工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維流程 課件 ch06 工業(yè)機(jī)器人外圍設(shè)備

第六章工業(yè)機(jī)器人操作與運(yùn)維教程1+X證書制度試點(diǎn)培訓(xùn)用書工業(yè)機(jī)器人外圍設(shè)備熟悉外圍設(shè)備通信技術(shù)。熟悉智能傳感器的功能及應(yīng)用。熟悉PLC的功能及應(yīng)用。熟悉觸摸屏技術(shù)的應(yīng)用。工業(yè)機(jī)器人外圍設(shè)備學(xué)習(xí)內(nèi)容工業(yè)機(jī)器人外圍設(shè)備01外圍設(shè)備通信技術(shù)控制系統(tǒng)中的通信對于工業(yè)機(jī)器人來說，控制系統(tǒng)尤其重要，它不僅能向各執(zhí)行元器件發(fā)出（如運(yùn)動軌跡、動作順序、運(yùn)動速度、動作時(shí)間等）指令。還能監(jiān)視自身行為，一旦發(fā)現(xiàn)自身有異常行為就會自檢然后排查、分析產(chǎn)生異常的原因，并及時(shí)做出報(bào)警提示。外圍設(shè)備通信技術(shù)隨著工業(yè)機(jī)器人復(fù)雜程度的提高，其控制系統(tǒng)的技術(shù)難度也越來越大。因此控制系統(tǒng)各單元之間的通信問題就變得非常重要了。外圍設(shè)備通信技術(shù)工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)主要由通信接口、位置伺服、I/O控制器及數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)組成，控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。外圍設(shè)備通信技術(shù)RS-232通信與RS-485通信RS-232通信：網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)通信分為兩種形式：串行通信和并行通信。串行通信是網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的基礎(chǔ)，20世紀(jì)60年代，國際上推出了第一個(gè)串行通信標(biāo)準(zhǔn)，即RS-232標(biāo)準(zhǔn)，從而出現(xiàn)了至今仍廣泛應(yīng)用的RS-232串行總線。外圍設(shè)備通信技術(shù)按RS-232串行總線的最簡單應(yīng)用模式（遠(yuǎn)距離通信模式），用3根導(dǎo)線可進(jìn)行全雙工串行通信，用2根導(dǎo)線可進(jìn)行半雙工串行通信。全雙工串行通信即信息的接收和發(fā)送可以同時(shí)進(jìn)行；半雙工串行通信指的是既可接收，也可發(fā)送，但二者不能同時(shí)進(jìn)行。外圍設(shè)備通信技術(shù)常見的9針串口引腳定義如表6-1所示。外圍設(shè)備通信技術(shù)RS-485通信由于串行通信簡單實(shí)用，所以在工業(yè)上得到了廣泛使用，但是工業(yè)環(huán)境中通常會有噪聲干擾傳輸線路。在使用RS-232進(jìn)行傳輸時(shí)經(jīng)常會受到外界的電氣干擾，從而使信號發(fā)生錯(cuò)誤。外圍設(shè)備通信技術(shù)PROFIBUSPROFIBUS是ProcessFieldBus（過程現(xiàn)場總線）的縮寫，于1989年正式成為現(xiàn)場總線的國際標(biāo)準(zhǔn)。PROFIBUS在多種自動化領(lǐng)域中占據(jù)主導(dǎo)地位，在全世界的設(shè)備節(jié)點(diǎn)數(shù)已經(jīng)超過2000萬。外圍設(shè)備通信技術(shù)PROFIBUS主要由3部分組成：分布式外圍設(shè)備（DecentralizedPeriphery，PROFIBUS-DP）、過程自動化（ProcessAutomation，PROFIBUS-PA）和現(xiàn)場總線報(bào)文規(guī)范（FieldbusMessageSpecification，PROFIBUS-FMS）。外圍設(shè)備通信技術(shù)PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)圖如圖6-6所示，PROFIBUS采用混合總線存取控制方式實(shí)現(xiàn)信息通信。外圍設(shè)備通信技術(shù)工業(yè)以太網(wǎng)傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線技術(shù)是指安裝在制造和過程區(qū)域的現(xiàn)場裝置與自動化控制裝置之間的數(shù)字串行多點(diǎn)通信技術(shù)。自從IEC（國際電工委員會）在1984年提出要制定現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，各國的大企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)制定了幾十種現(xiàn)場總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。外圍設(shè)備通信技術(shù)由于利益沖突等原因，傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線技術(shù)還沒有形成統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)且不同現(xiàn)場總線技術(shù)的通信協(xié)議存在很大的差異。使得不同現(xiàn)場總線技術(shù)產(chǎn)品的互連存在很大困難，同時(shí)與上層管理信息系統(tǒng)的通信協(xié)議不兼容，難以集成。外圍設(shè)備通信技術(shù)工業(yè)以太網(wǎng)通信方式主要有3種，即TCP/IP方式、以太網(wǎng)方式、修改以太網(wǎng)方式，如圖6-8所示。外圍設(shè)備通信技術(shù)其他新型通信技術(shù)：RFID技術(shù)：基本的物聯(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)如圖6-19所示。外圍設(shè)備通信技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)：如圖6-22所示，Piconet是指由一臺主設(shè)備和k（k≤7）臺從設(shè)備構(gòu)成的主/從式無線網(wǎng)絡(luò)，適用于小型娛樂機(jī)器人系統(tǒng)的主-從式通信。外圍設(shè)備通信技術(shù)無線技術(shù)：IEEE802.11是第一代無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之一，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了OSI/RM模型的物理層和MAC層，IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)從屬IEEE802.11家族，其主要內(nèi)容如表6-5所示。外圍設(shè)備通信技術(shù)02智能傳感器技術(shù)應(yīng)用智能傳感器概述智能傳感器是一種對被測對象的某一信息具有感受和檢出功能，能夠?qū)W習(xí)、推理、判斷、處理信號，并具有通信及管理功能的新型傳感器。智能傳感器具有自動校零、標(biāo)定、補(bǔ)償、采集數(shù)據(jù)等能力。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用智能傳感器的結(jié)構(gòu)組成：智能傳感器主要由傳感器、微處理器及相關(guān)電路組成，如圖6-25所示。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用01智能傳感器的特點(diǎn)：精度高智能傳感器可通過自動校零去除零點(diǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)參考基準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)時(shí)對比。03高信噪比與高分辨力智能傳感器具有數(shù)據(jù)存儲、記憶與信息處理功能。02高可靠性與高穩(wěn)定性智能傳感器可以自動補(bǔ)償因工作條件與環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化而引起的系統(tǒng)特性的漂移。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用強(qiáng)自適應(yīng)性較高的性價(jià)比智能傳感器具有判斷、分析與處理功能。智能傳感器具有的高性能不是像傳統(tǒng)傳感器那樣。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用智能傳感器的主要功能智能傳感器的主要功能是通過模擬人類的感官和大腦的協(xié)調(diào)動作，結(jié)合長期以來測試技術(shù)的研究成果和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)提出的。智能傳感器是一個(gè)相對獨(dú)立的智能單元，它的出現(xiàn)減輕了傳感器對原來硬件性能的苛刻要求，而靠軟件大幅度提高傳感器的性能。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用機(jī)器視覺系統(tǒng)的組成：機(jī)器視覺系統(tǒng)是指通過機(jī)器視覺產(chǎn)品（圖像采集裝置）獲取圖像。然后將獲得的圖像傳送至處理單元，通過數(shù)字化圖像處理進(jìn)行目標(biāo)尺寸、形狀、顏色等的判別，進(jìn)而根據(jù)判別結(jié)果控制現(xiàn)場設(shè)備。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用機(jī)器視覺系統(tǒng)由獲取圖像信息的圖像測量子系統(tǒng)與決策分類或跟蹤對象的控制子系統(tǒng)組成。圖像測量子系統(tǒng)又可分為圖像獲取和圖像處理兩部分。圖像測量子系統(tǒng)包括照相機(jī)、攝像系統(tǒng)和光源設(shè)備等。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用機(jī)器視覺系統(tǒng)的應(yīng)用在機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用中，第一步都是采用圖案匹配技術(shù)定位相機(jī)視場內(nèi)的物體或其特征。物體的定位往往決定機(jī)器視覺系統(tǒng)應(yīng)用的成敗。如果圖案匹配軟件工具無法精確定位圖像中的元件，那么，它將無法引導(dǎo)、識別、檢驗(yàn)、計(jì)數(shù)或測量元件。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用力覺系統(tǒng)應(yīng)用：多維力傳感器簡介：多維力傳感器（見圖6-33）能同時(shí)檢測三維空間的3個(gè)力/力矩信息。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用多維力傳感器的應(yīng)用：打磨機(jī)器人系統(tǒng)由打磨機(jī)器人本體、控制柜、路徑規(guī)劃計(jì)算機(jī)、打磨工具、六維力力矩傳感器及打磨工作臺等組成，如圖6-34所示。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用六維力力矩傳感器安裝在打磨機(jī)器人的六軸末端的法蘭盤上，用于測量待加工工件在傳感器坐標(biāo)系中X、Y、Z方向受到的力和力矩的大小。打磨工具通過連接件安裝在六維力力矩傳感器的測量面。路徑規(guī)劃計(jì)算機(jī)用于規(guī)劃打磨工具在待加工工件上的打磨路徑，其輸出端和控制柜相連。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用位置傳感器應(yīng)用位置傳感器用于測量設(shè)備移動狀態(tài)參數(shù)。在工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)中，該類傳感器安裝在工業(yè)機(jī)器人坐標(biāo)軸中，用于感知工業(yè)機(jī)器人自身的狀態(tài)，以調(diào)整和控制工業(yè)機(jī)器人的行動。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用光電編碼器：各種類型的位移傳感器如圖6-36所示。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用速度傳感器速度傳感器是工業(yè)機(jī)器人中較重要的內(nèi)部傳感器之一。除了使用前述的光電編碼器外，測速發(fā)電機(jī)也是廣泛使用的角速度傳感器。測速發(fā)電機(jī)可分為兩種：直流測速發(fā)電機(jī)和交流測速發(fā)電機(jī)。智能傳感器技術(shù)應(yīng)用03PLC技術(shù)應(yīng)用PLC概述可編程序控制器，英文名稱為ProgrammableController，簡稱PC。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)（PersonalComputer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣用PLC作為可編程序控制器的縮寫。PLC技術(shù)應(yīng)用它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專門為了在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲器。因此可以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出（I/O）接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC技術(shù)應(yīng)用PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制技術(shù)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)。既充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到了現(xiàn)場電氣操作人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識，而采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也很方便。PLC技術(shù)應(yīng)用PLC應(yīng)用：開關(guān)量的邏輯控制這是PLC最基本、最廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它取代傳統(tǒng)的繼電器電路，實(shí)現(xiàn)了邏輯控制、順序控制，既可用于對單臺設(shè)備的控制，也可用于多機(jī)群控及對自動化流水線控制。模擬量控制在工業(yè)生產(chǎn)過程中，有許多連續(xù)變化的量，如溫度、壓力、流量、液位和速度等都是模擬量。PLC技術(shù)應(yīng)用運(yùn)動控制PLC可以用于圓周運(yùn)動或直線運(yùn)動的控制，廣泛用于各種機(jī)械、機(jī)床、機(jī)器人、電梯等場合。過程控制過程控制是指對溫度、壓力、流量等模擬量的閉環(huán)控制。PLC技術(shù)應(yīng)用數(shù)據(jù)處理通信及聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)代PLC具有數(shù)學(xué)運(yùn)算（含矩陣運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、邏輯運(yùn)算）、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、排序、查表、位操作等功能，可以完成數(shù)據(jù)的采集、分析及處理等任務(wù)。PLC通信包括PLC之間的通信及PLC與其他智能設(shè)備之間的通信。PLC技術(shù)應(yīng)用04觸摸屏技術(shù)應(yīng)用觸摸屏是一種可編程控制的人機(jī)界面產(chǎn)品，如圖6-48所示。觸摸屏技術(shù)應(yīng)用觸摸屏主要結(jié)構(gòu)一個(gè)基本的觸摸屏是由觸摸傳感器、控制器和軟件驅(qū)動器3個(gè)主要組件組成的。在與PLC等終端連接后，可組成一個(gè)完整的監(jiān)控系統(tǒng)。觸摸屏技術(shù)應(yīng)用隨著物聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)的發(fā)展，觸摸屏可以支持越來越多的通信協(xié)議，這也使得觸摸屏可連接的終端越來越豐富。常見觸摸屏接口如圖6-49所示。觸摸屏技術(shù)應(yīng)用觸摸屏畫面設(shè)計(jì)原則主畫面的設(shè)計(jì)：在一般情況下，可用歡迎畫面或被控系統(tǒng)的主系統(tǒng)畫面作為主畫面，該畫面可進(jìn)入各分畫面。各分畫面均能一步返回主畫面。觸摸屏技術(shù)應(yīng)用若是將被控系統(tǒng)畫面作為主畫面，則應(yīng)在主畫面中顯示被控系統(tǒng)的主要參數(shù)，以便在此畫面上對整個(gè)被控系統(tǒng)進(jìn)行大致了解，如圖6-50所示。觸摸屏技術(shù)應(yīng)用控制畫面的設(shè)計(jì)控制畫面主要用于控制被控設(shè)備的啟動和停止及顯示PLC的內(nèi)部參數(shù)，也可將PLC參數(shù)的設(shè)定設(shè)計(jì)在控制畫面中?？刂飘嬅娴臄?shù)量在觸摸屏畫面中占得最多，其具體