弧焊机器人论文.docx

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弧焊机器人论文

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弧焊机器人工作站系统设计

摘要

随着工业技术的提高，机器人被广泛应用于生产实践中，机器人与手工操作相比，有着明显的优势，广泛采用工业机器人不仅可提高产品的质量和产量，而且对保障人身安全，改善劳动环境，减轻劳动强度，提高劳动生产率，节约原材料消耗以及降低生产成本，有着十分重要的意义。

和计算机、网络技术一样，工业机器人的广泛应用日益改变人类的生产生活。

其中，焊接机器人是应用最为广泛的机器人，全球将近一半的工业机器人用于各种形式的焊接加工领域。

本论文以六自由度弧焊机器人为背景，详细介绍了机器人工作站的配置，硬件选型，

PLC控制系统的设计、机器人配套设施的建设、仿真软件的应用及在实际环境中的调试。

论文首先总结了前人的工作，对焊接机器人工作站的发展现状和前景进行了展望。

总结了中外弧焊机器人的生产发展情况，对国内的弧焊机器人工作站的优缺点进行了分析。

然后结合工厂实际情况和生产要求，结合目前先进的机器人技术和解决方案，规划了本次机器人工作站的设计模块，对机器人工作站的配置和组成提出了合理创新的设计，采用简单高效的方法完成了工厂的应用要求。

工作站包括两台日本安川机器人公司的MOTOMANNX1机器人，该机器人采用了6

轴运动，能够在空间上做大自由度的运动，一台机器人安装了弧焊焊枪，进行弧焊作业，另一台机器人安装了夹持设备，进行辅助作业，两台机器人协调工作，共同完成作业任务。

本文对工作站的各个组成部分给出合适的规划，保证了机器人工作站的实用高效性，使用双机器人的协调工作及外部轴的控制实现高复杂度的焊接，能够适应不同的工作环境，使工作站拥有良好的柔性化拓展空间。

对工作站系统进行设计时采用了先进的3D模拟仿真技术，能够直观模拟机器人在

实际工作环境下的运动状态，观察机器人I/O信号在运行中的应用情况，对现场环境下工作站的系统运行作出充分的模拟演示，保障了机器人工作站的稳定和高效，为机器人工作站的现场搭置提供了精确的数据支持。

通过仿真软件的应用，设计人员脱离了完全靠示教编程的模式，能够更加安全地对机器人的运动进行部署。

通过仿真，大量的隐藏问题得以发现，并在机器人工作站实际部署前得到解决。

仿真是工作站建设的一个重要环节，也是以后工作站技术发展的一个方向。

由于仿真中使用的机器人程序也可以植入实际的机器人中，可以用仿真软件来编制

机器人的运行程序，通过仿真软件编写双机器人及外部轴的协调程序，结合机器人I/O

通讯，检验实际运行的可靠性和稳定性。

系统编程包括机器人控制柜内部PLC和专业的外部PLC编程。

工业PLC由于采用光

电耦合的方式传递信号，具有很强的信号防干扰能力，非常适合复杂的工厂环境应用。

本文通过对机器人内部的PLC程序进行设计优化，使其更符合实际需求，增加了三

色灯的信号反馈、外部操作盒的控制、报警处理等多项功能，通过机器人的PLC管理，

已经基本能够实现工作站的正常运行。

为了便于管理和维护，系统还包括外部工业PLC,

通过设计PLC程序，使工作站更加人性化。

外部PLC结合液晶触摸屏，可以设计出专

用的人机交互界面，通过丰富的界面功能设计，可以满足不同使用人员的需求。

比如，管理人员可以通过其管理界面了解机器人的产量、效率等生产信息，而维修人员能通过故障显示界面快速定位故障信息，大大简化和方便了系统维护。

系统采用欧姆龙公司的CJ1MCPU1小型工业PLC利用该PLC与机器人内部PLC保持通讯，获取机器人的实时状态信息并显示在触摸屏上。

机器人内部PLC作为主控制

器，控制工作站实际运行。

总之，本文对弧焊机器人工作站系统设计，通过采用双机器人协调工作方式，结合仿真编程技术，合理配置工作站及编写系统控制程序，设计出的工作站系统具有兼容性好，柔性程度高，功能丰富可扩展等的优点。

关键词：

弧焊机器人，仿真模拟，协调控制

DesignforWeldingRobotWorkstationSystem

ABSTRACT

Withtheimprovementofindustrialtechnology,robotsarewidelyusedinproductonpractice,comparewiththerobotandhandoperation,therobothasobviousadvantages,the

widespreaduseofindustrialrobotscannotonlyimproveproductqualityandyield,butalsotoprotectthepersonalsafety,improvetheworkingenvironment,reducelaborintensityand

improvelaborproductivity,savingsinrawmaterialsconsumptionandlowerproductioncosts,

Itisofgreatsignificanee.Ascomputernetworktechnologies,theextensiveuseofindustrial

robots,ischangingthelifeofmankind.Amongthekindsofrobot,themostwidelyusedrobotisweldingrobot,nearlyhalftheworld'sindustrialrobotsusedinvariousformsofweldingprocessinthefield.

Thispaperusetheweldingrobotwithsixdegreesoffreedomasthebackground,detailingtheconfigurationoftherobotworkstation,hardwareselection,PLCcontrolsystemdesign,theconstructionofsupportingfacilitiesrobot,simulationsoftwareapplicationsanddebuggingtheprograminarealenvironment.

Thispaperfirstlysummarizedpreviousworksonthedevelopmentofweldingrobotworkstationstatusandpredictedtheprospect.SummarizedtheproductionofarcweldingrobotinforeignandanalyzedthedevelopmentofthedomesticarcweldingrobotworkstationinChina.Thencombinedwithpracticalsituationsandproductionrequirements,combinedwiththecurrent

advaneedroboticstechnologyandsolutions,plannedthemodulesofthisarcweldingrobotworkstation,makeainnovativedesignoftheconfigurationandcompositionoftherobot

workstation,andgetasimpleandefficientmethodtocompletetheplant'sapplication

requirements.

TherobotusestwoYaskawa'sMOTOMANNX100robot,therobotusessixaxismotion,soit

cangetalargefreedomofmovementspace,onerobothasinstalledaarcroboticweldingtorch,whenitsoperatingtimeitworksthroughtheweldingpowersource,anotherrobotinstalledaclampingdevice,theclampingdevicecanclamptheworkpiecetomovethespace,thenthetworobotsstartworkstogether.

Theprojectofvariousdevicesontherobotusingappropriateplanning,toensurethepracticalefficiencyoftherobotworkstation,usingthetworobotsandaexternalaxesofcontrolto

achievehighcomplexityofthewelding,itabletoadapttoawiderangeofworking

environmentsothattheworkstationhasagooduseofflexible.Theweldingrobothasan

externalaxis,theexternalaxiscanassisttheworkofarcweldingrobot,whichweldingsomeofthemorecomplexstructureoftheworkpiece.

Thepaperusingadvaneed3Dsimulationtechnologytosimulaterobotmotionstateequivalentundertherunningtrack,wecanalsousingthistechnologytowatchovertherobot'svariousportswhetheritisconnected,adequatesimulationtestoftheworkstationandon-site

environmenthadensuredthestabilityandefficientoftherobotworkstation,italsohad

providedaccuratedatasupporttotheconstructionoftherobotworkstation.Afterthe

simulationsofthesoftware,theoperatornotonlytesttheworkstationbyteaching

programming,itprovesgreatsafetytodeveloptheworkstation.Throughsimulation,alargenumberofhiddenproblemscanbefound,andhaveberesolvedbeforethedeploymentoftherobotworkstation,iftheproblemonlybefoundafterthecompletingoftheworkstation,itis

veryhardtorebuilttheworkstationandthecontrolprogram.Therefore,thesimulationisa

integrantstepoftheconstructionoftheworkstation,butalsothedirectionoffuture

technologicaldevelopmentworkstation.

Astheprogramusedinthesimulationcanalsobeimplantedintoarobot,andthereforewecanusethesimulationsoftwaretocombinetherunningprogramofarobotwithoutwarringofthecompatibilityoftheprogram.Usingtherunningprogram,wecanverifywhethertheworkstationworkswellusingthetworobotsandtheexternal-axis.Ifthereisanythingwrong,wecangetthepointbymonitoringtherobotI/Ocommunicationinthesimulationsoftware.

Thenwecantestthefeasibilityoftheactualworkstation.

WehaveusedtheinternalPLCoftherobotcontrolboxandaoutsideprofessionalSiemens

PLC.ThePLCusinganOptocouplerwaytotransmitsignals,sothePLChasastrongimmunityofsignalinterferenee.Theenvironmentofthefactoryistoocomplex,thereare

plentyofdustandelectromagneticinterferenee.Wecannotuseanormalcomputerdevicetomonitorandmanagetherobotworkstationinafactory,theappearanceofPLChassolvedtheproblemofdustandelectromagneticinterferenceandthereforewidelyusedinindustryofvariousfactories.

WehaveupdatedtheinternalPLCprogramintherobotcontrolpanel,makeitabletomeettheneedofpracticalconditionsrequired,wehavealsoaddedthesupportofthethree-colorlightandsupportofexternalcontrol,alsoprovidethealarmsystemsupport,theworkstationcanworkbasicallythroughthemanagementoftherobot'sinternalPLCmanagement.Inordertofacilitatethemanagementandmaintenanceofthearcweldingrobotworkstations,wealsogetaprofessionalindustrialPLCofSiemens.AfterdesignedofthecontrolprogramofthisPLCwegettheworkstationmorehumanization,andcanmoreeasilytomanageandmaintaintherobotworkstation.TheprofessionalPLChasaLCDtouchscreen,thenwecandesigntheuserinterfaceexclusivelybyusingtherelevantsoftwaretodesign,thenwemaychangethemachineinterfacerichbyanexcellentdesign.CombinewiththeuserinterfaceandthemanagementinterfacecanmakethePLCbegreatlyused.SothatregardlessoftheoperatorormanagercanoperatethroughasingleinterfaceinthePLC.Intheworktime,theoperatorperformthestartorstopcommandthroughtheuserinterface,whenitistimetomanagethework,administratorcangettheoutputdataandtheefficiencybyusingthemanagementinterface,whentherobothavesomethingwrong,theoperatorcanquicklylocatefaultsthroughthePLCdisplaypanel.Ifthefailureisrelativelylarge,theadministratorcanalsogetthedetailportinformation,sothatthemaintenancepersonnelcanquicklygetthepointfromthevariousinformationaboutfailures.Greatlysimplifiedandfacilitatedthemanagement.PLCprogrammablecontrollercanbeusedtoincreasetheadaptabilityoftherobotworkstation.itcanbesetupquicklyindifferentenvironments.TheonlyneedisrebuildingthesystemprogramandthePLCcontrolprogram,andthentheworkstationcanstartanewjob.

ThePLCweusedisasmalldedicatedPLCoftheSiemens,ithave8inputand8output,usingthePLC'sinputandoutputtocommunicatewiththeinternalPLCinthecontrolpanel,thePLCobtaintherobot'statebythecommunication,alsousethistocontroltherobotbythebuttononthePLCpanellikestartandstop.Becausetherobot'sinternalPLChasarichport,inwhichcontrolmostoftheworkstationperipherals.Astherearetworobots,onerobotcangetfourinputsandfouroutputs.|

Inshort,theprojectofthisarcweldingrobotworkstationsystemisusingatwo-robot

coordinationinoperations,combinedwithavarietyofsimulationprogrammingsoftware,getawellarrangementoftheworkstationperipherals,theworkstationsystemhasgood

compatibility,flexibility,feature-rich,scalable,andotheradvantages.|

Keywords:

robotworkstation,emulation,coordinatedcontrol

摘要1

ABSTRACT3

目录6

第一章绪论1

1.1焊接工业机器人的发展和应用1

1.1.1焊接工业机器人在国外的发展和应用1

1.1.2焊接工业机器人在国内的发展和应用2

1.2焊接机器人开发的意义及发展方向3

1.3论文组织结构4

第二章弧焊机器人工作站系统总体方案设计5

2.1工作站任务与配置5

2.3机器人基本结构与控制原理6

2.4外围设备介绍10

2.5通讯与I/O11

第三章工作站系统的仿真与离线编程13

3.1仿真技术的发展综述13

3.2仿真模型及空间关系的建立14

3.3工作站仿真程序的建立15

第四章PLC控制系统及编程19

4.1PLC的发展及应用19

4.1.1PLC的产生及发展19

4.1.2PLC的基本结构和工作原理19

4.1.3PLC的编程语言20

4.2机器人内部I/O21

4.3控制软件编程实现21

4.3.1控制内容21

4.3.2人机界面设计21

4.3.3基本控制功能实现23

第五章结论24

参考文献25

谢辞26

第一章绪论