-B12） Y20 方料定位完成信號(hào)（繼電器KA13） X20 二庫物料檢測(cè)（傳感器-B13） Y21 圓料定位完成信號(hào)（繼電器KA14） X21 三庫物料檢測(cè)（傳感器-B14） Y22 裝配定位完成信號(hào)（繼電器KA15） X22 四庫物料檢測(cè)（傳感器-B15

32、） Y23 裝配區(qū)允許放毛坯信號(hào)（繼電器KA16） X23 五庫物料檢測(cè)（傳感器-B16） Y24 入庫編碼一 X24 六庫物料檢測(cè)（傳感器-B17） Y25 入庫編碼二 X25 七庫物料檢測(cè)（傳感器-B18） Y26 入庫編碼三 X26 八庫物料檢測(cè)（傳感器-B19） Y27 入庫編碼四 X27 九庫物料檢測(cè)（傳感器-B20） Y30 預(yù)留 X30 十庫物料檢測(cè)（傳感器-B21） Y31 預(yù)留 X31 十一庫物料檢測(cè)（傳感器-B22） Y32 預(yù)留 X32 十二庫物料檢測(cè)（傳感器-B23） Y33 預(yù)留 X33 機(jī)器人報(bào)

33、警（繼電器-KA22） Y34 輸出入庫編碼1（繼電器KA7） X34 機(jī)器人抓取方料完成（繼電器-KA19） Y35 輸出入庫編碼2（繼電器KA8） X35 機(jī)器人抓取圓料完成（繼電器-KA20） Y36 輸出入庫編碼3（繼電器KA9） X36 執(zhí)行加工定位（繼電器-KA21） Y37 輸出入庫編碼4（繼電器KA10） PLC 控制電路說明： -S1 啟動(dòng)按鈕，按下時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)； -S2 停止按鈕，按下時(shí)系統(tǒng)停止運(yùn)行； -S3 接通時(shí)為自動(dòng)運(yùn)行，斷開時(shí)為手動(dòng)運(yùn)行，通過觸摸屏手動(dòng)控制每一個(gè)元器件工作； -S4 緊急停止按鈕，按下時(shí)所有元器件停

34、止輸出，機(jī)器人緊急停止； B1 裝配區(qū)漫反射傳感器； B2 裝配區(qū)定位氣缸縮回檢測(cè)磁性傳感器； B3 裝配區(qū)定位氣缸推出檢測(cè)磁性傳感器； B4 方形工件輸送機(jī)構(gòu)定位檢測(cè)漫反射傳感器； B5 方形工件料倉檢測(cè)對(duì)射型光電傳感器； B6 圓形工件料倉檢測(cè)對(duì)射型光電傳感器； B7 方形工件送料機(jī)構(gòu)縮回檢測(cè)磁性傳感器； B8 方形工件送料機(jī)構(gòu)推出檢測(cè)磁性傳感器； B9 圓形工件送料機(jī)構(gòu)縮回檢測(cè)磁性傳感器； B10 圓形工件送料機(jī)構(gòu)推出檢測(cè)磁性傳感器； B11 圓形工件輸送機(jī)構(gòu)定位檢測(cè)漫反射傳感器； B12、B13、B14、B15、B16、B17、B18、B19、B20、B21、B

35、22、B23 分別為 1—12 號(hào) 立體倉庫檢測(cè)傳感器； -KA22 機(jī)器人報(bào)警輸入； -KA19 機(jī)器人抓取方形工件完成輸入； -KA20 機(jī)器人抓取圓形工件完成輸入； -KA21 執(zhí)行裝配定位命令輸入； -KA17 接通上升沿強(qiáng)制結(jié)束當(dāng)前運(yùn)行程序，斷開時(shí)對(duì) PNS 程序選擇使能； -KA2 接通時(shí)輸送機(jī) M1 運(yùn)行，斷開時(shí) M1 停止； -KA3 接通時(shí)輸送機(jī) M2 運(yùn)行，斷開時(shí) M2 停止； -KA1 上升沿觸發(fā)機(jī)器人啟動(dòng)信號(hào)； -KA11 外部程序選擇 1（PNS0001）； -KA4 上升沿觸發(fā)機(jī)器人復(fù)位信號(hào)； -KA5 接通時(shí)機(jī)器人暫停； -KA6 上升沿

36、時(shí)開始執(zhí)行當(dāng)前外部信號(hào)選擇的程序； -KA12 外部程序選擇 2（PNS0002）； -KA13 接通時(shí)輸出方形工件定位完成信號(hào)； -KA14 接通時(shí)輸出圓形工件定位完成信號(hào)； -KA15 接通時(shí)輸出裝配區(qū)工件已定位完成信號(hào)； -KA16 接通時(shí)輸出允許機(jī)器人進(jìn)行裝配信號(hào)； -KA7、-KA8、-KA9、-KA10 通過二進(jìn)制編碼對(duì)機(jī)器人發(fā)送入庫庫號(hào)，入庫等待，倉庫料 滿等信號(hào)； -H2 系統(tǒng)運(yùn)行指示燈； -H3 系統(tǒng)報(bào)警指示燈； -YA4 圓形工件供料氣缸電磁閥； -YA5 方形工件供料氣缸電磁閥； -YA6 裝配區(qū)定位氣缸電磁閥。 3.4工業(yè)相機(jī) 3.4.1

37、工業(yè)相機(jī)In-Sight 7000連接口 連接口 功能 ENET連接口 將視覺系統(tǒng)連接到網(wǎng)絡(luò)。ENET連接口為外部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供以太網(wǎng)連接 LIGHT連接口 將視覺系統(tǒng)連接到外部光源設(shè)備 PWR連接口 連接電源和I/O分接電纜。該電纜提供與外部電源、采集觸發(fā)器輸入、通用輸入、高速輸出、和RS232串行通信之間的連接。 3.3.2工業(yè)相機(jī)的連接 1. 確認(rèn)使用的 24VDC 電源已拔下且未獲得電能。 2. (可選) I/O 或串行導(dǎo)線與相應(yīng)的設(shè)備連接。(例如，PLC 或串行設(shè)備)。 3. 將電源和 I/O 分接電纜的+24VDC (紅色導(dǎo)線)以及 24V Common

38、(黑色導(dǎo)線)與電源供應(yīng)器上的相應(yīng)接線端連接。 4. 將電源和 I/O 分接電纜的 M12 連接口與視覺系統(tǒng)上的 PWR 連接口連接。 5. 恢復(fù)對(duì) 24VDC 電源供電并根據(jù)需要打開電源。 3.5 機(jī)器人I/O接口配置 機(jī)器人I/O接口配置表 輸入點(diǎn) 簡(jiǎn)要說明 輸出點(diǎn) 簡(jiǎn)要說明 用戶輸入 簡(jiǎn)要說明 DI101 入庫編碼1（-KA7） DO101 方料抓取完成（-KA19） START 機(jī)器人啟動(dòng) DI102 入庫編碼2（-KA8） DO102 圓料抓取完成（-KA20） HOLD 機(jī)器人暫停 DI103 入庫編碼3（-KA9） DO103 執(zhí)

39、行裝配定位（-KA21） RESET 報(bào)警復(fù)位 DI104 入庫編碼4（-KA10） DO104 吸盤吸?。?YA2） PNS1 程序選擇一 DI105 方料定位完成（-KA13） DO105 吸盤反吹（-YA3） PNS2 程序選擇二 DI106 圓料定位完成（-KA14） RO1 機(jī)械夾控制電磁閥（-YA1） C-STOP 循環(huán)停止 DI107 裝配定位完成（-KA15） FAULT 機(jī)器人報(bào)警（-KA22） P-START 程序執(zhí)行 DI108 裝配允許放料（-KA13） RI1 機(jī)械夾關(guān)傳感器（-B25） PNS-T 程序

40、刷新 DI109 真空吸盤負(fù)壓傳感器 RI2 機(jī)械夾開傳感器（-B26） IMSTOP 緊急停止 START 機(jī)器人啟動(dòng)； PNS1 程序選擇外部信號(hào) 1； RESET 機(jī)器人報(bào)警復(fù)位； HOLD 機(jī)器人暫停； P-START(PROD STRT) 啟動(dòng)外部信號(hào)選擇的程序； PNS2 程序選擇外部信號(hào) 2； C-STOP(CSTOPI) 強(qiáng)制結(jié)束當(dāng)前運(yùn)行程序； PNS-T(PNSTROBE) 程序選擇外部信號(hào)過濾，外部信號(hào)只在 PNSTROBE 上升沿有效； DI101—DI104 通過四位二進(jìn)制編碼向 R-30IB MATE 輸入入庫命令； DI105 方形工

41、件定位完成信號(hào)； DI106 圓形工件定位完成信號(hào)； DI107 裝配區(qū)工件定位完成信號(hào)； DI108 裝配區(qū)允許放料信號(hào)； DI109 真空吸盤壓力檢測(cè)傳感器輸入； RI1 末端執(zhí)行器夾緊狀態(tài)磁性傳感器； RI2 末端執(zhí)行器松開狀態(tài)磁性傳感器； IMSTOP 外部緊急停止信號(hào)輸入； RO1 機(jī)器人末端執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)電磁閥； DO104 真空吸盤吸緊驅(qū)動(dòng)電磁閥； DO105 真空吸盤反吹驅(qū)動(dòng)電磁閥； R-30IB MATE 的 I/O（輸入輸出信號(hào)）是機(jī)器人與末端執(zhí)行器，外部裝置等系統(tǒng)進(jìn)行通信的點(diǎn)信號(hào)，R-30IB MATE 的 I/O 分為通用 IO 與專用 IO。 通

42、用 I/O（DI/O、GI/O 等）和專用 I/O（UI/O、RI/O）稱作邏輯信號(hào) 。在機(jī)器人的程序中，只能對(duì)分配好的邏輯信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理使用。而實(shí)際的 IO 信號(hào)線稱作物理信號(hào)。所以我們要先利用機(jī)架和插槽來指定 I/O 模塊，并利用該 I/O 模塊內(nèi)的信號(hào)編號(hào)（物理編號(hào)）來指定各信號(hào)——通俗的講就是我們程序中用的 I/O 信號(hào)是通過把物理信號(hào)分配、匹配而成的相應(yīng)的邏輯信號(hào)。 4 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 4.1 PLC程序的設(shè)計(jì) 5 設(shè)備通訊的實(shí)踐 5.1 PLC的通訊介紹 5.2工業(yè)相機(jī)的數(shù)據(jù)處理以及坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)換 由于機(jī)器人接受寄存器只能分配為位的寄存器，所以接受數(shù)據(jù)為 16 位無符號(hào)整形。對(duì)于相機(jī)返回的浮點(diǎn)型數(shù)據(jù)需拆分發(fā)送。步驟如下： 1、對(duì)相機(jī)數(shù)據(jù)比較后制作一個(gè)符號(hào)位； 2、當(dāng)前數(shù)據(jù)乘以 100，然后取絕對(duì)值； 3、緩沖區(qū)把符號(hào)位，處理后的數(shù)據(jù)分別發(fā)送（接受）； 4、機(jī)器人端對(duì)數(shù)據(jù)重新組合運(yùn)算后使用。 因相機(jī)測(cè)量后返回坐標(biāo)值為相機(jī)的像素值，機(jī)器人必須換算后才能應(yīng)用。 提供了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工具。我們坐標(biāo)轉(zhuǎn)換工具的九點(diǎn)較正法制作一個(gè)新的圖像。在需要引導(dǎo)機(jī)器人的作業(yè)里調(diào)用該圖像可直接輸出與機(jī)器人坐標(biāo)系同步的坐標(biāo)值，可對(duì)機(jī)器人直接引導(dǎo)。具體的指令代碼將會(huì)以附件的形式發(fā)送。