緒論1.1研究背景隨著科技的進步，制造業間的競爭變得愈加激烈，制造商們只有迅速的（縮短設計周期和生產周期）設計出符合人們所要求的產品，才能在如今的市場環境里搶得優勢。現如今法蘭盤已廣泛得被應用到各個領域中。而傳統法蘭盤的加工工藝一般為：鉆孔、粗車、半精車、精車、粗銑、精銑、鉆孔、磨。目前，國內法蘭盤的機械加工基本都是利用人工進行機床上料和下料的工作，這雖然在品種單一、小批量的情況下是極其適合的。但是，現今各個應用行業對于零部件的精度、質量，大都提出了較為嚴苛的制作要求，這一點在法蘭盤的機械加工過程中表現得更為明顯[1]。傳統法蘭盤的加工工藝不但需要多種機械加工機床、工具和高水平的技術工人，重要的是其生產周期長，因此很難快速響應多變的市場。而且使用人工上、下料工作，有很大的不足和缺點：（1）使用人工上、下料的產品質量易受到人為方面的制約因素。（2）不能滿足如今法蘭盤多品種、小批量、高質量的生產需求。（3）人工操作的勞動強度太大，可能產生安全事故，人工效率低下，導致人工成本增加。柔性自動化系統就是為了提高制造工業的柔性和生產效率，使之在保證產品質量的前提下，縮短產品生產周期，降低產品成本，最終使中小批量生產能與大批量生產抗衡。針對加工法蘭盤其應用優勢具體如下:（1）設備利用率高：柔性生產線中多臺機床共同作業比單臺機床加工法蘭盤的產量更多。（2）在制品減少80%左右：減少了法蘭盤半成品的庫存占用量。（3）生產能力相對穩定：自動加工系統由一臺或多臺機床組成，發生故障時，有降級運轉的能力，物料傳送系統也有自行繞過故障機床的能力[2]。（4）產品質量高：法蘭盤在加工過程中，避免多次定位，裝卸一次完成，加工精度高，加工形式穩定[2]。（5）運行靈活：柔性生產線的查驗、裝卡與維持護理任務可以在早班結束，中晚班可以在沒有人看管下自行出產[2]。（6）產品應變能力大：刀具、夾具及物料運輸裝置具有可調性，且系統平面布置合理，便于增減設備，滿足市場需要[2]。現如今工業機器人已被廣泛應用到工業自動化生產線上，不僅提高了生產效率，同時也提高了產品質量。日本KAWASAKI公司、瑞典ABB公司、德國KUKA公司、美國AdeptTechnology公司及意大利COMAU公司等是國際上著名的工業機器人制造商，其產品廣泛應用于自動化生產線。搬運機器人在滿足生產節拍的前提下，用來將加工零件取放、上料、下料、換料、零件的翻轉與移動等，不僅能節約人工成本，還能提高生產效率。不僅適用于多品種、小批量、高質量小型零件的加工制造，還具備定位更加精準、減少機床刀具磨損、生產的產品質量更加穩定、柔性度高、效率更高等一系列特點。將六軸搬運機器人應用于自動化生產線，不僅能保證生產的柔性，且其提高了生產批量大、小型零件的效益，這都是具有研究意義的。1.2國內外研究現狀2011年6月，美國啟動包括工業機器人在內的“先進制造伙伴計劃”(簡稱AMP計劃)其中一部分就是由美國國家科學基金會(NSF)、國家航空航天局(NASA)、國立衛生健康研究院(NIH)和農業部將共同投入7000萬美元支持新一代機器人的研發；2013年，德國實施“工業4.0”戰略。日本大力發展協同式機器人、無人化工廠。2016年，人工智能機器人AlphaGo打敗李世石。這些都象征著全球已經快速進入智能制造時代。2013年中國工信部發布《關于推進工業機器人產業發展的指導意見》，要在2020年形成較為完善的工業機器人產業體系，機器人密度(每萬名員工使用機器人臺數)達到100以上，工業機器人裝機量將達到100萬臺[3]。目前,工業機器人在國際上廣泛應用到汽車、電子、機械、食品、醫藥、紡織等行業,中國工業機器人多應用于汽車與電子信息產業,對制造業生產率的提升起著重要作用[3]。目前來說，FMS（柔性制造系統）所需完成的作業內容不斷擴大，由初期簡單的機械加工逐步向裝配、焊接、校驗和板材加工甚至鑄鍛等綜合性的領域發展。另外，對FMS、計算機輔助設計和輔助制造技術進行有機結合，向自動化制造工廠方向發展。隨著生產加工越來越特殊化、柔性化、專業化，搬運機器人柔性生產線的生產效率、生產智能性、生產多適應性以及生產柔性化大多提出了更高的要求。搬運機器人柔性生產線，在正式投入使用的前期，需要對系統集成和控制方法進行大量的研究和調試工作。對于搬運機器人柔性生產線，國內外現有的研究主要基于理論研究和仿真驗證，但在實際生產線平臺上模擬、研究的較少[4]。傳統的法蘭盤加工不具備柔性加工的特點，運用搬運機器人柔性生產線加工法蘭盤，不僅僅是提高了法蘭盤的生產效率，彌補了手工加工的不足，還對我國的智能制造領域有一定的幫助，這對于我國制造業的發展是非常有意義的。1.3研究方法及技術路線本文采用搬運機器人柔性生產線加工法蘭盤零件，以法蘭盤為加工載體，設計一種法蘭盤柔性生產線的搬運裝置，主要針對現有的工業機器人進行末端執行器的設計、信號接收配置、參數設置、程序編寫（上料、下料、換料等），使工業機器人實現法蘭盤的自動上下料、加工等功能[4]。（1）研究內容熟悉操作華中數控智能制造單元；對所加工的法蘭盤進行工藝規劃；工業機器人末端夾持裝置的設計；智能制造單元中六軸工業機器人上下料的安全路線規劃；熟悉六軸工業機器人編程，編寫機器人搬運軌跡；熟悉工業機器人的應用，能安裝調試設計的機器人末端夾持裝置；（2）研究方法本文的主要研究方法：運用現有的華中智能制造單元操作平臺進行學習、操作；通過實踐總結，查閱相關的資料，對所加工的法蘭盤進行工藝分析，比較之前的加工方式，進行適應本套生產線的工藝規劃；針對所加工的法蘭盤，運用UG或SOLIDWORKS軟件對工業機器人進行末端夾持裝置的設計及繪圖；實際測量現有的智能制造單元的產品尺寸，對法蘭盤上下料的路線進行安全規劃；實際操作智能制造，運用現有的六軸工業機器人進行編程學習并且對該生產線內法蘭盤的上下料、搬運路線進行示教編程；針對現有的六軸工業機器人進行系統性學習，將設計出的末端夾持裝置進行安裝調試。1.4本章小結本章主要闡述了法蘭盤的應用情況及傳統法蘭盤的加工工藝已不適應現如今快速發展的制造業，介紹了柔性生產線與搬運機器人是制造業發展的趨勢，對設計的裝置進行國內外的研究現狀進行歸納并且針對該裝置進行詳細的研究方法及技術路線計劃。

機器人上下料流程設計2.1法蘭盤加工工藝設計（原加工工藝）本文設計的法蘭盤柔性化生產線的搬運裝置是以一種法蘭盤為加工載體，針對法蘭盤的加工過程進行機器人上下料流程的設計。法蘭盤零件圖如圖2-1所示。圖2-1加工零件圖在搬運機器人柔性生產線加工之前已經對要加工的零件進行了調質處理和粗加工，結合柔性制造單元這一智能加工的理念，對零件進行粗精加工。針對該套柔性生產線的加工內容制定出該零件的加工工序如表2-1、2-2、2-3所示，加工工藝過程卡見附錄中附表1所示。

表2-1車床1工序表泉州信息工程學院機械加工工序卡片產品名稱零件名稱零件圖號法蘭盤法蘭盤材料材料名稱毛坯種類毛坯尺寸零件重每臺件數卡片編號第頁HT150端蓋類Φ1261.361①共頁加工工序圖工序號30工序名車床加工設備華中數控車床夾具氣動三爪定心卡盤工量具紅外線測量儀刀具金鷺外圓車刀、內圓車刀工步工步內容及要求主軸轉速(r/min)吃刀深度(mm)進給量(mm/r)切削速度(m/min)走刀次數10以120外圓面定位，粗車外圓70端面以及外圓。20030.854.5120以120外圓面定位，粗車60H7內圓。5002.20.447130以120外圓面定位，半精車30H7內圓。5000.30.1547140以120外圓面定位，半精車62內圓。50010.1547150走刀檢測加工精度，確定工件是否再加工或者報廢。0.4工藝編制學號審定會簽工時定額校核執行時間批準表2-2車床2工序表泉州信息工程學院機械加工工序卡片產品名稱零件名稱零件圖號法蘭盤法蘭盤材料材料名稱毛坯種類毛坯尺寸零件重每臺件數卡片編號第頁HT150端蓋類Φ1261.211②共頁加工工序圖工序號40工序名車床加工設備華中數控車床夾具氣動三爪定心卡盤工量具紅外線測量儀刀具金鷺外圓車刀、內圓車刀工步工步內容及要求主軸轉速(r/min)吃刀深度(mm)進給量(mm/r)切削速度(m/min)走刀次數10以60H7內圓面定位，粗車外圓70k6端面以及外圓。2002.50.854.5120以60H7內圓面定位，半精車70k6端以及外圓粗車外圓，倒角C2。2000.50.554.5130走刀檢測加工精度，確定工件是否再加工或者報廢。0.8140以60H7內圓面定位，粗車30H7內圓。5002.20.447150以60H7內圓面定位，半精車30H7內圓。5000.30.1547160走刀檢測加工精度，確定工件是否再加工或者報廢。 0.41工藝編制學號審定會簽工時定額校核執行時間批準表2-3銑床工序表泉州信息工程學院機械加工工序卡片產品名稱零件名稱零件圖號法蘭盤法蘭盤材料材料名稱毛坯種類毛坯尺寸零件重每臺件數卡片編號第頁HT150端蓋類Φ1261.131③共頁加工工序圖工序號50工序名銑床加工設備華中數控銑床夾具專用氣動夾具工量具刀具硬質合金立銑刀、鉆刀、锪刀工步工步內容及要求主軸轉速(r/min)吃刀深度(mm)進給量(mm/r)切削速度(m/min)走刀次數10以半精車后的30H7內圓定位，用3鉆刀鉆一個深度為2~3mm的孔，用于鉆孔定位。50030.40.5120以半精車后的30H7內圓定位，鉆3個11的通孔。781110.450.45130以半精車后的30H7內圓定位，锪3個深度為10mm的18孔。191100.80.18140以半精車后的30H7內圓及1個11孔進行定位，粗銑30的圓弧。200010.11201工藝編制學號審定會簽工時定額校核執行時間批準首先在數控車床1上進行Ф70的外圓、左端面及Ф60H7內孔的粗加工，然后對Ф60H7內孔及Ф62內孔進行半精車加工。然后在數控車床2上先進行Ф70K6的外圓、端面和Ф120的外圓、右端面的粗加工，然后進行Ф70K6、Ф120外圓的半精車加工，對Ф30H7內孔進行粗車、半精車。上述數控車床1、2的加工工序圖如圖2-2所示。最后在數控銑床進行定心鉆，鉆Ф11的螺栓通孔，再進行Ф18的鉆孔加工。上述數控銑床的加工工序圖如圖2-3所示。圖2-2數控車床1、2的加工工序圖圖2-3華中數控銑床的加工工序圖根據上述設計的法蘭盤的加工工藝，將使用兩臺車床、一臺銑床，對法蘭盤進行自動化加工。本設計根據法蘭盤的工藝流程及機床使用情況將整體的柔性生產線搬運機器人的工作流程進行設計，如下圖2-4所示。圖2-4柔性生產線搬運機器人的工作流程2.2柔性生產線搬運機器人的系統布局根據設計的柔性生產線搬運機器人的工作流程，考慮到將使用多臺機床進行加工，為盡量減少整套設備的搬運輔助時間，實現法蘭盤的自動化加工，設計并繪制出緊湊有致的柔性生產線搬運機器人的系統布局如下圖2-5所示。圖2-5柔性生產線搬運機器人的系統布局柔性生產線搬運機器人系統的所有設備的組成由下表2-3所示。表2-3設備清單序號設備名稱數量單位備注1數控車床2臺2加工中心（三軸）1臺3在線測量裝置3套4加工中心夾具1個5車床夾具2套7工業機器人及搬運裝置1臺8工業機器人導軌1套9生熟料倉1套10翻轉臺1臺11中央電氣控制系統1套12MES系統（包含部署計算機）1套13安全防護系統1套2.2.1數控車床（1）數控車床數控車床有以太網接口；提供自動化接口，能實現數控車床的遠程啟動、程序可上傳到車床內存，能獲取車床的狀態信息、機床的模式、主軸的位置信息；工件回轉直徑360mm，自動液壓卡盤；留有與主控系統的I/O接口。圖2-6CK6140數控車床簡圖2.2.2數控加工中心（1）加工中心有以太網接口；（2）提供自動化接口，能實現加工中心的遠程啟動、程序可上傳到機床內存，能獲取機床的狀態信息、機床的模式、主軸的位置信息；（3）加工中心運動范圍X：600mm，Y：500mm，機床夾具采用氣動平口鉗和零點裝置，能在線測量，檢測軟硬件：漢默歐；（4）加工中心自動化夾具和自動門的控制與反饋信號可以直接接入機床自身的I/O模塊，并且由機床自身來控制，其狀態可以通過網絡反饋給工控機。圖2-7XK713數控加工中心簡圖2.2.3機器人導軌（1）導軌總長度：5m；（2）最快行走速度：大于1.5m/s；（3）機器人滑板承重：大于500kg;（4）重復定位精度：高于±0.2mm。圖2-8機器人導軌簡圖2.2.4電氣控制系統（1）電氣架構:中央控制系統包含兩部分。第一部分是PLC電氣控制及I/O通訊系統，主要負責周邊設備的及機器人的I/O通訊控制。第二部分是由工控機構成，主要負責系統邏輯控制及數據處理。如圖2-9所示。（2）元件配置要求：總控PLC采用西門子S7-1200系列；工控機采用臺式電腦：聯想天逸510Pro；配備網絡集線器等用于組織控制系統網絡的設備，接口充分；圖2-9電氣控制系統2.3本章小結本章主要闡述了法蘭盤的加工工序，根基法蘭盤的加工流程，進行對柔性生產線搬運裝置的具體布局做了介紹，對整套設備列出了設備清單。

機器人末端執行器設計與建模本文針對的機器人是HSR-JR620L-C20機器人，其結構緊湊，運動速度快，具有較高重復定位精度和軌跡跟蹤精度。系統提供友好的人機對話窗口，操作界面簡潔直觀，能夠實現高性能的動作控制和時序控制。廣泛運用于激光切割、機床上下料、打磨等行業。如圖3-1HSR-JR620L-C20所示。圖3-1HSR-JR620L-C20機器人3.1末端執行器結構設計3.1.1末端執行器氣缸選型本設計基于HSR-JR650機器人進行對其末端執行器的設計，本次加工的法蘭盤毛坯材料選用HT150,質量為1.06kg，該材料具有較高的強度、耐磨性、耐熱性及減震性。根據夾持工件的情況初步選用平行開閉三爪氣缸，該三爪氣缸夾持工件的受力情況如下圖3-2所示。圖3-2三爪氣缸夾持受力點由此可知工件不掉落的條件應該滿足：

n×μF>mg即：F>mgn×μ如上圖所示夾持工件，在普通搬運狀態所產生的沖擊狀態下，取安全系數a=4時，夾持力為被夾持力對象質量的10~20倍以上。所以安全系數為a時F=mgn×μ×a當摩擦系數為0.2時，夾持力約為被夾持對象的10倍；當摩擦系數為0.1時，夾持力約為被夾持對象的20倍。n：夾爪數F：夾持力（N）μ：配件與工件之間的摩擦系數m：工件質量g:重力加速度（=9.8m/s2）所以由公式(3-3)得：F=氣缸驅動負載(活塞桿伸出)：F=πD2P氣缸驅動負載(活塞桿縮回)：F=π（一般簡化計算:D=4FπPηF氣缸承受的負載，NP氣缸使用壓力，MPaη氣缸的負載率，%氣缸的負載率：是指氣缸的實際負載力F與理論輸出力F0之比。負載力是選擇氣缸的重要因素。負載情況不同，作用在活塞軸上的實際負載力也不同。氣缸的實際負載是由工況所決定的，若確定了負載率η也就能確定氣缸的理論出力，負載率η的選取與氣缸的負載性能及氣缸的運動速度有關如下表3-1所示。表3-1氣缸負載及運動速度負載的運動狀態靜負載如夾緊、低速壓鉚動載荷氣缸速度＜100mm/s氣缸速度100~500mm/s氣缸速度＞500mm/s負載率η≤80％≤65％≤50％≤30％根據負載情況確定需要的理論輸出力F0=F所以由公式(3-6)（3-7）得：D=4所以根據下圖3-3氣缸理論輸出力選用的三爪氣缸的缸徑為40mm。圖3-3氣缸理論輸出力針對缸徑為40mm的三爪氣缸本裝置對比國內外的氣缸廠家，考慮到夾持的安全性、穩定性及效率，將采用日本SMC公司的氣缸產品。基于上述的計算得出的結果，現將采用SMC公司的氣爪選型程序（如下圖3-4所示）進行標準選型。圖3-4氣爪選型程序根據設計需求，本次選用平行開閉型、三爪、外徑夾持的三爪氣缸。輸入設計所需的氣缸條件，本系統推薦使用MHS3-40D如下圖3-5SMC系列選型結果。圖3-5SMC系列選型結果3.1.2連接板的設計與建模設計思路：該連接板的作用為連接機器人末端法蘭盤與兩個三爪氣缸裝置，由于HSR-JR650機器人能承受的外部負載為20kg,所以連接板的重量不易過高，且在搬運過程中能實現較好的旋轉（不干涉機器人手爪對工件的夾持），運用SOLIDWORKS設計建模如下圖3-6所示。圖3-6氣缸與法蘭盤連接板建模為滿足負載要求，該連接板為鋁合金制成的，現通過SOLIDWORKS的特征賦值進行質量屬性的計算得出如下圖3-7所示。圖3-7質量屬性氣缸與法蘭盤連接板的質量為1222.004g，三爪氣缸質量為351g，所以兩個氣缸與連接板的總質量為1924.004g遠低于機器人末端最大負載20kg，滿足負載要求。3.1.3末端執行器的手指設計與建模由3.1.1節的氣缸選型確定了夾持裝置的夾持方式且法蘭盤夾持點如圖3-8中箭頭所示。圖3-8法蘭盤被夾持點末端執行器手指設計思路：該手指需配合三爪氣缸夾持法蘭盤，考慮到機器人末端負載有限且夾持點受限，三爪氣缸的開閉行程為8mm，夾持外徑雖足安全余量卻不夠，因此設計的手指需為小型，開閉直徑足夠夾持Ф65-Ф75直徑的法蘭盤。設計建模如下圖3-9所示。圖3-9三爪氣缸配套手指3.2末端執行器的氣動回路設計3.2.1氣動電磁閥選型末端執行器使用的三爪氣缸進行工件上下料及搬運的夾持動作，需配合相對應的氣路連接功能，氣源氣壓需通過空氣減壓閥、過濾器、油霧器進行對氣源的穩壓，氣源的清潔以及潤滑運動部件，利用三通連接管分出2條氣路，分別控制兩個三爪氣缸的開閉動作。由于機器人的手爪1手爪2分別獨立進行夾緊、松開動作，所以需要兩個電磁閥對其進行氣路控制。根據所需流量及驅動形式選定電磁閥系列。根據氣缸缸徑、行程、運行速度及使用壓力計算出所需的耗氣量[6]：Q=0.462×D2×Q:氣缸的最大耗氣量，L/minD:缸徑，cmVmax:氣缸的最大速度，mm/sP:使用壓力，Mpa由（3-8）求得：Q=0.462根據所需耗氣量計算出CV值或SCV=QCV:流通能力Q：自由流量，L/minP2:移動負載所需要的壓力，bar?P:壓力降，barS:有效流通面積由（3-9）求得：CV根據下圖3-10選出閥門的有效面積與工作氣缸相吻合的電磁閥系列及型號。圖3-10電磁閥系列及型號根據下表的控制內容，由表3-2中選出電磁閥的機能：表3-2電磁閥的機能機能控制內容符號2位置單線圈斷電后，恢復原來位置2位置雙線圈某一側供電時，則閥芯切換至該側位置，若斷電時能保持斷電時的位置。3位（中位封閉）雙線圈兩側同時不供電時，供氣口及氣缸口同時封堵，氣缸內的壓力便不能排放出來。3位（中位排氣）雙線圈兩側同時不供電時，供氣口被封堵從氣缸口向大氣排放。3位（中位加壓）雙線圈兩側同時不供電時，供氣口向兩個氣缸口通氣。機器人手爪的動作為夾緊、松開，夾持工件時應防止其掉落，即使斷電時手爪也應保持原來的狀態，所以選擇使用3位（中位封閉）雙線圈電磁閥。本文選擇的氣缸是雙作用氣缸，故電磁閥應選擇3位5通電磁閥。根據末端執行器的位置及設計結構將選取懸掛式小型的插座式電磁閥。通過下表3-3選擇出適當的導線引出方式為SY系列M形插座式。表3-3導線引出方式系列導線引出方式直接出線式L或M形插座式DIN形插座式SY系列SYJ系列VQ系列VQD系列VQZ系列工業機器人所用的電壓為交流220V，考慮到末端執行器會與人接觸故選用安全電壓24V其根據下表3-4選擇使用電流及電壓為AC（交流）電壓為24V。表3-4電流電壓電流額種類電壓標準其它AC（交流）110V220V24V,48V,100V,200V,其它DC（直流）24V6V,12V,48V,其它根據SMC公司所有的系列型號，故本設計的電磁閥選用SY3320DC24VMNLE01FF2型號。3.2.2末端執行器的部分氣動回路氣源管路經過氣動三聯件的穩壓、過濾、潤滑后，用三通氣管通過SMC的三位五通中封電磁閥進行氣路控制后，兩個電磁閥分別用管連接在兩個雙作用三爪氣缸的進氣孔和出氣孔上進行三爪氣缸的張開閉合控制，選用的電磁閥的中位能起到斷電保持的作用。當手爪1需要張開、閉合時，PLC控制機器人上的三位五通電磁閥1的得、失電；當手爪2需要張開、閉合時，PLC控制機器人上的三位五通電磁閥1的得、失電。如圖3-11所示。圖3-11三爪氣缸簡易氣路圖3.3末端執行器與機器人的裝配經過各部分主要零件的三維建模完成后，將進行零件的三維裝配。本次零件裝配利用SOLIDWORKS軟件進行零件的三維裝配。打開第七軸機器人導軌（含電機），以此為固定點，將其他零件模型依次安裝至固定點上，通過插入零部件依次添加機器人底座（含電機）、轉座（含電機）、肘部（含電機）、大臂（含電機）、小臂（含電機）、腕部（含電機）、七軸法蘭、法蘭與氣缸連接板、三爪氣缸、末端執行器手指，對其進行約束配合，不過不能過約束配合，或將原本能動的零件固定死。結果如圖3-12所示。圖3-12機器人裝配圖

機器人編程及路線規劃以2.2節的柔性生產線搬運機器人的系統布局為基礎，設計出機器人上下料的編程，由于3臺機床上下料程序結構和邏輯控制相似，所以在此列出車床1的運行程序，該控制流程如下圖4-1所示。圖4-1機器人上下料控制流程圖4.1機器人編程4.1.1機器人工作流程法蘭盤加工需經過車床1的左面外圓、孔、密封圈、端面的粗精車，車床2的右面端面、外圓、倒角、內孔、退刀槽的粗精車，銑床的圓弧、沉頭孔的粗精銑，而機器人夾持工件翻轉受限所以需要翻轉臺配合進行工件的翻面，每次進入機床前都會有機床通過PLC發送機床允許進入的PLC信號，機器人才能將工件安裝至機床卡盤上。機器人的工作流程如圖4-2所示。圖4-2機器人工作流程4.2機器人的路線規劃仿真基于2.2節柔性生產線搬運機器人的系統布局，根據編程思路，做出生產節拍緊湊有序安全的搬運機器人路線規劃。將已設計的模型裝配后，布置好實際的機床位置，運用SOLIDWORKS進行模擬動畫仿真。第一步，進行料倉取料需將機器人第七軸移動到料倉前ER[1]，機器人旋轉軸1將手爪1移動至方便夾取工件的料倉過渡點JR[2]，然后需要一個手爪1的精確抓取點LR[1].第二步，車床1的上料同樣需要將機器人第七軸移動至車床1前ER[2]，機器人旋轉軸1將手爪1移動至能安全進入車床的外部點JR[3]，然后旋轉機器人手爪1至方便進入車床1上料的過渡點JR[4]，通過計算語句，將手爪1移動至車床1卡盤前端100mm處，最后將機器人移動至取放料精確點LR[3]進行取放動作。接下去的步驟與第一、二步相似，去機床先移動第七軸，然后移動軸1將機器人面向機床（外部過渡點），旋轉機器人手爪擺出安全方便進入機床內部的過渡點，移動至取放點外部一定的安全距離，機器人手爪緩慢移動至取放精確點，配合卡盤執行機器人手爪的夾取或松開動作，確定工件不掉落緩慢退至取放點外部一定的安全距離，再退至過渡點，外部過渡點，最后機器人回原位。根據仿真動畫，結合實際生產線的要求，為實現機器人的安全路線規劃，現將程序內所必須經過的點位進行機器人寄存器點位設置如下表4-1所示。表4-1機器人點位表位置機床生料倉熟料倉車床1車床2銑床廢料倉翻轉臺第七軸點位ER[1]ER[2]ER[3]ER[4]ER[5]ER[6]機床外部點JR[3]JR[5]JR[7]機床取料過渡點JR[2]JR[4]JR[6]JR[8]JR[9]JR[10]機床爪1取放料點LR[1]LR[3]LR[4]LR[5]LR[6]LR[7]機床爪2取放料點LR[2]LR[13]LR[14]LR[15]LR[17]計算點位LR[100]=#{0,0,50,0,0,0}LR[101]=#{0,100,0,0,0,0}LR[102]=#{100,0,0,0,0,0}LR[103]=#{0,0,80,0,0,0}4.2.1機器人主要控制程序的編寫結合機器人的工作流程及動畫仿真，通過對實際的智能制造單元的考察進行機器人的程序編程，其邏輯思路如流程圖4-3所示。圖4-3程序邏輯流程圖經過前幾章的設計，不斷的對編寫的機器人程序進行修改及相應設備的試運行，編寫出一套完整的華數機器人程序（見附表4）。其中重要的例行程序有：主程序ZHU，初始化程序CSH，車1上料程序C1S，車1換料程序C1H，車2上料程序C2S，車2換料程序C2H，銑上料程序XS，銑換料程序XH，生料倉取料程序QL，熟料倉放料程序SFL，翻轉臺程序FZT，廢料倉程序FLC，PLC與機器人相對應的ROB編程信號見附表5所示。(1)主程序機器人的控制程序從主程序開始，其主要負責程序的順序及子程序的調用。'(ADDYOURCOMMON/COMMONSHAREDVARIABLEHERE)DIMSHAREDTEMPASLONGDIMSHAREDOUT06ASNOTE"請在安全位啟動機器人"PROGRAM'程序'(ADDYOURDIMVARIABLEHERE)WITHROBOT'華數機器人ATTACHROBOT'運行機器人ATTACHEXT_AXES'運行機器人第七軸CALLCSH'調用初始化程序WHILETRUE'(WRITEYOURCODEHERE)TEMP=0'安全位標志為復位CALLWAITUNTIL(D_OUT[40],ON,2000,TEMP)IFTEMP=1THEN'當不在安全位上，機器人提示THROWOUT06'提示錯誤指令ENDIFCALLWAIT(D_OUT[40],ON)'確認安全位到位TEMP=0'安全位標志為復位'進料倉取料 WHILEIR[15]=1ORIR[16]=1ORIR[17]=1'判斷各機床是否準備好IFIR[18]=0ANDIR[19]=0THEN'爪1、抓2無料D_OUT[2]=OFF'爪1夾緊關閉D_OUT[3]=ON'爪1松開開啟D_OUT[4]=OFF'爪2夾緊關閉D_OUT[5]=ON'爪2松開開啟CALLWAIT(D_IN[3],ON)'等待爪1松開指令開啟CALLQL'調用生料倉取料程序ENDIFSLEEP100ENDWHILE'進車1上料或者進車1換料WHILEIR[15]=0ANDIR[18]=1'車1未準備好等待SLEEP100ENDWHILEIFIR[15]=1ANDIR[18]=1THEN'車1準備好且爪1有料IFIR[11]=0THEN'車1卡盤無料CALLC1S'調用車1上料程序CALLQL'調用生料倉取料程序SLEEP100ENDIFELSE'車1卡盤有料CALLC1H'調用車1換料程序SLEEP100ENDELSEENDIF'進廢料倉或者進翻轉臺 IFIR[18]=1ANDIR[15]=2THEN'車1加工不合格且爪1有料CALLFLC'調用廢料倉程序SLEEP100CALLQL'調用生料倉取料程序SLEEP100ENDIFIFIR[18]=1ANDIR[15]=3THEN'車1加工合格且爪1有料CALLFZT'翻轉臺SLEEP100'進車2上料或者進車1換料IFIR[16]=0THEN'車2未準備好CALLQL'取料SLEEP100ENDIFENDIFIFIR[16]=1THEN'車2準備好信號IFIR[12]=0THEN'車2卡盤無料CALLC2S'車2上子程序CALLQLSLEEP100ENDIFIFIR[12]=1THEN'車2卡盤有料CALLC2H'車2換子程序SLEEP100ENDIFSLEEP100ENDIF'進廢料倉或者進翻轉臺IFIR[18]=1ANDIR[16]=2THEN'爪1有料且加工不合格CALLFLC'廢料倉SLEEP100CALLQL'取料SLEEP100ENDIFIFIR[18]=1ANDIR[16]=3THEN'爪1有料且加工合格CALLFZT'翻轉臺SLEEP100WHILEIR[17]=0'銑床未準備好SLEEP100ENDWHILEIFIR[17]=1THEN'銑床準備好信號IFIR[13]=0THEN'銑床卡盤無料CALLXS'銑上CALLQLSLEEP100ENDIFIFIR[13]=1THEN'銑床卡盤有料CALLXH'銑換SLEEP100ENDIFSLEEP100ENDIFIFIR[18]=1ANDIR[17]=2THEN'爪1有料且加工不合格CALLFLC'廢料倉SLEEP100ENDIFIFIR[18]=1ANDIR[17]=3THEN'爪1有料且加工合格CALLSLC'熟料倉SLEEP100ENDIFENDIFSLEEP100ENDWHILE'結束循環語句DETACHROBOT'關閉機器人DETACHEXT_AXES'關閉第七軸ENDWITHENDPROGRAM(2)初始化程序CSH將機器人發送給PLC的信號清零，并把調用的變量值初始化，機器人回原點PUBLICSUBQXH'(WRITEYOURCODEHERE)IR[11]=0'車1卡盤無料IR[12]=0'車2卡盤無料IR[13]=0'銑床卡盤無料IR[15]=1'車床1準備好IR[16]=1'車床2準備好IR[17]=1'銑床準備好IR[18]=0'爪1無料IR[19]=0'爪2無料D_OUT[2]=OFF'BOM編程信號（機器人請求PLC信號）D_OUT[3]=OFFD_OUT[3]=OND_OUT[4]=OFFD_OUT[5]=OFFD_OUT[5]=OND_OUT[6]=OFFD_OUT[7]=OFFD_OUT[8]=OFFD_OUT[25]=OFFD_OUT[26]=OFFD_OUT[27]=OFFD_OUT[28]=OFFD_OUT[29]=OFFD_OUT[30]=OFFD_OUT[31]=OFFD_OUT[32]=OFFD_OUT[33]=OFFD_OUT[34]=OFFD_OUT[35]=OFFD_OUT[36]=OFFD_OUT[37]=OFFD_OUT[38]=OFFD_OUT[39]=OFFD_OUT[40]=OFFD_OUT[41]=OFFD_OUT[42]=OFFD_OUT[43]=OFFD_OUT[44]=OFFD_OUT[45]=OFFD_OUT[46]=OFFD_OUT[47]=OFFD_OUT[48]=OFFD_OUT[49]=OFFD_OUT[50]=OFFD_OUT[51]=OFFD_OUT[52]=OFFD_OUT[53]=OFFD_OUT[54]=OFFD_OUT[55]=OFF'設備號響應D_OUT[25]=OFF'車床1執行反饋D_OUT[26]=OFF'鉆攻中心執行反饋D_OUT[31]=OFF'車床2執行反饋MOVEROBOTJR[1]'機器人回原點ENDSUB(3)車床1換料程序運用設計的末端執行器進行工件在車床1內的安全換料程序，爪2負責卸下車床1上已加工好的工件，爪2負責將生料倉搬運來的毛坯件安裝至車床1的卡盤上。PUBLICSUBC1H'車床1換料CALLWAIT(IR[15],1)'等待機器人可對車床上料信號D_OUT[37]=ON'開啟機器人對車床干涉的信號MOVEEXT_AXESER[3]'移動第七軸至ER[3]DELAYEXT_AXES100'等待第七軸0.1SMOVEROBOTJR[5]'旋轉機器人至車床1外部MOVEROBOTJR[6]'旋轉機器人至車床1外部過渡點MOVESROBOTLR[13]+LR[101]'直線移動機器人手爪2至車床卡盤前端MOVESROBOTLR[13]'直線移動機器人手爪2至取料點DELAYROBOT100'等待機器人0.1SD_OUT[4]=ON'夾爪2夾緊D_OUT[5]=OFF'夾爪2松開CALLWAIT(D_IN[4],ON)'等待夾爪2夾緊到位的信號DELAYROBOT100'等待0.1SD_OUT[35]=ON'開啟機器人請求車床1卡盤松開的信號CALLWAIT(D_IN[35],ON)'等待車床2卡盤松開到位的信號D_OUT[35]=OFF'關掉機器人請求車床1卡盤松開的信號SLEEP3000'延時3SDELAYROBOT100'等待0.1SMOVESROBOTLR[13]+LR[101]'直線移動機器人手爪2至卡盤處前端MOVESROBOTLR[3]+LR[101]'直線移動機器人手爪1至卡盤處前端MOVESROBOTLR[3]'直線移動機器人手爪1至放料點DELAYROBOT100'等待機器人0.1SD_OUT[36]=ON'開啟機器人請求車床1卡盤松開的信號CALLWAIT(D_IN[36],ON)'等待車床1卡盤松開到位的信號D_OUT[36]=OFF'關掉機器人請求車床1卡盤松開的信號D_OUT[2]=OFF'夾爪1夾緊D_OUT[3]=ON'夾爪1松開CALLWAIT(D_IN[3],ON)'等待夾爪1松開到位的信號DELAYROBOT100'等待0.1SMOVESROBOTLR[12]+LR[101]SLEEP3000'延時3SDELAYROBOT100MOVEROBOTJR[6]'移動機器人至車床1外部過渡點MOVEROBOTJR[5]'旋轉機器人的爪至車床1外部MOVEROBOTJR[1]'移動機器人至原點（安全點）D_OUT[37]=OFF'關掉機器人對車床1干涉信號D_OUT[34]=ON'開啟機器人對車床1下料完成的信號CALLWAIT(D_IN[40],ON)'等待上料完成應答的信號D_OUT[34]=OFF'關掉機器人對車床1下料完成的信號ENDSUB上述編程中所需的編碼表如表4-2所示：表4-2編碼表類型編碼值IR值定義值定義值定義值定義PLC->機器人IR[11]0車1卡盤無料1車1卡盤有料PLC->機器人IR[12]0車2卡盤無料1車2卡盤有料PLC->機器人IR[13]0銑床卡盤無料1銑床卡盤有料PLC->機器人IR[15]0車1未準備好1車1準備好2車1加工不合格3車1加工合格PLC->機器人IR[16]0車2未準備好1車2準備好2車2加工不合格3車2加工合格PLC->機器人IR[17]0銑床未準備好1銑床準備好2銑床加工不合格3銑床加工合格PLC->機器人IR[18]0爪1無料1爪1有料PLC->機器人IR[19]0爪2無料1爪2無料

總結與展望5.1總結目前,工業機器人在國際上廣泛應用到汽車、電子、機械、食品、醫藥、紡織等行業,它是當今國內外自動化應用技術的新生力軍。隨著科技的發展，制造業間的競爭變得愈加激烈；人工成本增加；零部件的精度、質量要求的提高；生產趨于柔性化生產；工業機器人的應用將是高端裝備制造業發展的趨勢所向，隨著加工效率的逐漸提升，特制的柔性生產線的搬運裝置將會被越來越多的制造廠投入到實際的生產中去。本設計的法蘭盤柔性生產的搬運裝置，針對法蘭盤的加工工藝進行總的系統布局，通過I/O通訊與PLC電控系統建立聯系，運用的三臺機床能同時進行加工，且該搬運機器人能對三臺機床進行不間斷的上、下料動作，一個人就能操作的設備，大大節省了人工成本；機器高精度自動裝夾，增加了加工精度；設備的有效利用，提升了生產效率；各設備互相配合又互不干擾，對操作工人的安全有所保障。其主要功能、優點總結如下：(1)操作工人進行機器人的對點后，運用同一套程序，之后就不用耗費任何時間，加工只需啟動工作臺，便可自動完成搬運、上料、下料、換料及法蘭盤的一系列加工動作，無需多人守候，減少了制造廠對人工成本的投入。(2)工件的抓取利用搬運機器人的對點后進行抓取工作，機器人具有較高重復定位精度和軌跡跟蹤精度，不會出現抓斜的現象等。(3)PLC電控系統與搬運機器人、機床、翻轉臺、料倉通過I/O通訊進行相互通信，程序邏輯嚴謹，不會出現不生產的情況。(4)搬運機器人控制靈活能夠實現高性能的動作控制和時序控制，且手爪設計符合設計要求，即使斷電時也能保證工件不會掉落的現象。(5)整套柔性生產搬運機器人的系統，對法蘭盤的加工有更佳的柔性。本文所介紹的柔性生產線的搬運機器人夾持裝置設計不僅涉及到了搬運機器人的電路控制、末端執行器氣爪的氣路控制、系統控制、搬運機器人編程設計、搬運機器人的安全路線規劃仿真，其在實際生產過程中還有許多需要開發、完善的功能。5.2展望目前國內外加工法蘭盤的手段很多，但都是為了提高其生產效率，本文設計的內容能極大的提高法蘭盤的生產效率，增加制造產的經濟收益，但是基于設計者的能力目前該設計還有功能有待開發及完善：(1)機器人的搬運裝置可以增加快換裝置，雖增加設計成本，但是其方便更換末端執行器手爪，且換個搬運裝置就可以加工其它零件。(2)機器人末端執行器能一個適應多種不同零件，這樣便可在生產不同的零件，提高了設備利用率。(3)機器人的搬運裝置可以設計的更加靈活，無需翻轉臺便可進行工件的翻轉，減少了搬運時間。

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