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2长条形工件夹紧设计方案

2.1末端执行器的可行要求
机器人末端执行器是根据机器人作业要求来设计的，一个新的末端执行器的出现，就可以增加一种机器人新的应用场所。因此，根据作业的需要和人们的想象力而创造的新的机器人末端执行器，将不断的扩大机器人的应用领域。
机器人末端执行器是根据机器人作业要求来设计的，一个新的末端执行器的出现，就可以增加一种机器人新的应用场所.因此，根据作业的需要和人们的想象力而创造的新的机器人末端执行器，将不断的扩大机器人的应用领域机器人末端执行器的重量、被抓取物体的重量及操作力的总和是机器人容许的负荷力。因此，要求机器人末端执行器体积小、重量轻、结构紧凑。
机器人末端执行器的万能性与专用性是矛盾的。万能未端执行器在结构上很复杂,甚至很难实现。例如，仿人的万能机器人灵巧手，至今尚未实用化。目前，能用于生产的还是那些结构简单、万能性不强的机器人末端执行器。
机器人末端执行器的万能性与专用性是矛盾的。万能末端执行器在结构上很复杂,甚至很难实现。例如，仿人的万能机器人灵巧手，至今尚未实用化。目前，能用于生产的还是那些结构简单、万能性不强的机器人末端执行器。
2.2工业机器人的选型与建模
人工工件冲压需要确认孔的位置，反复多次冲压产品，安全隐患很大，工作效率慢，而且产品质量难以保证，针对这些问题，为了代替人工，搭建冲压自动化工作站,选用真空吸盘作为夹具，根据工厂选用夹具情况而且安全实用。吸盘式夹具用于薄壁工件时，工件所受作用力均匀，不会造成永久变形。再把夹具与机器人末端进行连接。保证冲压的稳定和效率，避免产生碰撞。
本课题选择长条形工件进行冲压，建模出一个长度1.8m、展开宽度50mm，厚度1.2mm，承受范围为80kg，材料类型为不锈钢，零件为非标准件，设计图纸见附录。

图2.1工件的solidworks建模
通过ABB机器人型号的匹配，最终机器人选用IRB2600-20/1.65型号，其参数如表2-1.因为他有效载荷为20kg，在拾取和包装的应用中其垂直手腕的最高荷重可达到27kg。载荷能力强、工作能力大、采用中空臂技术，所有管线内嵌在上臂和手臂，增强了离线编程的便利性及可靠性。主要应用弧焊，装配物料，搬运.上下料，物料移除，清洁/喷雾，涂胶，包装。
表2-1IRB2600-20/1.65主要参数
机器人版本(IRB) 工作范围(m) 负载能力(kg) 轴数 重复定位精度(mm) 重复路径精度(mm)
IRB2600-20/1.65 1.65 20 6轴+3外轴 0.04 0.13
IRB2600-20/1.85 1.85 12 6轴+3外轴 0.04 0.16
设计方案：每两个吸盘与一条连杆通过焊接方式连接在一起，复制四个相同的连接零件，嵌入到计算好位置的平板上面进行焊接。通过ABB官网下载机器人末端solidworks三维实体模型和CAD尺寸图纸，设计出尺寸对应的连杆装置连接，再把连杆装置与设计好的夹具直接焊接，完成机械手与夹具的连接。根据所选工件的形状，尺寸等，选用一种真空吸盘的缓冲结构，夹具与机器人连接如图，结构由承重框架、吸盘安装支座和真空吸盘三部分组成。

图2.2真空吸盘组装图

3工作站软件的设计与实现

3.1ABBRobotStudio6.08软件简介
RobotStudio软件是瑞士ABB机器人公司推出的一款机器人离线编程与仿真的计算机应用程序，首次发布在1988
年，它通过图形化编程、编辑、调试系统来操作机器人，并模拟优化现有的机器人程序。RobotStudio可以创建工作站，模拟生产真实场景、计算时间，支持多种solidwork、CAD格式的数据导入；能自动生成路径和自动分析工作范围；能对机器人与周边设备碰撞进行检测；实时进行信息修改；方便工作人员二次开发。
RobotStudio是一款PC应用程序，用于机器人单元的建模、离线编程与仿真。RobotStudio允许使用离线控制器、虚拟控制器和真实控制器。当robotstudio处于在线模式，表示连接到真实控制器；当处于离线模式，表示未连接到真实控制器或连接到虚拟控制器。
RobotStudio软件界面主要分为六个区域：选项卡功能区、命令组区、操作面板区、图形显示窗口区、输出窗口区与指令区。
RobotStudio构建仿真工业机器人设计工作站：通过仿真功能软件构建工业机器人工作站平台，导入各种不同的ABB机器人模型的设计，创建工作站建设后还可对机器人进行全手动完全控制，手动肩关节对机器人的六个关节轴进行所有操作，线性运动效果对机械手设定的工具的TCP点地沿X、Y、Z三个方向在空中运动，手动重市场的定位或者使机器人第六轴法兰盘使用工具TCP点绕坐标轴旋转。通过单轴运动，位置和姿态的调整实时记录了解机器人整体状态，可以全方面观察机器人技术运行状况。
在robotstudio中对机器人动作进行编程时，需要使用目标点和向目标点移动的指令序列。将robotstudio工作站同步到虚拟控制器时，路径将转换为相应的RAPID程序。
工作站为单机器人系统，RobotStudio的工作框与机器人控制器大地坐标系相对应。当工作中有多个控制器，则任务框允许所连接的机器人在不同的坐标系中去工作。即可以通过为每个机器人定义不同的工作框使这些机器人的位置彼此独立。
3.2生产线工作站的技术要求
随着经济的快速发展，人们对于各类物资需求量不断增加，特别是家电、汽车、五金零件等工业制品尤为突出，传统的低效生产方式正逐步被自动化生产线所取代，不仅提高了生产效率和产品质量，也很大程度上节省了生产成本，提高了公司的利润收益。
自动化生产线作为工业生产行业最广泛的生产设备。自动化生产线多采用的是全自动、半自动的形式实现，半自动化与全自动化相比，会把一部分机器难以完成或收益低的操作交给人工完成，最大化提高企业的经济效益。以下为自动化生产线设计做出描述。
1掌握产品生产设计流程
熟悉产品生产工艺才能设计出自动化生产线，在掌握产品生产工艺的及产品特点的基础上来对自动化生产线进行设计，同时生产工艺流程也是一个产品装配过程的完整体现，生产工艺也会对产品的每一步生产进行详细的要求与说明，制定出合理的设计标准。由此看出掌握生产设计流程才能进行产品设计。
2确定自动化生产线的设计方案
经过前期的生产设计流程准备工作之后需要对自动化生产线的设计方案进行确定，一般设计方案的确定需要准备多套自动化生产线设计方案，综合实际情况选择最合适的设计方案，方案遵循简单实用，易操作实现，尽量实现全自动化实现，在满足这些功能的前提下再从成本、效率等方面考虑。
(1)自动化生产线传送方式取决于产品的结构形式。现今在自动化生产线中使用较多的输送方式主要有：链传送、皮带传送以及转盘输送和机械手供料等方式，还需要对产品自动生成中的分隔和换向等进行确定，普遍是在工位上对零件进行检测或是安装时需要对产品的分隔且脱离传送进行精确的定位，实现产品安装、加工和检测的过程。
(2)自动化生产线设计原则：在满足使用功能的前提下，尽量保证操作难度最低化，工艺流程最简化，设计思路最优化，设计成本最小化。自动化生产线的设计使用的零件如PLC、定位销、传感器等标准零部件统一化，方便统一使用、交互。
(3)工业生产线对三维软件的使用日益增加，这些软件具有通用性，只需满足其中一款软件设计图纸，关键是在对自动化生产线设计中汲取经验。自动化工业常用的设计软件有UG、CATIA、Solidworks等软件；工程图采用CAD等软件。
通过学习及分析，本课题所仿真的工业机器人自动化工作站为中小型工作站，可为长条形工件进行冲压上下料。工作站由两台相同的工业机器人，两台相同传输链和一套西门子PLC组成，实用性强，工作效率高，可满足工厂大规模自动多次冲压工件。
3.3工作站布局与实现
打开RobotStudio6.08软件，选择“ABB模型库”和“导入几何体”选好的模型，创建自动化工作站。该工作站中包括以下部分组成：
四周封闭的围栏，为工业机器人工作站提供一个满足工业生产的场所，起到很好的防护作用。设计该工作站尺寸为3500mm*8500mm。
两条相同的皮带运输机，皮带运输机具有运输能力强、稳定损耗低、工作距离长等优点，适用于长条形工件的传送。
IRC5P控制柜、PLC电气控制柜、机器人底座、工件组等周边设备。
1个用于定位物体到位的面传感器。

工件冲压工作流程：

图3.1工作流程示意

4建立机器人的I/0信号连接

设定Smart组件与机器人端信号接通，从而实现整个冲压工作站的仿真模拟动画。工作站逻辑就是将机器人端输出信号当作Smart组件的输入信号，Smart组建的输出信号当作机器人端输入信号。
建立相关I/O信号：do_OK输入信号作为产品就位信号，di_PoseMover输出信号作为机床冲压工作信号，di_Gripper输出信号作为控制夹具工作的信号。
4.1在“仿真”下设置工作站逻辑
软件中“仿真”功能按键下含有“工作站逻辑”，使用机器人输送链的启动信号操控输送链系统的工作，使用机器人夹具的输出信号操控夹具系统夹取工件，使用工具系统中工件夹取检测信号操控机器人工件真空检测输入信号，使用输送链系统工件就位输出信号操控机器人系统的工件就位输入信号。

图4.1工作站逻辑功能设计
4.2机器人程序编写
示教器是工业机器人现场调试的重要工具。示教程序由按键与触摸屏组成，在ABB机器人给冲床上下料时，进行程序编写，需要获取示教目标点，对相对应的程序进行编写，进行示教编程，保证仿真结果与实际运行一致。观察机器人在工作站中的运动情况，如果超过工作范围或周边物体有干涉，需要检查目标点数据信息，或修改示教点，以达到任务要求。main程序主要包括置位，复位已经连接到Smart组件的I/O信号，机器人的目标点示教。工作站的工作流程为：

图4.2取料机器人的工作流程图

5PLC程序与触摸屏界面设计

完成了工作站的所有仿真内容后,还需要对外部控制系统进行设计。前文所提到的各种信号连接在现实中都是由外部控制的,机器人本身的示教器只能基于已经定义完成的信号对其进行操作。各种信号通过连接控制系统,机器人控制柜连接控制系统,机器人的示教器对机器人本身及控制系统进行编程。
随着科技的快速发展,越来越多的机器与现场操作都普遍使用人机界面,而PLC控制器强大的功能及复杂的数据处理也需要一种与之对应的易于操作的人机界面。触摸屏的产生便是自动化行业的新革新。触摸屏界面和PLC共同使用成为主流。
PLC是一种组成简单、适用性强、功能强大的控制元件,具有强大的抗干扰能力,可以提高系统稳定性和可靠性以及生产效率,普遍应用在工业领域。
触摸屏是一种人机界面,它取代了老式的显示器与控制台,可以显示数据和修改参数,用曲线图方式说明控制情况；增强了PLC功能,用专用笔或手进行操作减少了仪器的使用。
本章分析该工作站运行内容，通过选用合适型号的PLC及触摸屏，完成对信号梯形图的编程及触摸屏组态的搭建，完成对机器人控制系统的设计。
整个系统由上位机触摸屏，下位机PLC控制，工业机器人通过自带的通信板卡与PLC进行I/O连接。
5.1控制系统设计

图5.1控制系统框图
5.3触摸屏界面设计
西门子主要分为HMI按键面板，HMI移动面板，HMI精智面板和HMI精简面板。按键面板接线比常规触摸屏简单，方便安装和预组装，进行简洁明了的操作；移动面板兼容有线操作和无限操作，方便模拟整个工作流程，具有全局监视和移动操作的能力；精智面板一般使用在环境复杂的工业现场，比精简面板高级，能实现能效管理、带集成诊断功能；精简面板是工业生产最常用的面板，可以实现触摸屏不太复杂的功能，同时可以把项目转移到精致面板上面，适用条件广泛。西门子HMI操作面板为用户提供了多种版本，满足不同环境所需的配置。本文选用TP1500精智面板，可进行触摸操作或按键操作。

图5.23PLC程序构架图
5.4控制系统电气连接设计
在实际现场实施时，还需要对系统的电气图进行设计，用来表明设备电气的工作原理及各电器元件的作用，相互之间的关系。
在本章，电气图分别为主控制电路和PLC的外部端子分布图。
PLC的端子根据各自的功能需要，分别连接中间继电器，热继电器，电磁阀，线圈等；
如图所示，根据之前做的IO信号图，按照地址数据与信号名称一一对应，可以在平台上看出具体的信号名称和对应地址，方便修改输入输出变量地址数据，为前期组件安装和后期保修提供便利，输入输出的端子分布图如图所示。

图5.24

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