概述

近年来工业机器人应用普遍，可以代替工厂普工完成简单的搬运、装配，分拣等工作。笔者给厂里的众为兴机械臂编写了该程序，用以完成取料、搬运、装配、抛废料等功能。

这种4轴机械臂大概是这样。。。笔者使用Solidworks2018 SP5建模，并使用Solidworks Visualize 2018开启GPU加速，渲染出图。

方案原理

西门子PLC S7-200SMART支持ModbusTCP协议，也可以接线控制机械臂。但ST20点位不足，ST60价格与S7-1200接近，性价比不高。买回来的机械臂用驱控一体机带动，支持IO接线、ModbusRTU（RS485接线）、ModbusTCP（占用502端口且只支持同网段）、标准TCP/IP 等多种通讯方式。故控制系统选用威纶通HMI 充当上位机，ST20充当中位机，驱控一体机充当下位机。
驱控一体机自带多个IO，可以直接带动24V电磁阀，自带双网口，支持5线程并发，从原理上讲，PLC完全是多余的，但由于种种不便公开的原因不得不用。

功能实现

通讯功能

选用ModbusTCP通讯，为了方便控制，使用单向方式，即PLC与驱控机的读写寄存器严格分开，不共用，防止出错。

机械臂编程

该机种采用ARStudio上位机软件编程，语法上与Lua脚本、嵌入式C语言很像，可以参照玩8051单片机、Arduino Mega2560的做法。

整体结构

定义变量，采用local关键字。
主函数function main中先执行初始化子函数init，再用while死循环重复执行Run子函数。
这种程序的本质是脚本，与人工按示教器的按钮来操机的做法、顺序都是一致的，纯面向过程。把子函数封装在run函数之后，可以调用子函数。

参考代码

--读取PLC输出状态(即机械臂输入状态)*********对应PLC地址VB100
local Command=publicread(0x00)
--[[
用该变量获取PLC输出状态
Command=0保留为空      Command=1回原点
Command=2去取料       Command=3去正扣位置
Command=4去反扣位置 Command=5去扣放
Command=6去正放位置 Command=7去反放位置
Command=8去NG抛料
]]--
--********************此处可定义其它动作**********************--********************此处可定义其它动作**********************local Flag_Get=publicread(0x02)      --传感器判断是否取到料
--[[
Flag_Get=0取料失败     Flag_Get=1取料成功]]----写入PLC输入状态（即机械臂输出状态）*******对应PLC地址VB200
local Flag_Out=0
local Address_Out=0x04
--[[
用publicwrite(Address_Out,Flag_Out)改写状态
Flag_Out=0保留为空         Flag_Out=1正在回原点
Flag_Out=2回原点完成            Flag_Out=3正在取料
Flag_Out=4取料成功且完成      Flag_Out=5正在去正扣位置
Flag_Out=6已到正扣位置       Flag_Out=7正在去反扣位置
Flag_Out=8已到反扣位置       Flag_Out=9正在扣盒
Flag_Out=10扣盒完成            Flag_Out=11取料失败且完成
Flag_Out=12正在去正放位置     Flag_Out=13已到正放位置
Flag_Out=14正在去反放位置     Flag_Out=15已到反放位置
Flag_Out=16正在去NG位置     Flag_Out=17已到NG位置
]]--
--********************此处可定义其它状态**********************--********************此处可定义其它状态**********************--*******************控制夹具***************************
local Flag_Tool=0
local Address_Tool=0x06
--[[
用publicwrite(Address_Tool,Flag_Tool)改写状态
--Flag_Tool=0关闭夹具          Flag_Tool=1打开夹具
]]----*******************控制小气缸*************************
local Flag_Needle=0
local Address_Needle=0x08
--[[
用publicwrite(Address_Needle,Flag_Needle)改写状态
--Flag_Needle=0关闭小气缸       Flag_Needle=1打开小气缸
]]----****************机器人点位***************************
local Pos_Ready=p1                         --等待点（取料点正上方）
local Pos_Get=p2                           --取料点
local Pos_Positive=p3                      --正扣上方点
local Pos_Negative=p4                      --反扣上方点
local Pos_Push_Positive=p5                 --正扣点
local Pos_Push_Negative=p6                 --反扣点
local Pos_Drop_Positive=p7                 --正放点
local Pos_Drop_Negative=p8                 --反放点
local Pos_NG=p9                                --NG点
--*******************此处可定义其它点*******************--*******************此处可定义其它点*******************--***************定义变量****************
local Spd_Init = 20                            --机器人初始化速率,范围 1~100（允许改动）
local Spd_Run = 20                         --机器人正式运行速率,范围 1~100（允许改动）--**************主程序入口***************
function main()Init()                                   --机器人初始化子函数--MotOn()                                    --机器人上电//调试用--Delay(500)                                --延时500ms确保上电成功print("电机已使能")print("机器人进入复位状态")--MovP(p1)       --///调试用，调试完成后删除print("初始化或复位完成")--MovP(p2)        --///调试用，调试完成后删除while true do                            --主程序需死循环方可连续运行，否则为单步运行Run()                             --机器人运动控制子函数end
endfunction Run()repeat                                 --防止跑飞Command=publicread(0x00)         --更新数值Delay(500)                            --允许改小以提升响应速度print("Command=",Command)until(Command==1 or Command==2 or  Command==3    or  Command==4    or  Command==5    or  Command==6    or  Command==7    or  Command==8) if ( Command == 1 ) then                --Command=1，回原点print("接收到回原点信号，开始回原点")Action_Home()--MovP(p1)                  --///调试用，调试完成后删除                         endif ( Command == 2 ) then               --Command=2，去取料print("接收到取料信号，开始取料")Action_Get()--MovP(p2)                 --///调试用，调试完成后删除--print("回p2完成")--Command=publicread(0x00)endif(  Command == 3 ) then               --Command=3,去正扣上方print("接收到去正扣上方信号，开始去正扣上方")MovP(p3)Action_Positive()endif( Command == 4 ) then                 --Command=4,去反扣上方MovP(p4)print("接收到去反扣上方信号，开始去反扣上方")Action_Negative()endif( Command == 5 ) then                 --Command=5.去扣盖print("接收到去扣盖信号，开始扣盖")Action_Push()endif( Command == 6 ) then                    --Command=6,去正放位置print("接收到去正放信号，开始去正放")Action_Drop_Positive()endif( Command == 7 ) then                    --Command=7,去反放位置print("接收到去反放信号，开始去反放")Action_Drop_Negative()endif( Command == 8 ) then                    --Command==8,去NG位置print("接收到去NG抛料信号，开始去抛料")Action_NG()end--********待补充的动作子函数置于此处即可调用*****开始区域--********待补充的动作子函数置于此处即可调用*****结束区域end--********下方为子函数的具体代码*********************function Init()                                --初始化及复位至等待位置--MotOn()                                  --机器人上电--Delay(500)                             --延时500ms确保上电成功print("电机已使能")print("机器人进入复位状态")sysrate(Spd_Init)                        --机器人速度设定到初始化速度print("初始化运行速度为",Spd_Init,"%")publicwrite(Address_Out,1)MovJ(J3,Pos_Ready.z)                 --将Z轴提升至和等待点相同的高度确保安全                                           print("Z轴已经移动到安全高度")if ( Flag_Get == 1 ) then               --判断机械手上是否有物料                           print("机械手检测到有料")Action_Clear()                       --有物料则执行清料子函数endMovP(Pos_Ready)                         --机器人移动到等待点                                         print("抛料完成，已回到等待位置")publicwrite(Address_Out,2)                --复位完毕,改写输出状态                                               print("机械手移动到等待位置，准备完毕")sysrate(Spd_Run)                       --机器人速度设定到运行速度print("运行速度已设定为",Spd_Run,"%")
endfunction Action_Clear()                      --清料子函数repeatCommand=publicread(0x00)Delay(50)print("Command=",Command)until (Command==3 or Command==4 or Command==6 or Command==7  or  Command==8)if(  Command == 3 ) then             --Command=3,去正扣上方print("接收到去正扣上方信号，开始去正扣上方")Action_Positive()print("准备正扣料")endif( Command == 4 ) then                 --Command=4,去反扣上方print("接收到去反扣上方信号，开始去反扣上方")Action_Negative()print("准备反扣料")endrepeatCommand=publicread(0x00)Delay(50)print("Command=",Command)until (Command == 5 or Command==6 or Command==7 or Command==8)if( Command == 5 ) then               --Command=5.去扣盒print("接收到去扣盒信号，开始扣盒")Action_Push()endrepeatCommand=publicread(0x00)Delay(50)print("Command=",Command)until    (Command==6 or Command==7   or Command==8)if( Command == 6 ) then                   --Command=6,去正放位置print("接收到去正放信号，开始去正放")Action_Drop_Positive()endif( Command == 7 ) then                    --Command=7,去反放位置print("接收到去反放信号，开始去反放")Action_Drop_Negative()endif( Command == 8 ) then                    --Command=8,去NG抛料Action_NG()print("已NG抛料，机械手已清除携带的物料")endendfunction Action_Get()                     --取料子函数publicwrite(Address_Out,3)MovP(Pos_Ready)Flag_Get=publicread(0x02)Delay(50)if(Flag_Get==0)    thenprint("传感器判断取料失败，开始取料")--Delay(5000)MovP(Pos_Get)waitrealpos()Action_ToolOpen()--publicwrite(Address_Needle,1)         --使用夹具Delay(500)--publicwrite(Address_Needle,0)MovP(Pos_Ready)                          --上升后判断受否成功Flag_Get=publicread(0x02)Delay(500)if( Flag_Get == 0 ) thenpublicwrite(Address_Out,11)print("传感器判断取料失败，返回到原点")--Delay(5000)--Pause()elsepublicwrite(Address_Out,4)print("传感器判断取料成功，返回到原点")Delay(5000)endelseif(Flag_Get==1)thenpublicwrite(Address_Out,4)Delay(50)    print("已有料，无需取料")endendfunction Action_Positive()                  --去正扣上方子函数publicwrite(Address_Out,5)MovP(Pos_Positive)waitrealpos()publicwrite(Address_Out,6)print("到达正扣上方")
endfunction Action_Negative()                   --去反扣上方子函数publicwrite(Address_Out,7)MovP(Pos_Negative)waitrealpos()publicwrite(Address_Out,8)print("到达反扣上方")
endfunction Action_Push()                       --压配子函数publicwrite(Address_Out,9)print("开始压配")MovJ(J3,Pos_Push_Positive.z)waitrealpos()Action_ToolClose()                     --松开夹具publicwrite(Address_Needle,1)         --顶出小气缸Delay(500)publicwrite(Address_Needle,0)          --收回小气缸Delay(500)Action_ToolOpen()                      --使用夹具Delay(500)MovJ(J3,Pos_Positive.z)publicwrite(Address_Out,10)print("已压配")--MovP(Pos_Ready)--waitrealpos()--print("已返回原点")
endfunction Action_ToolOpen()                   --打开夹具子函数publicwrite(Address_Tool,1)Delay(500)
endfunction Action_ToolClose()                  --关闭夹具子函数publicwrite(Address_Tool,0)Delay(500)
endfunction Action_Drop_Positive()              --去正放子函数publicwrite(Address_Out,12)Delay(20)print("开始去正放点")MovP(Pos_Drop_Positive)publicwrite(Address_Out,13)print("已到达正放点")Action_ToolClose()Action_Home()--publicwrite(Address_Out,1)--MovP(Pos_Ready)--publicwrite(Address_Out,2)
endfunction Action_Drop_Negative()              --去反放子函数publicwrite(Address_Out,14)Delay(20)print("开始去反放点")MovP(Pos_Drop_Negative)publicwrite(Address_Out,15)print("已到达反放点")Action_ToolClose()Action_Home()--publicwrite(Address_Out,1)--MovP(Pos_Ready)--publicwrite(Address_Out,2)
endfunction Action_Home()                       --回原点子函数publicwrite(Address_Out,1)Delay(20)--Init()MovP(Pos_Ready)                  --///调试用，调试完成后删除waitrealpos()    print("回p1完成")publicwrite(Address_Out,2)Delay(100)--Command=publicread(0x00)
endfunction Action_NG()publicwrite(Address_Out,16)Delay(20)MovP(Pos_NG)waitrealpos()print("到NG点完成")publicwrite(Address_Out,17)Delay(20)Action_ToolClose()print("NG抛料完成，准备返回原点")Delay(500)Action_Home()
end

要点

点位需事先手动示教，防止撞机。
初始化及调机时需把速度调低，防止撞机及撞伤人员。
嵌入式开发与普通软件开发不同，需人为控制某些参数，如：等待时间，扫描频率。等待时间过短，会导致来不及从SRAM与DRAM中读取数据，或由于交换机等网络设备的延时读取数据失败进而卡死在某个环节。死循环中，扫描频率过高，会吃干CPU性能，造成程序跑飞、难以调试、通讯资源被挤占导致通讯中断等问题，难以保证程序的实时性，且工业生产中容易造成事故。很多参数都需要以严谨的态度小心调试，程序开发中也要注意逻辑的严密性。即使上位机、中位机、下位机都写了互锁与连锁，机械臂的程序中也尽量写上互锁，功能也要多写一些备用，不怕一万就怕万一，力求避免可能发生的各种意外。

参考资料

众为兴参考资料

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