電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì) 基于PLC的噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

基于PLC的噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)【內(nèi)容摘要】：隨著噴涂行的迅速發(fā)展，對(duì)于噴涂要求逐漸提升，噴涂機(jī)器人能夠代替人工完成更復(fù)雜的噴涂作業(yè)。以汽車(chē)噴漆為例設(shè)計(jì)了一套基于PLC的噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)，主要由控制、執(zhí)行、檢測(cè)、驅(qū)動(dòng)四大模塊構(gòu)成。控制模塊以S7-200PLC為控制核心，對(duì)噴涂機(jī)器人各部分驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行方向、位置的調(diào)整，執(zhí)行模塊完成電機(jī)帶動(dòng)噴槍移動(dòng)實(shí)現(xiàn)噴涂作業(yè)；檢測(cè)模塊是在噴涂機(jī)器臂攜帶噴槍的升降、移動(dòng)路徑上設(shè)置限位傳感器與光電傳感器，將所接收信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳遞至控制器處理。通過(guò)PLC控制異步電機(jī)作為噴涂機(jī)器人運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，噴涂運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)PLC編寫(xiě)的程序?qū)崿F(xiàn)噴涂運(yùn)動(dòng)控制并設(shè)置功能保護(hù)以達(dá)到噴涂質(zhì)量和效率。通過(guò)組態(tài)軟件對(duì)所設(shè)計(jì)噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬調(diào)試，可以實(shí)現(xiàn)控制要求?！娟P(guān)鍵詞】：噴涂機(jī)器人；PLC；噴槍目錄TOC\o"1-2"\h\u8450一、系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 基于PLC的噴涂機(jī)器人控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)隨著社會(huì)生產(chǎn)水平與電子科技的蓬勃發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化需求不斷提高，開(kāi)發(fā)出多種多樣功能的噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì)成為社會(huì)的必然趨勢(shì)。上世紀(jì)五十年代誕生了世界上第一臺(tái)噴涂機(jī)器人。70年代各國(guó)開(kāi)始引入噴涂機(jī)器人投入生產(chǎn)制造，我國(guó)也開(kāi)始了自主研發(fā)噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì)。直到今天，各類噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì)仍伴隨著新興技術(shù)改革不斷進(jìn)步，在工業(yè)生產(chǎn)、服務(wù)建設(shè)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。目前噴涂機(jī)器人大致有三類應(yīng)用方向：第一類即噴涂機(jī)器人作為獨(dú)立的設(shè)計(jì)，在可編程控制器的控制下完成相應(yīng)功能；第二類即噴涂機(jī)器人作為生產(chǎn)線的一部分，完成其相應(yīng)部分功能，例如傳送帶完成傳送或是上下料等等；第三類需要的噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，各方面精度也較高，它主要代替人工在高危環(huán)境下進(jìn)行作業(yè)，或是進(jìn)行一些精密的軍事安裝工業(yè)等。噴涂機(jī)器人的控制方式隨著新興技術(shù)的改革也在不斷改進(jìn)，過(guò)去一般采用傳統(tǒng)的繼電接觸器控制方式，其機(jī)械觸點(diǎn)不僅多，且易磨損損耗，故障率高，后期進(jìn)行功能改寫(xiě)操作復(fù)雜。針對(duì)這一系列難題，采用可編程控制器PLC進(jìn)行改進(jìn)，其與前者形成了鮮明對(duì)比，它內(nèi)部存在無(wú)數(shù)個(gè)可使用的觸點(diǎn)，并且可以進(jìn)行不限次數(shù)的改寫(xiě)，易于改進(jìn)維護(hù)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。噴涂機(jī)器人移動(dòng)、升降等操作一般由電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制完成。系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)噴涂工作方案選擇根據(jù)目前的噴涂行業(yè)中，噴涂機(jī)器人使用比較多的兩種作業(yè)方式是：第一種是噴槍動(dòng)/靜工作模式，即噴槍運(yùn)動(dòng)噴涂時(shí)工件是被固定的狀態(tài)。第二種是工件流動(dòng)模式，即噴槍進(jìn)行噴漆時(shí)工件均勻通過(guò)噴槍噴漆范圍內(nèi)。在噴槍動(dòng)/靜噴涂模式下，將需要噴涂的工件傳送到噴槍噴涂區(qū)域，并將工件固定好在噴涂范圍內(nèi)。在噴槍噴漆作業(yè)的過(guò)程中，工件處于靜止?fàn)顟B(tài)，噴槍按照設(shè)定好的軌跡路線對(duì)工件表面進(jìn)行噴漆。這種掃掠的噴漆方式有利于對(duì)涂料用量進(jìn)行控制，對(duì)固定的工件更有利于涂料的附著，其可以提升噴涂的質(zhì)量和降低涂料的浪費(fèi)。這種噴涂作業(yè)模式對(duì)于噴涂軌跡的控制和噴涂軌跡的規(guī)劃也相對(duì)的容易，可以更簡(jiǎn)單的完成對(duì)一些要求噴涂質(zhì)量較高的工件進(jìn)行噴涂。但是因?yàn)檫@種噴涂方式只能完成對(duì)固定工件的噴涂任務(wù)，就導(dǎo)致其噴涂的工作效率相對(duì)較低。動(dòng)/靜工作模式如1.1所示。圖1.1噴槍動(dòng)/靜工作模式工件流動(dòng)噴涂模式，在噴涂流水線的輸送鏈上將工件進(jìn)行懸掛式固定。使工件由傳輸鏈帶動(dòng)均勻通過(guò)噴涂區(qū)域。噴涂機(jī)器人的噴槍垂直的對(duì)經(jīng)過(guò)工件的表面進(jìn)行噴漆。在這種模式下的優(yōu)點(diǎn)就是噴涂機(jī)器人能夠不間斷的對(duì)工件進(jìn)行噴漆，生產(chǎn)效率相對(duì)噴槍動(dòng)/靜模式可以大幅度提高，適用于大批量生產(chǎn)。但是這種模式的噴涂機(jī)器人空間自由度小，方向單一導(dǎo)致工作環(huán)境受限過(guò)大。此外，噴槍范圍往往要大于工件面積，就導(dǎo)致噴漆的附著力降低和涂料浪費(fèi)。工件流動(dòng)噴涂模式如圖1.2所示。圖1.2工件流動(dòng)工作模式通過(guò)上述兩種工作模式的對(duì)比，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)/靜工作模式，將工件固定在噴涂范圍內(nèi)，由噴涂機(jī)器人根據(jù)運(yùn)動(dòng)軌跡均勻在工件表面進(jìn)行噴漆作業(yè)。系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)總體可分為兩大部分：（1）本設(shè)計(jì)應(yīng)用場(chǎng)景為汽車(chē)噴涂，通過(guò)噴涂機(jī)器人對(duì)車(chē)體進(jìn)行噴涂。噴涂機(jī)器人根據(jù)PLC中所編程序，對(duì)于汽車(chē)車(chē)頂和車(chē)門(mén)由兩種噴漆運(yùn)動(dòng)軌跡實(shí)現(xiàn)；動(dòng)作程序共設(shè)定有手動(dòng)操作，單次自動(dòng)操作，循環(huán)自動(dòng)操作三種模式。本設(shè)計(jì)使用兩電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)水平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)。設(shè)計(jì)可分為控制模塊、執(zhí)行模塊、顯示模塊、檢測(cè)模塊，對(duì)各模塊具體介紹，其構(gòu)成關(guān)系如圖1.3所示。顯示模塊顯示模塊控制模塊執(zhí)行模塊檢測(cè)模塊圖1.3設(shè)計(jì)構(gòu)成關(guān)系顯示模塊（2）使用上位機(jī)對(duì)整個(gè)操作過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，使用組態(tài)王組態(tài)軟件構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)PLC控制噴涂機(jī)器人的各信號(hào)變量進(jìn)行采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴涂機(jī)器人升降、移動(dòng)、噴漆等操作的實(shí)時(shí)顯示，并設(shè)置相應(yīng)按鈕完成對(duì)噴涂機(jī)器人的噴槍控制及其他模式的切換，最終達(dá)到使上位機(jī)準(zhǔn)確操控設(shè)計(jì)的目的。其整體結(jié)構(gòu)框圖如圖顯示模塊PLCPLC啟動(dòng)按鈕停止按鈕光電感應(yīng)器上下限位開(kāi)關(guān)左右限位開(kāi)關(guān)屏幕控制器自動(dòng)連續(xù)關(guān)單循環(huán)開(kāi)關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)圖1.4整體結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)控制模塊近年來(lái)，隨著工程技術(shù)的不斷精進(jìn)，從PLC產(chǎn)生到其迅猛發(fā)展，它分別實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上、功能上、應(yīng)用領(lǐng)域上的大跨步飛躍，如今PLC處理信息和運(yùn)算以及網(wǎng)絡(luò)通信等功能都有了極大提升，逐漸成為工業(yè)控制的中流砥柱，在各行業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著重大作用，PLC一般由中央處理單元、存儲(chǔ)器、I/O單元、編程器、電源等組成。PLC的應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，主要有工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、文化娛樂(lè)等，按照它在其中充當(dāng)功能可以分為以下幾類：（1）工業(yè)過(guò)程控制，即PLC利用相應(yīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊對(duì)其實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理，進(jìn)而完成控制功能，這在冶金、化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。（2）運(yùn)動(dòng)控制，PLC可以配合電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)物體運(yùn)動(dòng)的控制，多應(yīng)用在機(jī)器人、電梯、傳送帶等場(chǎng)景。（3）網(wǎng)絡(luò)通信，現(xiàn)在許多PLC都設(shè)置了網(wǎng)絡(luò)通信接口，可以與其他設(shè)備實(shí)現(xiàn)通信；（4）開(kāi)關(guān)量邏輯控制，替代繼電—接觸器完成開(kāi)關(guān)控制；（5）數(shù)據(jù)處理，PLC可以通過(guò)運(yùn)算指令對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的分析及處理工作，通常用于冶金等行業(yè)。本設(shè)計(jì)選用西門(mén)子S7-200作為控制部分，它主要有如下特點(diǎn)：內(nèi)含功能指令豐富；處理運(yùn)行速度快；內(nèi)置大容量存儲(chǔ)器，寄存器數(shù)量多；西門(mén)子為其研發(fā)了STEP7-Micro軟件，專門(mén)實(shí)現(xiàn)對(duì)S7-200的編程工作，軟件便利且運(yùn)行穩(wěn)定，作為西門(mén)子最出色處理器之一，它可以完成復(fù)雜的控制功能，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化。S7-200是一種小型PLC，但其功能卻十分強(qiáng)大，因而其性價(jià)比極高。其應(yīng)用范圍極廣，現(xiàn)在向生產(chǎn)自動(dòng)化邁進(jìn)的企業(yè)，經(jīng)常能看到它的身影。PLC選型在對(duì)系統(tǒng)的可編程控制器進(jìn)行選型時(shí)，首先對(duì)項(xiàng)目大小進(jìn)行一個(gè)綜合的考量，本設(shè)計(jì)項(xiàng)目體量較小，一般選擇小型PLC即可滿足要求；再考慮被控制器件所使用的I/O點(diǎn)數(shù)，本設(shè)計(jì)所使用的輸入為15點(diǎn)，輸出為9點(diǎn)。最后綜合考慮控制器的功能性、結(jié)構(gòu)性、運(yùn)行速度、穩(wěn)定性、自診斷能力和性價(jià)比等因素后，選擇西門(mén)子S7-200小型PLC，由于共使用輸入為15點(diǎn)，輸出為9點(diǎn)，若選擇CPU224或以下型號(hào)，輸入端口無(wú)法滿足需求，需要加裝擴(kuò)展模塊，這將對(duì)系統(tǒng)以后的功能擴(kuò)展造成一定影響；所以選擇CPU226型號(hào)，其共有24點(diǎn)輸入，16點(diǎn)輸出，可滿足設(shè)計(jì)的基本需求及擴(kuò)展需求。如圖2.1為S7-200的實(shí)物圖。圖2.1S7-200CPU226的實(shí)物圖執(zhí)行模塊電動(dòng)機(jī)選型執(zhí)行模塊由電機(jī)帶動(dòng)滑桿組成，本設(shè)計(jì)采用的是型號(hào)Y132M-4三相異步電機(jī)，它是由控制模塊所驅(qū)動(dòng)，電機(jī)的結(jié)構(gòu)通?？梢院?jiǎn)單分為定子和轉(zhuǎn)子，三相異步電動(dòng)機(jī)就是定子中有三組電磁繞組的電機(jī)，當(dāng)分別為這三組繞組通入交流電時(shí)，定子中就產(chǎn)生了磁場(chǎng)，此時(shí)轉(zhuǎn)子通電，根據(jù)安培定理，它在磁場(chǎng)中將做切割磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)，這就是三相異步電動(dòng)機(jī)的工作原理。三相異步電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如表2.1所示。表2.1Y132M-4三相異步電動(dòng)機(jī)規(guī)格參數(shù)三相異步電機(jī)型號(hào)Y132M-4功率7.5KW頻率50Hz電壓380V電流15.4A接法△轉(zhuǎn)速1440r/min絕緣等級(jí)E工作方式連續(xù)溫升80℃防護(hù)等級(jí)IP44重量55Kg設(shè)計(jì)中共有兩臺(tái)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)水平和垂直兩部分滑桿，電機(jī)用以控制滑桿收縮或推出實(shí)現(xiàn)機(jī)噴槍運(yùn)動(dòng)。噴槍設(shè)備選型本設(shè)計(jì)采用4個(gè)并排的Opti系列靜電噴涂設(shè)備，其中包括OptiGunGA02型靜電粉末自動(dòng)噴槍和OptiFlowIG02粉泵如圖2.2所示。圖2.2OptiGunGAO2型靜電粉末自動(dòng)噴槍型號(hào)ptiGun2-A(GA02）靜電粉末噴槍，其噴槍的內(nèi)部裝有HYPERLINK"javascript:;"中央電極放電針，能夠確保涂料傳輸效率穩(wěn)定高效和對(duì)工件的附著率，從而可以使粉末的涂層得到均勻整齊。并且還可以對(duì)噴槍內(nèi)部進(jìn)行自動(dòng)清潔，使噴槍延長(zhǎng)使用期限。能夠保證涂料噴出的粉末擁有極高的帶電率以及較高的穿透力，OptiGunGAO2型靜電粉末自動(dòng)噴槍規(guī)格參數(shù)如表2.2所示。表2.2OptiGunGAO2型靜電粉末自動(dòng)噴槍規(guī)格參數(shù)額定輸入電壓10V額定輸出電壓98KV極性負(fù)極（可選：正極）最大輸出電流100μA高壓快12級(jí)點(diǎn)火防護(hù)類型Aacc.EN50177重量607g（740g，帶超級(jí)電暈環(huán)）檢測(cè)模塊在檢測(cè)模塊中常使用各種傳感器，傳感器搭建了所測(cè)信號(hào)與電信號(hào)的聯(lián)系，在電子技術(shù)中起著關(guān)鍵作用。傳感器將被測(cè)物體所發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)被傳遞給控制器以處理信息。在本設(shè)計(jì)中采用西克GL6-P1112光電傳感器如圖2.3所示，來(lái)檢測(cè)工件表面控制噴槍的開(kāi)關(guān)，其靈敏性及測(cè)量精度較高，適應(yīng)工作場(chǎng)景普遍，價(jià)格便宜。光電傳感器為感應(yīng)式元件，并不需要接觸就可以完成測(cè)量，當(dāng)被檢物體對(duì)光電傳感器所發(fā)出光線產(chǎn)生反射或遮擋時(shí)，即說(shuō)明物體到達(dá)相應(yīng)位置。圖2.3西克GL6-P1112光電傳感器限位開(kāi)關(guān)型號(hào)選用歐姆龍D4V-8107Z限位開(kāi)關(guān)如圖2.4所示。其價(jià)格便宜，測(cè)量穩(wěn)定性高，起到的功能機(jī)械滑桿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)對(duì)限位開(kāi)關(guān)產(chǎn)生碰撞，從而限位開(kāi)關(guān)產(chǎn)生電信號(hào)，傳遞至控制器，限位開(kāi)關(guān)通常被用作限制機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)位置，使其到一定位置就停止或是反向運(yùn)動(dòng)。在實(shí)際使用過(guò)程中，通常預(yù)先測(cè)量好所期望位置，再加以限位開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。限位開(kāi)關(guān)目前被廣泛用于各種機(jī)床、機(jī)械臂及生產(chǎn)線中，起到限位及終端保護(hù)的作用。圖2.4歐姆龍D4V-8107Z限位開(kāi)關(guān)在本設(shè)計(jì)中，分別在水平及垂直滑桿的兩端設(shè)置限位開(kāi)關(guān)，共四個(gè)限位開(kāi)關(guān)，對(duì)水平及垂直的極限位置進(jìn)行拘束，當(dāng)噴槍運(yùn)行到相對(duì)位置時(shí)碰撞開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)傳遞信號(hào)至單片機(jī)使電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。PLC外部接線圖設(shè)計(jì)PLC為控制器，其外部輸入端口接入模式選擇、方向控制、噴漆控制、復(fù)位等按鈕，外部輸出端口接入電機(jī)、噴漆和運(yùn)行指示燈等設(shè)備，其外部接線圖如圖2.5所示。圖2.5PLC外部接線圖系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)PLC的輸入輸出分配根據(jù)所選擇的PLC型號(hào)，對(duì)本系統(tǒng)中S7-200的輸入、輸出端子進(jìn)行分配，根據(jù)實(shí)際需要，使用相應(yīng)的端子，設(shè)計(jì)所使用的S7-200的CPU模塊為CPU226，其共有24個(gè)輸入點(diǎn)，16個(gè)輸出點(diǎn)，設(shè)計(jì)所用輸入為15點(diǎn)，輸出為9點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)所使用I/O端口地址分配見(jiàn)表3.1所示。表3.1I/O端口地址分配表輸入輸出輸入器件輸入繼電器輸入器件輸入繼電器手動(dòng)模式I0.0噴涂機(jī)器人上升Q0.0單周期I0.1噴涂機(jī)器人下降Q0.1自動(dòng)模式I0.2噴槍打開(kāi)Q0.2左限位開(kāi)關(guān)I0.3左限位指示燈Q0.3右限位開(kāi)關(guān)I0.4右限位指示燈Q0.4上限位開(kāi)關(guān)I0.5上限位指示燈Q0.5下限位開(kāi)關(guān)I0.6下限位指示燈Q0.6噴涂機(jī)器人噴槍上移I0.7噴涂機(jī)器人左移Q0.7噴涂機(jī)器人噴槍下移I1.0噴涂機(jī)器人右移Q1.0噴涂機(jī)器人噴槍前移I1.1噴涂機(jī)器人噴槍后移I1.2手動(dòng)打開(kāi)噴槍I1.3復(fù)位I1.4前光電感應(yīng)I1.5后光電感應(yīng)I1.6PLC程序設(shè)計(jì)本次系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)選擇梯形圖作為編程語(yǔ)言，梯形圖為PLC的三大編程語(yǔ)言的一種，因其較為簡(jiǎn)單易學(xué)，所以也是大部分初學(xué)者的優(yōu)先選擇。它使用圖形符號(hào)來(lái)敘述程序過(guò)程，由一種假想的能流從左至右表示程序執(zhí)行順序，條件在左，結(jié)果在右。編程軟件介紹西門(mén)子公司針對(duì)S7-200小型PLC專門(mén)開(kāi)發(fā)了STEP7-Micro/WIN軟件，該軟件可對(duì)S7-200進(jìn)行編程，其基于Windows系統(tǒng)，具備強(qiáng)大的功能，不僅可用于PLC程序開(kāi)發(fā)，又可以在系統(tǒng)程序運(yùn)行時(shí)對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，在PLC系統(tǒng)設(shè)計(jì)中占有不可忽視的地位。STEP7-Micro/WIN主要具備硬件及參數(shù)配置、編程、調(diào)試、監(jiān)控、維護(hù)和診斷功能，可以在離線狀態(tài)下對(duì)編寫(xiě)和修改PLC程序，進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)后可以上傳或是下載PLC程序，還可在用戶編輯程序的過(guò)程中，自動(dòng)診斷語(yǔ)法錯(cuò)誤，提醒用戶及時(shí)修改，避免程序中低級(jí)的語(yǔ)法及數(shù)據(jù)類型錯(cuò)誤，軟件界面圖如圖3.1所示。圖3.1STEP7-Micro/WIN的軟件界面系統(tǒng)模式選擇在系統(tǒng)啟動(dòng)后，首先判斷所選模式，本設(shè)計(jì)共有手動(dòng)模式、單周期模式、自動(dòng)模式三種模式，其中手動(dòng)模式通過(guò)方向按鍵及啟動(dòng)噴槍按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶自主對(duì)噴漆機(jī)器人的控制；單周期模式即機(jī)械臂自己完成一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)，一個(gè)完整的周期運(yùn)動(dòng)包含噴漆、移動(dòng)、抬起噴槍等過(guò)程；自動(dòng)模式即循環(huán)完成周期運(yùn)動(dòng)。模式選擇如圖3.2所示。電機(jī)啟動(dòng)開(kāi)始手動(dòng)模式電機(jī)啟動(dòng)開(kāi)始手動(dòng)模式模式選擇單周期模式自動(dòng)模式結(jié)束圖3.2模式選擇噴槍控制程序設(shè)計(jì)完成噴槍控制流程如圖3.3所示，首先對(duì)按鍵進(jìn)行鍵值掃描，然后按照對(duì)應(yīng)按鍵控制噴槍開(kāi)始工作，到噴槍移動(dòng)到車(chē)窗位置后由光電傳感器向PLC發(fā)出信號(hào)，隨后控制噴槍停止，這就完成了一次噴槍控制，按照此流程完成噴槍在整個(gè)過(guò)程中的自動(dòng)啟?？刂疲纯蓪?shí)現(xiàn)噴涂機(jī)器人的功能。開(kāi)始開(kāi)始自動(dòng)模式N運(yùn)行手動(dòng)模式噴槍打開(kāi)光電傳感器N動(dòng)運(yùn)行噴槍停止YY圖3.3噴槍控制流程圖噴槍回原點(diǎn)程序設(shè)計(jì)噴槍復(fù)位控制流程如圖3.4所示，按下復(fù)位按鍵后，噴槍停止工作，向上升起到達(dá)上限位置后，噴槍左移，左移到左限位置，噴槍下降止下限位置，回到起始點(diǎn)，復(fù)位結(jié)束。復(fù)位復(fù)位噴槍停止噴槍上升到達(dá)上限位YN噴槍左移到達(dá)左限位達(dá)到下限位結(jié)束NYNY噴槍下降圖3.4回原點(diǎn)程序流程圖系統(tǒng)主程序流程圖根據(jù)噴涂機(jī)器人的設(shè)計(jì)要求，畫(huà)出系統(tǒng)控制的流程圖如圖3.5所示，噴涂機(jī)器人啟動(dòng)后先擇機(jī)器人工作模式，當(dāng)選擇單周期模式后，噴槍打開(kāi)開(kāi)始向后移動(dòng)進(jìn)行噴漆，噴漆止擋風(fēng)玻璃后停止噴漆，噴槍向上抬起，越過(guò)擋風(fēng)玻璃到達(dá)車(chē)頂噴槍打開(kāi)，繼續(xù)向后移動(dòng)對(duì)車(chē)頂進(jìn)行噴漆。噴漆止后擋風(fēng)玻璃處，噴槍停止噴漆，向下移動(dòng)跳過(guò)后擋風(fēng)玻璃后，噴槍打開(kāi)對(duì)車(chē)尾以及車(chē)門(mén)進(jìn)行噴漆。噴漆止后限位傳感器后往回按原路徑噴漆，到達(dá)前限位傳感器單周期工作結(jié)束。圖3.5程序流程圖上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)組態(tài)軟件介紹組態(tài)王是用于構(gòu)建上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各種數(shù)據(jù)及運(yùn)行情況完成檢測(cè)和數(shù)據(jù)處理工作，其具備完善的功能，用戶操作清晰簡(jiǎn)便，可視好等特點(diǎn)。通過(guò)與其他硬件設(shè)備相配合，可以完成系統(tǒng)的監(jiān)控模塊構(gòu)建。用戶可以通過(guò)組態(tài)軟件搭建應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的無(wú)紙化記錄，減少相應(yīng)按鍵外設(shè)，其軟件界面如圖4.1所示。圖4.1組態(tài)王組態(tài)軟件界面圖組態(tài)監(jiān)控畫(huà)面的建立打開(kāi)組態(tài)王軟件進(jìn)入實(shí)時(shí)模擬監(jiān)控畫(huà)面的設(shè)計(jì)界面圖，構(gòu)建出噴漆應(yīng)用場(chǎng)景中的車(chē)體部分，如圖4.2所示。圖4.2組態(tài)模型設(shè)計(jì)監(jiān)控畫(huà)面為了將單/自動(dòng)周期模式與手動(dòng)模式區(qū)分，對(duì)手動(dòng)模式設(shè)計(jì)了額外的控制按鍵，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)模式控制噴槍臂升降，移動(dòng)以及噴槍的啟停，如圖4.3組態(tài)界面按鍵設(shè)計(jì)所示。圖4.3組態(tài)界面按鍵設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)監(jiān)控系統(tǒng)的主界面如圖4.4所示，上面共設(shè)置有系統(tǒng)啟動(dòng)與停止、三種模式選擇、方向操作、噴漆控制等按鈕；還設(shè)置有三個(gè)按鈕完成模式切換操作；且界面還對(duì)多種指示燈，分別為移動(dòng)指示燈、位置限制指示燈、復(fù)位指示燈，對(duì)系統(tǒng)相應(yīng)操作實(shí)現(xiàn)提示；噴槍分別有開(kāi)始噴漆和停止噴漆兩種狀態(tài)。圖4.4監(jiān)控系統(tǒng)主界面三種模式的噴涂機(jī)器人運(yùn)行流程均相同，此處僅對(duì)運(yùn)行流程做一次描述，噴涂機(jī)器人的初始位置位于左邊及下邊位置下限，停止和下限指示燈發(fā)光，此時(shí)噴涂機(jī)器人為待啟動(dòng)狀態(tài)，監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖4.5所示。圖4.5噴涂機(jī)器人運(yùn)行界面圖1隨后點(diǎn)擊啟動(dòng)，噴涂機(jī)器人位于下限位置，下限指示燈發(fā)光，開(kāi)始對(duì)車(chē)輛車(chē)頭進(jìn)行噴漆，并向右方移動(dòng)，噴漆指示燈發(fā)光，表示噴涂機(jī)器人此時(shí)已開(kāi)始噴漆。此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖4.6所示。圖4.6噴涂機(jī)器人運(yùn)行界面圖2之后噴涂機(jī)器人運(yùn)行至右邊前擋風(fēng)玻璃處，達(dá)到光電感應(yīng)位置，光電傳感器指示燈發(fā)光，噴槍垂直升起至上限位置，停止噴漆，將噴槍右移動(dòng)到車(chē)頂位置，噴槍對(duì)車(chē)頂開(kāi)始噴漆，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖4.7所示。圖4.7噴涂機(jī)器人運(yùn)行界面圖3之后噴涂機(jī)器人噴漆右移止后擋風(fēng)玻璃處，噴槍停止，噴槍開(kāi)始右移下降止下限位置，噴槍打開(kāi)對(duì)車(chē)位進(jìn)行噴漆。最后對(duì)工作臺(tái)車(chē)門(mén)部件進(jìn)行噴漆，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)界面如圖4.8所示。回到起點(diǎn)，單周期噴漆結(jié)束。圖4.8噴涂機(jī)器人運(yùn)行界面圖4總結(jié)隨著電機(jī)科技的蓬勃發(fā)展，自動(dòng)化控制成為了各行各業(yè)所面對(duì)的新興發(fā)展與挑戰(zhàn)，機(jī)器人代替人力完成大量枯燥重復(fù)的工作已成為時(shí)代的必然趨勢(shì)，對(duì)于研究機(jī)器人控制，如何提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可操作性成為了關(guān)鍵的命題。而對(duì)于噴涂機(jī)器人設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，所需完成的動(dòng)作較多，因而關(guān)鍵就在于如何完成各模塊與工作部件的相互配合，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)不斷學(xué)習(xí)了解各個(gè)模塊的使用特性與應(yīng)用方法以及上位機(jī)與