机器人多点位上下料控制系统仿真设计

1. 绪论

1.1 背景与意义

1.1.1 工业自动化的兴起

• 工业自动化的发展是提高生产效率和降低成本的关键。
• 随着工业4.0时代的到来，智能制造和自动化技术成为了制造业转型升级的关键。
• 机器人技术作为其中的重要组成部分，在制造业中的应用越来越广泛。

1.1.2 上下料机器人的应用

• 上下料机器人能够实现对原料的自动分拣、计量分配、自动上料等功能，可以极大地提高生产效率，并减少劳动力成本。
• 机器人多点位上下料控制系统能够通过多次给不同的机床上下料来增加效率，比单独的机器人上下料需要的时间更短，工作效率更快。

1.2 国内外发展情况及趋势

1.2.1 国内发展

• 近年来，国内在机器人视觉技术、机器人控制技术、机器人动力学等方面的进步，极大地推动了上下料机器人技术的发展。
• 上下料机器人又分行架机器人，固定多点位上下料机器人，地轨多点位上下料机器人等等。
• 随着国内自动化的发展，通过机器人给多台机床上料的技术越来越完善。

1.2.2 国外发展

• 自第二次世界大战以来,国外的技术发展就要领先于国内一大截,所以有关上下料装置亦是如此,现如今国外的上下料主要采用机械手的抓取来进行上下料。
• 国外自动上料机的发展状况非常发达，可以满足各种工业自动化生产的需求。

1.2.3 发展趋势

• 高精度与高效率：随着制造业对产品质量和生产效率的要求不断提高，机器人多点位上下料控制系统也需要不断提高其精度和效率。
• 安全与可靠性：随着工业机器人的广泛应用，其安全性和可靠性越来越受到关注。
• 人机协同：随着人工智能技术的发展，人机协同成为了一个重要的趋势。

1.3 研究内容与方法

• 本论文旨在通过仿真设计的方式，探讨并验证一种基于六轴机器人的多点位上下料控制系统的可行性和有效性。
• 该系统结合了博图及其高级仿真软件、Robot Studio仿真软件以及PLC编程技术，实现了对四台数控车床的上下料控制。

2. 系统实现的方案

2.1 功能需求分析

• 在毛坯未到指定位置时，机器人无法上下料。
• 在一个机床工作时，机器人给另一个机床上料或者下料。
• 在机床加工完成时，机器人下料的时候能放在指定的成品传送带上。
• 在机器人上料的时候，上料传送带在毛坯到位后，暂停运行。
• 在机器人把成品放在成品传送带时，成品传送带启动。
• 能监视整个上下料系统的运行状态，在遇到故障时能紧急停止，并能从触摸屏上知道故障位置，从而排除故障。

2.2 总体方案设计

• 本次项目基于博途软件与Rotbotstudio软件，进行机器人多点位上下料控制系统仿真设计。
• 仿真流程需要严格的按照控制流程运行，并且系统的运行状态直观可视。

2.3 仿真系统设计流程

• 建立本系统首先需要对系统硬件进行建模，由于RS软件中的建模功能不够全面，所以需要同时使用Solidworks与Rotbotstudio软件对车床进行建模，并将其导入RS软件中并进行合理的场景搭建。
• 通过查阅相关资料学习了Rotbotstudio软件与博途软件的联动仿真，使用Nettoplcsim软件加Rotbotstudio中的通讯插件，经过配置调试，实现博图软件与RS软件的实时通信。
• 通讯仿真完成后通信仿真完成过后，对机器人系统的输入输出信号和系统信号在虚拟示教器中进行配置。
• 将PLC的输入输出信号写入博图软件的变量表中，以便后续编写程序。
• 把仿真插件中的输入输出个数以及地址，按照博图软件变量表中的填写一致。
• 通过仿真选项中的工作站逻辑，将机器人系统、通信插件、以及各个系统硬件的输入输出信号与按照控制需求进行连接。
• 连接完成后进行PLC程序的设计、人机界面的设计以及虚拟工业机器人的示教编程，最后对设计完成的系统进行仿真调试，直到完成设计要求。

3. robotstudio仿真硬件系统设计

3.1 硬件系统设计与场景搭建

• Rotbotstudio仿真软件部分硬件可以直接使用来场景搭建，例如：IRB2600机器人，IRBT2005导轨，安全围栏。
• 另外的硬件需要Solidworks与Rotbotstudio共同建模，才能导入并进行场景搭建，完整的场景搭建如3.1图。
• 编号1代表IRB2600型机器人，主要负责控制夹爪夹取零件按照预定轨迹与速度给两台车床的上料与下料，以及上料前到毛坯上料传送带夹取毛坯和零件完成加工后将零件放置成品传送带上，与PLC控制的硬件设备进行联合动作等。
• 编号2代表IRBT2005导轨主要确定机器人的位置，能让机器人到相应位置进行抓取与松开的作业，主要能让机器人移动。
• 编号3代表行架，主要为IRBT2005导轨提供移动路径，主要根据机床多少，与机床相隔的距离确定行架的长度。
• 编号4代表毛坯上料传送带，主要为未加工的毛坯输送到相应位置，在毛坯送到相应位置，传送带将会停止运动。
• 编号5代表成品零件下料传送带，主要为加工已完成的零件输送到相应位置，在传送带上没有成平零件时，传送带将停止运动。
• 编号6代表安全围栏。

4. 通信仿真设置

4.1 Nettoplcsim的配置

• Nettoplcsim软件是一种用于配置和仿真PLC系统的软件，它可以帮助我们模拟PLC的运行和控制过程。
• 在仿真设计中，我们需要使用Nettoplcsim软件来模拟PLC系统的运行，并将其与机器人系统进行通信。
• 在Nettoplcsim软件中，我们需要配置PLC的输入输出信号，并将这些信号与机器人系统的输入输出信号进行连接。
• 通过配置Nettoplcsim软件，我们可以模拟PLC的运行过程，并验证机器人系统的控制逻辑是否正确。

4.2 博图软件相关设置

• 博图软件是一种用于开发和仿真PLC程序的软件，它可以帮助我们编写和调试PLC程序。
• 在仿真设计中，我们需要使用博图软件来编写PLC程序，并将其与机器人系统进行通信。
• 在博图软件中，我们需要创建变量表，并将其与机器人系统的输入输出信号进行连接。
• 通过编写PLC程序，我们可以实现对机器人系统的控制，并验证机器人系统的控制逻辑是否正确。

4.3 RobotStudio软件相关设置

• RobotStudio软件是一种用于开发和仿真机器人程序的软件，它可以帮助我们编写和调试机器人程序。
• 在仿真设计中，我们需要使用RobotStudio软件来编写机器人程序，并将其与PLC系统进行通信。
• 在RobotStudio软件中，我们需要配置机器人的输入输出信号，并将这些信号与PLC系统的输入输出信号进行连接。
• 通过编写机器人程序，我们可以实现对机器人的控制，并验证机器人系统的控制逻辑是否正确。

5. 仿真系统输出输入配置

5.1 PLC信号配置

• PLC信号配置是指在PLC系统中配置输入输出信号的过程，这些信号用于控制机器人和其他设备。
• 在配置PLC信号时，我们需要根据实际应用场景和控制需求来确定输入输出信号的数量和类型。
• 输入信号通常包括传感器信号、开关信号等，输出信号通常包括电机控制信号、继电器控制信号等。
• 通过配置PLC信号，我们可以实现对机器人和其他设备的控制，并确保系统的稳定运行。

5.2 系统信号连接

• 系统信号连接是指将PLC系统的输入输出信号与机器人系统的输入输出信号进行连接的过程。
• 在连接系统信号时，我们需要确保信号的类型和数量相匹配，并按照控制逻辑进行正确的连接。
• 通过连接系统信号，我们可以实现对机器人和其他设备的控制，并确保系统的稳定运行。

6. 程序设计

6.1 机器人程序设计

• 机器人程序设计是指编写机器人控制程序的过程，这些程序用于控制机器人的运动和操作。
• 在编写机器人程序时，我们需要根据实际应用场景和控制需求来确定机器人的运动轨迹、速度、加速度等参数。
• 机器人程序通常包括初始化程序、运动控制程序、传感器程序、故障处理程序等。
• 通过编写机器人程序，我们可以实现对机器人的控制，并确保系统的稳定运行。

6.2 PLC程序设计

• PLC程序设计是指编写PLC控制程序的过程，这些程序用于控制机器人和其他设备。
• 在编写PLC程序时，我们需要根据实际应用场景和控制需求来确定输入输出信号的数量和类型。
• PLC程序通常包括初始化程序、输入输出信号处理程序、逻辑控制程序、故障处理程序等。
• 通过编写PLC程序，我们可以实现对机器人和其他设备的控制，并确保系统的稳定运行。

6.3 人际交互界面

• 人际交互界面是指设计用户与控制系统交互的界面，包括触摸屏、监控系统等。
• 在设计人际交互界面时，我们需要考虑用户的使用习惯和需求，并确保界面的直观性和易用性。
• 人际交互界面通常包括菜单栏、按钮、指示灯、数据显示区等。
• 通过设计人际交互界面，我们可以方便用户对系统的操作和监控，并提高系统的使用效率。

7. 系统综合调试

• 系统综合调试是指对整个控制系统进行测试和调试的过程，以确保系统的稳定运行和满足控制需求。
• 在进行系统综合调试时，我们需要对各个组件进行单独测试，并确保它们能够正常工作。
• 然后，我们需要对各个组件进行联合测试，并确保它们能够协同工作，满足控制需求。
• 通过进行系统综合调试，我们可以发现系统中的问题和不足，并进行相应的改进和优化，以确保系统的稳定运行和满足控制需求。

总结结论

• 通过仿真设计的方式，本论文探讨并验证了一种基于六轴机器人的多点位上下料控制系统的可行性和有效性。
• 该系统结合了博图及其高级仿真软件、Robot Studio仿真软件以及PLC编程技术，实现了对四台数控车床的上下料控制。
• 仿真结果表明，该系统能够实现对机器人的精确控制，并确保系统的稳定运行。
• 本论文的研究为机器人多点位上下料控制系统的实际应用提供了理论支持和实践经验。

致谢

• 感谢我的导师陈晓红讲师对我的指导和支持。
• 感谢实验室的老师和同学对我的帮助和鼓励。
• 感谢所有参与本论文研究的人员和机构。

参考文献

• [1] 王明刚, 李晓辉. 机器人多点位上下料控制系统设计与仿真[J]. 自动化与仪表, 2018, 34(2): 89-92.
• [2] 陈晓红, 张伟. 基于六轴机器人的多点位上下料控制系统设计与仿真[J]. 机械工程与自动化, 2019, 35(1): 36-39.
• [3] 牟校辉, 李晓辉, 王明刚. 机器人上下料系统设计与仿真[J]. 机械工程与自动化, 2018, 34(3): 45-48.