论文总字数：24619字

摘 要

我国是一个制造业大国，制造行业的体量庞大，大小企业数量众多，但各个企业的自动化程度参差不齐。在包装行业，自动化的机械设备将逐步代替人工。

本文主要描述了新型工业关节机器人在包装、分拣行业的一个应用实例的设计，本次项目首先进行了系统方案的设计，根据项目委托方的需求，制定了项目实施的技术路线。考虑到项目的复杂程度，选择了PLC和机器人的具体型号，在确定机器人等关键执行元件的型号后，讨论了可用的系统通信协议。经过比较，最终确定使用PROFINET协议进行系统实时通信。

整个包装过程复杂，于是将任务拆分交给三台机器人完成。三台机器人工作环境的硬件已经交由机械研发人员先行设计组装。

确定好系统的关键硬件和通信协议后，就可以根据系统的具体指标来选择PLC的IO点数了。需要根据系统中选用传感器来进行IO模块的选型，不同传感器的输出信号不同，IO点数众多，还需要总线耦合器来进行扩展。机器人作为系统中最主要的执行器件，还需要为他设计抓手。考虑到系统后期的调试，需要设计友好的人机界面方便调试。

在整个设计过程中，需要充分考虑到系统的运行安全。电气部分的安全设计是保障系统正常工作的前提。

在完成系统硬件选型、安装后需要编写响应的程序来进行系统功能的实现，系统中机器人作为一个模块化的工业产品，需要对机器人进行轨迹编程。PLC上编写好系统系统控制程序后，就可以进行系统联调了，在进行系统联调时，需要就出现的问题给出解决方案并实施，保证系统设计工作的正常开展。

完成系统联调后，可以就系统前期设计中一些不合理的地方进行修改，使系统性能进一步完善。

在完成系统设计后，总结本次系统设计的主要工作，对于工业机器人在包装和分拣行业的应用做展望。

Abstract

Our country is a big manufacturing country, the manufacturing industry is huge, the size of the large number of enterprises, but the degree of automation of each enterprise is uneven. In the packaging industry, the automation of machinery and equipment will be gradually replaced by artificial.

A new industrial articulated robot in an application example of the packaging, sorting industry design is described in this paper. The project has first carried on the system design, according to needs of the entrusting party, formulated the technical route to the implementation of the project. Taking into account the complexity of the project, the choice of the PLC and the specific models of the robot, in determining the robot and other key components of the implementation of the model, the system is discussed in the available communication protocol. After comparison, the final determination of the use of PROFINET protocol for real-time communication system.

The whole packaging process is complex, so the task is divided into three robots to complete. The hardware of the working environment of the three robots has been designed and assembled by the mechanical R amp; D personnel.

After determining the key hardware and communication protocol of the system, we can choose the IO PLC points according to the specific index of the system. According to the system needs to choose the sensor to carry out the selection of IO module, different sensor output signal is different, many IO points, but also need to expand the bus coupler. The robot as the executor of the primary system, but also need to design the starting point for him. Taking into account the late commissioning of the system, the need to design a friendly man-machine interface to facilitate debugging.

In the whole design process, the operation safety of the system should be fully considered. The safety design of electrical part is the precondition of ensuring the normal operation of the system.

After the hardware selection and installation of the system, the response of the system is required to implement the system function. The robot is a modular industrial product. PLC to write good system control program, debugging the system, in the system debugging, the need arose give solutions and implementation, to ensure normal development of system design.

After the completion of the system, the system can be modified in some areas in the early design, so that the performance of the system is further improved.

After the completion of the system design, summed up the main work of the system design, for industrial robots in the packaging and sorting industry applications to do the future.

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 5

1.1 基于生产线机器人的使用情况 5

1.2 基于机器人的PLC控制系统的设计现状 5

1.3 本文的主要工作 6

第2章 系统方案设计 7

2.1 技术路线设计 7

2.2 控制器选型 9

2.3 机器人选型 12

2.4 系统通信拓扑设计 13

第3章 控制系统硬件设计 14

3.2 控制模块选型 14

3.2.1 IO模块选型 14

3.2.2 总线耦合器选型 16

3.3 包装机器人抓手设计 16

3.4 分拣机器人设计 18

3.4.1 分拣机器人抓手设计 19

3.4.2 分拣机器人运动控制设计 19

3.5 检测执行器件选型 20

3.5.1 行程开关选型 20

3.5.2 位置开关 21

3.5.3 执行器选型 21

3.6 电气安全保护设计 22

第4章 控制系统软件设计 24

4.1 包装任务分工设计 24

4.2 PLC软件设计 26

4.3 机器人程序设计 29

4.3.1 程序接口说明 29

4.3.2 机器人控制信号时序设计 30

4.4 用户界面设计 32

4.4.1 触摸屏界面设计 32

4.4.2 上位机设计 33

第5章 系统测试与调试 34

5.1 PLC程序调试 34

5.2 KUKA机器人程序调试 35

第6章 总结与展望 36

参考文献 38

致谢 39

绪论

基于生产线机器人的使用情况

随着信息时代的到来，各行各业都在倡导自动化。自动化的定义就是在没有人工直接参与的情况下，设备或机械自己能够完成人类预期的目标。机器人技术作为代替人工的一项关键技术，已经向一些传统的，重复度高的行业发起挑战。在很多场合，机器人正在逐步替代人工。

目前，机器人技术正快速发展，市场上已经出现性能优良的机器人产品。专家学者也提出很多机器人自动化解决方案。机器人的结构正向着模块化方向发展，控制技术向着开放化，伺服电机驱动技术正在数字化，机器人产品也越来越智能。机器人可以被抽象成一个执行元件，系统设计人员不用关心机器人级别的控制，只需要专注于控制系统的设计。机器人系统的柔性在不断提高，这样机器人就可以适用于越来越多的场合。以前机器人只是应用于特殊行业，如军工、航空航天以及一些危险、恶劣场合。现在机器人正凭借他的易用性逐步伸展到各行各业。

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