目前我国的大多码垛机器人大部分为直角坐标型和关节型。直角坐标型机器人位置精度高、控制无耦合。关节机器人与直角坐标型机器人相比拥有本体轻巧、工作范围大等优点。虽然我国在码垛机器人技术领域取得了较大的成就，但是目前还处于发展阶段，《中国制造2025》定下的目标仍没有实现，仍需要众多科研工作者坚持不懈地去攻破难关，研发出更加智能化、高效化的码垛机器人。同时，还要面临国际上其他国家的竞争，所以中国码垛机器人的前途是充满坎坷的，但未来趋势是十分乐观的。
1.3本课题研究内容
应用RobotStudio开发了一种用于处理自动化作业的自动化堆叠工位。本系统使用ABBIRB120和S7-1200系列工业机械臂,，4个位置的材料垂直存放区，4个位置的倾斜存放区，1个较大的工件堆放区。。PLC,4个位置的材料垂直存放区，4个位置的倾斜存放区，1个较大的工件堆放区。
（1）编程简单，使用方便
在PLC的编程语言中，梯形图语言通俗易懂，使用最多，它具有与继电器电路原理图相似的电路符号和表达方式，容易掌握，并能熟练编制简单的用户程序。
（2）可靠性高
PLC控制的软件替代了中继、中继、时序等的逻辑控制器，从而降低了接触头和接线板的使用。减少由于触头触头失效的几率，提髙了系统的可靠性，加强了抗干扰能力。 （3）系统的开发（设计、安装、调试）工作量少，周期短
PLC采用编程方式进行控制，降低了设计的麻烦；通过计算机模拟，调试，修改该方案可以降低现场的调试工作。在现场的调试过程中，如果出现问题，通常仅对使用者的软件进行更改。或者稍微进行局部调整即可。
（4）硬件配套齐全，使用方便，适应性强
PLC已趋于系列化、模块化、标准化，配备了齐全的硬件装置，其编程语言和编程方法多种多样，使用极其方便。当硬件确定后，一般只需改变软件程序内容或者局部调整外围电路，就可以进行功能扩展来满足不同控制系统的需要，用户没有必要重新设计PLC的硬件设备，具有很强的适应能力。
（5）维修方便
PLC的失效几率极低，具有很好的故障检测能力，具有各种不同的故障检测与展示方式，可以很轻松的找出故障源，快速地将故障切除或者是更换新的元件。
（6）体积小、重量轻、能耗低
PLC控制系统没有继电器、定时器、计数器等功能部件，采用软件完成逻辑控制和控制，而且由于其体积较小，重量较轻，因此可以减少控制系统的能耗。
（7）功能强，性价比高
常规的中继控制系统中，对中继设备要求较高；只有像计数装置这样的功能部件，可以完成它的逻辑控制。PLC既可以实现数字量和模拟量的控制，又可以实现智能控制，机器人控制，闭环控制，运动控制等。
（8）通讯功能强、运行效率高
西门子S7-1200型号的PLC配备了很好的通讯能力，比如PROFIBUS-DP通讯；点对点通信，工业以太网通信、OPC通信、无线局域网通信、广域网通信等。正是这些通信功能与现场总线技术和互联网的不断结合，才提高了码垛机器人控制系统的运行效率。

2 搭建仿真平台

在完成虚拟模拟前，必须对其工作条件进行描绘。该工艺要求有一个基础的工作环境；一种机械的躯干。在这些项目中，我们利用SolidWorks的工作场所，材料和设备以同样的比率在本地的试验室里进行绘图，机器人角色可以在RobotStudio中绘制或导出。
2.1底座的建立
（1）ABBRobotStudio作为两个基座，以更好地仿真实际的工作环境。单机“建模”选项卡，选择“固体”中的“矩形体”。如图2.1所示。

图2.1 建立底座

3 仿真系统设计

3.1仿真和离线编程的流程图

图3.1 RobotStudio虚拟仿真和离线编程的基本流程图
3.2Smart组件设计
（1）新建Smart组件并添加LogicGate，Attacher，LineSensor和Detacher四个组件，如图3.2所示：

图3.2添加完组件的Smart组件
（2）将属性与连结按图3.3所示设定：
（3）

图3.3 属性与连结设定
3.3仿真运行I/O信号
（1）将I/O信号与连接按图3.4所示设定：

图3.4 I/O信号与连接设定

4 PLC控制系统硬件设计

4.1确定I/O设备及I/O信号
首先先确定I/O信号，然后选择PLC。首先要依据码垛机器人工作原理、流程和所要完成的功能，判断输入与输出的外围设备。输入信号主要包括：工作方式选择需要手动、回原点、单步、单周期、连续共5个开关按钮组成；限位开关共需要Z轴上限位、Z轴的上下限位、X轴的左右限位、Y轴的后移限位、中间位置限位、手抓旋转定位检测开关8个限位按钮；码垛机器人运动需要Z轴的上升和下降、X轴的左摆和右摆、Y轴的前移和后移、手抓抓紧和放松8个按钮来控制。另外还有停止按钮、起动按钮、紧急停车按钮，共计24个输出信号。输出信号包括：X轴左右旋转电磁阀、Z轴上升下降电磁阀、Y轴前移后移电磁阀、手抓抓紧电磁阀、手抓旋转电磁阀共8个电磁阀来控制运动过程；指示灯有9个分别为：电源指示灯、X轴左右旋转指示灯、Z轴上升下降指示灯、Y轴前移后移指示灯、手抓旋转手抓抓紧指示灯。共计17个输出信号。
4.2PLC选型
PLC是整个控制系统的核心部分，PLC机型，不光要满足控制功能的需求，也要保证可靠的性能、安全性能以及性能性价比。
（1）S7-1200系列
S7-31XC紧凑型PLC功能强大指令丰富，支持多种通信协议。如图4.1所示是S7-1200型号的PLC。

图4.1 S7-1200型号的PLC
（2）确定I/O点数
一般，I/O信号与I/O点数是一对一的PLC输入输出信道根据其机型而定，根据PLC的型号，I/O通道的范围也是不一样的。从上面的数据可以看到，这个控制系统总共有24个按键，而这个按键的输出是17个。另外，对应的位存储器（M）信号也被设定，大概需要15个位存储器信号。该系统共计24个输入量，大约需要32个输出量。在确定I/O点数时，根据输入输出点数来确定控制系统，一般要预留10%~15%的备用量。
（3）确定PLC存储容量
不同的用户所编写的程序一般不会相同，并且不同的程序所占有的内存容量也不会相同，用户程序所占内存容量，除了与I/O点数和程序结构有关之外，还与运算处理量和控制要求等许多因素有关。通常情况下，在确定PLC的存储容量时，往往考虑留有10阳_15%的备用裕量。因此，存储容量的精确计算是很难的，一般都是通过粗略的估算来大致上确定。存储容量=。1x10+DOx100（4.1）其中：DI为数字量的I/O点数DO为模拟量的I/O通道数。
（4）电源模块
在选用电源模块时，一般仅需对其进行功率控制。PLC采用直流24V、直流5V的稳定电亚，其输出端的电压通常是交流220V。额定的电流必须比处理器中的功耗之和要高。本控制系统所采用的电源名称PS3075A，负载电流交流电压、电源为120/230VAC:24VDC/5A。综上所述，本文选择了西门子S7-1200系列314C-2DP的紧凑型型PLC。
4.3I/O地址分配
I/O的地址分配是PLC控制的基本和前提，在绘制好PLC的电路板和编制电路板前，应先明确输入与输出的位置。I/O地址由三部分构成：地址标识符，位部分，地址字节部分。在地址示符中，输入由I代表，输出由Q代表，位储存器间用M表示。
4.4外部接线设计
在PLC选型和I/O地址分配完成之后，按照PLC的原理进行PLC外接电线的设计。PLC的外接线主要包括电源、接地、输入和输出。
（1）电源
PLC的输入端采用直流电源，其电压一般是24V或5V，而输出端则采用交流电源，其电压为220V。
（2）接地
一般情况下，由于各种因素的限制，PLC可以不用电连接。而在PLC的实际控制系统中，为了提高系统的可靠性，应尽可能采用PLC的接地方式，抑制干扰源的干扰。
（3）输入端
在PLC的输如电路中，可以采用常开或常闭触点，但应尽可能采用常开出点。在外接输入线路的设计中，通常采用触点串联或并行组成的线路，以降低I/O的输出点数。
（4）输出端
在PLC的输出电路中，采用与之配套的硬件互锁电路，才能确保PLC的安全工作。另外，在PLC以外，还有一个急停电路，当出现突发事件或危及人员生命的时候，通过设定的紧急停车装置，及时切断事故，将造成的损害降到最低。图4.2显示了PLC的外接线。

图4.2 PLC的外部接线图

5 系统编程与仿真

本章介绍了示教器的编程和程序的分析。只要程序正确，就可以进行虚拟模拟，并在这章中给出模拟的结论。
5.1码垛搬运工作站需要用到基础的语言
（1）线性运动指令———MoveL
（2）偏移指令—————Offs
（3）重复执行判断指令—FOR
（4）停顿等待—————WaitTime
（5）赋值指令—————：=
（6）程序调用指令———PROC
（7）数字信号置位指令—Set
（8）数字信号复位指令—Reset
（9）变量判断逻辑指令—TEST
5.2RAPID程序编辑
（1）打开虚拟示教器，调成手动模式并且上电，如图5.1所示。

图5.1 更改操作模式
（2）打开程序编辑器新建例行程序，如图5.2所示。

图5.2 新建例行程序
（3）建立一个目标点位于程序数据-robtarget中，如图5.3所示。

图5.3 新建目标点位

结论

通过这段时间对设计，完成了一下几项工作：
（1）了解了ABB机器人的工作原理，并很成功很熟练的进行了实际操作
（2）学习如何使用RobotStudio，并对机器人搬运码垛进行了虚拟仿真。
这时，在对该问题进行虚拟仿真和布置的时候，出现了很多问题。在模型制作期间，我对物体进行了测量，结果发现尺寸不对。不过，在这个进程中，Solidworks模式可以更好更有效的整合。在Robotstudio的实现中，对其使用并不熟悉。将不得不更改甚至重复，这在虚拟模拟控制和放置板的过程中浪费了大量时间，还会出现实用程序的吸盘无法捕捉模块化材料的情况。利用PLC作为码垛机器人的控制装置，可以把物料或零件从自动流水线上转移到指定的位置，并进行码垛。PLC的控制器自适应能力很强，只要修改程序即可实现对各种目标的控制。但经过多次尝试，模拟最终会成功。所以，以后的工作，即使再难，你也要努力回去认真的检察，认真的学习，这样的工作就会更加的顺畅。如今，一个民族的发展与教育的发展密不可分，全国各地的高校都有了类似的仿真教育平台，可以同学们更好的了解这些机器人的工作方式，让他们能够亲身经历这些事情，从而提高他们的学习能力与兴趣。现在，许多的高校都没有这样的仿真平台，因此这条路还很长。这就需要我们为之努力付出。

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