双机器人焊接单元控制系统设计

摘要

由于焊接工作劳动强度大、工作环境差的原因，且需要焊接工人应具备良好的焊接技术和工作经验，因此目前越来越多的工业生产流水线已采用机器人进行焊接。由机器人代替人进行焊接，不仅使工人的劳动强度降低和工作环境改善，且促进了劳动生产率和焊接产品质量的提升。 随着工业现场环境和控制系统复杂程度的日益增加，传统控制方式已难以满足要求。现场总线技术以节省设备投入、减少硬件连接、方便系统维护、通讯实时性好、系统稳定可靠和开放性强等优点得到了越来越广泛的应用。DeviceNet现场总线将底层的工业设备如开关、传感器、阀门和电机等连接成网络，减少了设备间的硬件电缆连接，极大地简化了系统中繁琐的布线工作量，降低了投入成本，且系统可靠性高，实时性好，在工业中具有广泛的应用。 本课题研究和设计了基于DeviceNet现场总线的双机器人焊接单元控制系统，该系统主要由主控制器、人机界面、机器人控制器、机器人、夹具和转台等几部分构成。主控制模块中的PLC控制系统的整个焊接流程，同时对系统中的水、电、气路和安全设施进行实时监控，控制各个设备间的通讯和进行故障监测和处理等;人机界面用于实时监测系统中各设备的运行状况及设定工作模式和工作参数等;机器人控制器对机器人的动作参数和焊接轨迹进行控制，驱动机器人执行动作，通过DeviceNet与PLC进行通讯;夹具用于对焊接工件的夹紧定位，由气缸带动执行夹紧或松开动作，气缸通过带现场总线的阀岛进行控制;转台将待焊接工件由工件取放区送到焊接区域，同时将焊接完毕后的工件送回，使焊接区域与工件取放区域隔离。 系统设定了手动和自动两种工作模式，手动模式下完成示教程序的调试，包括焊接轨迹的示教和修磨过程的示教，或者对故障进行处理时，手动控制夹具和转台的动作。自动模式即系统正常运行状态下，夹具、转台和机器人等设备协调一致自动完成整个焊接流程的过程。 本课题设计的基于DeviceNet现场总线通讯网络的双机器人焊接控制系统，系统运行稳定可靠，且降低了设备的投入和布线工作量，方便系统的维护与管理，具有很好的实际应用意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 机器人焊接的必要性

1．2 机器人焊接的研究和应用现状

1．2．1 机器人焊接的研究现状

1．2．2 机器人焊接的应用现状

1．3 本论文的研究意义

1．4 本文章节及内容安排

1．5 本章小结

第2章 机器人焊接单元相关技术

2．1 焊接基础知识

2．2 工业机器人技术

2．3 可编程控制器技术

2．4 DeviceNet现场总线技术

2．4．1 DeviceNet物理层

2．4．2 DeviceNet的数据链路层

2．4．3 DeviceNet的应用层

2．4．4 应用DeviceNet的优点

2．5 本章小结

第3章 系统整体结构设计

3．1 双机器人焊接单元整体结构设计

3．2 系统的控制原理

3．3 系统的通信原理

3．4 本章小结

第4章 双机器人焊接单元硬件设计

4．1 主控制系统

4．1．1 PLC模块

4．1．2 I／O模块

4．1．3 主控制单元I／O信号

4．2 机器人焊接系统

4．2．1 机器人本体

4．2．2 机器人控制柜

4．2．3 示教器

4．2．4 焊接控制模块

4．3 夹具系统设计

4．3．1 接近开关和气缸

4．3．2 阀岛

4．3．3 夹具

4．4 HMI系统

4．5 本章小结

第5章 软件设计

5．1 自动模式的程序设计

5．2 手动模式的程序设计

5．3 本章小结

第6章 安全防护技术

6．1 系统安全性分析

6．2 防护技术及措施

6．2．1 安全设施

6．2．2 指示和急停装置

6．2．3 安全PLC

6．2．4 安全继电器

6．3 本章小结

第7章 总结

7．1 研究成果总结

7．2 研究前景展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间论文发表及科研情况

致谢