一、项目背景

桁架机械手的桁架包括若干龙门结构的支撑部，在支撑部上设有用于安装机械手的横梁。桁架式机械手一般为XYZ三自由度机械手，包括安装于横梁上的水平运动组件、垂直安装于水平运动组件上的竖直运动组件，垂直运动组件的底部连接有三爪夹持器，常用于机加工中的上下料。

如图所示，车床进行棒料加工，桁架机械手为车床上下料。一般而言，正向面对桁架机械手，左右为X轴，左负右正；前后为Y轴，前正后负；上下为Z轴，上正下负。有些设备XYZ轴和正负向有特殊定义，需根据实际情况考虑。

车床加工

核心工位

二、动作工艺流程

桁架机械手的工艺流程包括：

桁架上料——顶料挡板将工件从左侧料盘中推送到取放料位；

桁架取放料——机械手抓取待加工工件，将已完成加工工件放到右侧料盘中；

车床上下料——先将已完成加工工件取出，再将待加工工件放入；

1.桁架上料

将未加工工件通过气缸机构，推放到指定位置，方便机械夹爪取料。工艺流程：

a.判断“到料检测”是否有信号，如果有信号，则有工件在待夹取位，进入操作2；

b.如果“到料检测”没有信号，则顶料气缸先下降，等待一定时间，顶料气缸再上升，推到顶后，棒料沿滑台落到取料位；

中操作完成后，等待一定时间，判断是否有“到料检测”信号；如果有该信号，则进入操作2；如果一定时间内没有该信号，输出报警信号（上料超时）；

2.桁架取/放料

a.机械手运动到放料位，下料气缸松开，将加工完成的工件放入滑台中；

b.机械手松开上料气缸，运动到取料位，夹取棒料；

c.机械手抓取棒料，Z轴上升到等待位置；

d.控制旋转气缸输出，将下料夹爪与车床Z轴保持一致；

轴到等待位置；

3.车床上/下料

等待车床加工完成，桁架Z轴下降到下料位，下料夹爪闭合，夹取工件；旋转气缸旋转，将待加工工件放入车床卡盘中，固定完成后，夹爪松开。

a.程序等待加工完成信号，有完成信号时，Z轴向下到达下料位，下料气缸闭合，下料夹紧信号导通；

b.等待机床松开信号；松开信号到位后，X轴横向移动将棒料取出，Z轴上升到达待机位置；

c.关闭旋转气缸，将上料夹爪与车床Z轴保持一致；

轴向下移动，到达下料位；X轴横向移动将棒料放入；输出“上料到位”信号；

e.等待机床夹紧信号；机床夹紧信号到位后，松开上料夹爪，Z轴向上到达等待位置；X轴横向移动达到放料X位；

4.循环运行1、2、3步骤，循环上下料；

三、控制系统硬件组成

BH-M100编程操作界面

BH-M100控制器

伺服系统

总线IO扩展模块

IO信号命名

四、系统操作流程（手把手教）

使用配置软件进行系统轴和IO配置，以下两种方式可打开配置软件：

1.最小化JTControlUI，双击桌面图标BH_TOOL，打开配置软件；

操作界面功能介绍

配置伺服和IO模块从站：

1.有控制器和伺服驱动等：

a.控制器2网口，依次连接伺服驱动-伺服驱动-IO模块；

c.扫描到的伺服驱动和IO模块会显示在左侧“EtherCat主站”下；

d.如果连接有问题或设备不支持，会报错“scanerror”。

2.仅有控制器或虚拟电脑：

b.添加两个“TSV-HL-R10008”伺服驱动，添加“EC-DX32”IO模块；

配置工具界面

a.在右侧“常用配置”中设置轴编程名（操作界面显示轴名）、所属通道、通道轴号，这里将编程名依次修改为轴X、轴Z，通道轴改为“X”、“Z”，其他保持默认；

配置伺服轴

b.在右侧“高级配置”中设置参数，此处保持默认设置即可，后续在JTControlUI中进行修改；

4.定义外部输入输出（未定义的输入输出无法在JTControlUI中监控使用）：

a.信号名一列中选择对应的信号，当外部信号触发时，系统会进行相应操作；

b.如果外部IO信号为常闭状态(例如急停信号一般为常闭)，那么相应电平取反要设置为1。

五、手动调试

系统配置完成后，重启控制器程序，进行手动调试；

1.参数设置

根据设备的不同，系统的参数需要进行修改，主要包括：

a.轴类型（参数设置完成需复位生效）

常用类型为1-移动轴、3-旋转轴、5-传送带轴：

移动轴：轴在一定范围内做直线往返运动；

旋转轴：轴做0-360度旋转运动；

传送带轴：和旋转轴类似，但最大坐标范围由参数ID10040“传送带周长”决定；

此处桁架机械手的轴X和轴Y符合移动轴设置；

置完成需复位生效）

分子分母计算

c.外部脉冲当量分子分母（参数设置完成需复位生效）

d.编码器位置偏移（参数设置完成需复位生效）

设置完齿轮比后，设备的机床坐标会发生变化，需要重设“编码器位置偏移”来校正零点。编码器位置偏移是设置电机编码器零点与机械手零点之间的偏移，确定机械手运动轴的机床零点。

一般而言选择机床上特殊参照位置设定为机床零点，方便后续机器拷贝程序时设定零点，同时在机床位置丢失重新校准后，程序使用的位置数据不需要较大修改即可使用。

编码器位置偏移计算方法：

当前机床坐标为x，当前编码器位置偏移为f；

实际的编码器偏移f’为：f’=f+x；

例：在“监控-坐标监控-机械坐标”一列找到轴X当前机床坐标，为-35.230，将此处定为“工艺流程-2桁架取/放料”时X零点位置；当前编码器偏移为234.597,；则实际编码器偏移为234.597+(-35.230)=199.367

有一个简单的方式设置编码器位置偏移（设备需移动到机械零点位置）：

将当前编码器位置偏移设置为0，复位生效；

在监控-坐标监控中查看当前机床坐标，将当前机床坐标重新写入编码器位置偏移参数中，复位生效，当前机床坐标重置为0；

e.正/负软极限位置（参数设置完成需复位生效）

在设置完“编码器位置偏移”和“齿轮比分子分母”后，设置机床的正负软极限位，防止机床超出运行范围发生撞机。

将机床移动到正向极限的位置，再负向运行5mm左右，记录当前机床坐标，作为正向极限位置；

将机床移动到负向极限的位置，再正向运行5mm左右，记录当前机床坐标，作为负向极限位置；

正/负软极限位置设置之后复位生效；

2.点动运行

点动运行用来测试轴运行情况、机械是否正常等，和参数设置同步进行，需要测试内容：

a.点动测试

点动运行时，观察机械运行是否正常；如运行时有卡顿或报警可检查机械是否卡死或抱闸是否松开；电机如果有异响，可能是伺服参数不匹配，调整伺服增益参数（PA5、PA6、PA9）；

点动测试

b.寸动测试

寸动主要是测试系统运行距离和实际运行距离是否匹配，测试步骤：

速度设置为“低速”，步进值设置为100mm；

寸动测试

c.回零测试

回零测试

回零参数

d.手动速度测试

回零时所有轴使用统一回零速度，通过通道参数2103进行修改，修改后立刻生效；

手动速度测试

3.寄存器监控

在寄存器监控界面，对寄存器进行监控及手动输出测试，在自动运行前，需保证所有输入输出信号能够正常操作。

监控

监控“IO输入X”的状态，依次验证所有的输入信号X是否正常；

输出

c.软急停测试

软急停测试

自动运行

通过操作软件新建、调试、编辑程序：

新建工程文件

编程界面

3.编辑程序

a.程序结构

程序在初始运行时做初始化处理，如运行到安全位置，复位数据和信号等；初始化完成后循环运行桁架上料、取放料、车床上下料等工艺流程，配合车床循环加工。

程序界面

行1-7，程序主体，主体程序为首行到第一个“程序结束”；

行1，调用子程序1，执行桁架初始化；

行2和行6，跳转标志和绝对跳转，实现程序主体的循环运行；

行3、4、5，调用子程序5、10、15，显示桁架上料和取放料、车床上下料工艺；

b.初始化处理

初始化时需要处理的内容包括：

取料和放料夹爪松开；

桁架先Z轴到达安全位置，在将X轴运行到取料位置；

旋转气缸复位；

Z轴达到放料位置；

气缸由于没有到位信号，需加入延时等待气缸动作完成；

程序界面

c.桁架上料

判断到料检测是否有信号，如果有则上料完成；

如果到料检测没有信号，使用顶料气缸顶料；

顶料动作后，如果一定时间内未收到到料检测信号，则认为上料失败，系统报警，程序停止；

注：M口输出指令会输出M信号，将该M信警在PLC中关联，详细添加步骤在“PLC程序”章节中；

d.桁架取放料

Z轴到达放料位置，放料和取料夹爪松开，延时等待放料完成；

Z轴到达取料位置，取料夹爪取料，延时等待夹取完成；

Z轴上提到安全位置；

输出旋转气缸，调换放料和取料夹爪；

X轴到达上下料位置；

e.车床上下料

等待车床加工完成，Z轴下降，使用下料夹爪抓取；

抓取后等待车床将工件松开，X轴负向移动将工件从车床卡盘中取出，然后Z轴上升到安全位置；

旋转气缸复位，将上料夹爪旋转与Z轴重合；移动Z轴下降到上料高度，X轴正向移动将棒料放入车床卡盘；

等待接受到车床夹紧信号后，夹爪松开，Z轴上升到安全高度，X轴返回取放料位置；

f.变量

5.运行

a.切换到“自动”界面，进行自动运行操作；

c.单步调试完成后，再切换为“连续”模式，进行循环加工；

PLC程序

修改PLC程序，将系统配置中配置的M代码“上料超时”和系统报警进行关联，通过JTControlUI-监控-寄存器，查看上料超时功能码为；

在JTControlUI-信息-用户报警界面中可自定义用户报警，~共32个用户报警，选择任一将其定警；

1.查看M代码寄存器

警，将定义为“上料超时”，修改其报警级别及报警内容；

3.双击桌面图标BH_PLC，打开PLC编辑器（以下简称Plced）：

4.下载程序；

5.修改PLC程序；

a.找到“END1”程序段，可在起始行与“END1”之间加入报警程序，响应较快；对响应要求不高的PLC可加在“END1”和“END2”之间；

行7，当为ON时，输出报警；当为OFF时，关闭报警；

行8，的意思是“正在复位”，复位过程中清除信号；

6.上传程序；

b.使用配置软件软重启控制器，plc程序修改生效；

7.实时监控：

8.添加PLC程序

在PLC中增加系统模式运行状态程序段，方便组态屏显示。

a.增加系统运行模式程序

将自动、点动、寸动、回零、连续、单步状态和中间R寄存器关联，方便组态屏读取。

将自动状态与关联；

将点动状态与关联；

将寸动状态与关联；

将回零状态与关联；

将单步/连续状态与、关联；

b.增加系统运行状态程序

将运行状态和关联；

将暂停状态和关联；

MODBUS

M100常与组态屏搭配使用，因此M100内部有modbus模块，提供对内部数据的修改和监控，本项目配备的为威纶通组态屏，组态程序如下：

1.新建组态程序

b.组态屏选择完成后，会自动进入“系统参数设置”界面，新增控制器设备。

设备类型选择MODBUSTCP/IP，IP设置为192.168.1.17；

注：下载地址;typeid=89）

2.组态屏编程

一般而言，组态屏界面要包含以下几部分内容：

自动运行，自动运行程序进行加工；

手动运行，对设备进行调试；

参数，设置系统参数，包括通道参数、轴参数等；

变量，加工程序使用的工艺数据，不同设备可以微调工艺参数进行适配；

IO监控，对输入输出等信号进行监控；

坐标监控，监控轴坐标和电机状态；

通过EBPro的“检视-窗口列表”进行窗口的新增与删除：

3.自动运行

自动运行界面主要是对坐标的显示、程序的自动运行操作。

a.位状态设置按钮

b.位状态监控指示灯

c.数据显示

d.窗口切换

4.手动

5.参数管理

6.变量

7.IO监控

8.坐标监控