工业机器人电气控制设计及实例

工业机器人在汽车、物流、医疗、航空航天、铁路交通等行业得到了广泛应用。在数控机床上下料的应用中，桁架机器人作为一种典型的工业机器人，在应用布局、人机管理、效率、成本等方面均比关节机器人有优势。许多企业应用桁架机器人与数控机床的组合，终形成自动化生产线，实现加工过程的自动化、少人化，乃至无人化。 
目前国内外的桁架机器人控制系统解决方案主要有基于数控系统的方案、基于PLC控制的方案、基于运动控制卡的方案、基于桁架机器人控制器的方案等。高档桁架机器人大多采用基于数控系统的方案。 
本书以某商用车发动机缸体线5坐标桁架机器人为例，从控制系统硬件设备与选型、硬件连接与设定、PMC编程、上下料自动控制硬软件设计等多方面，系统、全面地介绍了FANUC数控系统在桁架机器人控制中的设计应用。此书适合有一定数控基础知识的机器人电气设计、安装调试、维修保全工程师以及对FANUC数控系统和机器人电气控制设计开发感兴趣的学生和教师阅读。 
全书共分5章。第1章从工业机器人分类、桁架机器人典型控制系统、桁架机器人FANUC数控系统解决方案等方面，简单介绍了工业机器人电气控制的基本概况；第2章从CNC总体结构入手，详细介绍了数控装置、交流伺服电机、伺服放大器、I/O模块、手持操作单元等用于桁架机器人的各种硬件规格与选型；第3章从CNC总体连接入手，详细介绍了桁架机器人控制系统电源连接、伺服连接及设定、I/O模块连接及设定等内容；第4章重点介绍了桁架机器人控制常用PMC编程指令的格式和编程举例，涵盖了基本指令、定时器指令、计数器指令、数据传送指令、比较指令、位操作指令、代码转换指令、运算指令、程序控制指令、信息显示指令、外部数据输入指令、CNC窗口指令、位置信号指令等，以及PMC参数的设定与操作；第5章根据PMC编程指令和CNC接口信号，结合数控宏程序，从桁架机器人运行准备、方式选择、手动进给、M功能、半自动运行、全自动运行等方面，通过具体工程案例，详实介绍了桁架机器人电气控制设计方法和技巧。附录中分别按功能顺序和地址顺序列出了0i-F系统接口信号，以及它们在FANUC 0i-F系统功能连接手册中的章节号，以方便读者索引。 
由于作者水平有限，书中难免有不少不足和疏漏，恳请广大读者批评指正。 

作者 

本书通过实例讲解，详细介绍了工业机器人电气控制设计方法。首先介绍了工业机器人电气控制设计概论，包括工业机器人的分类、桁架机器人典型控制系统及数控系统解决方案等概况；其次具体地讲解了工业机器人控制系统硬件设备与选型、硬件连接与设定；然后介绍了PMC程序编程基础；后通过实际案例，详细讲解数控桁架机器人的电气控制设计。 本书内容贴近工程实际，选取实例典型，可供工业机器人、自动化、数控技术等方面的从业人员阅读，也可供大专院校机械、自动化、智能制造等专业师生学习参考。

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第1章工业机器人电气控制设计概论1 
1.1工业机器人的分类1 
1.1.1串联机器人1 
1.1.2并联机器人4 
1.2桁架机器人典型控制系统4 
1.2.1基于PLC控制的解决方案4 
1.2.2基于运动控制卡的解决方案5 
1.2.3基于桁架机器人控制器的解决方案6 
1.2.4基于数控系统的解决方案7 
1.3桁架机器人FANUC数控系统解决方案8 
1.3.1双通道系统解决方案8 
1.3.2基于LOADER轴的解决方案9 
1.3.3基于PMC轴的解决方案9 
1.3.4基于I/O Link轴的解决方案9 
1.3.5独立CNC解决方案10 
1.4某商用车发动机缸体线桁架机器人基本概况11 

第2章数控桁架机器人控制系统的硬件设备与选型13 
2.1CNC的总体结构13 
2.2FANUC-0i-F系列数控装置15 
2.2.1FANUC-0i-F系列数控装置硬件组成15 
2.2.2FANUC-0i-F数控装置软件功能选项17 
2.3交流伺服电机18 
2.3.1永磁交流同步伺服电机αi系列18 
2.3.2永磁交流同步伺服电机βi系列21 
2.3.3FANUC脉冲编码器23 
2.4伺服放大器24 
2.4.1伺服放大器αiSV-B系列24 
2.4.2伺服放大器βiSV-B系列28 
2.5I/O模块29 
2.5.1分线盘I/O模块29 
2.5.2操作面板用I/O模块和电柜用I/O模块35 
2.5.3电柜用I/O单元38 
2.5.4I/O Model-A40 
2.6手持操作单元44 
2.6.1手持操作单元HMOP44 
2.6.2手持操作单元iPendant47 
2.7缸体线数控桁架机器人控制系统硬件选型50 
2.7.1数控装置选型50 
2.7.2I/O模块选型50 
2.7.3交流伺服电机选型51 
2.7.4伺服放大器选型54 
2.7.5手持操作单元iPendant选型54 

第3章数控桁架机器人控制系统的硬件连接与设定56 
3.1CNC总体连接56 
3.2电源连接58 
3.2.1数控装置电源的连接58 
3.2.2伺服系统电源的连接58 
3.3伺服连接及设定61 
3.3.1FSSB伺服总线的连接61 
3.3.2伺服放大器的连接61 
3.3.3FSSB伺服总线设定62 
3.3.4伺服参数的基本设定66 
3.4I/O模块的连接及设定71 
3.4.1PMC与I/O模块的通信与连接71 
3.4.2I/O接口电路74 
3.4.3I/O Link地址设定75 
3.4.4I/O Link i地址设定81 
3.4.5固定地址分配85 
3.5缸体线数控桁架机器人控制系统硬件连接与设定85 
3.5.1总体连接85 
3.5.2电源回路连接86 
3.5.3伺服总线连接与设定88 
3.5.4I/O Link总线连接与地址分配90 
3.5.5坐标轴伺服参数设定与调整92 

第4章PMC程序编程基础94 
4.1FANUC-0i-F数控系统PMC规格94 
4.2PMC程序的结构95 
4.2.1程序分级95 
4.2.2子程序编程96 
4.2.3PMC程序运行的特点96 
4.2.4PMC地址96 
4.2.5PMC上处理的数据形式98 
4.3PMC基本指令100 
4.3.1基本指令100 
4.3.2扩展基本指令103 
4.4PMC功能指令106 
4.4.1定时器指令106 
4.4.2计数器指令108 
4.4.3数据传送指令111 
4.4.4比较指令118 
4.4.5位操作指令122 
4.4.6代码转换指令126 
4.4.7运算指令131 
4.4.8程序控制指令135 
4.4.9信息显示指令138 
4.4.10外部数据输入指令140 
4.4.11CNC窗口指令141 
4.4.12位置信号指令143 
4.5PMC参数的设定与操作144 
4.5.1PMC参数的输入方法144 
4.5.2定时器时间设定144 
4.5.3计数器值设定145 
4.5.4保持型继电器设定145 
4.5.5数据表设定146 
4.5.6PMC参数文件格式147 

第5章缸体线数控桁架机器人电气控制设计149 
5.1数控桁架机器人运行准备149 
5.1.1运行准备相关接口信号及参数149 
5.1.2运行准备PMC程序设计151 
5.2数控桁架机器人方式选择152 
5.2.1方式选择相关接口信号152 
5.2.2方式选择PMC程序设计153 
5.3数控桁架机器人手动进给控制设计157 
5.3.1软位置开关设计157 
5.3.2坐标轴互锁设计160 
5.3.3手轮进给相关接口信号及参数164 
5.3.4坐标轴手轮进给程序设计165 
5.3.5JOG进给相关接口信号及参数169 
5.3.6坐标轴JOG进给程序设计170 
5.4数控桁架机器人M功能设计173 
5.4.1数控桁架机器人M功能定义173 
5.4.2数控桁架机器人手爪动作M功能互锁设计174 
5.4.3数控桁架机器人手爪动作M功能设计175 
5.4.4数控桁架机器人安全检查M功能设计179 
5.4.5数控桁架机器人信号交互M功能设计181 
5.4.6数控桁架机器人M功能结束信号处理185 
5.5数控桁架机器人半自动运行控制设计186 
5.5.1数控桁架机器人半自动宏程序设计186 
5.5.2宏程序编辑、检索、运行等相关接口信号及参数205 
5.5.3数控桁架机器人半自动运行PMC程序设计209 
5.6数控桁架机器人全自动运行控制设计226 
5.6.1缸体加工中心全自动运行宏程序设计226 
5.6.2缸体加工中心全自动运行PMC程序设计228 
5.6.3数控桁架机器人全自动运行宏程序设计230 
5.6.4数控桁架机器人全自动运行PMC程序设计233 

附录242 
附录10i-F按地址顺序的CNC接口信号一览表（G信号）242 
附录20i-F按地址顺序的CNC接口信号一览表（F信号）249 

参考文献257

本书通过实例讲解，详细介绍了工业机器人电气控制设计方法。首先介绍了工业机器人电气控制设计概论，包括工业机器人的分类、桁架机器人典型控制系统及数控系统解决方案等概况；其次具体地讲解了工业机器人控制系统硬件设备与选型、硬件连接与设定；然后介绍了PMC程序编程基础；后通过实际案例，详细讲解数控桁架机器人的电气控制设计。 本书内容贴近工程实际，选取实例典型，可供工业机器人、自动化、数控技术等方面的从业人员阅读，也可供大专院校机械、自动化、智能制造等专业师生学习参考。

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