工業(yè)機器人工作站

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1、,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 工業(yè)機器人 第三節(jié) 工裝夾具與變位機 第四節(jié) 工作站的氣控系統(tǒng) 第五節(jié) 工作站的電氣控制原理 第六節(jié) 工業(yè)機器人示教,,,,第五章 工業(yè)機器人工作站,第五章 工業(yè)機器人工作站,,工業(yè)機器人工作站：進行簡單作業(yè)，且使用一臺或兩 臺機器人的生產(chǎn)體系。 工業(yè)機器人生產(chǎn)線：進行工序內(nèi)容多的復(fù)雜作業(yè)，使 用了兩臺以上機器人的生產(chǎn)體系。,,第一節(jié)概述 以一個摩托車車架焊接 工作站為例 一、焊接對象 由十個散件焊接成 摩托車車架,,,圖5-2 車架焊縫標識圖,,二、工作站的劃分 劃分結(jié)果： 主管焊 第一工作站

2、 預(yù)點焊 第二工作站 完成焊 車架焊 第三工作站 預(yù)點焊 第四工作站 完成焊 僅介紹第一工作站,,,圖5-4 摩托車車架焊接生產(chǎn)線總體布局圖,,,組成： 機器人；機器人控制系統(tǒng)；變位機；夾具體；未端執(zhí) 行器；電焊機；輔助裝置； 氣動系統(tǒng)等。 1. 機器人 選型因素：驅(qū)動方式 傳動形式 自由度數(shù) 結(jié) 構(gòu) 可搬重量 工作空間 按具體作業(yè)要求選 本例選垂直關(guān)節(jié)型六自由 度機器人。,三、工作站布局及組成,,,,,2. 變位機（專門設(shè)計） 運動數(shù)：決定于工件位置變化要求 傳動類型：電動（普通、伺服）、氣動、液動 取決于工件精度，作業(yè)精度、運動件大小 及

3、與機器人協(xié)調(diào)要求。 結(jié)構(gòu)形式：與工作站布局，用戶要求、物流路線、生產(chǎn)綱領(lǐng)、工件重量、占地空間等。 外部軸數(shù)：控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)運動有關(guān)。 3.未端執(zhí)行器（手爪）（專門設(shè)計） 根據(jù)工件特點，作業(yè)要求及設(shè)計 焊槍： 送絲機經(jīng)送絲管送焊絲 焊絲正極、工件負極 絲周圍惰性保護氣體 冷卻水冷卻焊絲管、咀。 4.其它 1）夾具體；2） 電焊機系統(tǒng)；3）輔助裝置；4）安全裝置,可稱萬能工具 （搬運、裝配、弧焊、點焊、切割、研磨、噴涂等）,一、技術(shù)參數(shù)（見表51） 主要參數(shù)： 可搬重量 工作空間 重復(fù)定位精度 各軸最大旋轉(zhuǎn)角度 各軸最大旋轉(zhuǎn)速度 各軸許用扭轉(zhuǎn)力矩 選型相關(guān)因素： 未端執(zhí)行器重量 工件大小 作業(yè)條

4、件 工作站布局,第二節(jié) 工業(yè)機器人,,,,選型與其他設(shè)計： 布局設(shè)計 未端執(zhí)行器設(shè)計 夾具體設(shè)計 變位機設(shè)計 本例選：MK6SB型 選擇可搬重量因素： 末端執(zhí)行器凈重 末端執(zhí)行器重心偏移 機器人最大速度及慣性 選擇工作空間因素： 滿足作業(yè)范圍要求 工件置于機器人的最佳作業(yè)位置,,,,,,二、機器人的傳動與結(jié)構(gòu) 傳動示意： S 軸：D1R1 腰旋轉(zhuǎn) 340 L 軸：D2R2 下臂擺 240 U 軸：D3R3 上臂擺 270 R 軸：D4R4 上臂轉(zhuǎn)360 B 軸：D5R5 手腕擺270 T 軸：D6R6 手腕轉(zhuǎn)4

5、00,基點P： R、B、T軸中心線之交點P 減速器： R1，R2，R3RV擺線針輪減速器 R4，R6諧波減速器 R5扁平型諧波減速器,形成機器人工作 空間,,,,,傳動示意,工作空間,,,,,,圖5-9 六自由度機器人的傳動和外觀圖,,,,圖5-10 機器人P點的工作空間示意圖,,,,,1.諧波減速器 （1）基本構(gòu)件 內(nèi)齒剛輪+ 外齒柔輪+ 波發(fā)生器 （2）傳動關(guān)系 柔輪Zg<剛輪Zb 波發(fā)生器長軸處,柔、剛輪齒嚙合 短軸處 ，柔、剛輪齒脫開嚙合 柔輪齒圈任一點徑向 位移呈近似于余弦波 形變化 波發(fā)生器一周柔 輪反向轉(zhuǎn)Z/Zg 周,,,,,,,,

6、(3) 扁平型諧波減速器 實質(zhì)： 兩級傳動（共用柔輪、波發(fā)生器） 傳動比： 第一級 Zb1,Zg1 ； 第二級 Zb2,Zg2 取 Zg1=Zg2=Zb2 i = - (Zb1-Zg1)/Zg 特點： 大大縮短減速器軸向長度 （4）優(yōu)點： 傳動比大； 傳動平穩(wěn)、效率高 齒面磨損小、均勻； 精度高、回差?。? 實現(xiàn)同軸傳動。,2.RV擺線針輪減速器 由一級行星輪系再串聯(lián)一級擺線針輪減速器而成 傳動原理： 一個輸入軸齒輪帶動周向分布的行星輪，與行星輪聯(lián)接的偏心 軸帶動兩個徑向?qū)χ玫腞V擺線齒輪，在內(nèi)齒為園柱銷的固定殼體 上滾動，其上的非圓柱銷軸帶動盤式輸出軸轉(zhuǎn)動。 傳動比：

7、 式中： Z1小齒輪 Z2行星輪 Z3擺線輪 Z4殼體 特點： 比諧波傳動速比大 剛性大，GD2小 同軸傳動 結(jié)構(gòu)緊湊 、效率高,,,,,,,,,,,,,,3.S軸結(jié)構(gòu) 電機減速器安裝在機器人底座內(nèi)部 電機與減速器殼連成一體，并與轉(zhuǎn)動體連接。 減速器輸出盤與底座連接 當電機轉(zhuǎn)動，由于輸出盤不動，迫使電機減速器帶動轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)動。 旋轉(zhuǎn)體與固定底座間用推力向心交叉短園柱滾子軸承。 兩個極限開關(guān)及死擋鐵限制其極限位置。,,,,,,,4.L軸和U軸結(jié)構(gòu) 圖左側(cè)為L軸電動機 機器人下臂下端左側(cè)與減速器輸出盤連接 右側(cè)固連的小軸通過軸承支承在U軸連桿內(nèi) 減速器裝在旋轉(zhuǎn)體上 極限位置安裝極限擋塊

8、 圖右側(cè)為U軸電動機 減速器輸出轉(zhuǎn)盤與連桿連接 下臂、上臂、拉桿和連桿構(gòu)成平行四邊形機構(gòu) 鉸鏈中用園錐滾子軸承 用悶蓋調(diào)整軸承間隙、并密封,,,,5.R軸結(jié)構(gòu) 上臂前段用兩圓錐滾子軸承支承于后段內(nèi)； 電機及減速器裝于后段內(nèi)，輸出轉(zhuǎn)盤與上臂前段連接； 調(diào)節(jié)螺母用來調(diào)整軸承間隙。,,,,6.B軸和T軸結(jié)構(gòu) B軸：T軸電機裝于上臂前段內(nèi)部 手腕用一對園錐滾子軸承支承在上臂前部 B軸電機錐齒輪同步齒形帶諧波減速器手腕 錐齒輪軸和B軸由向心球軸承支承 T軸： T軸電機錐齒輪同步齒形帶錐齒輪諧波減速器手腕 手腕軸由一對園錐滾子軸承支承在手腕體內(nèi) 手腕法蘭連接未端執(zhí)行器,,第三節(jié) 工裝夾具與

9、變位機 工裝夾具使工件準確地重復(fù)定位 變位機具有較高的重復(fù)定位精度 一、工裝夾具 本例采用圖524的夾具體形式，便于預(yù)置散件。又便于整體取 出工件。,,,,預(yù)置散件順序： 放入1、4件 1件：V平塊定位，彈簧確定周向位置 4件：UV型定位 放入2件 由1、4件及手動活塞頂塊定位 放入6 導(dǎo)缸前端磁鐵及手動導(dǎo)桿定位 放入5件 下端平臺及4件定位 夾緊順序： 1下端定位缸動作 1上端導(dǎo)桿定位缸夾緊 4 尾部定位缸夾緊 4二個旋轉(zhuǎn)夾緊缸夾緊 其余氣缸動作夾緊,,,,,二、工件位置變換機 用途：變換工件位置，使機器人焊槍位置最佳和避免焊 槍與工件及夾

10、具干涉。 1.基本要求： 工件處于最佳位置； 滿足所有作業(yè)位置要求；（特例人工處理） 較高重復(fù)定位精度； 縮短機器人等待時間； 足夠強度和剛度； 導(dǎo)線及氣管不纏繞； 電源負極盡量靠近工件； 振動大時，機器人與變位機底座連體。,,,,2.結(jié)構(gòu) 本例結(jié)構(gòu)，三軸雙支點型。 （1）總體 H型支架在轉(zhuǎn)臺上 可旋 轉(zhuǎn)180，人機換位。 兩套雙支點支承兩套夾 具體。 H 型支架下方四個定 位氣缸支承定位。,,,（2）轉(zhuǎn)臺 交流伺服電機經(jīng)減 速器和一對外齒輪 帶動H型支架轉(zhuǎn)動。 0、180位設(shè)兩 套位置開關(guān)，超限 開關(guān)和死擋塊。 導(dǎo)線及氣管經(jīng)轉(zhuǎn)軸 中心孔引至H支架 處。 底座內(nèi)裝柔性鏈式 管

11、路保護套。,,,,（3）雙支點系統(tǒng) 夾具體裝在主、被動側(cè)接手上； 主動側(cè)交流伺服電機經(jīng)RV減速器驅(qū)動夾具體； 主動側(cè)極限位裝死擋鐵； 被動側(cè)軸中空，壓力氣體經(jīng)活接頭引入； 電源負極在彈簧作用下，從軸頸引入； 轉(zhuǎn)軸前端裝導(dǎo)線收集盤； 被動側(cè)裝兩個極限開關(guān)。,,第四節(jié) 工作站的氣控系統(tǒng) 氣控工作原理 : 變位機定位鎖緊回路 手控閥 三聯(lián)件 A夾具板氣體匯流板 B夾具板氣體匯流板 手控閥關(guān)閉便于維修； 三聯(lián)件：濾除雜質(zhì)、水分、調(diào)定壓力、形成潤滑油霧，其中壓力繼電器監(jiān)測系統(tǒng)壓力； 四定位缸由一個換向閥控制； 兩個主管夾

12、緊可同時動作，用一個換向閥； 安裝主彎管和角筋散件需手動送入，其閥中位機能可使兩腔同時通大氣； 后四缸可同時動作，共用一閥； 各缸均用出口節(jié)流型調(diào)速閥； 各缸均用裝在缸筒外表面的磁性開關(guān)檢位。 多采用軟管及快插接頭； 導(dǎo)線、管路及元件需保護。,,氣控原理圖,,,,圖5-28 機器人工作站氣動原理圖,,,,第五節(jié) 工作站的電氣控制原理 用機器人控制柜為主控裝置，利用機器人控制程 序 對工作站進行控制。 PLC控制與機器人控制協(xié)調(diào)控制。 一、信號分析 每一運動自身位置的信號（起始點），可形成映象（I） SP：接近開關(guān) 輸入信號 SA：手動

13、開關(guān) 每一個運動的驅(qū)動指令及顯示（Q） 與機器人通訊 輸出信號 經(jīng)中間繼電器作用于驅(qū)動元件,直接控制：,并行控制：,,二、電氣控制原理 機器人控制柜：控制機器人的各軸及外部軸，并經(jīng)端子與其他設(shè) 備通信。 電氣控制柜：控制除機器人控制內(nèi)容之 外的其他對象，并協(xié)調(diào)工作站工作。 1. 主電路分析 合上工作站開關(guān)：電源指示燈 HL3 亮； 電氣柜風扇 M1 工作。 SA2、SA3控制兩個照明燈。 SA1經(jīng)KM使其他設(shè)備帶電。 220V： 供PLC電源 變壓整流直流24V輸入、輸出模塊 110V供電磁鐵用電（經(jīng)中間繼電器控制）

14、380V： 機器人控制柜 電焊機,,,,,圖5-29,,,,2.PLC與機器人通信 兩控制系統(tǒng)建立聯(lián)系：將本系統(tǒng)狀 態(tài)通知對方，掌握他系統(tǒng)狀態(tài)。 Qi Xi PC通知機器人 Yi Ii 機器人通知PC 3.PLC的外部接線 圖531輸入信號接線圖 Yi 機器人信號 SP4SP11 變位機、夾具板接近 開關(guān) SP12SP23 SP30SP47 SA5，SA6 雙手起動按鈕 SA10SA19 手動三位選擇開關(guān) （自復(fù)位） 圖532輸出信號接線圖 Xi PC系統(tǒng)送機器人信號 AAAV中間繼電器觸點,A、B夾具板各氣

15、缸 磁性開關(guān),,,,圖5-30,,外部接線圖,,,,,,,圖5-32 PLC輸出信號外部接線圖,圖5-31 PLC輸入信號外部接線圖,,,三、PLC控制程序 手動調(diào)整程序 自動循環(huán)程序 故障檢測程序 復(fù)位程序 主程序 程序思路： 雙手按下啟動按鈕I6.6和I6.7接通A板或B板氣缸依次夾緊 夾具板裝料完畢（Q0.4機器人）預(yù)約 由夾具板翻轉(zhuǎn)次數(shù)信號變位機松開轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動Q0.7轉(zhuǎn)臺定位 待卸板氣缸打開后，取出已焊工件。,,,,,,,,,,,第六節(jié) 工業(yè)機器人示教 示教是一種特殊的程序編制過程 一、示教方式 1. 直接對實機示教 使用示教盒或?qū)б咽?示教盒 用示教盒按動軸操作鍵，到達所需

16、位置后記錄一個示教點數(shù)據(jù)，同時形成一條運動指令。逐點示教之后，便構(gòu)成作業(yè)程序的動作部分，最后加入相應(yīng)的輔助作業(yè)命令（如起?。?。 導(dǎo)引把手 導(dǎo)引把手使未端執(zhí)行器動作，記錄一連貫動作數(shù)據(jù)，就構(gòu)成了作業(yè)程序。 特點： 可靠 效果好 占用實機生產(chǎn)時間 操作時安全性差,,,,,2. 間接對實機示教（離線示教或離線編程） 實質(zhì)： 用CAD或仿真手段在圖形模擬環(huán)境中示教，生成程序后傳給實機。在普通微機或工程師工作站上進行。 特點： 不多占用實機生產(chǎn)時間 但需較強的軟件支持 二、主程序和子程序 主程序：管理所有作業(yè)程序的程序。 主程序可以使機器人擁有多種作業(yè)程序、一經(jīng)條件確認，便執(zhí)行相應(yīng)程序。執(zhí)行后返回主程序。 主、子程序關(guān)系 見圖533。 無通用的機器人編程語言。,,