工业机器人工作站系统集成课件任务01项目规划.pptx

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1、,序,工业机器人专业职业发展方向,ZERO,市场需求,从国内人才市场需求来看，工业机器人人才需求主要集中在三类企业：机器人制造厂商、机器人系统集成商和机器人应用企业。这三类企业具体需求包括:机器人制造厂商：需要机器人组装、销售、售后服务、技术维护和营销方面的人才机器人系统集成商：需要机器人工作站的开发、安装调试、技术支持方面的人才机器人应用企业：需要机器人工作站调试维护、编程操作等综合素质较强的技术人才,职位要求：负责基于机器人的自动化项目的方案设计、仿真与可行性进行评估。机器人相关项目外围设备选型，程序编制与现场调试工作。参与专用机器人或智能装备的研发过程，实现机械、电气、软件的协同开发。就

2、业形势分析：薪资水平：工资10000-15000占比最多经验要求：3-5年工作经验要求的占比最多学历要求：本科学历要求的占比最多,工业机器人领域十大工作岗位,1.机器人应用工程师,职业发展方向,以上海区为例,职位要求：机械相关专业；丰富的机械设计经验；了解常见材料的特性；熟练掌握负载分析及电机选型；具有基本的编程能力，能够对电机进行控制和调试；熟练掌握proe等绘图软件。就业形势分析：薪资水平：工资6000-15000占比最多经验要求：3-5年工作经验要求的占比最多学历要求：大专学历要求的占比最多,工业机器人领域十大工作岗位,2.机器人机械工程师,职业发展方向,以上海区为例,职位要求：电气相关

3、专业学历；对电气标准、规范有全面的了解；了解伺服电机工作原理及控制方法；具有完整电气系统的设计经验；具备基本编程能力及设计经验。就业形势分析：薪资水平：工资6000-15000占比最多经验要求：3-5年工作经验要求的占比最多学历要求：本科学历要求的占比最多,工业机器人领域十大工作岗位,3.机器人电气工程师,职业发展方向,以上海区为例,职位要求：计算机、自动化、机电一体化等专业本科以上学历；具有非标机电一体化设备或机器人应用的相关设计，制作及现场调试经验；具备良好的数学及算法基础，熟悉常用编程技术，掌握图像处理基本算法。就业形势分析：薪资水平：工资10000-15000占比最多经验要求：3-5年

4、工作经验要求的占比最多学历要求：大专学历要求的占比最多,工业机器人领域十大工作岗位,4.机器人视觉工程师,职业发展方向,以上海区为例,职位要求：掌握计算机视觉或定位导航的基础理论和算法；熟悉SLAM算法；熟悉C/C+编程和常用数据结构算法；熟悉计算机视觉、机器学习；深度学习等人工智能算法。就业形势分析：薪资水平：工资20000-29999占比最多经验要求：3-5年工作经验要求的占比最多学历要求：本科以上学历要求的占比最多,工业机器人领域十大工作岗位,5.机器人算法工程师,职业发展方向,以上海区为例,职位要求：自动化、机电一体化、机械设计制造及其自动化、测控等专业毕业；有工业机器人工程应用经验；

5、熟悉机器人技术，具备一定的电气控制、电子基础；了解PLC控制，熟悉伺服电机驱动系统，熟练掌握至少一种主流机器人产品的编程和应用。就业形势分析：薪资水平：工资10000-15000占比最多经验要求：3-5年工作经验要求的占比最多学历要求：本科学历要求的占比最多,工业机器人领域十大工作岗位,6.机器人系统集成应用工程师,职业发展方向,以上海区为例,职位要求：跟踪制造企业智能制造转型升级的相关需求，进行商机跟踪、客户拜访、维护客户关系；跟踪政府及行业智能制造相关政策，策划并完成相关项目的申报工作；以工业机器人及MES产品应用为导向开展售前工作，包括：设备宣传、企业调研、售前方案编写与讲解；跟踪项目执

6、行、及时反馈并处理项目商务需求。就业形势分析：薪资水平：工资6000-15000占比最多经验要求：3-5年工作经验要求的占比最多学历要求：本科学历要求的占比最多,工业机器人领域十大工作岗位,7.机器人售前工程师,职业发展方向,以上海区为例,职位要求：物理、机械、计算机等相关专业； 熟悉机器人运动学和动力学特性； 熟悉几何和图形引擎；精通C/C+或C#等高级语言开发，熟悉软件开发流程；具备规范的编码风格；英语水平四级以上。就业形势分析：薪资水平：工资10000-15000占比最多经验要求：3-5年工作经验要求的占比最多学历要求：本科以上学历要求的占比最多,工业机器人领域十大工作岗位,8.机器人软

7、件开发工程师,职业发展方向,以上海区为例,职位要求：本科以上学历（计算机相关专业）熟悉机器人行业；熟悉单片机、DSP等嵌入式系统开发；有电机控制相关经验；能够绘制PCB，并进行电路调试。就业形势分析：薪资水平：工资10000-15000占比最多经验要求：3-5年工作经验要求的占比最多学历要求：本科以上学历要求的占比最多,工业机器人领域十大工作岗位,9.机器人硬件工程师,职业发展方向,以上海区为例,职位要求：熟练掌握PLC结构与PLC工作原理及其相关PLC开发工具；熟练掌握自动控制硬件设计与软件开发工作原理及其相关开发工具；依托PLC硬软件平台设计开发自主应用PLC自动控制产品；有较强的实际动手

8、能力和灵活的思维，善于解决现场实际问题。就业形势分析：薪资水平：工资6000-15000占比最多经验要求：3-5年工作经验要求的占比最多学历要求：本科学历要求的占比最多,工业机器人领域十大工作岗位,10. PLC工程师,职业发展方向,以上海区为例,工业机器人系统集成项目规划,01,02,03,04,CONTENTS,任务描述,知识储备,任务实施,知识拓展,了解DS-11设备的工艺要求熟悉机器人选型的主要参数了解视觉系统选型的主要依据熟悉PLC选型的主要步骤了解电机选型的主要步骤熟悉PLC控制系统设计步骤,章节内容摘要,1,任务描述,ONE,任务描述,本任务以智能制造单元系统集成应用平台为项目基

9、础，以汽车行业的轮毂为产品对象，以未来智能制造工厂的定位需求为参考，以智能制造技术应用为核心，以汽车零部件加工打磨检测工序为背景， 让学生实践从功能分析、集成设计、布局规划到安装部署、编程调试、优化改进等完整的项目周期，培养学生的技术应用、技术创新和协调配合能力。,2,知识储备,TWO,基于DS-11设备的工艺要求,智能制造单元系统集成应用平台以模块化设计为原则，为了实现轮毂的加工、打磨和检测功能，设置了仓库取料、制造加工、打磨抛光、检测识别、分拣入位等生产工艺环节,每个工艺环节通过单元实现，每个单元间安装在可自由移动的独立台架上，布置远程IO 模块通过工业以太网实现信号监控和控制协调，用以满

10、足不同的工艺流程要求和功能实现，充分体现出系统集成的功耗、效率及成本特性。每个单元的四边均可以与其他单元进行拼接，根据工序顺序，自由组合成适合不用功能要求的布局形式，体现出系统集成设计过程中空间规划内容。采用PLC 实现灵活的现场控制结构和总控设计逻辑，利用MES 系统采集所有设备的运行信息和工作状态，融合大数据实现工艺过程的实施调配和智能控制。,基于DS-11设备的关键部件选型,要完整实现工艺流程，需要根据环境、硬件条件、功耗、成本等各种因素，对部件作出合适的选择，此处介绍机器人、视觉系统、PLC和电机这四种关键部件的选型。,随着经济的发展，人工成本提高，使用工业机器人是产业升级的重要手段，

11、可以减少劳动力费用，降低生产成本，提高生产质量和效率，增加生产柔性，减少危险岗位对人的危害。但市面上工业机器人形式多样，种类繁多，适用场景广泛，可以用在搬运、打磨、焊接、喷涂、装配、切割、雕刻等工作中，要做到正确选用机器人，必须清楚了解自身的需求及机器人的性能阐述、应用场景。机器人选型主要需要考虑承载能力、自由度、最大运动范围、重复定位精度、速度、本体重量、制动、防护等级这几种主要参数。,基于DS-11设备的关键部件选型,机器人选型,机器人选型,基于DS-11设备的关键部件选型,机器人选型,基于DS-11设备的关键部件选型,一般的视觉系统包含工业相机、工业镜头、视觉光源、图像处理软件、传感器、

12、运动及控制装置等，在有项目检测需求，并进行选型前，需要明确，本次项目预计的结构（包括安装环境、工位数量、可安装设备空间）、是否运动、需要检测的精度、检测速度、软件开发的语言和工具、是否借助第三方工具等。常见的选型顺序是工业相机-工业镜头-视觉光源-外围设备,基于DS-11设备的关键部件选型,视觉系统选型,视觉系统选型工业相机,基于DS-11设备的关键部件选型,视觉系统选型工业镜头,基于DS-11设备的关键部件选型,视觉系统选型光源,基于DS-11设备的关键部件选型,选择视觉控制器主要考虑是否能与相机匹配、硬件的可拓展性、软件易用性、算法广度和精确度、算法性能、与其他设备的集成、价格这几个方面。

13、,基于DS-11设备的关键部件选型,视觉系统选型视觉控制器,在PLC系统设计时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。 系统硬件选择:主要考虑拓展方式，实际选用时，可通过控制系统接口模块扩展机架、Profibus-DP现场总线、通信模块、远程I/O及PLC子站等多种方式来扩展PLC或预留扩展口。 CPU选择:CPU的选型是合理配置系统资源的关键，选择时必须根据控制系统对CPU的要求（包括系统集成功能、程序块数量限制、各种位资源、是否有PROFIBUS-DP主从接口、RAM容量、温度范围、运动控制等）。 编程软件选择:主要考虑对CPU

14、的支持状况。 参数确定:确定输入/输出点数，这是确定PLC规模的重要依据，需要注意的是，要根据实际情况留出适当的余量和扩展余地,基于DS-11设备的关键部件选型,PLC选型,电机选型主要步骤： 决定驱动机构:代表性的驱动机构有简单的旋转体，以及滚珠螺杆、皮带轮、齿条、齿轮等。因此，这时必须预先决定搬运物的质量、各部位的尺寸、滑动面的摩擦系数等。 确认规格:若为移动速度及驱动时间、定位运行时，则必须确认定位距离与定位时间等驱动条件，并且要确认停止精度、分辨率、位置保持、使用电压、使用环境等。 计算负载转矩及转动惯量:根据机械系统大致计算负载转矩，根据工件的转动速度及负载质量计算出工件的转动惯量。

15、 选择电动机机种:根据需要从AC小型标准电动机、无刷直流电机、步进电机中选择合适机种。 选用计算:从机械强度、加速时间、加速转矩、功率等各方面再次确认电动机/减速机的规格是否符合所有要求规格，然后决定电动机。,基于DS-11设备的关键部件选型,电机选型,设计控制系统时，应遵循一定的设计流程，掌握设计流程，可以增加控制系统的设计效率和正确性。,PLC控制系统设计,PLC控制系统设计的主要步骤：（1）根据工艺流程分析控制要求，明确控制任务，拟定控制系统设计的技术条件。（2）确定所需的用户输入设备（按钮、操作开关、限位开关、传感器等）、输出设备（继电器、接触器、信号灯等执行元件）以及由输出设备驱动的

16、控制对象（电动机、电磁阀等），估算PLC的I/O 点数。（3）选择PLC。PLC是控制系统的核心部件， 正确选择PLC对于保证整个控制系统的各项技术、经济指标起着重要的作用， PLC的选择包括机型的选择、容量的选择、I/O 模块的选择、电源模块的选择等。（4）分配、定义PLC的I/O 点，绘制I/O 连接图。根据选用的PLC所给定的元件地址范围（如输入、输出、辅助继电器、定时器、计数器。数据区等），对控制系统使用的每一个输入、输出信号及内部元件定义专用的信号名和地址，在程序设计中使用哪些内部元件，执行什么功能格都要做到清晰，无误。（5）PLC控制程序设计。包括设计梯形图、编写语句表、绘制控制系

17、统流程图。（6）控制柜（台）设计和现场施工。在进行控制程序设计的同时，可进行硬件配备工作，主要包括强电设备的安装、控制柜（台）的设计与制作、可编程序控制器的安装、输入输出的连接等。,PLC控制系统设计,3,任务实施,THREE,任务实施,机器人选型,（1）从工作站的设计思路上可以发现，机器人的主要工作是多次变换工位，取放工具和产品，因此需要选取可以在紧凑环境中，动作灵活的六轴串联机器人。（2）轮毂模型和工具的重量可以控制在3Kg以下，由于单元间可以紧凑拼接，并且配有移动轴，可以增大机器人的工作范围，因此，只需保证机器人的最大工作范围不小于0.5m即可。周围单元的布局规格也需要根据机器人的工作范

18、围作出合理的设计。可以预选出IRB120和IRB1200，机器人规格如下。,机器人选型,（3）轮毂的取放位置对机器人的重复定位精度也有一定要求，可以根据各个环节尺寸和公差的传递来计算。由于在机械设计中可以添加定位槽，重复定位精度在0.05以下基本可以满足要求。（4）另外速度与刹车和转动惯量也是需要重点考量的。一般在工业生产中对加工的节拍有一定的要求，这决定了生产效率。可以通过查看机器人技术手册，查看机器人的最大运行速度。（5）在满足基本要求的情况下，经济因素也是需要重点考虑的。如果小型机器人满足生产条件的状况下，选择了更大规格的机器人，不仅提高了机器人的成本，电机、丝杠等成本也会相应提高，所以

19、在选型时，由于需要控制成本，经济因素也需要考量，网上报价如下（仅供参考）。,（1）工业相机若用于检测划痕或污渍等用途，一般要求相机的检测精度也会比较高，可以根据视野范围和检测精度计算出所需的像素大小。此处，我们的相机用于教学设备，主要要求可以实现对检测物的形状、颜色等信息进行检测，并且可以读取二维码、条形码等信息，所以在满足功能需求的情况下，考虑到经济因素，我们选取了30万像素的小型数码CCD彩色相机，并搭配小型相机用镜头。另外由于安装环境需要水平安装或垂直安装，选取便于安装的笔式相机。（2）工作站与视觉系统实现数据通信的对象是机器人，所以在通信方式上可以考虑硬接线通讯或TCP/IP通信协议，

20、且仅需要搭配一个相机，所以选择了FH-L550系列视觉控制器可以满足需求。（3）根据检测用途，形状、颜色、读取信息等需要均匀的受光，所以考虑使用环形光源，并采用高亮度LED灯，实现高亮度的均匀扩散光照射，若周围光照对检测结果影响很大，可以考虑添加隔离罩，使检测在隔离罩中进行，从而减少外界光的影响。,视觉选型,（1）根据项目需求，需要用到PROFINET、TCP/IP、OPCUA等通信方式以及运动控制功能，查找相关PLC手册，筛选出符合条件的PLC类型，基本在西门子S7系列PLC中可以锁定在S7-1200、S7-300和S7-1500这几款PLC。（2）根据整体IO规划，计算出所需的IO点数，并

21、根据实际情况留出适当余量，根据IO点数，估计项目的规模大小，参考各种类型的PLC规格手册，挑选合适的PLC型号，从而缩小选型范围。工作站需要的数字量信号不超过200，且需要至少2位模拟量信号用于运动控制，所以选择了满足规格的S7-1200系列PLC。在满足条件的情况下，还要考虑成本因素，可以通过远程IO来降低拓展模块的成本。最终选择1212CDC/DC/DCCPU，拓展模块选择华太远程IO模块FR1108数字输入模块、FR2108数字输出模块以及FR4004模拟输出模块。,PLC选型,相关参数：负载速度：v_L=5m/min加速时间：t_a=0.1s直线运动部质量：m=30kg减速机减速比：R

22、=3滚珠丝杠长度：l_B=1m同步带减速比：R_1=1.5滚珠丝杠直径：d_B=0.025m摩擦系数：=0.2滚珠丝杠导程：p_B=0.005m机械效率：=0.9滚珠丝杠材质密度：=7.78 10 3 / 3,电机选型,电机选型,三菱伺服电机各型号相关参数,1电机工作转速：负载轴旋转速度： n = v L p B = 5 0.005 =1000/电机轴旋转速度： = n 1 =4500/,可以看到都符合要求。2转动惯量：直线运动部： 1 = ( 2 ) 2 =30 ( 0.005 23 ) 2 =0.021 10 4 2 滚珠丝杠： = 32 l B 4 = 32 7.87 10 3 1 0.

23、02 4 =1.24 10 4 2 负载惯量： = 1 + =1.261 10 4 2 ,因为推荐负载惯量比小于15倍，所以电机惯量J 15 =0.084 10 4 2 ,可以在23J-S1000、43J-S100、73J-S100中进行选择。3移动转矩： T = 9.8mP B 2 = 9.80.2300.005 230.9 =0.017N，可以看到都符合要求。4功率负载移动功率： = 2 60 =24.492负载加速功率： = （ 2 60 ） 2 =279.742W负载最大功率： = + =304.234 ,根据以上选择HG-KN43J-S100伺服电机及相应的伺服放大器MR-JE-40A。,电机选型,基于DS-11设备的控制系统设计,基于DS-11设备的控制系统设计,各单元IO规划,仓储单元仓储单元需要对外输出料仓的状态（红灯或绿灯）以及气缸动作（伸出或缩回），这即是仓储单元的输出信号；对料仓是否有料以及气缸是否推出到位，需要通过外部传感器来检知，这即是仓储单元的输入信号。同理，其他单元的输入输出信号分析也是如此。,4,知识拓展,FOUR,除了任务中介绍的关键部件选型，自主查找资料，了解如电源、空开、线缆、气泵、滚珠丝杠等一般部件的选型步骤。下表提供了部分选型参数，仅供参考。,安徽职业技术学院,