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1、摘 要三号黑体加粗本文主要介绍了自动去毛刺系统以及六自由度机器人去毛刺的编程，可应用与当今工业各类汽车轮毂设备的去毛刺，在现实制造加工可以得到广泛，达到解放生产工人的目的，具有很好的发展前景。根据自动去毛刺系统的设计和机器人编程设计两个方面，本课题可分为加工平台设计部分、控制系统规划部分、以及机器人编程三个部分进行设计和控制。首先，整体介绍加工工作站的设计方案，通过分析比较确定工作站的具体安排。其次，设计加工平台的运动控制系统，用step 7绘制出系统控制的梯形图，完成机械及电路的装配。最后，研究ABB工业机器人的编程原理，利用示教编程器Flexpendant和离线编程软件RobotStudi
2、o对机器人路径进行编程。同时，对汽车轮毂去毛刺工艺与轨迹进行研究，并对轮毂局部位置打磨进行编程举例。关键词： 工业机器人，去毛刺，控制系统，离线编程AbstractThis paper mainly introduces the automatic deburring system and six degree of freedom robotic deburring programming, application and industry today of all kinds of automobile hub equipment of deburring, in real manufac
3、turing and processing can be widely, to liberate the purpose of production workers, have very good development prospect.According to automatic deburring system design of robot programming design in two aspects, this paper is divided into the processing platform design, control system planning, and r
4、obot programming three part design and control.First, the overall introduction of the design of the workstation design, through the analysis of the specific arrangements for the workstation.Secondly, the motion control system of the design platform is designed, and the ladder diagram of the system c
5、ontrolled by step 7 is plotted, and the assembly of the machine and circuit is finished.Finally, programming principle of ABB industrial robots, using teaching programmer Flexpendant and off-line programming software robotstudio to program the robots path.At the same time, the research on the burr p
6、rocess and track of the wheel hub is carried out, and the local position of wheel hub is also programmed for example.Keywords: industrial robot, go burr, control system, off-line programming目 录1 绪论11.1 引言1 1.2 工业机器人应用概述2 1.2.1 工业机器人在国外的运用现状 2 1.2.2 工业机器人在国内的运用现状3 1.2.3 工业机器人的应用前景 4 1.3 开发汽车轮毂工业机器人自动
7、化加工系统的意义5 1.3.1 汽车轮毂加工发展历史5 1.3.2 本课题的研究意义61.4 论文构成及研究内容72 汽车轮毂去毛刺系统的总体设计82.1 系统整体任务82.2 机器人工作站的方案设计92.2.1 汽车轮毂的生产过程102.2.2 机器人工作站的组成和配置 112.2.3 机器人的选型及其功能介绍12 2.3 主控系统的方案设计14 2.3.1 PLC控制器的概述及选型15 2.3.2 PLC控制器编程语言16 2.3.3 PLC工作程序及说明183 机器人加工程序设计183.1 工业机器人的控制程序19 3.1.1 机器人的编程方式20 3.1.2 ABB 机器人的编程语言
8、RAPID213.2 机器人去毛刺系统工作程序22 3.2.1 机器人加工主程序24 3.2.2 机器人加工子程序25 3.2.3 机器人调速程序264 轮毂加工系统中力控制方案运用27 4.1 力控制技术在工业机器人系统中运用的目的27 4.2 力控制方案在本系统中的选择27 4.3 力控制在本系统中的具体运用27 4.3.1 力传感器的功能及其选型28 4.3.2 机器人加与力传感器的配合29 4.3.3 加工过程力控制的程序实现305 总结 48参考文献 49致谢 501 绪 论1.1引言 自工业革命以来，人力劳动已经逐渐被机械所取代，而这种变革为人类社会创造出巨大的财富，极大地推动了人
9、类社会的进步。工业机器人的出现则是人类在利用机械进行社会生产史上的一个里程碑。在发达国家中，工业机器人自动化生产线成套设备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。 工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备，它涉及机械工程学、电气工程学、微电子工程学、计算机工程学、控制工程学、信息传感工程学、声学工程学、仿生学以及人工智能工程学等多门尖端学科。工业机器人是机器人学的一个分支，可以说它代表了机电一体化的最高成就。 近年来，为了跟上市场越来越快的变化速度，增强市场竞争力，产品的规格和品种不断变化，更新速度不断加快，这都需要有能达到更高
10、要求自动化程度和柔性化程度的生产设备。想要提高工厂的生产率、产品质量、可靠性、加工柔性和制造精度就需要开发适合工厂生产的机器人柔性工作站。 本课题就是针对以上现状，结合工厂实际需求，以ABB机器人为基础，运用简单的力控制技术开发柔性机加工系统。1.2工业机器人应用概述1.2.1 工业机器人在国外的应用现状 在国外，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而，相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器人公司，它们包括：瑞典的ABBRobotics，日本的FANUC、Yaskawa，德国的KUKARoboter，美国的Adept Technology、American Ro
11、bot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics，意大利COMAU，英国的AutoTech Robotics，加拿大的Jcd International Robotics，以色列的Robogroup Tek公司，这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。纵观世界各国在发展工业机器人产业过程，可归纳为三种不同的发展模式，即日本模式、欧洲模式和美国模式：1、日本模式此种模式的特点是：各司其职，分层面完成交钥匙工程。即机器人制造厂商以开发新型机器人和批量生产优质产品为主要目标，并由其子公司或社会上的工程公司来设计制造各行业所需要的机器人成套系统，并完成交钥匙
12、工程；2、欧洲模式此种模式的特点是：一揽子交钥匙工程。即机器人的生产和用户所需要的系统设计制造，全部由机器人制造厂商自己完成；3、美国模式此种模式的特点是：采购与成套设计相结合。美国国内基本上不生产普通的工业机器人，企业需要时机器人通常由工程公司进口，再自行设计、制造配套的外围设备，完成交钥匙工程。1.2.2 工业机器人在国内的应用现状 目前，我国人口红利正在逐渐消失，机器人技术开发和实现人工替代将是大势所趋。长期以来，由于机器人成本较高而劳动力价格相对低廉，我国大部分制造业主要是劳动密集型企业。随着经济的持续快速发展，我国正从劳动密集型向现代化制造业方向转型，振兴制造业、实现工业化是我国经济
13、发展的重要任务。作为先进制造业中不可替代的重要装备和手段，工业机器人的应用和普及自然成为企业较理想的选择。工业机器人已广泛应用于汽车及汽车零部件制造业、机械加工行业、电子电气行业、橡胶及塑料工业、食品工业、木材与家具制造业等领域中;并开始扩大到国防军事、医疗卫生、生活服务等领域，如无人侦察机、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例，当前我国工业机器人产业已初具规模。随着人工成本的上涨、工作环境的改变、人口老龄化和多元化的市场竞争，各企业面临着重重压力。工业机器人产业是一个快速成长中的新兴产业，将对未来生产和社会发展起越来越重要的作用。我国工业机器人市场规模正在不断增长，已成为世界
14、上增长最快的市场。具体看来，中国则保持着35%的高增长率，远高于德国的9%、韩国的8%和 日本的6%。其中，汽车、电子产品、冶金、化工塑料、橡胶等行业是中国使用机器人最多的几个行业，未来几年，随着行业的需要和劳动力成本的不断提高，中国机器人市场增长潜力会非常巨大。然而，值得提出的是，我国工业机器人发展应用依然面临诸多挑战，与发达国家相比，整体产业水平仍存在较大差距，具体表现在一下两方面：首先是尽管我国已基本掌握了工业机器人相关知识，如本体设计制造技术、控制系统硬件和软件设计技术、运动学和轨迹规划技术等，但工业机器人的生产规模仍然不大，多数是单件小批生产，质量和可靠性也不稳定，仅相当于国外上世纪
15、90年代中期水平，产品性价比低。然后是在伺服电机、精密减速器、伺服驱动器、控制器等关键核心部件上长期依赖于国外进口。因此，机器人核心零部件国产化迫在眉睫。一旦这些关键零部件实现国产化，平均成本可降低30%，则机器人单机制造成本至少降低20%。1.2.3 工业机器人的应用前景 工业机器人在许多生产领域的使用实践证明，它在提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产品质量以及经济效益，改善工人劳动条件等方面，有着令世人瞩目的作用，引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注。在新的世纪，机器人工业必将得到更加快速的发展和更加广泛的应用。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用
16、范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机(飞行器)、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高人类的生活质量发挥着重要的作用。鉴于此，工业机器人可以说是节约劳动生产力，提高产量的尤物，是人类机械化提高的一个重要标志，工业机器人的未来发展是十分乐观的。1.3开发汽车轮毂工业机器人自动化加工系统的意义1.3.1 汽车轮毂加工发展史 轮毂，其字面含义是指车轮的中心装轴部分，俗称“轴头”，通过轮毂轴承而安
17、装在车桥套管外面的壳形回转件。它是通过半轴螺栓（对于驱动桥而言）和车轮轮辋法兰螺母将半轴的转动力矩传给车轮的零件。而现代意义的轮毂是指车轮除轮胎之外所有的部分，包括了轮辋、轮辐及附属装饰件等等。 虽然现在的车轮是由轮毂和轮胎组成，两者互不可缺，但实际上，轮毂的发展历史要比轮胎要早的多。在制作轮胎的必须材料：橡胶没有诞生之前，轮毂早已经诞生。早期的马车车轮由于没有轮胎，其车轮一般有三大部分组成：轮毂、轮辋和轮辐。此时的轮毂还只是车轮中的一个部件，和轮辋和轮辐并列。 而世界上第一辆汽车得车轮继承了马车车轮的结构形式，采用了密密麻麻的辐条。此时的汽车车轮镇南关，车轮轮毂、轮辋和轮辐的概念都是非常明确
18、的，并不像现在我们所说的轮毂这样包括了轮胎和车轴之间的整个部分。其中，轮辋是指紧贴胎唇的部分，轮毂是指套在车轴外层的部分，而轮辐辐条呈放射状由轮毂发散到轮辋，将轮毂和轮辋连接在一起。此时的轮辋，轮毂，辐条，三者是可分离的，并不是一体的。 随着科技进步、工业发展，汽车轮胎开始出现，而到了19世纪末20世纪初，轮辋、轮毂、辐条开始通过铸造工艺，已经合为一体。此时，虽然轮毂、轮辋和轮辐在形式上还是很明显的存在，但在结构上已经合为一体，不可分割了。此后不久，我们非常熟悉的钢(铁)轮毂出现，最先的钢轮毂是全裸的，看起来非常的沉重和朴实，样子也有点丑。 而到了20世纪30年代，德国人将钢制辐条与铝质轧制轮
19、辋相结合的车轮装载气车上，铝制轮毂开始出现，也为铝合金车轮的发展奠定了基础。二战后，铝合金轮毂开始在普通汽车上得到应用。 随着机械加工工业的发展，1958年，出现了整体铸造的铝合金轮毂，此后不久又有了锻造的铝合金轮毂。同时，随着汽车工业蓬勃发展，铝合金轮毂越来越普及。 而伴随着机械成型技术的发展以及人们对汽车的外观的要求越来越高，在80年代，极纤细网眼的轮毂极为流行。而现在汽车轮毂所追求的三维立体造型的轮毂在90年代开始浮出水面。 到现在，汽车轮毂越做越轻，款式越来越多，越来越美观，人们对轮毂的款型的不断追求达到了完美的极致。现在，轮毂也已经成为区别车型高低的一个很明显的客观指标。高端车或者高
20、配车型一般全部用铝合金轮毂，低档或者低配车型的则大都使用钢制轮毂。1.3.2 本课题的研究意义 随着汽车产业的高速发展，扮演汽车双脚角色的汽车轮毂也得到有力的进步，铝合金轮毂渐渐成为了汽车轮毂的主流，而这一切又要归功于制造工艺的进步。目前整体式汽车铝轮毂的成形工艺分为金属型重力铸造、低压铸造、挤压铸造、锻造工艺、旋压工艺。其中的低压铸造是近年来国际上的主流工艺，据统计，汽车铝轮毂总产量的大部分是用A356铝合金低压永久模铸造的，其余采用金属型重力铸造、挤压铸造和锻造工艺技术生产。低压铸造具有生产效率高、铸件组织致密、自动化程度高等特点，可满足汽车铝轮毂的严格的性能要求。虽然铝合金低压铸造轮毂有
21、很多优点,但在生产中由于铝合金低压铸造轮毂的生产特点,它是采用模具一次性压铸而成。产品的体积比较大,相对来说模具也很大,另外由于铝合金溶液在模具中冷却成固体,模具在 生产过程中需要不停地承受很大的温度变化及压力。在目前的模具材料及模具加工生产水平下,生产出来的产品不可避免的会有各种毛刺。由于汽车轮毂产品毛坯形状相对比较复杂,而且毛刺分布的部位也很广。目前,很多轮毂生产厂家采用人工加一些手动工具来去除,工人的劳动强度大,动作单一。另外,由于加工时会产生铝粉尘，由呼吸道以及皮肤渗入工人的身体会对工人的健康产生很大伤害，甚至久而久之恶化为尘肺病。而如果采用工业机器人来代替人工的劳动,明显有很多的好处
22、。 因此，本课题针对实际应用的要求，对工业机器人自动化加工系统做了深入的研究，为加工系统的总体设计方案及应用工程的实施细节提供较为详实的资料。1.4论文构成及研究内容 本课题是在结合实际生产要求的基础上进行的，需要解决很多现实生产中遇到的问题，因此课题研究的大部分内容都是有关于工业机器人在实际生产中应用方面的。其中主要的内容有以下几点： 一、自动化机器人加工系统总体方案的确立：根据实际的生产环境及对自动化程度的要求和目标进行综合考虑，确定一套最合适及最完整的解决方案。 二、自动化机器人加工系统的外部硬件设计：外部硬件设计主要是在配合机器人已有的控制箱和设备的基础上，对附加部分的硬件进行选型及其
23、外围电路的常规设计，其中包括系统周边设备的选型和设计、各设备间通讯的接口设计、机器人简单力控制的设计等等。 三、自动化机器人加工系统的软件设计：软件设计涉及两个部分，其一是整个机器人加工系统的PLC控制程序设计，用以完成机器人与周边设备的逻辑控制。其二是工业机器人加工路径程序化设计，使其能够依据工件的外形进行加工。 四、为标准的机器人控制箱添加组件：增加机器人的数字输入输出卡，用于控制电动锉刀的加工力。2 汽车轮毂去毛刺系统的总体设计2.1系统整体任务 本系统的任务是使用一台工业机器人，再与相应的周边设备相配合，设计一套用于汽车轮毂去毛刺的自动化加工系统。其目标是在保证产品质量和生产效率的基础
24、上减轻工人的劳动强度。 据了解，目前我国在汽车轮毂去毛刺生产中很多都采用熟练工人通过电、气动研磨工具手工进行抛光，如图2.1所示。人工去毛刺工作过程中工人的劳动强度大，加工效率低，每个熟练工人给一个轮毂去毛刺大概需要20分钟，轮毂的生产企业不得不雇佣大量的劳动力专门用于轮毂的抛光加工，月产两万支轮毂的生产企业，在轮毂的去毛刺这道工序上就需雇佣约30个工人，而近两年出现的“用工荒”，使企业越来越难招到足够的加工工人。 图2.1 人工汽车轮毂去毛刺 本系统以月产两万支轮毂的生产企业为依据，按每月工作24天，每天三班工作制，每班工作8小时来算，则系统的生产节拍需满足公式（2-1）的时间要求。这是加工
25、系统周边设备配置方式及选型的一个重要依据。（2-1） 因此，本系统将生产的节拍要求确定为2分钟/个。2.2机器人工作站的方案设计2.2.1 汽车轮毂生产过程 汽车铝轮毂的最主要的生产工艺流程是：熔化精炼材料检验低压铸造X射线探伤热处理机械加工动平衡检验气密性检验涂装，而轮毂的去毛刺加工工序属于其中的机械加工流程。在进入本系统加工流程之前，轮毂需先进行材料融化、精炼、低压铸造、热处理等主要加工流程：1、 熔化 根据客户的需求准备铝合金，如A356.2等；用油炉或者电炉熔化，如图2.2所示，铝液温度780800左右。使用油炉的优点是投资少、能耗低，缺点是速度慢，金属烧损严重；而选用电炉 （中频炉）
26、的优点是电磁搅拌成分与温度均匀，熔体暴露面小，熔化速度快，缺点是投资高、能耗大。2、 精炼 铝液到达一定温度后，添加Al-Ti-B和Al-Sr变质剂进行变质处理，再用Ar气或者N2气除气。除气后对铝液进行化学分析和含气量分析，到达要求后倒入铸造机保温炉，保温炉中铝液温度一般为680750左右。3、 低压铸造 先用石油液化气对模具进行预热，预热温度为350左右，再将保温炉中铝液倒入模具中。冲型-保压-卸压过程是PLC控制的，过程参数没个厂家根据自身配方而定。模具的冷却一般有三种方法：一是空冷；二是水冷；三是复合（水、气）冷，冷却水量、水温等的调节也是根据各厂而定的。4、 热处理 轮毂毛坯一般是在
27、隧道式热处理炉中进行热处理，热处理过程可以分为以下几个步骤: 固熔处理：温度528535左右，时间6.5小时； 淬火：从固熔炉出来后在20秒内淬火，淬火介质为水，温度为70； 析出：淬火后的轮毂进行人工析出（人工时效），温度155179左右，时间5小时左右。 通过检查抗拉强度、延伸率、硬度和组织状态确认热处理的效果。 图2.2 铸造生产现场如下图2.3和2.4是两种不同规格的汽车轮毂压铸毛坯图片： 图2.3 汽车轮毂毛坯照片1 图2.4 汽车轮毂毛坯照片22.2.2 机器人工作站的组成和配置 由于铝合金压铸汽车轮毂的生产特点，它通常是采用模具一次性压铸而成。产品的体积相对比较大，因此说模具也相
28、对较大，另外因为铝合金溶液在模具中冷凝成固体，模具在轮毂的生产过程中需要不断地承受很大的温度变化和很大的压力。在目前的模具材料和模具加工生产水平下，生产出来的轮毂不可避免的会出现各种毛刺。除了一些毛刺是为了确保产品不会有气孔等而在模具设计时故意留的，另外一些则完是因为模具的加工水平或模具的使用一段时间后材料表面损坏而产生的。以下是梯级毛坯各个位置上的需要加工的的一些毛刺照片。 图2.5 轮毂毛刺照片1 图2.6 轮毂毛刺照片2 图2.7 轮毂毛刺照片3 图2.8 轮毂毛刺照片4 从上图汽车轮毂上的毛刺分布可以看出，本工作站需要对轮毂的大部分边缘进行去毛刺，因此本工作站除了工业机器人本体及机器人
29、控制柜外还需要一个可以180可控制旋转的工作台，另外本工作站还需要一个用于控制工作流程及用于力控制的PLC控制柜。本工作站的具体配置如下图2.9： 图2.9 机器人工作站2.2.3 机器人的选型及其功能介绍 机器人是机器人去毛刺工作站的核心,机器人应尽可能选用标准通用机器人。目前国内使用数量比较多的是德国的库卡机器人及欧洲ABB公司的机器人,经多方比较,最终决定采用ABB公司的IRB 4600系列机器人,其机器人控制器为IRC5,属于可编程示教再现式通用机器人。 IRB4600系列机器人是采用交流伺服电机驱动的6自由度通用型机器人，根据其有效载荷的大小可以分为四种不同型号，从IRB4600-6
30、0/2.05到IRB4600-20/2.50。 我们需要加工的各种规格的汽车轮毂过程中,还需要在机器人的法兰盘上装上毛刺打磨机,按照我们的设计,打磨机重量约为10KG。这样一来,我们就需要选择一台机器人的最大有效负荷必须大于10KG。当然,考虑到这个载荷是静载荷,而在实际的加工中,会有冲击、震动等因素存在,因此还需要考虑一些安全余量,本系统中我们选3倍的安全系数,因此系统中选择的工业机器人的有效载荷要大于30KG。综合考虑机器人的有效荷载和工作扭矩，对照ABB公司IRB 4600系列机器人的参数，我们最终选择了IRB4600-40/2.55这个版本的机器人。 IRB 4600系列机器人是由六个
31、转轴组成的空间六杆开链机构，理论上可达到运动范围内空间任何一点。机器人的六个转轴均由AC伺服电机驱动，每个电机后均有编码器。每个转轴均带有一个齿轮箱，机械臂运动精度（综合）达正负0.05mm至正负0.2mm。此外，机械臂上带有串口测试板（SMB），测试板带有六节充电的镍镉电池，起保存数据作用。机器人六个关节中的上部三个关节组成了类似手腕的结构,而下部三个关节主要确定手腕的位置。该机器人在实际工作中首先需要测量出运动的轴线,在工作程序中,可以设定各种轴线,再需要的时候,就可以选择合适的轴线来进行点或线的运动。即位姿控制。机器人进行直线或圆弧运动就是控制点的运动轨迹。实际上为了实现位姿控制,甚至只
32、是姿态变化,也往往要求机器人的6个轴同时协调动作。此外,对机器人的动作还有速度控制。这几方面的综合控制就满足了搬运的动作要求。该机器人的每个轴都由伺服电机驱动谐波减速器或RV减速器来驱动,伺服电机可分别按指令要求的速度、加速度、转角进行运动。 下面是IRB 4600系列工业机器人的一些基本参数图表： 表2.1 IRB 4600系列机器人参数 图2.8 IRB4600系列机器人实物图 图2.9 IRB4600系列机器人六轴分布 图2.10 IRB4600-20/2.50型机器人工作范围 IRC 5控制器主要由主控、伺服驱动、输入/输出接口、内置逻辑控制器等部分组成。除了控制机器人本体六个轴的动作
33、外,还须进行输入输出控制等。主控部分按照示教盒器提供的信息生成工作程序,并对程序进行运算处理,产生各个轴的运动指令,交给伺服驱动单元;伺服驱动单元则将来自主控的指令进行处理,产生伺服驱动电流驱动伺服电机;内置逻辑控制器则主要进行输入输出控制。控制器在机器人进行作业的时候,通过输入输出接口模块,给周边装置发出信号或接收信号,对周边设备进行控制。 下面是IRC 5控制柜实物图及参数表: 图2.10 IRC 5型控制柜实物 表2.2 IRC 5型控制柜参数表 2.3主控系统的方案设计2.3.1 PLC控制器的概述及选型 可编程控制器是60年代末在美国首先出现的，当时叫可编程逻辑控制器PLC（Prog
34、rammableLogicController），目的是用来取代继电器。以执行逻辑判断、计时、计数等顺序控制功能。提出PLC概念的是美国通用汽车公司。PLC的基本设计思想是把计算机功能完善、灵活、通用等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，控制器的硬件是标准的、通用的。根据实际应用对象，将控制内容编成软件写入控制器的用户程序存储器内,使控制器和被控对象连接方便。 70年代中期以后，PLC已广泛地使用微处理器作为中央处理器，输入输出模块和外围电路也都采用了中、大规模甚至超大规模的集成电路，这时的PLC已不再是仅有逻辑(Logic)判断功能，还同时具有数据处理、PID调
35、节和数据通信功能。国际电工委员会(IEC)颁布的可编程控制器标准草案中对可编程控制器作了如下的定义：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算，顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式和模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的设计。 可编程控制器对用户来说，是一种无触点设备，改变程序即可改变生产工艺。目前，可编程控制器已成为工厂自动化的强有力工具，得到了广泛的普及推广应用。 可编程控制器是面向用户的专用工业控制
36、计算机，具有许多明显的特点。 可靠性高，抗干扰能力强； 编程直观、简单； 适应性好； 功能完善，接口功能强。 由于PLC是我们的机器人去毛刺柔性工作站的整个控制系统中最重要的控制器,它负责控制毛刺打磨机机的动作及其与机器人之间的协调与配合。同时PLC也负责力传感器的数据采集和处理以及其与机器人之间的信号交换,以协调控制机器人与周边外围设备的工作。这就要求选择一款具有系统中所需所有功能的又简单实用的PLC控制器，而西门子公司的S7系列PLC控制器就能满足这些要求。 德国的西门子公司在过程自动化领域有极高的知名度，PLC 及其相关设备的产销量都很高。据估算，在 2007 年该公司的 PLC 相关产
37、品在国内销量约占同类产品的一半以上。西门子的 PLC 除了具有上述的五个特点之外，还具有如下的特点。 首先，西门子公司拥有不同的产品系列，可以适用于不同规模的应用：简单的 Logo，可以算得上是最简单的 PLC 产品，或者说是界定与传统的继电器与PLC之间的一类，既具有继电器简单易用的特点，又具有 PLC 集成度高、功能强、方便快捷的优势；S7-200 系列 PLC，是一种小型 PLC，适用于对性能要求不高的场合；S3-300 系列，是模块式中小型 PLC，在一个系统中最多可扩展 32个不同的应用模块，可以满足绝大多数的应用场合，甚至能完成软冗余：S7-400是大型的PLC，可以挂接 300
38、多个模块，H 系列和 HF 可以完成硬件冗余，具有极高的处理速度和卓越的通讯性能，可以应用与一些特殊要求的领域。其次，西门子公司同样的产品系列还有不同应用条件的产品，可以满足扩展温度范围、防爆、高粉尘、高有毒有害和腐蚀性气体污染等多种不同的应用场合。另外，西门子公司不仅有传统的 PLC，还有多个系列的 PLC 扩展产品：S7系列是传统意义上的 PLC，除此之外的 M7-300/400 系列，采用与S7-300/400相同的结构，它可以作为 CPU 或功能模块使用，具有 AT 兼容计算机的功能，可以用 C，C+或 CFC 等语言来编程；C7 系列由 S7-300 PLC，HMI(人机接口)操作面
39、板、I/O、通信和过程监控系统组成，应用于集成化要求较高的场合；最后是WinAC， 它基于 Windows 和标准的接口(ActiveX，OPC)，提供软件 PLC 或插槽PLC。 因此，根据系统的需求，本系统中选用了西门子公司的S7-200 PLC控制器作为系统的主控平台。2.3.2 PLC控制器编程语言 西门子 PLC编程方式与微机相近，是以指令程序的形式进行工作的，但各种型号的 PLC 一般均以梯形图语言为主，另外也兼顾一些其它形式的编程语言。 1.梯形图 梯形图是面向控制过程的一种“自然语言”，是一种图形化的编程语言，它延用传统继电器的触点、线圈、串并联等术语和图形符号，同时也增加了一
40、些继电器控制系统中没有的特殊符号，以便扩充 PLC 的控制功能。梯形图语言比较形象、直观，对于熟悉继电器表达方式的电气技术人员来说，不需要学习更深的计算机知识，极易被接受，因此在 PLC 编程语言中应用最多。 2.指令语句表 指令语句就是用助记符来表达 PLC 的各种控制功能，一般与梯形图形式一一对应。它类似于计算机的汇编语言，但比汇编语言通俗易懂，因此也是应用很广泛的一种编程语言。指令语句通常由地址、操作码和操作数(器件编号)三部分组成。这种编程语言可使用简易编程器编程，编程设备简单、逻辑紧凑，连接范围不受限制，但比较抽象，一般与梯形图语言配合使用，互为补充。目前，大多数PLC 都支持指令语
41、句编程。 3.逻辑功能图 这种编程语言基本上沿用了半导体逻辑电路的逻辑方块图形式。对于每一种功能都使用一个运算方块，其运算功能由方块内的符号确定。常用“与”、一或”、“非”等逻辑功能表达控制逻辑。与功能方块有关的指令均画在方块的左边，输出画在方块的右边。采用这种编程语言对于熟悉逻辑电路和具有逻辑代数基础的技术人员来说，是非常方便的。 4.流程图流程图 编程方式采用画工艺流程图的方法编程，只要在每一个工艺方框的输入和输出端标上特定的符号即可。对于在工厂中搞工艺的人来说，用这种方法编程，不需要很多的电气知识，非常简单5.高级语言部分 PLC 支持高级语言编程，类似与 C 或者 Pascal 语言，
42、这对于那些有着丰富的高级语言编程经历的开发人员非常的方便。2.3.3 PLC工作程序及说明 一下是部分PLC主程序，另外力控制信号处理程序见第四章:3 机器人加工程序设计3.1工业机器人的控制程序 所谓对机器人的示教或对机器人的编程，就是在用机器人代替人进行作业时,必须预先对机器人发出指示信息,规定机器人需要完成的动作和作业的具体内容。对机器人的示教的方法有好几种,要想让机器人实现人们所期望的动作,必须赋予机器人各种信息,首先是机器人动作流程的信息及与外部设备的相协调的信息;然后是与机器人工作时的附加条件信息;最后是机器人的位置和姿态信息。前两个方面很大程度上是与机器人要完成的工作以及相关的工
43、艺要求有关,所以我们重点介绍一下有关机器人位置和姿态的示教。3.1.1 机器人的编程方式 位置和姿态的示教大致可有以下三种:（1）示教方式编程（手把手示教） 目前有些机器人还是采用示教方式编程。示教方式是一项成熟的技术，易于被熟悉工作任务的人员所掌握，而且简单的设备和控制装置即可进行。示教过程进行的很快，示教过后，马上即可应用。在对机器人进行示教时，将机器人的轨迹和各种操作存入其控制系统的存储器。如果需要，过程还可以重复多次。在某些系统中，还可以用与示教时不同的速度再现。 这种方法需要从一个运输装置获得使机器人的操作与搬运装置同步的信号，从而用示教的方法来解决机器人与搬运装置配合的问题。 示教
44、方式编程也有一些缺点：只能在人所能达到的速度下工作；难与传感器的信息相配合；不能用于某些危险的情况；在操作大型机器人时这种方法不实用;难获得高速度和直线运动；难与其他操作同步。（2） 示教器示教 利用与机器人控制柜相连接的示教器上的运动控制按钮就能驱动机器人动，然后再储存机械臂的运动轨迹信息用于后面的重复运功。在示教器中，每个关节都有一对按钮，分别控制该关节在两个方向上的运动，有些机器人还能附加控制运动速冻。通过选择不同的运动方式，机器人能实现单关节或者多关节的合成运动。（3） 离线编程或者预编程 离线编程和预编程的含义相同，是指用机器人程序语言预先进行程序设计，而不是用示教的方法编程。离线编程有一下几个方面的优点： 编程时可以不使用机器人，以腾出机器人去做其他工作。 可以预先优化操作方案和运行周期。 以前完成的过程或子程序可结合到待编的程序中去。 可用传感器探测外部信息，从而使机器人作出相应的响应。这种响应使机器人可以工作在自适应的方式下。 控制功能中可以包含现有的计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）的信息。 可以预先运行程序来模拟实际运动，从而不会出现危险。利用图形仿真技术，可以在屏幕上模拟机器人运动来辅助编程。 对不同的工作目的，只需替换一部分待定的程序。3.1.2 ABB 机器人的编程语言 RAPID RAPID程序中包含了一连串的控制机器人的指令，执行这些