工业机器人工作站系统与应用版课件第3章.ppt

1、章节目录章节目录3.1.1搬运、码垛工业机器人工作站概述搬运、码垛工业机器人工作站概述3.1.2搬运、码垛工业机器人工作站构成及技术标准搬运、码垛工业机器人工作站构成及技术标准搬运码垛机器人工作站概述搬运码垛机器人工作站概述3.13.2.1RB08机器人的安装与调试机器人的安装与调试3.2.2搬运、码垛机器人工作站的应用与操作搬运、码垛机器人工作站的应用与操作搬运、码垛机器人工作站的安装与调试搬运、码垛机器人工作站的安装与调试3.23.3.1项目概述项目概述3.3.2工艺方案工艺方案3.3.3加工单元标准配置及性能简述加工单元标准配置及性能简述管状横梁机器人焊接工作站系统的应用实例管状横梁机器

2、人焊接工作站系统的应用实例3.3第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统3.3.4加工单元流程及节拍估算加工单元流程及节拍估算学习目标学习目标 了解什么是搬运码了解什么是搬运码垛机器人工作站垛机器人工作站 熟悉搬运码垛机器熟悉搬运码垛机器人工作站组成人工作站组成 掌握搬运码垛机器掌握搬运码垛机器人工作站安装与调人工作站安装与调试试能力目标知识目标第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统3.1.1 搬运码垛机器人工作站概述搬运码垛机器人工作站具有如下优点：1、搬运效率高，全天候不间断作业，比人工搬运效率高得多；2、结构简单，故障率低，易于保养及

3、维修；3、可以设置在狭窄的空间，场地使用效率高，应用灵活；4、全部操作可在控制柜屏幕上手触式完成，操作非常简单；5、一台搬运机器人可以同时处理最多6条生产线的不同产品，节省了企业成本。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统3.1 搬运、码垛工业机器人工作站搬运、码垛工业机器人工作站1、应有物品的传送装置，其形式要根据物品的特点选用或设计；2、可使物品准确地定位，以便于机器人抓取；3、多数情况下没有码垛的托板，或机动或自动地交换托板，有些物品在传送过程中还要经整理装置整形，以此保证码垛质量；4、要根据被拿物品设计专用末端执行器；应选用适合于码垛作业的机器人；有时还设置

4、有空托板库。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统搬运码垛机器人工作站一般具有如下几个特点：搬运码垛机器人工作站一般具有如下几个特点：史丹复合肥搬运码垛机器人第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统3.1.2 搬运码垛机器人工作站构成及技术标准搬运码垛机器人工作站构成及技术标准搬运码垛机器人工作站由机器人、机器人末端执行器、工夹具和变位器、架座等几部分组成.搬运工作站机器人的确定，从下面几个方面着手：1、确定机器人的持置能力 机器人手腕所能抓取的质量是机器人一个重要核能指标，习惯上称为机器人的可搬质量，这一可搬质量的作用线垂直于地面（机器人

5、基准面）并通过机器人腕点P。一般说来，同一系列的机器人，其可搬质量越大，它的外形尺寸、手腕基点（P）的工作空间、自身质量以及所消耗的功率也就越大。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统一、搬运、码垛机器人一、搬运、码垛机器人 2.确定机器人的工作空间 机器人的手腕基点P的动作范围就是机器人的名义工作空间。它是机器人的另一个重要性能指标。在搬运工作站的设计中，首先根据质量大小和作业要求，初步设计或选用末端执行器，然后通过作图找出作业范围，只有作业范围完全落在所选机器人的P点工作空间之内，该机器人才能满足作业的范围要求。否则就要更换机器人型号，直到满足作业范围要求为止。

6、3.确定机器人的自由度 机器人在持重和工作空间上满足对机器人工作站或生产线的功能要求之后，还要分析它是否可以在作业范围内满足作业的姿态要求。如图3-7a所示的简单堆垛作业，作为末端执行器的夹爪，只需绕垂直轴的1个旋转自由度，再加上机器人本体的3个圆柱坐标自由度，3个自由度的圆柱坐标机器人即可满足要求。若用垂直关节式机器，由于上臂常向下倾斜，又需手腕摆动的自由度，故需5个自由度垂直关节机器人。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统二、机器人工作站末端执行器二、机器人工作站末端执行器机器人末端执行器（又称为工具）是安装在机器人手腕上进行预定作业的一套独立的装置，它是机器

7、人工作站的核心部件。机器人工作站末端执行器的分类方法很多，按照操作要求可以分成搬运类、加工类和测量类等。搬运类末端执行器是指各种夹持装置,用来抓取或吸附被搬运的物体。它的用途广泛、结构各异。多数需要进行专门设计。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统1.机器人工作站末端执行器基本要求二、机器人工作站末端执行器二、机器人工作站末端执行器2.机器人工作站末端执行器的种类 机器人末端执行器种类繁多、形状各异。这里我们按照结构把它分成以下3类：机构型末端执行器，吸附型末端执行器和专用型末端执行器。（1）机构型末端执行器 包括楔块、杠杆、连杆、齿轮齿条和钢丝柔性链等基本机构，

8、配以气动、液动或电动驱动元件，组成各种机械夹持器，即机器人工具。它抓取物体所需要的手指夹紧力N，是根据被夹持物体的质量Q及被夹持物体与手指接触面间的摩擦系数f来确定的。夹紧力N在两指接触面上所产生的摩擦力的和要大于被夹持物体的重力Q，即要满足：第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统（2）吸附型末端执行器 吸附型末端执行器又称作吸附工具或吸盘。有气吸式和磁吸式两种。利用吸盘内的负压将工件吸住并搬运的叫做气吸式吸附手。利用电磁吸盘的磁力将工件吸住并搬运的叫做磁吸式吸附手。气吸式吸附手是由吸盘、吸盘架及气路

9、系统组成，可用于吸附较为平整光滑、不漏气的各种板材、箱体和薄壁零件，如玻璃、陶瓷、搪瓷制品、钢板和包装纸箱等制品。气吸式吸盘是用橡胶或塑料制成的，它的边缘要很柔软，以保持紧密贴附在被吸附物体表面而形成密封的内腔。当吸盘内抽成负压时，吸盘外部的大气压力将吸盘紧紧地压在被吸物体上。吸盘的吸力是由吸盘皮碗的内、外压差造成的，吸盘的吸力F（单位为N）可按下式求得：式中 P0大气压力，单位为N/cm2；K1安全系数，一般取1.22；P内腔压力，单位为N/cm2；K2工作情况系数，一般取13；S吸盘负压腔在工件表面上的吸附面积，单位为cm2；K3姿态系数：当吸附表面处于水平位置时，取1；当吸附表面处于垂直

10、位置时，取1/f，f为吸盘与被吸物体的摩擦因数。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统 吸盘内腔负压产生的方法有3种：C、气流负压式 如图3-3c所示，控制阀将来自气泵的压缩空气接通至喷嘴，压缩空气通过喷嘴形成高速射流，吸盘腔内的空气被带走，在吸盘内腔形成负压，吸盘吸住物体。当控制阀切断通往喷嘴的压缩空气，并使吸盘内腔与大气相通，吸盘便失去吸力，与工件分离。B、真空泵排气式 如图3-3b所示，当控制阀将吸盘与真空泵相连通时，真空泵将盘内空气抽出，形成吸盘内腔负压，吸盘吸住物体。当控制阀将吸盘与大气连通时，吸盘失去吸力，被吸附的物体靠自重脱离吸盘。A、挤压排气法 如图

11、3-3a所示，靠外力将吸盘皮腕压向被吸物体表面，吸盘内腔空气被挤压出去，形成吸盘内腔负压，从而吸住物体。这种方式所形成的吸力不大，而且也不可靠，但结构简单、成本低。a-挤压排气式 b-真空排气式 c-气流负压式1-吸盘；2-压盖；3-吸盘架；3-工件；图3-3 吸盘内腔负压产生方法第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统 磁吸式吸附手是用接通或切断电磁铁电流的方法来吸、放具有磁性的物体。磁吸式吸附手所用电磁铁，有交流电磁铁与直流电磁铁两种。交流电磁铁吸力波动，有振动和噪声，且有涡流损耗。直流电磁铁吸力稳定，无噪声和涡流损耗，但需要整流电源。磁吸式电磁吸盘的形状、尺寸及

12、电磁参数，要根据被吸物的形状、尺寸及质量来确定，所带电磁吸力F的计算公式如下：式中 G被吸物体重量，单位为N；K1吸合系数。K1=Sm/S，Sm为铁心面积，S为电磁铁吸合面积；n电磁吸盘数量；K2安全系数，一般取1.53；K3工作情况系数 ,其中 为姿态系数，取15，当被吸表面处于水平位置时取小值；当被吸表面处于垂直位置时取大值。为动态系数，a为吸盘运动加速度，g为重力加速度。电磁吸盘能给出的吸力 按下式计算：一般应满足：式中 B空气中的磁感强度，单位为Wb/cm2；漏磁系数，取1.33，气隙大时，取小值。Sm铁心面积。（3）专用型末端执行器 专用型末端执行器是用于特殊作业场合，针对特殊工件而

13、专门设计的末端执行器，它在整个机器人应用领域中占有相当的比例。在许多新开发的领域内，简单地使用上面所讲的机构型末端执行器或吸附型末端执行器大都不能适用，必须根据工件类型、作业要求开发研究新的专用末端执行器，作业难度较大时，还要做大量的模拟试验，反复修改设计，最后确定其具体结构形式。随着机器人技术在各个领域内的不断渗透，必将会提出各种各样专用型末端执行器的新课题。由于机器人应用范围之广，作业形式千差万别，几乎很难提出一种规定的设计思想，也没有统一的设计方法可循。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统3.2.3 工夹具及变位机 夹具和变位机是固定作业对象并改变其相对于机

14、器人的位置和姿态的设备，它可在机器人规定的工作空间相灵活度条件下获得高质量的作业。本例的夹具和变位机由转台、两套旋转机及夹具体组成，如图3.11所示。转台和旋转机均由交流伺服电机通过减速器驱动，既可使夹具体在任意位置停留实现间断定位。又可与机器人协调运动，完成复杂运动。夹具体是由手气动夹具组成的。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统3.2 搬运、码垛机器人工作站的安装与调试搬运、码垛机器人工作站的安装与调试 1、工件位置变换机的基本要求 不同应用场合的工件干差万别，相应的夹具体也是各种各样的。工件位置变换机（简称变位机）要适应工件与夹具体以及作业的要求，这里我们把

15、不同形式的变位机综合起来，般地论述对它的基本要求。1）变位机要能把工件变换到最佳位置，以保证机器人工具处于最合理的工作状态。2）变位机要尽可能地满足所有作业位置的变换要求。对于确实难于实现的位置或加工死区，可由人工处理或在下一工作站中通过转变装夹设法解决。3）变位机要具有较高的重复定位精度，保证工件加工的一致性和稳定的加工质量。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统 4）变位机要尽可能地缩短机器人的等待时间通过两工位或多工位的构造形式，将人工处理时间与机器人的工作时间重叠起来，缩短加工周期，提高生产率。5）变位机要有足够的强度和刚度，足以抵抗正常外力，使综合变形量不

16、影响机器人的正常作业和工件的质量。6）变位机运转时必须解决电气导线和气路软管的破坏性缠绕问题，设置必要的引线和进气装置，保护导线相管路不受损坏。7）对于振动性较大的作业，变位机应与机器人本体通过底座等结构件连成一体，保证机器人与变位机的相对位置精度。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统3.2.4 机器人工作站架座机器人工作站架座 机器人必须牢固地安装在架座上，架座必须具有足够的刚性。不同的作业对象，架座可是标准正立交撑座，也可是加高支撑座、侧支座或倒挂支座。不同架座可改变机器人的运动方位，便于完成不同位置的作业。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机

17、器人工作站系统第三节 搬运码垛机器人工作站作业控制及运行安全3.3.1 示教 示教是一种特殊的程序编制过程。进行示教时要考虑工业机器人的结构、工件的形状、重量、材质相加工工艺以及周边设备等情况。在编制用户作业程序时，除了动作命令之外，还要正确地加进与作业有关的命令和文件。示教之后要先试运行，并不断修正轨迹和姿势，以使作业状况最佳，从而得到理想的作业效果并形成员终的作业运行程序。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统1、示教方式 直接对实机进行示教的方式。这是在有工业机器人的生产系统中，操作者通过人机接口，在实际的作业环境里，对实际的工件进行直观的实机示教。人机接口是

18、示教编程器(示教盒)或导引把手。操作者使用示教编程器，按动轴操作健，使备轴分别动作，形成点示教之后，就构成了作业程序的动作部分。操作者使用导引把手进行所谓的“手把手”示教就是操作者握住装在工业机器人葡锗的导引把手使机体动作。记录了组连贯的动作就形成了作业程序的动作部分。有了动作部分，再加入作业部分等就成为完整的用户程序。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统 2、控制点及修正 工业机器人必须装上末端执行器（工具）才能实施作业。各种工具的功能不同，外形尺寸不同，对工件进行加工时的作业点也就各不相同。所以，在装好工具后，要用一组数据来 确定工具作业点与工业机器人之间的相

19、对关系。这样，工具作业点就能以数据的形式参与运动控制，实现其所需的位姿要求。工具作业点也是运动控制的对象点控制点。前面曾经提到在刃焊应用中将焊枪送出的焊丝尖端点视为控制点正是基于这种考虑。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统3、作业原点 作业原点也叫待机位姿，是工业机器人及所装的工具在动作范围内的特定位姿。这一位姿为任何用户程序再现运行时的开始位姿和结束值姿，并且，作为待机位姿、这一位姿应设定在不影响工件进出或变位的安全位姿。这样，在改换工件或作业程序时就不会出现不必要的动作及其引起的干涉或碰撞。设置作业原点，如同示教一个位姿。每一作业程序最先出现的运动命令和员后

20、出现的运动命令都以作业原点为示教位姿。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统 4、坐标系的选择 以工业机器人原点为基准的关节坐标PTP或机座直角坐标CP中进行控制点移动的。除了这两种坐标系之外，还有多种坐标系.第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统 5、作业条件 工业机器人在实际应用中，要得到好的作业效果。必须考虑很多与作业有关的因素。如工件本身的形状、质量、材质、工件的定位精度、加工速度的快慢等，在焊接时还有电压或电流的大小。有一部分因素可以编入用户作业程序里，称为作业条件。我们用作业命令及附加的变量或文件来决定。而另一些因素则要在构筑

21、系统时考虑对策，或者在使用中监督管理。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统6、主程序和子程序 工业机器人可以按同一工艺对各种工件实施不同的作业，即不同的作业程序都驻留在工业机器人控制系统的存贮区。再现时，经过确认工件种类，选择并执行与该工件对应的作业程序。要编制一个管理所有作业程序的程序，我们称之为主程序。生产运行时，主程序根据预定的选择或条件，自动转向相应的作业程序。该作业程序执行完了又返回到主程序。主程序循环等待下一次的选择或条件。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统3.3.2机器人运行与外设控制1、工业机器人的控制系统与外界的联

22、系 在应用中，工业机器人必须联络其他各种设备、装量的有关信息，通过程序的处理与协调，才随实现自动运转。因此工业机器人除具有基本的示教再现的功能之外，与外界的联系就成为应用中的关键问题。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统1）与生产系统对应 在生产系统中，工业机器人是下位设备，由上位控制装置发出各种指令工业机器人则向上位控制装置反馈各种信息。上位控制装量多为可编程控制器也有用计算机或工程师工作站经通讯网络与工业机器人联系。2）与作业用途对应 当工业机器入用于不同工艺作业时，其作业设备也不同。例如焊接作业要用焊机，工业机器人婴能与不同用途的作业设备联系，发出开关量或模

23、拟量的指令，收取反绩信息，保证可靠的作业。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统 3）与周边设备对应 对于工装卡具、变位机、移送装置等周边设备或数控机床、加工中心等加工设备都必须进行倍息交换，用以协调互锁、确保加工作业的正常顺序，使工业机场人及备设备安全地运转。4）与传感器或其他装置对应 某些传感展的信息必须直接送至工业机器人的控制系统。例如用于修正轨迹的传感器或装置，只有直接联系才能取得好的效果。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统 为了完成给定的作业，必须处理好工业机器人控制系统与工件和周边设备的关系必须安排好操作运行的手段和方法必

24、须实现与其他相关控制装置的联络通讯。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统2、应用工程的实施方法3.3.3搬运机器人工作站的制造与试运行 1、制作准备 制作难备包括制作估价，拟定事后服务及保证1f项，答定制造合同，选定培训人员及实施培训等内容。2、制作与采购 此项任务包括设计加工零件的制造工艺、零件加工采购标准件，捡查机器人性能，采购件的验收检查以及故障处理等内容。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统 3、安装与试运转 此项任务包括安装总体设备试运转检查，试运转调整，连续运转，实施预期的机器人系统的工作循环、生产试车、维护维修培训等内容

25、。4、连续运转 连续运转包括按规划中的要求进行系统的连续运转和记录，发现和解决异常问题，实地改造接受用卢检查，写以验收总结报告等内容。5、交付使用 交付使用后为达到和保持预期的性能和目标，对系统进行维护和改进，并进行综合评价第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统3.3.4检查、检测、控制及安全 检查和监视系统对于某些工作站来说是非常必要的，特别是用于生产线的工作站。比如工作对象是否到位，有无质量事故，各种设备是否正常运转，都需要配置检查和监视系统。般说 最多的是PLC系统，该系统既能管理本站有序的正常工作，又能和上级管理计算机相联，向它提供各种信息，比如产品计数等等

26、。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统 根据“工业机器人安全规范”国家标准，在作安全防护方面，应遵循以下两条原则：1、自动操作期间安全防护空间内无人；2、当安全防护空间内有人进行示教、程序验证等工作时，应消除危险或至少降低危险。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统第四节 搬运码垛机器人工作站实例3.4.1工件分析 工件是盛装精米的袋物，置量为5kg和10kg的两个种类，其外形尺寸见表3.7所示。米袋由机器人码放在托板上，托板的尺寸及外形如图3.27所示。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统3.4.2 工作

27、站总体布局 制米工厂的生产流程如图3.29所示。经脱粒筛选后的精米送入精米储藏罐，由提升机将米输入自动计量包装机，分装成5kg或10kg的米袋，传送带把米袋送入机器人码垛工作站，成垛的托板用叉车送入自动立体仓库内，需出厂的产品再用叉车搬进装车车间运出。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统3.4.3 部件及组成设备 1、高速码垛机器人 这种作业的机器人可以选用6自由度垂直多关节型机器人，但最常使用的还是为码垛专门开发的3自由度水平多关节型机器人。这种机器人的特点就是运行速度快，如不考虑末端执行器的动作时间它具有每小时1100袋的码垛能力，本例实测结果为每小时码放80

28、0-850袋。对于码放低的箱体，采用真空吸盘抓取方式，它具有每小时码放900箱的工作能力。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统2、机器人的末端执行器 米袋是软包装产品，在作业过程中容易撕裂、破损和变形，搬运时易产生米袋位置的变化。这种工件不宜采用真空吸盘，为此专门研制了机构型末端执行器，如图3.32a所示。它由两部分组成，即滚轮叉形爪和定位爪。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统 3、整形传送带 整形传送带如图3.33所示，封闭型传送带经张猩装置随力，与摩擦轮、张紧轮和托轮间产生较大的摩擦力，电机经减速器和链传动驱动传送带运动。米袋在

29、传送带上停留的位置由光传感器检测。两套整压装置进行一次和二次整压。该传送带每小时可输送900个米袋。整形后的米袋送入定位传送带。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统4、定位传送带 定位传送带实际上有3种功能：第一是一套独立夏动的传送辊接收由整形传送带送来的米袋，如图3.34所示。电机经减速器和链传动带动本传送带的固定于机架上的辊子旋转，直到将米袋送到最终位置。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统 第二是用于定位的挡板，在整形传送带侧挡板的配合下，使米袋能相对准确地定位，这是使得机器人能按要求抓取米袋，提高码垛质量最基本的条件之一。第三

30、升降装量将米袋托起，使米袋下表面与传送带水平面间形成若干个凹形空隙，以便滚轮叉形爪能顺利插入，当夹牢米袋后，升降装置回位。第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统第三章第三章 搬运、码垛机器人工作站系统搬运、码垛机器人工作站系统思考与练习思考与练习3-1.简述搬运、码垛机器人工作站优点。简述搬运、码垛机器人工作站优点。3-2.码垛机器人与搬运机器人的异同点有哪些？码垛机器人与搬运机器人的异同点有哪些？3-3.简述搬运、码垛机器人工作站的特点。简述搬运、码垛机器人工作站的特点。3-4.简述搬运、码垛机器人工作站的组成。简述搬运、码垛机器人工作站的组成。3-5.简述机器人末端执行器基本要求。简述机器人末端执行器基本要求。3-6.吸附型末端执行器有哪几种？吸附型末端执行器有哪几种？3-7.简述搬运、码垛简述搬运、码垛部件及组成设备？部件及组成设备？3-8.编写机器人平移指令注意事项？编写机器人平移指令注意事项？3-9.如何安装、调试气动末端执行器？如何安装、调试气动末端执行器？3-10.安装、调试搬运、码垛机器人工作站安装、调试搬运、码垛机器人工作站安全操作注意事项有哪些？安全操作注意事项有哪些？3-11.在编写程序时，安全操作注意事项有哪些？在编写程序时，安全操作注意事项有哪些？