工业机器人弧焊工作站系统设计与编程
摘 要现如今，工业机器人已经广泛应用于人类的生产生活中，使得人们的劳动量大大减少。其中，焊接机器人是应用最为广泛的机器人，全球有将近一半的工业机器人用于不同形式的焊接加工领域。本文是根据一些专业的理论知识和本人一些具体的实践所得出的结论，弧焊机器人工作站系统设计，通过采用双机器人协调工作，结合仿真编程技术，合理配置工作站及编写与调试系统控制程序，设计的焊接工作站系统兼容性好，柔性程度高，功能丰富可扩展等优点。
目 录
引 言 1
一、弧焊机器人发展应用方向与开发意义 2
（一）弧焊机器人国外发展与应用 2
（二）国内弧焊机器人现存在的问题 3
（三）弧焊工作站发展的意义 3
二、弧焊机器人工作站系统总体设计 3
（一）弧焊机器人基本构造和控制原理 3
（二）工作站工艺流程 7
三、工作站系统仿真和离线编程 9
(一)仿真技术概述 9
(二) 仿真模型以及空间关系的建立 10
(三)工作站仿真程序设计 11
四、PLC控制系统和编程 15
（一）PLC选型和控制原理 15
（二）通讯与I/O 15
（三）控制软件编程 17
结 论 18
谢 辞 19
参考文献 20
引 言
全世界大部分投入使用的机器人有将近一半的工业机器人用于各种焊接加工领域，焊接机器人应用最普遍的有两种方式，一是电阻电焊，还有一种是电弧焊。我们日常所说的焊接机器人就是在焊接生产领域替代工人焊接任务的工业机器人。我国工业机器人制造技术也在不断地提升，开发出喷漆、弧焊、安装、搬运等机器人，且弧焊机器人已经应用到了汽车制造厂的焊装线上。但总的来说我国机器人整体水平还是略逊与国外的。本课题是根据我在公司的实际经验，再加上在大学里工业机器人所学的知识，在安川公司的MOTOMAN机器人的基础上设计出弧焊机器人工作站。两台机器人协调工作，外部设备协同控制，大大降低了劳动强度，提高了产品的质量，增加了经济效益。
一、弧焊机器人发展应用方向与开发意义
（一）弧焊机器人国外发展与应用
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
随着工业越来越偏向于自动化，工业机器人的数量每日剧增，从20世纪开始，世界工业机器人年增长率在10%。在当代技术中，机器人采用了柔性自动化和计算机集成系统，大大提高了生产速度和生产效益，人们更加愿意将具有较高危险和高强度劳动交于机器人去完成，至此，机器人在世界工业史上发展的尤为迅速。国外有专家预测，工业机器人每五年将会推出一批新型机，拓展一些新的领域。将原有的应用领域不断地向高难度的领域加深、扩深。未来机器人领域将会扩展到农牧业、医学业、航空业等等。
在国外，应用在汽车行业的机器人占总数量的百分比最多，电器制造业其次。美国是世界上第一个生产出机器人的国家，在1961年，美国的AMF公司联合Consolided Control Co.研制出了第一台实用的示教机器人。现如今经过40多年的发展，美国的机器人技术在国际上依旧处于遥遥领先的位置，生产的机器人技术更加先进，适用范围更广。
如今，很多发达国家和发展中国家对机器人需求量极大，比如意大利、丹麦、瑞典、芬兰、西班牙，其机器人发展速度非常迅速，是机器人行业中不可或缺的力量。现如今国际上的工业机器人公司主要分布在欧洲和日本。欧系的主要有ABB、KUKA等公司，日系主要有安川、FANUC。
图11 1993年至2006年全球弧焊机器人安装量
1986年，我国开始将智能机器人列入高等技术发展计划，我国机器人技术得到迅猛发展。现如今，我国在机器人操作研究方面，已经能够设计出弧焊、电焊、喷漆等各类机器人，在构型方面，有平面多关节型、空间多关节型等等，并且很多技术都拥有自主知识产权。总的来说，经过这么多年的发展和研究，我国在机器人领域取得了不菲的成绩。
（二）国内弧焊机器人现存在的问题
虽然国内弧焊机器人发展的不错，但与国外相比还是有点差距的，一是在新品开发方面与国外有不小的差距，很多弧焊机器人都依赖进口；二是产品的技术、质量和工作性能上的差距，三是在国际市场竞争力上逊于那些大品牌机器人。不过我相信我国机器人技术在未来的发展中会有质的飞跃。
（三）弧焊工作站发展的意义
当今社会是一个快速发展的时代，产品更新快，产量也来越少，很多产品并不需要大批量的生产。过去常用的自动化设备以及明显跟不上需求了，而工业机器人却能很好的去完成这种工作。但机器人技术很复杂，变化很多，我国机器人起步晚，工作站系统集成技术还不够完善，因此，发展机器人工作站技术变得尤为重要。
本论文在与实际相结合的情况下，对弧焊机器人工作站系统做出了一些自己的看法和研究，完整的模拟了工作站的工作方式，设计出来完整的工作站设计方案。
二、弧焊机器人工作站系统总体设计
（一）弧焊机器人基本构造和控制原理
本工作站系统将采用两台机器人共同协调控制的方式来完成工作站的需要。采用两台MOTOMAN机器人，其中一台作为搬运机器人，只进行辅助作业，另一台做弧焊机器人，来完成焊接作业。再加上一些相关的外围设备，一起完成作业任务。图21列举了工作站需要的基本配置。
图21工作站配置
配电盒 2、控制箱 3、焊接电源 4、保护气 5、焊接系统
6、机器人 7、外部轴与夹具 8、外部控制盒
控制箱控制着整个系统的运行，配电盒为整个工作站提供电力，PLC控制着整个工作站协调工作。如22所示为弧焊工作站设计布局。
图22 弧焊工作站设计布局
工作站是由机器人系统、焊枪清洗装置、焊接系统等等构成，具体如下图23所示
图23 弧焊机器人系统构成
论文设计的工作站是采用MOYOMAN NX100两台工业机器人，配有NX100的示教编程器和控制柜。整个工作站在运行的时候，通过人工来进行补给原料，再由搬运机器人将工件搬运至夹具上，然后焊接机器人与外部轴协调配合焊接。如图24所示，采用控制柜连接示教盒和机器人。控制柜里面装有MOTOMAN内置PLC，控制着整个工作站的输入输出。示教盒相当于机器人的人机界面，操作员可以通过示教盒查看机器人的运行状态，同样可以通过示教盒编辑运动程序和更改运行参数等等。
目 录
引 言 1
一、弧焊机器人发展应用方向与开发意义 2
（一）弧焊机器人国外发展与应用 2
（二）国内弧焊机器人现存在的问题 3
（三）弧焊工作站发展的意义 3
二、弧焊机器人工作站系统总体设计 3
（一）弧焊机器人基本构造和控制原理 3
（二）工作站工艺流程 7
三、工作站系统仿真和离线编程 9
(一)仿真技术概述 9
(二) 仿真模型以及空间关系的建立 10
(三)工作站仿真程序设计 11
四、PLC控制系统和编程 15
（一）PLC选型和控制原理 15
（二）通讯与I/O 15
（三）控制软件编程 17
结 论 18
谢 辞 19
参考文献 20
引 言
全世界大部分投入使用的机器人有将近一半的工业机器人用于各种焊接加工领域，焊接机器人应用最普遍的有两种方式，一是电阻电焊，还有一种是电弧焊。我们日常所说的焊接机器人就是在焊接生产领域替代工人焊接任务的工业机器人。我国工业机器人制造技术也在不断地提升，开发出喷漆、弧焊、安装、搬运等机器人，且弧焊机器人已经应用到了汽车制造厂的焊装线上。但总的来说我国机器人整体水平还是略逊与国外的。本课题是根据我在公司的实际经验，再加上在大学里工业机器人所学的知识，在安川公司的MOTOMAN机器人的基础上设计出弧焊机器人工作站。两台机器人协调工作，外部设备协同控制，大大降低了劳动强度，提高了产品的质量，增加了经济效益。
一、弧焊机器人发展应用方向与开发意义
（一）弧焊机器人国外发展与应用
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
随着工业越来越偏向于自动化，工业机器人的数量每日剧增，从20世纪开始，世界工业机器人年增长率在10%。在当代技术中，机器人采用了柔性自动化和计算机集成系统，大大提高了生产速度和生产效益，人们更加愿意将具有较高危险和高强度劳动交于机器人去完成，至此，机器人在世界工业史上发展的尤为迅速。国外有专家预测，工业机器人每五年将会推出一批新型机，拓展一些新的领域。将原有的应用领域不断地向高难度的领域加深、扩深。未来机器人领域将会扩展到农牧业、医学业、航空业等等。
在国外，应用在汽车行业的机器人占总数量的百分比最多，电器制造业其次。美国是世界上第一个生产出机器人的国家，在1961年，美国的AMF公司联合Consolided Control Co.研制出了第一台实用的示教机器人。现如今经过40多年的发展，美国的机器人技术在国际上依旧处于遥遥领先的位置，生产的机器人技术更加先进，适用范围更广。
如今，很多发达国家和发展中国家对机器人需求量极大，比如意大利、丹麦、瑞典、芬兰、西班牙，其机器人发展速度非常迅速，是机器人行业中不可或缺的力量。现如今国际上的工业机器人公司主要分布在欧洲和日本。欧系的主要有ABB、KUKA等公司，日系主要有安川、FANUC。
图11 1993年至2006年全球弧焊机器人安装量
1986年，我国开始将智能机器人列入高等技术发展计划，我国机器人技术得到迅猛发展。现如今，我国在机器人操作研究方面，已经能够设计出弧焊、电焊、喷漆等各类机器人，在构型方面，有平面多关节型、空间多关节型等等，并且很多技术都拥有自主知识产权。总的来说，经过这么多年的发展和研究，我国在机器人领域取得了不菲的成绩。
（二）国内弧焊机器人现存在的问题
虽然国内弧焊机器人发展的不错，但与国外相比还是有点差距的，一是在新品开发方面与国外有不小的差距，很多弧焊机器人都依赖进口；二是产品的技术、质量和工作性能上的差距，三是在国际市场竞争力上逊于那些大品牌机器人。不过我相信我国机器人技术在未来的发展中会有质的飞跃。
（三）弧焊工作站发展的意义
当今社会是一个快速发展的时代，产品更新快，产量也来越少，很多产品并不需要大批量的生产。过去常用的自动化设备以及明显跟不上需求了，而工业机器人却能很好的去完成这种工作。但机器人技术很复杂，变化很多，我国机器人起步晚，工作站系统集成技术还不够完善，因此，发展机器人工作站技术变得尤为重要。
本论文在与实际相结合的情况下，对弧焊机器人工作站系统做出了一些自己的看法和研究，完整的模拟了工作站的工作方式，设计出来完整的工作站设计方案。
二、弧焊机器人工作站系统总体设计
（一）弧焊机器人基本构造和控制原理
本工作站系统将采用两台机器人共同协调控制的方式来完成工作站的需要。采用两台MOTOMAN机器人，其中一台作为搬运机器人，只进行辅助作业，另一台做弧焊机器人，来完成焊接作业。再加上一些相关的外围设备，一起完成作业任务。图21列举了工作站需要的基本配置。
图21工作站配置
配电盒 2、控制箱 3、焊接电源 4、保护气 5、焊接系统
6、机器人 7、外部轴与夹具 8、外部控制盒
控制箱控制着整个系统的运行，配电盒为整个工作站提供电力，PLC控制着整个工作站协调工作。如22所示为弧焊工作站设计布局。
图22 弧焊工作站设计布局
工作站是由机器人系统、焊枪清洗装置、焊接系统等等构成，具体如下图23所示
图23 弧焊机器人系统构成
论文设计的工作站是采用MOYOMAN NX100两台工业机器人，配有NX100的示教编程器和控制柜。整个工作站在运行的时候，通过人工来进行补给原料，再由搬运机器人将工件搬运至夹具上，然后焊接机器人与外部轴协调配合焊接。如图24所示，采用控制柜连接示教盒和机器人。控制柜里面装有MOTOMAN内置PLC，控制着整个工作站的输入输出。示教盒相当于机器人的人机界面，操作员可以通过示教盒查看机器人的运行状态，同样可以通过示教盒编辑运动程序和更改运行参数等等。
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