基于PLC的焊接机器人控制系统设计.docx

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扬州大学广陵学院

本科生毕业设计

毕业设计题目 基于PLC的焊接机器人控制系统设计

学

专

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姓

名

业

班

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完

成

日

期

扬州大学本科生毕业设计（论文）

摘 要

焊接机器人作为工业机器人应用的一个重要领域，对提高企业的工作效率、提升产品质量、降低企业的生产成本等方面都有着非常重要的意义。

根据焊接机器人的控制需要，设计了基于PLC的焊接机器人控制系统。

焊接机器人控制系统是焊接机器人的核心部分，它是机器人控制柜和主控制柜以及夹具操作台之间通讯的桥梁，它可控制伺服的启动、暂停、旋转速度等，从而控制夹具翻转；可控制机器人和夹具之间的联动，使焊接动作能够自动的运行，并且能实现任意的暂停再启动和紧急停止再启动。

系统经过调试，联系焊接样件可知，本课题所设计的控制系统能良好的运行，适应各种环境干扰，能够较为准确的沿着示教的轨迹进行焊接，而且焊接质量达到了产品的质量要求。

关键字：

焊接机器人、控制系统、PLC、伺服控制

II

Abstract

Weldingrobotasanimportantfieldofindustrialrobotapplications,toimprovetheefficiencyofenterprises,improveproductquality,reducetheproductioncostofenterpriseshaveaveryimportantsignificance.Accordingtothecontrolofweldingrobot,designedaweldingrobotcontrolsystembasedonPLC.Weldingrobotcontrolsystemisthecorepartoftheweldingrobot,itisabridgeofcommunicationbetweentherobotcontrolcabinetandmaincontrolcabinetandthejigoperationplatform,itcancontrolservomotorstart,pause,suchasrotationspeed,soastocontrolthefixtureturnover;cancontroltherobotandthelinkagebetweentheclamp,weldingoperationcanberunautomatically,andcanrealizeanypauseandrestartandemergencystopandrestart.Thesystemafterthedebugging,thecontactweldingsample,controlsystemdesignedbythispapercanruningood,adapttovariousenvironmentinterference,canaccuratelyalongtheteachingtrackwelding,andweldingqualitymeetsthequalityrequirementofproducts.

Keywords:

Weldingrobot、controlsystem、PLC、servocontrol

目录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2焊接机器人的国内外研究现状 1

1.3选题背景和意义 2

1.4课题的主要研究内容 3

第二章焊接机器人 4

2.1焊接机器人的组成 4

2.2焊接机器人的分类 4

2.3焊接机器人的常用控制方式 7

2.4焊接机器人的应用 8

2.5焊接机器人的发展趋势 9

第三章 控制系统 10

3.1伺服控制系统 10

3.1.1伺服控制系统的概述 10

3.1.2伺服控制系统的机构组成 10

3.1.3伺服控制系统的技术要求 11

3.2PLC控制系统 11

3.2.1PLC控制系统的概述及其特点 11

3.2.2PLC的基本结构及其分类 13

3.2.3PLC的型号选择 20

3.2.4PLC的性能指标与发展趋势 24

3.2.5国内外PLC产品简介 26

第四章硬件电路的设计 28

4.1PLC的选取 28

4.2元器件的选择 33

4.2.1断路器的选择 33

4.2.2继电器的选择 34

4.2.3交流接触器的选取 35

4.3PLC的主控柜接线图 37

第五章软件设计 38

5.1I/O的分配 38

5.2触摸屏的设计 40

5.2.1HMI的概述 40

5.2.2触摸屏画面的设计 42

5.3伺服控制 47

5.4梯形图 49

5.4.1程序梯形图见附录 53

第六章系统安装与调试 54

6.1引言 54

6.2焊接机器人的系统安装于调试 54

6.2.1焊接机器人的系统安装 54

6.2.2焊接机器人的调试 54

6.3机器人焊接实验 55

6.3.1焊接机器人的焊接实验 55

6.3.2焊接机器人实验及其结果分析 58

6.4小结 59

第七章总结 60

参考文献 61

致 谢 62

第一章 绪论

1.1引言

焊接时一种将材料永久连接起来，成为具有给定功能的结构的制造技术。

焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、辐射大、烟尘多、危险性高的一份工作。

随着科学技术的不断发展，工业生产的技术含量、科技含量越来越高，规模也越来越大，由于这个原因产生的企业批量化生产促使工人分工越来越细，每个工人只要重复几个动作，而这种动作往往是机械的、可重复的完全可以通过一定的机械结构来完成的。

还有因为手工操作受工人技术水平、责任心、以及其他很多因素的影响，很难做到前后一致，规范性差，废品率比较高。

而且，很多的工艺要求是手工操作无法完成的。

因此，手工操作已经无法满足工业生产的需要。

焊接机器人就是在这种情况下出现的，它既能够完成手工无法完成的操作，也能保证前后的焊接质量的稳定；它能够在恶劣的环境的工作，生产效率高。

它不会受外界因素的干扰而影响焊接质量，所以焊接机器人的出现是必然的。

焊接机器人是从事焊接的工业机器人，是机电一体化的高科技成果，它具有稳定和提高焊接质量、提高劳动生产率、改善工人工作环境、降低工人劳动强度和对工人操作技术的要求、缩短产品准备周期等特点；它的发展对制造技术的提高起到了很大的推动作用。

1.2焊接机器人的国内外研究现状

从20世纪70年代初焊接机器人出现到现在，机器人使用最多的是在焊接领域，主要部门除汽车行业外，在工程机械、通用机械、金属结构和兵器工业等许多行业中都有应用。

1976年，一个通用的双向力反馈主从机器人被用于进行TIG焊接，结果表明可以用一个安装在焊枪上的导引头进行焊缝的接触跟踪。

1984年，MIT的Agapakis开始进行焊接遥操作的研究，并完成了“视觉辅助的遥控机器人焊接”的博士论文。

他认为开发视觉传感和计算机辅助编程的工程是至关重要的，可以辅助操作者的遥操作和帮助实现自主过程，而不应当是简单地模仿人的焊接操作行为，基于知识的专家系统可以用来焊接和检测焊缝的缺陷。

61

英国通用机器人公司的Broome等人从1993年开始研究水下遥控机器人用于焊缝检测，1999年研制成功了ARM水下机器人系统。

该机器人系统用于清理和监视水下结构的复杂焊缝，发现问题还可以进行焊接修复操作。

它将具有六自由度的机械手和可遥控调整姿态的摄像机装在ROV上，摄像机可以变焦，监视整个工作空问。

该机器人遥控焊接系统设计了直接手动控制、增强手动控制、半自主控制及全自主控制四种工作模式，成功地进行了水下焊缝检测、焊接及打磨工作。

韩国Pukyong国立大学的KamBO等研制了一种体积小巧，重量轻的用于这种复杂焊接环境的轮式智能移动焊接机器人。

它能够在人比较难以达到的狭窄空间自主地实现焊接过程，能够自动寻找焊缝的起始点。

日本庆应大学学者Suga等为平面薄板焊接研制的自主性移动焊接机器人。

它采用三轮移动机构，两个驱动轮在小车本体的侧面，车体前面是一个自位轮，起稳定作用，机器人能够直线fi{『进，还可以利用两个轮的差速控制小车的转弯，它装焊枪的臂可以伸缩，在臂的末端装有一个CCD摄像视觉传感器，通过这个CCD可以检测焊缝的位置并精确的识别焊缝的形状，不管是直线焊缝、曲线焊缝、还是折线焊缝，都能通过控制器对传感的信号进行处理，以实现对焊缝的精确跟踪。

国内，焊接机器人从20世纪80年代“七五"科技攻关开始起步，焊接机器人的应用主要集中在汽车、摩托车、工程机械、铁路机车等几个主要行业。

汽车是焊接机器人的最大用户，也是最早用户。

早在70年代末，上海电焊机厂与上海电动工具研究所，合作研制的直角坐标机械手，成功地应用于上海牌轿车底盘的焊接。

“一汽”是我国最早引进焊接机器人的企业，1984起先后从KUKA公司引进了3台点焊机器人，用于当时

“红旗牌”轿车的车身焊接和“解放牌”车身顶盖的焊接。

焊接自动化是现代焊接工程中极为重要的研究和应用领域，它遍及着社会生活和生产的各个角落。

1.3选题背景和意义

在科技日益发达的今天，机器人已经逐渐进入人类的生产生活中，以前只能在电影里面看到的机器人，那些可以举起万斤重物机器人，可以飞檐走壁的机器人，在我们的这个时代已经不是梦想，在深海里有机器人代替人类考察，在工厂里有机器人代替我们做更细致更繁重的工作和在严酷条件下（高温，腐蚀和有害气体）的工作，甚至在月球上考察也用到了机器人。

在工业生产中机器人更有我们人类难以取代的位置。

它可以在严酷的环境下代替我们工作，它不会觉得累，也不会发牢骚。

在焊接方面机器人做的更出色。

对于线条，点

面的焊接精确度是相当的高，焊接机器人的品质直接就决定了生产制造出的产品的质量，当然我们的地位也无法撼动，没有我们工程师的示教，参数的设定，焊接轨迹的调整，就不会有品质优良的产品，所以制造一个精度高，机构精巧的焊接机器人是必不可少的。

机器人在现代化生产生活中具有广泛的应用，尤其是工业机器人。

它是一种多用途的机器人。

在恶劣的环境中机器人可以取代我们完成大部分的工作，所以它在高低温、缺氧等环境中应用较多。

焊接机器人的应用在半自动化生产中比较广泛，如汽车零部件的焊接加工、汽车外壳、底盘的生产、重要且要求精度很高的人类无法完成的需要焊接的零部件的加工等。

作为机器人的核心部分：

控制系统；它是影响机器人性能的关键部分之一，它在一定程度上影响着机器人的发展，对于不同结构的机器人，控制系统的设计方案也不一样。

我主要研究焊接机器人控制系统的设计，采用欧姆龙CJ-PLC，实现了工件的焊接质量稳定性和可靠性。

1.4课题的主要研究内容

本文对焊接机器人及其控制系统、PLC的硬件电路和软件程序的设计、PLC与触摸屏的通讯、根据实际控制要求来设计触摸屏的画面和系统的安装与调试进行研究。

第二章焊接机器人

2.1焊接机器人的组成

焊接机器人的组成