江苏省高等职业院校技能大赛《工业机器人技术应用实训平台》系统说明书.docx
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江苏省高等职业院校技能大赛《工业机器人技术应用实训平台》系统说明书
《
HBHX-RCPS-C10型工业机器人技术应用实训平台》
系统说明书
一、系统及其功能...........................................................................................................................2
二、工业机器人系统.......................................................................................................................5
2.1HR20-1700-C10型工业机器人........................................................................................5
2.2外部工装............................................................................................................................6
2.3工业机器人的通信............................................................................................................9
2.4示教器的使用步骤............................................................................................................9
2.5安全护栏..........................................................................................................................13
三、AGV机器人.............................................................................................................................14
3.1AGV结构..........................................................................................................................14
3.2磁导条安装......................................................................................................................16
3.3AGV操作步骤..................................................................................................................16
3.4电磁的保养与维护..........................................................................................................18
四、视觉系统................................................................................................................................19
4.1系统结构..........................................................................................................................19
4.2光源.................................................................................................................................20
4.3智能相机的安装.............................................................................................................21
4.4数字图像采集..................................................................................................................22
五、生产线系统............................................................................................................................31
5.1生产线结构......................................................................................................................31
5.2控制系统结构.................................................................................................................32
5.3控制系统程序.................................................................................................................36
六、立体仓库系统.........................................................................................................................39
6.1立库结构.........................................................................................................................39
6.2控制系统.........................................................................................................................41
6.3操作流程.........................................................................................................................42
附录1系统实物图........................................................................................................................45
附录2HR20-1700-C10机器人机械使用维护手册.....................................................................45
附录3HR20-1700-C10机器人电气维护手册.............................................................................45
附录4HR20-1700-C10机器人编程手册.....................................................................................45
附录5x-sight使用手册.............................................................................................................45
附录6-1智能生产线网络系统拓扑图（施耐德版）.................................................................45
附录6-2智能生产线网络系统拓扑图（西门子版）.................................................................45
附录7-1智能生产线电气图纸（施耐德版）............................................................................45
附录7-2智能生产线电气图纸（西门子版）............................................................................45
附录8-1全国职院技能大赛工业机器人赛项函数说明书（施耐德版）.....................................45
附录8-2全国职院技能大赛工业机器人赛项函数说明书（西门子版）.....................................45
附录9系统运行DEMO程序..........................................................................................................46
附录10工业机器人技术应用赛项平台程序...............................................................................46
附录11HMI与PLC对接变量表...................................................................................................46
《HBHX-RCPS-C10型工业机器人技术应用实训平台》
系统说明书
一、系统及其功能
工业机器人技术应用实训平台由工业机器人、AGV机器人、托盘生产线、工
件盒生产线、视觉系统和立体仓库等六部分组成，如图1-1所示，系统实物图见
附录1。
标准控制柜
工业机器人
托盘生产线
AGV机器人
工件盒生产线
立体仓库
码垛机器人
AGV磁性导引轨道
图1-1系统结构
系统的主要工作目标是将已经从立体仓库上取出的工件，通过AGV机器人搬
运到托盘生产线上，并通过托盘生产线上的视觉系统对工件进行识别，然后由工
业机器人进行工件盒的抓取及分类装箱。
图1-2是需要分拣的工件。
图1-2需要分拣的工件
如图1-3所示，每个托盘上可放置0～3个工件盒，在托盘有效区域内（托
盘两侧设计有档条，两条档条中间为工件放置有效区）；如图1-4所示，托盘进
入工件检测位置，智能相机可对托盘中的工件种类和坐标进行提取和数据处理，
以便将数据提供给工业机器人进行抓取和产品识别。
图1-3分拣工件放置于托盘中的状态
图1-4视觉系统检测位置
图1-5为工件盒的外观，每个工件盒8格，每格可放1～2层，最多16个工
件；如图1-6所示，工件盒生产线最多放3个工件盒；系统运行时，工业机器人
抓取工件盒的分类放置动作示意图见1-7。
图1-5工件盒外观
图1-6工件盒位置摆放及小格编号
图1-7工件盒的分类放置
二、工业机器人系统
2.1HR20-1700-C10型工业机器人
1.机械性能
本系统选用HR20-1700-C10型工业机器人，其型号规格说明、机械系统组成
机械性能参数及日常维护、故障处理等参见附录2（HR20-1700-C10机器人机械
使用维护手册）。
2．电控系统
工业机器人电控系统包含有：
伺服系统、控制系统、主控制部分、变压器、示教系
统与动力通信电缆等。
电控柜面板按钮功能、柜内元件功能、故障诊断和处理及检修等
内容参见附录3（HR20-1700-C10机器人电气维护手册）。
3.示教与编程
工业机器人示教器的使用及编程示教指令的用法等学习内容参见附录4
（HR20-1700-C10机器人编程手册）。
2.2外部工装
工业机器人的外部工装是用来进行操作及作业的装置，是机器人最重要的执行机构，
可分为搬运用、加工用、测量用等用途。
搬运用手爪是指各种夹持装置，用来抓取或吸
附被搬运的物体。
1.气动手爪
吸附式末端执行机构又称吸盘，有气吸式和磁吸式两种，分别利用吸盘内负压产生
吸力或磁力来吸住并移动工件。
本系统工业机器人为了配合自动生产线工作，采用吸盘
内负压产生吸力来移动工件及收集空托盘，如图2-1所示。
图2-1手爪结构及吸盘
为了保证抓取到物体之后工业机器人在动作的过程中不会掉落下来，系统中
设计了单吸盘和双吸盘的工装夹具，单吸盘用于移动工件，双吸盘用于将空托盘
放置到托盘收集处。
工业机器人抓取工件时的动作状态如图2-2所示，双吸盘抓取托盘的动作状
态如图2-3。
图2-2单吸盘吸取工件
图2-3双吸盘抓取托盘
2.手爪气路
手爪吸盘气路原理如图2-4所示。
电磁阀的工作原理就是在阀芯上装了一个电磁
铁，当电磁铁线圈得电时，阀芯被吸起、阀被打开，当失电时阀会在弹簧的作用下自动
关闭。
节流阀可以直接通过上方的旋钮来调节气流的通过量。
图2-4手爪吸盘气路连接示意图
手爪吸盘电路连接图见附表5，相关地址分配见表2-1所示。
表2-1气爪吸盘相关变量地址分配
输出
机器人地址
输入
机器人地址
电磁阀YV1
电磁阀YV2
3.手爪的安装
24（模块4DO0）
25（模块4DO1）
压力表1
压力表2
24（模块4DI0）
25（模块4DI1）
如图2-1所示，手爪的安装可分为以下几个部分：
1.吸盘与吸盘支架的安装；
2．气管接头与吸盘支架的安装;
3．吸盘支架与连接杆的安装；
4．连接杆与法兰的安装；
5．吸盘手爪法兰与机械手本体固连（连接法兰圆端面与机械手本体J6关节
输出轴端面）；
6．气管与气管接头的连接。
安装后的效果如图2-5所示。
图2-5气动手爪连接后的效果
2.3工业机器人的通信
在工件自动分拣系统中控制器采用的是施耐德M241可编程控制器或
S7-1200PLC，两种PLC都支持ModbusTCP/IP协议，工业机器人与PLC通讯连接
结构如图2-6所示。
图2-6通讯连接
2.4示教器的使用步骤
1．如图2-7所示，使用示教器编程时要把控制柜的权限（远程控制）关闭，
同时伺服打开。
图2-7机器人控制柜的操作
2．示教器上旋钮要旋转到手动挡位置，如图2-8所示。
手动位置
图2-8示教器旋钮操作
3．登陆，选择administrator，密码为pass，示教盒控制打开，操作如图
2-9所示。
图2-9示教盒控制操作
4．新建程序，如图2-10所示。
需要注意的是，若要编完程序后进行远程控
制，即PLC控制，那么在新建程序时程序名必须为project，主函数名必须为main，
其他子函数可自由命名。
示教盒控制
图2-10新建程序
5．新建变量，如图2-11所示。
变量新建需要先加载一下，变量可以边写边
建，也可一次性建完。
图2-11新建变量
6．编完程序与PLC联调时，控制柜使能旋转到开，权限旋转到开，如图2-12
所示，示教盒开关旋转到AE位置，如图2-13所示。
图2-12控制柜开关位置
图2-13远程控制示教器的旋钮位置
2.5安全护栏
考虑现场操作人员安全问题，在工业机器人工作区域周边安装了安全护栏，
结构如图2-14所示，安全护栏传感器在主控柜中接线端子位置如图2-15所示。
图2-14工业机器人安全护栏结构
图2-15主控柜内安全护栏传感器接线端子位置图
三、AGV机器人
3.1AGV结构
AGV机器人结构如图3-1所示，由车身、控制系统、HMI、托盘输送辊道等
部分组成。
AGV机器人系统的外形尺寸为：
长820mm，宽480mm，高774mm，总质量约
70kg，载重为200N，采用磁导式循线方式，行走电机采用两台带电磁抱闸装置
的步进电机，实现差速控制，最高速度为0.72m/s，定位精度为±5mm，AGV前后
均有碰撞保护装置，实现碰撞后立即断电停车。
AGV上部为平带输送装置，采用步进电机驱动，实现与生产线及码垛机对接
以运送货物，皮带离地面高度为774mm。
AGV安装有用于操作及显示使用的7吋触摸屏以及一个三色塔灯（AGV工作
警示灯），其控制采用PLC控制系统，可与托盘生产线及码垛机器人进行实时通
讯，保证相互之间信息交流及数据对接。
图3-1AGV机器人实物图
图3-1中各种元器件及设备作用如表3-1所示。
表3-1AGV外围元器件名称及功能
名称
功能
急停时红色灯亮，正常运行时绿色灯亮，等待时黄色灯亮。
显示AGV工作及运行数据
三层显示灯
触摸屏
光电传感器
顶升磁铁
传送带
检测AGV上托盘数量
防止AGV上托盘滑落
运载托盘移动
电控版
AGV控制中心
防撞器
防止AGV碰撞，AGV防撞器与行程开关连接，行程开关动作，小车停止
装在轮内侧，用于驱动小车运动
步进电机
3.2磁导条安装
AGV运行时，依据位于磁条上方的磁导航传感器输出信号，依靠输出的这几
路信号，可以判断磁条相对于磁导航传感器的偏离位置，据此AGV会自动作出调
整，确保沿磁条前行。
依据磁导条信号可设定AGV减速位置及停车位置，磁导条
安装情况如图3-2所示。
减速标志
引导条N极
S
S
S
S
S
S
停止标志
图3-2磁导条信号
组合地标磁条贴在导航磁条旁边，由多块S极磁条按顺序组合而成，代表减
速、停车等不同指令。
3.3AGV操作步骤
1．如图3-3、3-4所示，将电池放入电池槽中，并连接电源插头与电池接头。
图3-3电池的操作
2.关上电源盖，将小车移至磁条中间。
3.给小车上电，如图3-4所示，打开总电源开关，电源指示灯亮。
急停按钮
向右旋转为向右运行;
电源指示灯
向左旋转为向左运行
总电源，向右旋转
图3-4开机
4.改变AGV机器人运行方向。
如图3-4所示，在通过旋钮手动运行AGV时，
旋转一下再旋回到原始位置（产生一个上升沿即可）；也可通过触摸屏操作界面
改变AGV运行方向，如图3-5所示。
图3-5AGV操作界面
5.当AGV上部输送辊道上托盘数为3时，AGV延时启动向托盘生产线方向
运行，当卸载完成后向托盘生产线发送完成信号，并在接收到托盘生产线的应答
信号后自动返回，如此自动往复运动。
6.注意事项
1）在AGV机器人初次启动时，AGV的巡线传感器应摆放在磁条上，且方向
与磁条的方向大体一致。
2）出现紧急情况时按下AGV车身上的急停按钮，或者按下车体两端的防撞
器，AGV会立即停止。
3）在正常工作时，AGV的通讯传感器要与立库及托盘生产线的对接信号传
感器在同一条直线上，保证信号可靠对接，如图3-6、3-7所示。
图3-6AGV与立库信号对接位置
图3-7AGV与托盘生产线信号对接位置
3.4电磁的保养与维护
1．电池充电
电池正常运行约持续5小时左右，当需要充电时，AGV上配有冲电孔，将AGV
配带的充电器插上即可。
图3-8电池充电位置
2．电池保养
1）将电池放置于干燥地点，且正面朝上，不可倾斜。
2）小车在不用时请及时关断电源。
3）不可在亏电时长时间放置。
4）不要在夜间充电，尽量在有人看管情况下充电，以免发生意外。
5）平均充电时间在8小时左右。
6）充电时请用配套的专用充电器。
四、视觉系统
4.1系统结构
本系统选用信捷公司的X-sightSV4-30ml智能视觉传感器。
该系统包括镜
头、智能相机和光源控制器三部分，系统框图如图4-1所示。
图4-1系统框图
系统中智能相机和PC机之间使用RJ45网口连接，智能相机的默认IP地址
为192.168.8.3，计算机的IP地址需要与智能相机IP地址在同一个网段内。
PC机主要用于智能相机图像的处理、编程、程序下载、监控等；相机的控
制可通过SIC-242光源控制器与PLC连接来控制，SIC-242型光源控制器通过双
绞线与PLC连接通信，如图4-2所示。
图4-2SIC-242型光源控制器电路连接
光源控制器实物如图4-3所示。
该电源控制模块内置两路可控光源输出，两
路相机触发端及5路相机数据输出端，AB端子为RS485通讯端口，两路光源手
动调节开关，预留7路站号选择。
图4-3光源控制器
4.2光源
视觉系统的光源在设计过程中考虑到系统的安全性，采用工作电压24V、6
×6的背光源，通过背光源电路串联分压电阻来降压。
背光源实物如图4-4所示。
图4-4视觉系统外部光源
4.3智能相机的安装
现场中智能相机的安装如图4-5所示，安装参考尺寸如图4-6所示，可根据
需要调整相机安装高度。
图4-5智能相机现场安装图
图4-6现场安装尺寸
4.4数字图像采集
本系统相机进行图像采集的工作流程如下：
1）传送带将托盘传送到智能相机的拍照位置处，检测产品位置的光电传感
器对托盘位置进行检测，当托盘到位后发出信号到PLC控制器，PLC通过光源控
制器的X0发出拍照指令；
2）当光源控制器得到拍照指令后启动相机拍摄产品图像。
3）智能相机拍照完成后向光源控制器的Y0端输出拍照完成信号。
相机程序需要利用X-Sightstudio图像处理软件对光源控制器进行预先的
编程，将采集到的
升级会员 