kuka焊接机器人的焊车与plc协作实现
【】工业机器人既可以模仿人的手臂来完成一些重复的工作，也可以代替人在恶劣的环境下工作。故此，工业机器人被广泛应用于工业生产的各个领域，而焊接机器人正是应用最广泛的领域之一。本文介绍了KUKA工业机器人的结构组成和系统组成，以及可编程控制器（PLC）的定义、功用及其与工业机器人的协作实现；通过对焊接机器人在运行过程中的动作分解，逐步分析了焊接机器人工作站设计的整个流程，同时还阐述了工业机器人与PLC的控制关系。
目录
引言 1
一、KUKA机器人 2
（一）系统结构 2
（二）机械系统 2
（三）控制系统 3
（四）KUKA机器人和其它类型机器人的区别 3
二、可编程控制器控制和工业机器人的关联 3
（一）可编程序控制器的概述 3
（二）PLC与工业机器人的协作 4
（三）PLC与机器人的信号交替 4
三、KUKA焊接机器人工作站实现 5
（一）机器人校准 5
（二）甩配重测负载 6
（三）创建工具坐标 7
（四）CA2的测量 8
（五）分配I/O 8
（六）配置外部自动运行模式 9
（八）验证轨迹 11
四、工业机器人工作站的改进及优点 11
总结 12
参考文献 13
致辞 14
引言
工业机器人技术在20世纪出现并且迅速发展，它融合了控制理论、机构学、气动液压和传感器技术等高新科学技术，已在现代社会中得到越来越广泛的应用。
机器人的发展历史并不是很长，美国在1959年造出了世界上第一台工业机器人，真正开启了机器人的时代。1961年，Unimation公司生产的世界上第一台工业机器人在美国特伦顿的通用汽车公司安装试运行。1969年，通用汽车公司在其汽车厂安装了首台点焊机器人。1973年，德国KUKA公司（KUKA）将其使用的Unimate机器人改造成其第一台产业机器人，并取名为Famulus，这是整个世界上第一台机电驱动
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
的6轴机器人。1974年，瑞典通用电机公司（ABB公司的前身）制造了第一台全电力驱动、由微处理器控制的工业机器人，并命名为IRB 6，被用来进行工件的取放和物料的搬运。1978年，美国Unimation公司推出通用工业机器人（PUMA），被应用于通用汽车的装配，这标志着工业机器人技术已经非常的成熟。
自从美国Unimation公司生产出来的世界上第一台工业机器人被美国的通用汽车公司运行开始，工业机器人的发展就再也没有停止过，从2轴机器人发展到现在6轴机器人，从以前靠驱动从液压执行机构驱动的机器人到今天的电动马达驱动的工业机器人。机器人的应用领域也在不断的扩展，从一开始只在汽车行业有所发展到现在电子、药品、家具、食品等等行业都有所涉及。随着时代的发展，工业机器人被广泛运用于各个行业。在当今这个社会，有100多万台工业机器人在世界各地的工厂工作。
工业机器人能够代替人在恶劣的环境中做的单调而重复的工作，并且能够大大提高生产效率和质量；解放了劳动力，节约了人工成本；可代替了繁重枯燥的重体力劳动，让劳动力得到了释放，大大减少了人力资源。国家是否强大主要看工业领域的强大与否，机器人现在也成为了检测一个国家工业自动化水平的重要标志。
随着工业机器人技术的飞速发展，它不仅被世界各国广泛运用在汽车生产的焊接、涂装、搬运和装配上，还在机械加工、冲压、电子电气行业、食品加工行业、非标行业等方面均有所涉及。本文主要通过PLC控制系统实现了KUKA焊接机器人焊车的一系列工作流程。
一、KUKA机器人
（一）系统结构
1.KUKA机器人主要结构组成如图11所示：
图 11 KUKA机器人
（1）控制系统（控制柜 KR C4）；（2）机械手（机器人机械系统）；（3）手持操作和编程器（KUKA smartPAD）
2. KUKA机器人都自带一个控制面板，该面板上配有一个6D集成鼠标，可以通过这个鼠标来控制机器人的运动；机器人的运行轨迹可通过机器人的示教功能记录下来；若需要手动控制，必须先开启控制面板(KCP) 背部的使能按钮；可以通过VGA接口和CAN总线连接到控制面板和系统；控制柜中的工业电脑，可以通过MFC卡与机器人系统通信，可利用DSERDW实现机械手臂与控制面板之间的通信，DSE卡被安装在控制柜内, 而RDW卡则被放在了在机器人底座内。
KUKA新版KRC4与ABB的控制面板有所不同，KUKA机器人使用Windows XP 操作系统，采用橙黄色和黑色两种颜色，自身带有USB接口、以太网接口及一个可选的Profibus、Interbus、DeviceNet或profinet接口。
3. 在一条生产线上，还有很多其它设备在配合机器人工作。一般将所有不包括在工业机器人系统内的设备被称为外围设备，主要包括工具、保护装、置皮带输送机、传感器等。
（二）机械系统
机械手是机器人机械系统主体，由众多活动的、相互连接在一起的关节（轴）组成。本文中应用的机械手一共有六个轴，其所在部位和六个轴的运动方向如图12所示。
图 12 KUKA机器人六个轴的自由度
（三）控制系统
机器人机械系统由伺服电机控制运动，而该电机则由 (V)KR C4 控制系统控制（图13）。
图13 控制柜 (V)KR C4
在一般情况下，可通过两种方法控制机器人的轴部动作：
第一种：由机器人控制柜直接控制。控制机器人的六个轴，以及最多两个附加的外部轴；
第二种：通过总线（例如：ProfiNet、以太网 IP、Interbus）的通讯来控制。
（四）KUKA机器人和其它类型机器人的区别
FANUC的系统由自己研发的，操作比较简单，比较适合中国人使用；ABB采用WIN7系统，相对比较复杂，需要在一个程序下再新建子程序；KUKA使用XP系统，操作也比较简单。
二、可编程控制器控制和工业机器人的关联
（一）可编程序控制器的概述
可编程控制器（PLC，Programmable Logic Controller）是一种在工业环境中应用的数字运算操作的电子系统，能内部存储程序，可执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，还可通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械设备的生产。
PLC和其有关的外围设备都能够与工业控制系统形成一个整体，依据能够扩展其功能的原则而设计。
PLC具有可靠性高，抗干扰能力强的优点。在硬件方面PLC运用的微电子技术开关动作完全由无触点的半导体电路及集成电路完成，处理器与I/O之间，运用光电隔离了两者之间电的联系。PLC在软件方面能够监控运动的程序，对强干扰信号、欠电压等等的外界环境都有一定的处理模式，出现故障时将存现状态到存储器，能封闭以保护信息。
目录
引言 1
一、KUKA机器人 2
（一）系统结构 2
（二）机械系统 2
（三）控制系统 3
（四）KUKA机器人和其它类型机器人的区别 3
二、可编程控制器控制和工业机器人的关联 3
（一）可编程序控制器的概述 3
（二）PLC与工业机器人的协作 4
（三）PLC与机器人的信号交替 4
三、KUKA焊接机器人工作站实现 5
（一）机器人校准 5
（二）甩配重测负载 6
（三）创建工具坐标 7
（四）CA2的测量 8
（五）分配I/O 8
（六）配置外部自动运行模式 9
（八）验证轨迹 11
四、工业机器人工作站的改进及优点 11
总结 12
参考文献 13
致辞 14
引言
工业机器人技术在20世纪出现并且迅速发展，它融合了控制理论、机构学、气动液压和传感器技术等高新科学技术，已在现代社会中得到越来越广泛的应用。
机器人的发展历史并不是很长，美国在1959年造出了世界上第一台工业机器人，真正开启了机器人的时代。1961年，Unimation公司生产的世界上第一台工业机器人在美国特伦顿的通用汽车公司安装试运行。1969年，通用汽车公司在其汽车厂安装了首台点焊机器人。1973年，德国KUKA公司（KUKA）将其使用的Unimate机器人改造成其第一台产业机器人，并取名为Famulus，这是整个世界上第一台机电驱动
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
的6轴机器人。1974年，瑞典通用电机公司（ABB公司的前身）制造了第一台全电力驱动、由微处理器控制的工业机器人，并命名为IRB 6，被用来进行工件的取放和物料的搬运。1978年，美国Unimation公司推出通用工业机器人（PUMA），被应用于通用汽车的装配，这标志着工业机器人技术已经非常的成熟。
自从美国Unimation公司生产出来的世界上第一台工业机器人被美国的通用汽车公司运行开始，工业机器人的发展就再也没有停止过，从2轴机器人发展到现在6轴机器人，从以前靠驱动从液压执行机构驱动的机器人到今天的电动马达驱动的工业机器人。机器人的应用领域也在不断的扩展，从一开始只在汽车行业有所发展到现在电子、药品、家具、食品等等行业都有所涉及。随着时代的发展，工业机器人被广泛运用于各个行业。在当今这个社会，有100多万台工业机器人在世界各地的工厂工作。
工业机器人能够代替人在恶劣的环境中做的单调而重复的工作，并且能够大大提高生产效率和质量；解放了劳动力，节约了人工成本；可代替了繁重枯燥的重体力劳动，让劳动力得到了释放，大大减少了人力资源。国家是否强大主要看工业领域的强大与否，机器人现在也成为了检测一个国家工业自动化水平的重要标志。
随着工业机器人技术的飞速发展，它不仅被世界各国广泛运用在汽车生产的焊接、涂装、搬运和装配上，还在机械加工、冲压、电子电气行业、食品加工行业、非标行业等方面均有所涉及。本文主要通过PLC控制系统实现了KUKA焊接机器人焊车的一系列工作流程。
一、KUKA机器人
（一）系统结构
1.KUKA机器人主要结构组成如图11所示：
图 11 KUKA机器人
（1）控制系统（控制柜 KR C4）；（2）机械手（机器人机械系统）；（3）手持操作和编程器（KUKA smartPAD）
2. KUKA机器人都自带一个控制面板，该面板上配有一个6D集成鼠标，可以通过这个鼠标来控制机器人的运动；机器人的运行轨迹可通过机器人的示教功能记录下来；若需要手动控制，必须先开启控制面板(KCP) 背部的使能按钮；可以通过VGA接口和CAN总线连接到控制面板和系统；控制柜中的工业电脑，可以通过MFC卡与机器人系统通信，可利用DSERDW实现机械手臂与控制面板之间的通信，DSE卡被安装在控制柜内, 而RDW卡则被放在了在机器人底座内。
KUKA新版KRC4与ABB的控制面板有所不同，KUKA机器人使用Windows XP 操作系统，采用橙黄色和黑色两种颜色，自身带有USB接口、以太网接口及一个可选的Profibus、Interbus、DeviceNet或profinet接口。
3. 在一条生产线上，还有很多其它设备在配合机器人工作。一般将所有不包括在工业机器人系统内的设备被称为外围设备，主要包括工具、保护装、置皮带输送机、传感器等。
（二）机械系统
机械手是机器人机械系统主体，由众多活动的、相互连接在一起的关节（轴）组成。本文中应用的机械手一共有六个轴，其所在部位和六个轴的运动方向如图12所示。
图 12 KUKA机器人六个轴的自由度
（三）控制系统
机器人机械系统由伺服电机控制运动，而该电机则由 (V)KR C4 控制系统控制（图13）。
图13 控制柜 (V)KR C4
在一般情况下，可通过两种方法控制机器人的轴部动作：
第一种：由机器人控制柜直接控制。控制机器人的六个轴，以及最多两个附加的外部轴；
第二种：通过总线（例如：ProfiNet、以太网 IP、Interbus）的通讯来控制。
（四）KUKA机器人和其它类型机器人的区别
FANUC的系统由自己研发的，操作比较简单，比较适合中国人使用；ABB采用WIN7系统，相对比较复杂，需要在一个程序下再新建子程序；KUKA使用XP系统，操作也比较简单。
二、可编程控制器控制和工业机器人的关联
（一）可编程序控制器的概述
可编程控制器（PLC，Programmable Logic Controller）是一种在工业环境中应用的数字运算操作的电子系统，能内部存储程序，可执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，还可通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械设备的生产。
PLC和其有关的外围设备都能够与工业控制系统形成一个整体，依据能够扩展其功能的原则而设计。
PLC具有可靠性高，抗干扰能力强的优点。在硬件方面PLC运用的微电子技术开关动作完全由无触点的半导体电路及集成电路完成，处理器与I/O之间，运用光电隔离了两者之间电的联系。PLC在软件方面能够监控运动的程序，对强干扰信号、欠电压等等的外界环境都有一定的处理模式，出现故障时将存现状态到存储器，能封闭以保护信息。
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