本書以一種模塊化機器人為載體，介紹常見機器人的傳動部件組成及電機選型，并按項目化的方式，分別講述s7-200,PEC6000控制器的編程環境及簡單編程，基于總線的主從通訊方式實現，基于PEC6000的步進及伺服控制方式，基于總線方式的單軸電機位置控制，基于主從方式的單軸的復位、示教、再現與編程等，到最后的6軸模塊機器人的復位、示教、再現的編程實現。
前 言
當今，工業機器人成為國家重點發展對象之一，工業機器人主要有機械本體、執行驅動、傳感檢測和控制器四部分組成，是一種仿人操作、自動控制、可重復編程、能在三維空間完成各種作業的機電一體化自動化生產設備，特別適合多品種、變批量的柔性生產。另外，隨著工業4.0時代的到來，機器人在應用上不是孤立的，其必須跟其它自動化設備組網在一起。本書圍繞模塊化6自由度機器人，介紹了模塊化機器人各關節傳動系統的機械結構組成，執行驅動及傳感系統的組成，以及從簡單到復雜的機器人控制編程方法。另外，本設備基于Modbus工業總線采用1個主控PLC加2個從控PLC方式，形成一個簡單的工控網。使得通過本書的學習還能掌握Modbus總線工業組網及通信的開發方法。
本書共分為五個部分：模塊化機器人的認識部分、模塊化機器人的機械傳動系統部分、模塊化機器人計算機控制基礎部分、模塊化機器人的執行驅動技術部分和模塊化機器人的編程實現部分組成。
在模塊化機器人的認識部分，重點介紹了模塊化機器人的本體組成，模塊化機器人的傳感器系統、模塊化機器人的電氣系統組成及電氣控制的原理圖，還有基于不同控制平臺的模塊化機器人操作的方法。
在模塊化機器人的機械傳動系統部分，重點介紹了模塊化機器人各個不同的關節模塊用到的傳動機構及其傳動的特征，并在配套的教學資源中給出了各個模塊機械結構組裝的工藝和過程。接著介紹了機械傳動系統的分析計算的方法，在此基礎上，進一步介紹了模塊化機器人的電機選型應用的方法。
在模塊化機器人計算機控制基礎部分，介紹了模塊化機器人計算機控制的方式，介紹了模塊化機器人主控制器S7200 PLC 和從控制器的PEC6000 PLC的應用開發方法，并介紹了Modbus總線協議及組網方法，在此基礎上通過實訓項目來認識單主單從的通信及單主多從的通信編程實現。
在模塊化機器人的執行驅動部分，介紹了工業上常見的電機的工作特點及驅動方法，并通過簡單到復雜的實訓項目依次實現了基于PEC 6000的電機控制編程、基于主從控制方式的電機位置控制編程、基于主從控制方式的電機復位編程、基于主從控制方式的示教編程、基于主從控制方式再現編程。從而實現了單軸的復位、示教及再現控制編程。
在模塊化機器人的編程實現部分，先實現2軸的復位、示教及再現控制編程，再實現4軸的復位、示教及再現編程，在此基礎上完成6軸的模塊化機器人的復位、示教及再現控制編程。最后基于這種控制方式，可以比較容易的擴展到目前工業生產線上簡單機械手的上下料等的編程控制。
本書具有以下的特點：
實用性強：本書是校企合作開發教材。在機械上，江蘇匯博機器人根據工業機器人常見的傳動機構設計了機器人本體，并提供機器人的裝配過程及相關資料。在控制上，采用工業上常用的PLC控制、Modbus總線、運動控制卡等能夠直接面對工業上的實際應用需求。
內容豐富：以模塊化機器人為分析實例，比較全面地講述了機器人的機械本體、執行機構、傳感器、計算機控制的編程開發方法。
做學結合：本書的實訓項目穿插每個章節，并且都提供有對應的項目單，通過從簡單到復雜，由局部到整體的實訓項目，便于教師在課堂上按照做中學，學中做的方式開展教學。
本書以大量的實例為載體，并給出了機械示意圖、電氣接線圖、控制程序編程思路、控制源程序等，使讀者通過本書的學習，可以盡快的掌握基于PTP機器人控制方式的原理和編程，并可以很快的擴展到其它相關的工業應用領域。
本書由深圳職業技術學院機電學院的王文斌和江蘇匯博機器人技術股份有限公司的王振華負責編寫并統編全稿，本書在編寫過程中得到江蘇匯博機器人技術股份有限公司的大力支持，同時參加編寫及項目開發及程序調試工作的還有陳偉、劉立斌、楊清義、于百領等。在此一并表示感謝。
由于時間倉促，書中難免有遺漏和不足之處，懇請廣大讀者批評指正。
目 錄
模塊1 模塊化機器人的認識1
1.1 任務1模塊化機器人的系統組成認識1
1.1.1 模塊化機器人的本體構成介紹1
1.1.2 模塊化機器人的傳感器系統組成2
1.1.3 模塊化機器人的電氣控制系統6
1.2 任務2模塊化機器人的操作認識13
1.3 任務3機器人的發展應用現狀與本門課程的技能訓練認識17
模塊2 模塊化機器人的機械傳動系統20
2.1 任務1模塊化機器人機械傳動系統的組成20
2.1.1 同步帶傳動20
2.1.2 蝸輪蝸桿傳動24
2.1.3 齒輪傳動26
2.1.4 諧波齒輪傳動28
2.1.5 行星齒輪傳動32
2.1.6 支撐部件35
2.2 任務2常見伺服系統的機械傳動傳動特性的認識38
2.2.1 轉動慣量38
2.2.2 慣量匹配原則44
2.3 任務3伺服電機選型的方法認識45
2.4 任務4一維工作平臺電機的伺服電機選型計算46
2.5 任務5模塊化機器人機械傳動系統步進電機初步選型實例50
模塊3 模塊化機器人計算機控制基礎53
3.1 任務1模塊化機器人計算機控制系統的認識53
3.1.1 計算機控制的方式53
3.1.2 模塊化機器人計算機控制的方式56
3.2 任務2模塊化機器人控制系統的硬件認識58
3.2.1 西門子20058
3.2.2 PEC6000運動控制器59
3.2.3 運動控制卡69
3.3 任務3模塊化機器人控制系統的軟件及簡單編程72
3.3.1 S7-200 PLC編輯環境介紹、新建項目及編程示例72
3.3.2 簡單PEC6000 PLC編程81
3.4 任務4模塊化機器人控制系統的總線接口及通信編程97
3.4.1 現場總線的認識97
3.4.2 串口通信的基本概念98
3.4.3 ModBus通信協議的認識100
3.4.4 以S7-200為主從的ModBus通信及實例分析103
3.4.5 單主S7-200單從PEC6000的ModBus通信編程實現111
3.4.6 一主多從ModBus通信編程實現122
模塊4 模塊化機器人的執行驅動技術131
4.1 任務1執行驅動技術的認知131
4.1.1 執行元件的特點及類型131
4.1.2 機電控制系統對執行元件的要求133
4.2 任務2步進電機控制基礎認識134
4.2.1 步進電機工作過程134
4.2.2 步進電機的特點136
4.2.3 步進控制系統的驅動方式137
4.2.4 步進電機的運行特性與選擇140
4.2.5 基于PEC6000的電機運動控制指令142
4.2.6 基于PEC6000PLC的步進電機的簡單控制編程146
4.2.7 基于ModBus的主從控制方式驅動步進電機正反轉147
4.3 任務3直流伺服電機控制基礎認識154
4.3.1 直流電機154
4.3.2 直流伺服電機調速155
4.4 任務4交流伺服電機控制基礎認識158
4.4.1 交流電機158
4.4.2 異步電機158
4.4.3 同步電機160
4.4.4 交流伺服電機161
4.4.5 Panasonic A5伺服驅動器參數設定162
4.4.6 PEC6000讀寫軸位置控制指令167
4.4.7 通過200PLC和PEC6000 PLC1驅動伺服電機170
4.5 任務5單軸復位控制176
4.5.1 第1軸復位程序及實現181
4.5.2 采用主程序與子程序模塊實現復位188
4.6 任務6單軸示教控制191
4.7 任務7單軸再現控制208
模塊5 模塊化機器人的編程實現221
5.1 任務1PEC6000 PLC2二軸的復位、示教及再現編程221
5.2 任務2PEC6000 PLC1四軸的復位、示教及再現編程230
5.3 任務3模塊化機器人的復位、示教及再現編程242
參考文獻247
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