工業(yè)機(jī)器人工作站的集成設(shè)計

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1、編號 xxxxxxx 畢業(yè)論文 工業(yè)機(jī)器人工作站的集成設(shè)計 題目 --…工作站集成方案的設(shè)計 學(xué)生姓名 XXX 學(xué) 號 系 部 專 業(yè) 班 級 指導(dǎo)教師 XXXXX XXXXXXXXXX XXXX 4XXX XXXX XXX 顧問教師 二O—七年十月 摘要 摘要 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用越來越廣泛，而單一的工業(yè)機(jī)器人本體不能充 分發(fā)揮其協(xié)同作業(yè)的功用，為了解決這一問題，將ABB工業(yè)機(jī)器人本體與搬運 單元、碼垛單元、打磨拋光單元、繪畫單元以及安全單元等外圍設(shè)備進(jìn)行集成, 實現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人與周圍環(huán)境的信息交互。本論文設(shè)計內(nèi)容共六章，主要論述

2、 了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢、工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ)、工業(yè)機(jī)器人工作 站集成方案、工業(yè)機(jī)器人工作站集成安裝與維護(hù)以及工業(yè)機(jī)器人工作站的調(diào)試 過程。實踐表明：工業(yè)機(jī)器人工作站性能穩(wěn)定，工作良好。 關(guān)鍵詞：ABB工業(yè)機(jī)器人；集成；工作站；安裝與維護(hù)； I Abstiact Abstract Iiidustiial robot technology in domestic are getting more and more, and not a single body of iiidustiial robots and give fiill play to the coordin

3、ation function, in order to solve this problem, ABB industrial robot and handling unit, palletizing unit, polishing unit, painting unit and peripheral equipment such as integrated security unit, to acliieve the infonnation exchange industiy the robot and the enviromnent. This thesis includes six cha

4、pters, mainly discusses the cunent situation and development trend of industrial robot teclmology, robot technology, industrial robot workstation based integration scheme, integiated industrial robot workstation installation and maintenance and debugging process of industrial robot workstation. The

5、practice shows that the industiial robot workstation is stable and works well. Keyword: ABB; Integrate; Workstation； Installation and maintenance 目錄 目錄 摘要 I ABSTRACT II 第一章概述 1 1.1課題研究背景 1 1.2課題研究趨勢 2 1.3課題設(shè)計目的和意義 3 1.4工業(yè)機(jī)器人的行業(yè)應(yīng)用 4 第二章工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ) 9 2.1工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu) 9 2.2工業(yè)機(jī)器人的控制器及控制系統(tǒng) 11

6、 2.3工業(yè)機(jī)器人的示教器 11 2.4工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù) 12 2.4.1自由度 12 2.4.2分辨率 13 2.4.3分辨率 13 2.4.4作業(yè)范圍 13 2.4.5運動速度 13 2.4.6承載能力 13 2.5工業(yè)機(jī)器人的類型 14 2.5.1直角坐標(biāo)機(jī)器人 14 2.5.2柱面坐標(biāo)機(jī)器人 15 2.5.3極坐標(biāo)機(jī)器人 16 2.5.4多關(guān)節(jié)型機(jī)器人 17 2.6工業(yè)機(jī)器人的控制方式 18 2.7工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動方式 19 第三章工業(yè)機(jī)器人工作站集成方案設(shè)計 20 3.1工業(yè)機(jī)器人工作站總體方案 20 3.1.1工業(yè)機(jī)器人工作站 20 3.1.

7、2工業(yè)機(jī)器人工作站的技術(shù)參數(shù) 20 3.1.3工業(yè)機(jī)器人工作站集成材料 21 3.2工業(yè)機(jī)器人的本體 22 3.3工業(yè)機(jī)器人的控制柜 22 3.4工業(yè)機(jī)器人的示教器 23 3.5工業(yè)機(jī)器人的手爪 24 3.6工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)機(jī)構(gòu) 25 3.7工業(yè)機(jī)器人的安全單元 28 3.8工業(yè)機(jī)器人的電氣系統(tǒng) 28 3.9工業(yè)機(jī)器人的氣動系統(tǒng) 28 3.10工業(yè)機(jī)器人的工作臺 29 ni 目錄 第四章 工業(yè)機(jī)器人工作站集成安裝與維護(hù) 30 4.1工業(yè)機(jī)器人的搬運 30 4.2工業(yè)機(jī)器人的安裝 31 4.3工業(yè)機(jī)器人工作站電氣系統(tǒng)安裝 31 4.4工業(yè)機(jī)器人的工作站維

8、保 35 第五章工業(yè)機(jī)器人工作站的調(diào)試 37 5.1工業(yè)機(jī)器人調(diào)試說明 37 5.1.1 X作站開機(jī)說明 37 5.1.2工作站自動操作 37 5.2工業(yè)機(jī)器人調(diào)試說明 37 第六章總結(jié)與展望 42 6.1系統(tǒng)的先進(jìn)性 42 6.2系統(tǒng)的社會效益 42 6.3本人收益 43 致謝 45 參考文獻(xiàn) 46 # 第一章概述 第一章概述 1.1課題研究背景 其實在很早很早以前，就有類似機(jī)器人的機(jī)器出現(xiàn)，只不過不是以人的模樣 出現(xiàn)，所以就沒有所謂的機(jī)器人。比如：我國赫赫有名的木牛流馬：西周時期.我 國的能上巧匠偃師研制出了能歌善舞的水制伶人二這是史書~己載的我國最

9、早的 機(jī)器人。春秋后期.我H著名的水履魯班，曾制造過?只木鶯，豈能在空中， 三 日不下” 1800年前的議代.人科學(xué)家張衡不儀發(fā)明了地動儀，而且發(fā)明了計坐鼓 車：車行一里。乍卜水人擊鼓下，每行十里則擊鐘一下。三國時期，蜀國丞相渚 葛亮發(fā)明了 木牛流馬，并用它束運送乍糧.支援前方戰(zhàn)爭.還有就是自動 機(jī)：公元前2世紀(jì)亞圳山大時代的占希臘人發(fā)明丁最原始的機(jī)器人一一自動機(jī)。 大千世界，萬事萬物都遵循著從無到有、從低到高的發(fā)展規(guī)律，機(jī)器人也不 例外。早在三千多年前的西周時代，中國就出現(xiàn)了能歌善舞的木偶，稱為“倡者”， 這可能是世界上最早的“機(jī)器人”。然而真正的工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)并不久遠(yuǎn)，二 十世紀(jì)50、

10、60年代，隨著機(jī)構(gòu)理論和伺服理論的發(fā)展，機(jī)器人開始進(jìn)入了實用 化和工業(yè)化階段。20世紀(jì)70年代開始，世界各國開始把機(jī)器人作為工業(yè)領(lǐng)域的 研究重點。到目前為止，經(jīng)過50多年的發(fā)展，日本、美國、法國、徳國的工業(yè) 機(jī)器人產(chǎn)品己日趨成熱和完善，也相繼地形成了一批具有影響力的著名工業(yè)機(jī)器 人公司。比如瑞典的ABB Robotics,日本的發(fā)那科(FANUC)和安川電機(jī) (Yaskawa),徳國的庫卡 KUKA,美國的 Emerson Industrial Automation,意大 利的 C0MAU,英國的 AutoTech Robotics,加拿大的 Jed International Robotic

11、s, 以色列的Robogroup Tek公司等，這些公司己經(jīng)成為各自國家和當(dāng)?shù)氐闹е援a(chǎn) 業(yè)。 工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先 進(jìn)技術(shù)于一體的重要的現(xiàn)代制造業(yè)自動化裝備。在國外，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成 熟，己經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而得到工業(yè)界廣泛應(yīng)用，從而也形成了一批在國際上 較有影響力的、知名工業(yè)機(jī)器人公司。目前，國際上的工業(yè)機(jī)器人公司主要分為 日系和歐系。日系中主要有安川、0TC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn) 品。歐系中主要有徳國的KUKA、CL00S、瑞典的ABB、意大利的C0MAU及奧地利 的IGM公司。工業(yè)機(jī)器人已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)

12、、工廠自動化(FA)、計算機(jī) 集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動工具。據(jù)專家預(yù)測，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼車、計算機(jī)之后 出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。2002年至2004年，根據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員 會(UNECE)和國機(jī)器人聯(lián)合會(IFR)的統(tǒng)計，世界工業(yè)機(jī)器人市場前景看好，年增 長率平均在10%左右。2005年增長率達(dá)到創(chuàng)記錄的30%,其中亞洲工業(yè)機(jī)器人 增長幅度最為突出，高達(dá)45%。2007年，全球新安裝工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量將超過 十萬套。 中國的工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代，清華、哈工大、華中科大、沈陽 自動化研究所等一批科研院所最早開始了工業(yè)機(jī)器人的理論研究。80-90年代， 沈陽自動化研究所和

13、中國第一汽車制造集團(tuán)進(jìn)行了機(jī)器人的試制和初步應(yīng)用工 作。進(jìn)入21世紀(jì)以來，在國家政策的大力支持下，廣州數(shù)控、沈陽新松、安徽 奇瑞裝備、南京埃斯頓等一批優(yōu)秀的本土機(jī)器人公司開始涌現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人也開 始在中國形成了初步產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。目前，我國的科研人員己基本掌握了工業(yè)機(jī)器 人的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件技術(shù)、運動學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)， 也形成了機(jī)器人部分關(guān)鍵元器件的規(guī)?；a(chǎn)能力。一些公司開發(fā)出的噴漆、弧 焊、點焊、裝配、搬運等機(jī)器人己經(jīng)在多家企業(yè)的自動化生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用， 弧焊機(jī)器人也己廣泛應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。 總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用水平與國外相比還有一

14、定 的差距。如在可靠性方面低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人的工程應(yīng)用起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域 窄；生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，在市場占有量上也低于國外 優(yōu)秀機(jī)器人公司。主要原因在于國內(nèi)沒有形成大規(guī)模機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)有的機(jī)器人 生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計”，品種規(guī)格多、批量小、零 部件通用化程度低、供貨周期長、成本高，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切 需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、 模塊化設(shè)計，積極推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 1.2課題研究趨勢 工業(yè)機(jī)器人在許多生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實踐證明，它在提高生產(chǎn)自動化水平， 提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)

15、濟(jì)效益，改善工人勞動條件等方面，有著令 世人矚目的作用。在新的世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)必將得到更 加快速的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人將得到更加廣泛的應(yīng)用。 1?技術(shù)發(fā)展趨勢 在技術(shù)發(fā)展方面，工業(yè)機(jī)器人正向結(jié)構(gòu)輕量化、智能化、模塊化和系統(tǒng)化 的方向發(fā)展。未來主要的發(fā)展趨勢有： （1） 機(jī)器人結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化； （2） 控制技術(shù)的高性能化、網(wǎng)絡(luò)化； （3） 控制軟件架構(gòu)的開放化、高級語言化； （4） 伺服驅(qū)動技術(shù)的高集成度和一體化； （5） 多傳感器融合技術(shù)的集成化和智能化； （6） 人機(jī)交互界簡單化、協(xié)同化。 2. 應(yīng)用發(fā)展趨勢 自工業(yè)機(jī)器人誕生以來，汽車行業(yè)一直是其

16、應(yīng)用的主要場合。2014年北美 機(jī)器人工業(yè)協(xié)會在年度報告中指出，截止2013年底，汽車行業(yè)仍然是北美機(jī)器 人最大的應(yīng)用市場，但其在電子/電氣行業(yè)、金屬加工行業(yè)、化工行業(yè)、食品等 行業(yè)的出貨量卻增速迅猛。由此可見，未來工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用依托汽車產(chǎn)業(yè)， 并迅速向各行業(yè)延伸。對于機(jī)器人行業(yè)來講，這是一個非常積極的信號。 3. 產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會公布的數(shù)據(jù)顯示,2013年全球機(jī)器人裝機(jī)量達(dá)到17.9 萬臺，亞洲/澳洲占10萬臺，中國36560臺，整個行業(yè)產(chǎn)值300億美元。2014 年，全球機(jī)器人銷量22.5萬臺，亞洲的銷量占到2/3,中國市場的機(jī)器人銷量 近45500臺，增長35%。到

17、目前為止，全球的主要機(jī)器人市場集中在亞洲、澳 洲、歐洲、北美，其累計安裝量己超過200萬臺。相信在不久的將來，工業(yè)機(jī) 器人的時代將很快來臨，并將在智能制造領(lǐng)域掀起一場變革。 1.3課題設(shè)計目的和意義 工業(yè)機(jī)器人是綜合應(yīng)用計算機(jī)、自動控制、自動檢測及精密機(jī)械裝置等高 新技術(shù)產(chǎn)物，是技術(shù)密集度及自動化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。使 用工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)越性是顯而易見的，不僅精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。而且自動 化程度極高，可大大減輕工人的勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。特別值得一提的是, 工業(yè)機(jī)器人可完成一般人工操作難以完成的精密工作，如激光切割、精密裝配 等，因而工業(yè)機(jī)器人在自動化生產(chǎn)中的地位越來越重要

18、。工業(yè)機(jī)器人按照ISO 定義，是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自 動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動力和控制能力來實現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。 它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還 可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。 1?4工業(yè)機(jī)器人的行業(yè)應(yīng)用 工業(yè)機(jī)器人按作業(yè)任務(wù)的不同可以分為焊接、搬運、裝配、碼垛、涂裝等 類型機(jī)器人。 1. 焊接機(jī)器人 焊接機(jī)器人是從事焊接作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，見圖1-1焊接機(jī)器人常用于汽 車制造領(lǐng)域，是應(yīng)用最為廣泛的工業(yè)機(jī)器人之一。目前，焊接機(jī)器人機(jī)的使用 量約占全部工業(yè)機(jī)器人總量的30%。 圖1

19、-1焊接機(jī)器人 焊接機(jī)器人又可以分為點焊和弧焊。從上世紀(jì)60年代開始以來，焊接機(jī) 器人焊接技術(shù)己日益成熟，在長期使用過程中，主要體現(xiàn)了以下優(yōu)點： （1） 可以穩(wěn)定提高焊件的焊接質(zhì)量； （2） 提高了企業(yè)的勞動生產(chǎn)率； （3） 改善了工人的勞動強(qiáng)度，替代人類在惡略環(huán)境下工作； （4） 降低了工人操作技術(shù)的要求； （5） 縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少了設(shè)備投資。 2. 搬用機(jī)器人 搬運機(jī)器人是可以進(jìn)行自動搬運作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，見圖l-2o最早的搬 運機(jī)器人是1960年美國設(shè)計的Versatian和Uiiimate,搬運時機(jī)器人末端夾具設(shè) 備握持工件，指將工件從一個加工位置移動

20、到另一個加工位置。目前世界上使 用的搬運機(jī)器人超過10萬臺，其廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動化生產(chǎn)線、 自動裝配流水線、碼垛搬運、集裝箱等的自動搬運場合。 搬用機(jī)器人又分為可以移動的搬用小車（AGV）,用于碼垛的碼垛機(jī)器人、 用于分解的分解機(jī)器人、用于機(jī)床上下料的上下料機(jī)器人等。其主要作用就是 實現(xiàn)產(chǎn)品、物料或工具的搬用，主要優(yōu)點在于： （1） 提高生產(chǎn)效率，一天可以24小時無間斷工作； （2） 改善工人勞動條件，可在有害環(huán)境下工作； （3） 降低工人勞動強(qiáng)度，減少人工； （4） 縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資； （5） 可實現(xiàn)工廠自動化、無人化生產(chǎn)。 3

21、. 裝配機(jī)器人 裝配機(jī)器人是專門為裝配而設(shè)計的機(jī)器人。常用的裝配機(jī)器人主要可以完 成生產(chǎn)線上一些零件的裝配或拆卸工作。從結(jié)構(gòu)上來分，主要有PUMA機(jī)器 人（可編程通用裝配操作手）和SCARA 機(jī)器人（平面雙關(guān)節(jié)型機(jī)器人）兩種 類型。 PUMA機(jī)器人是美國Ummation公司1977年研制的由一種計算機(jī)控制 的多關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人。一般有5-6個自由度，可以實現(xiàn)腰、肩、肘的回轉(zhuǎn)以及 手腕的彎曲、旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)等功能，見圖1-3。 主柱拽樣 圖—3 PUMA562機(jī)器人 SCARA機(jī)器人是一種圓柱坐標(biāo)型的特殊類型的工業(yè)機(jī)器人，有3個旋轉(zhuǎn) 關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。另

22、一個關(guān)節(jié)是移動關(guān)節(jié)， 用于完成末端件在垂直于平面的運動，如圖1-4所示，這類機(jī)器人的結(jié)構(gòu)輕便、 響應(yīng)快，例如Adeptl型SCARA機(jī)器人運動速度可達(dá)10m/s,比一般關(guān)節(jié)式機(jī) 器人快數(shù)倍。它最適用于平面定位，垂直方向進(jìn)行裝配的作業(yè)。 圖1-4 SCARA機(jī)器人 與一般工業(yè)機(jī)器人比較，裝配機(jī)器人具有精度高、柔順性好、工作范圍小、 能與其他系統(tǒng)配套使用等特點。在工業(yè)生產(chǎn)中使用裝配機(jī)器人可以保證產(chǎn)品質(zhì) 量，降低成本，提高生產(chǎn)自動化水平。目前，裝配機(jī)器人主要用于各種電器制 造（包括家用電器，如電視機(jī)、錄音機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱、吸塵器）、小型電 機(jī)、汽車及其部件、計算機(jī)、玩具、機(jī)電產(chǎn)品及其組

23、件的裝配等方面。圖1-5 為裝配機(jī)器人裝配作業(yè)。 圖1-5裝配機(jī)器人作業(yè) 4. 噴涂機(jī)器人 噴涂機(jī)器人是可進(jìn)行自動噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機(jī)器人，1969年由挪 威Tiallfa公司發(fā)明。噴漆機(jī)器人主要由機(jī)器人本體、計算機(jī)和相應(yīng)的控制系統(tǒng) 組成。液壓驅(qū)動的噴漆機(jī)器人還包括液壓油源，如油泵、油箱和電機(jī)等。噴涂 機(jī)器人多采用5或6自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運動空間，并可做復(fù)雜 的軌跡運動，其腕部一般有2?3個自由度，可靈活運動。較先進(jìn)的噴漆機(jī)器人 腕部釆用柔性手腕，既可向各個方向彎曲，又可轉(zhuǎn)動，其動作類似人的手腕， 能方便地通過較小的孔伸入工件內(nèi)部，噴涂其內(nèi)表面。 噴漆機(jī)器人一般

24、釆用液壓驅(qū)動，具有動作速度快、防爆性能好等特點，可 通過手把手示教或點位示數(shù)來實現(xiàn)示教。噴漆機(jī)器人廣泛用于汽車、儀表、電 器、搪瓷等工藝生產(chǎn)部門，圖1-6為噴漆機(jī)器人在汽車表面噴涂作業(yè)。 圖1-6噴涂機(jī)器人作業(yè) 噴涂機(jī)器人的主要優(yōu)點： ⑴柔性大。工作范圍大大。 ⑵ 提高噴涂質(zhì)量和材料使用率。 （3） 易于操作和維護(hù)?？呻x線編程，大大的縮短現(xiàn)場調(diào)試時間。 （4） 設(shè)備利用率高。噴涂機(jī)器人的利用率可達(dá)90%-95%o 1） :點焊機(jī)器人：點焊機(jī)器人廣泛應(yīng)用于焊接薄板材料。裝配每臺汽車 車體一般大約需要完成3000M000個焊點。其中60%的是點焊機(jī)器人完成的。 2） :弧焊機(jī)

25、器人：弧焊機(jī)器人應(yīng)用于焊接金屬連續(xù)結(jié)合的焊縫工藝，絕 大多數(shù)可以完成自動送絲、熔化電極和氣體保護(hù)下進(jìn)行焊接工作?；『笝C(jī)器人 的應(yīng)用范圍很廣，除汽車行業(yè)外，在通用機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)等需哦多行業(yè)中都有 應(yīng)用。 3） ：噴漆機(jī)器人：噴漆機(jī)器人廣泛應(yīng)用于汽車車體、家電產(chǎn)品和各種塑料 制品的噴漆工作。 4） ：裝配機(jī)器人：釆用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行自動裝配，是近十幾年來才發(fā)展起 來的一項新技術(shù)。從目前的情況來看，整個機(jī)械制造過程中自動化程度最低的 就是裝配工藝。 5） ：搬運機(jī)器人：隨著計算機(jī)集成制造技術(shù)、物流技術(shù)、自動倉儲技術(shù)的 發(fā)展，搬運機(jī)器人在現(xiàn)代制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。機(jī)器人可用于零件的加 工過程中

26、，物料、工輔量具的裝卸和儲運，可用于將零件從一個輸送裝置送到 另一個輸送裝置,或從一臺機(jī)床上加工完得零件取下再安裝到另一臺機(jī)床上去。 7 第二章工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ) 第二章工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ) 2.1工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu) 工業(yè)機(jī)器人是一種模擬人手臂、手腕和手動功能的機(jī)電一體化裝置。一臺 通用的工業(yè)機(jī)器人從體系結(jié)構(gòu)來看，可以分為三大部分：機(jī)器人本體、控制器 及系統(tǒng)、示教器，具體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 1. 機(jī)器人本體 機(jī)器人本體是工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械主體，是完成各種作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一般 包含互相連接的機(jī)械臂、驅(qū)動及傳動裝置以及各種內(nèi)外部傳感器。工作時通過 末端夾具也稱末端執(zhí)行

27、器用于實現(xiàn)機(jī)器人對工作目標(biāo)的夾取、搬用等動作。 機(jī)械臂：大部分工業(yè)機(jī)器人為關(guān)節(jié)型機(jī)器人，關(guān)節(jié)型機(jī)器人的機(jī)械臂是由 若干個機(jī)械關(guān)節(jié)連接在一起的集合體。圖2-2為典型6關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人，由機(jī) 座、腰部關(guān)節(jié)1、大臂關(guān)節(jié)2、肘部關(guān)節(jié)3、操作臂關(guān)節(jié)4、腕部關(guān)節(jié)5和手部 關(guān)節(jié)6構(gòu)成。 圖2-2 6關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人 9 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 機(jī)座：是構(gòu)成機(jī)器人的支撐部分，內(nèi)部安裝有機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動裝 置。 腰部：是連接機(jī)器人機(jī)座和大臂的中間支撐部分。工作時，腰部可以通過 關(guān)節(jié)1在機(jī)座上轉(zhuǎn)動。 臂部：6關(guān)節(jié)機(jī)器人的臂部一般由大臂和小臂構(gòu)成，大臂通過關(guān)節(jié)2與腰 部相連，小

28、臂通過肘關(guān)節(jié)3與大臂相連。工作時，大、小臂各自通過關(guān)節(jié)電機(jī) 轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)移動或轉(zhuǎn)動。 手腕：連接小臂和末端執(zhí)行器的部分，主要用于改變末端執(zhí)行器的空間位 姿，聯(lián)合機(jī)器人的所有關(guān)節(jié)實現(xiàn)機(jī)器人預(yù)期的動作和狀態(tài)。 2. 驅(qū)動及傳動裝置 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)座、腰部關(guān)節(jié)、大臂關(guān)節(jié)、肘部關(guān)節(jié)、操作臂關(guān)節(jié)、腕部 關(guān)節(jié)和手部關(guān)節(jié)構(gòu)成了機(jī)器人的外部結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)。機(jī)器人運動時，每個關(guān) 節(jié)必須有驅(qū)動裝置和傳動機(jī)構(gòu)完成。圖2-2為機(jī)器人運動關(guān)節(jié)的組成，要構(gòu)成 多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其每個關(guān)節(jié)的驅(qū)動及傳動裝置缺一不可。 圖2-2機(jī)器人運動關(guān)節(jié)構(gòu)成 驅(qū)動裝置是向機(jī)器人各機(jī)械臂提供動力和運動的裝置。不同類型的機(jī)器 人，

29、驅(qū)動釆用的動力源不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式也不同。驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方 式主要有四種：液壓式、氣壓式、電氣式和機(jī)械式。電力驅(qū)動是目前使用最多 的一種驅(qū)動方式，其特點是電源取用方便，響應(yīng)快，驅(qū)動力大，信號檢測、傳 遞、處理方便，并可以釆用多種靈活的控制方式，驅(qū)動電機(jī)一般釆用步進(jìn)電機(jī) 或伺服電機(jī)，目前也有釆用力矩電機(jī)，但是造價較高，控制也較為復(fù)雜，和電 機(jī)相配的減速器一般采用諧波減速器、擺線針輪減速器或者行星齒輪減速器。 4.傳感器 為檢測作業(yè)對象及工作環(huán)境，在工業(yè)機(jī)器人上安裝了諸如觸覺傳感器、視 第二章工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ) 覺傳感器、力覺傳感器、接近傳感器、超聲波傳感器和聽覺傳感器。

30、這些傳感 器可以大大改善機(jī)器人工作狀況和工作質(zhì)量，使它能夠更充分地完成復(fù)雜的工 作。 2.2工業(yè)機(jī)器人的控制器及控制系統(tǒng) 控制器是構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人的神經(jīng)中樞，由計算機(jī)硬件、軟件和一些專用電 路、控制器、驅(qū)動器等構(gòu)成。工作時，根據(jù)編寫的指令以及傳感信息控制機(jī)器 人本體完成一定的動作或路徑，主要用于處理機(jī)器人工作的全部信息，其正面 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。 圖2-3控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 為實現(xiàn)對機(jī)器人的控制，除計算機(jī)硬件系統(tǒng)外，還必須有相應(yīng)的軟件控制 系統(tǒng)。通過軟件系統(tǒng)的支持，可以方便的建立、編輯機(jī)器人控制程序。目前， 世界各大機(jī)器人公司都有自己的完善的軟件控制系統(tǒng)來實現(xiàn)機(jī)器人的作業(yè)控 制

31、。 2.3工業(yè)機(jī)器人的示教器 示教器是人機(jī)交互的一個接口，也稱示教盒或示教編程器，主要由液晶屏 和可供觸摸的操作按鍵組成。操作時由控制者手持設(shè)備，通過按鍵將需要控制 的全部信息通過與控制器連接的電纜送入控制柜中的存儲器中，實現(xiàn)對機(jī)器人 的控制。示教器是機(jī)器人控制系統(tǒng)的重要組成部分，操作者可以通過示教器進(jìn) 行手動示教，控制機(jī)器人到達(dá)不同位姿，并記錄各個位姿點坐標(biāo)，也可以利用 機(jī)器人語言進(jìn)行在線編程，實現(xiàn)程序回放，讓機(jī)器人按編寫好的程序完成軌跡 運動。 11 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 示教編程器上設(shè)有用于對機(jī)器人進(jìn)行示教和編程所需的操作鍵和按鈕，一 般情況下不同機(jī)器人廠商

32、示教編程器外觀各不相同，但一般包含中央的液晶顯 示區(qū)、功能按鍵區(qū)、急停按鈕和出入線口。圖2-4為工業(yè)機(jī)器人的示教器外觀。 圖2-4工業(yè)機(jī)器人示教器 在盤右上角，如右圖所示紅色鍵不管示教操作盤有效開關(guān)的狀態(tài)如何，都 會使執(zhí)行中的程序停止，機(jī)器人伺服電源被切斷，使得機(jī)器人進(jìn)入急停狀態(tài)。 2.4工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù) 雖然工業(yè)機(jī)器人的種類、用途不盡相同，但任一工業(yè)機(jī)器人都有其使用的 工作范圍和要求。目前，工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)有以下幾種：自由度、分 辨率、精度和重復(fù)定位精度、工作范圍、最大工作速度和承載能力。 2.4.1自由度 自由度是指機(jī)器人所具有的獨立坐標(biāo)軸運動的數(shù)目，不包括

33、末端執(zhí)行器的 開合自由度。一般情況下機(jī)器人的一個自由度對應(yīng)一個關(guān)節(jié)，所以自由度與關(guān) 節(jié)的概念是相等的。自由度是表示機(jī)器人動作靈活程度的參數(shù)，自由度越多就 越靈活，但結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，控制難度越大，所以機(jī)器人的自由度要根據(jù)其用途 設(shè)計，一般在3?6個之間。 具有6個自由度，可以進(jìn)行復(fù)雜空間曲面的弧焊作業(yè)。從運動學(xué)的觀點看, 在完成某一特定作業(yè)時具有多余自由度的機(jī)器人，叫做冗余自由度機(jī)器人，又 叫冗余度機(jī)器人。例如，PUMA562機(jī)器人去執(zhí)行印制電路板上接插元器件的 作業(yè)時就是一個冗余度自由機(jī)器人。利用冗余的自由度可以增加機(jī)器人的靈活 性，躲避障礙物和改善動力性能。 第二章工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ)

34、 2.4.2分辨率 分辨率是指機(jī)器人每個關(guān)節(jié)所能實現(xiàn)的最小移動距離或最小轉(zhuǎn)動角度。工 業(yè)機(jī)器人的分辨率分編程分辨率和控制分辨率兩種。編程分辨率是指控制程序 中可以設(shè)定的最小距離，又稱基準(zhǔn)分辨率。當(dāng)機(jī)器人某關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動0.1。，機(jī) 器人關(guān)節(jié)端點移動直線距離為O.Olnun,其基準(zhǔn)分辨率即為O.Olinnio控制分辨 率是系統(tǒng)位置反饋回路所能檢測到的最小位移，即與機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)同軸安裝 的編碼盤發(fā)出單個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度。 2.4. 3分辨率 工業(yè)機(jī)器人精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指機(jī)器人手部 實際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異，用反復(fù)多次測試的定位結(jié)果的代表點與 指定位置

35、之間的距離來表示。重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位手部于同一目 標(biāo)位置的能力，以實際位置值的分散程度來表示。實際應(yīng)用中常以重復(fù)測試結(jié) 果的標(biāo)準(zhǔn)偏差值的3倍來表示，它是衡量一列誤差值的密集度。 2.4.4作業(yè)范圍 工作范圍是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點的集合，也叫 做工作區(qū)域。因為末端操作器的形狀和尺寸是多種多樣的，為了真實地反映機(jī) 器人的特征參數(shù)，一般工作范圍是指不安裝末端操作器的工作區(qū)域。工作范圍 的形狀和大小是十分重要的，機(jī)器人在執(zhí)行某作業(yè)時可能會因為存在手部不能 到達(dá)的作業(yè)死區(qū)而不能完成任務(wù)。 2.4. 5運動速度 運動速度影響機(jī)器人的工作效率和運動周期，它與機(jī)器人所

36、提取的重力和 位置精度均有密切的關(guān)系。運動速度高，機(jī)器人所承受的動載荷增大，必將承 受著加減速時較大的慣性力，影響機(jī)器人的工作平穩(wěn)性和位置精度。就目前的 技術(shù)水平而言，通用機(jī)器人的最大直線運動速度大多在1000 mm/s以下，最大 回轉(zhuǎn)速度一般不超過120 /So 最大工作速度，有的廠家指工業(yè)機(jī)器人自由度上最大的穩(wěn)定速度，有的 廠家指手臂大合成速度，通常歐洲技術(shù)參數(shù)中就有說明。工作速度越高，工作 效率就越高。但是，工作速度越高就要花費更多的時間去升速或降速。 2.4. 6承載能力 承載能力是指機(jī)器人在作業(yè)范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。承 載能力不僅取決于負(fù)載的質(zhì)量，而且與機(jī)器人運

37、行的速度和加速度的大小和方 向有關(guān)。為了安全起見，承載能力這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運行時的承載能力。 承載能力不僅指負(fù)載，而且包括了機(jī)器人末端操作器的質(zhì)量根據(jù)承載能力不同 工業(yè)機(jī)器人大致分為： 1?微型機(jī)器人一承載能力為1N以下； 2. 小型機(jī)器人一承載能力不超過105N； 3. 中型機(jī)器人一承載能力為105—106N； 4. 大型機(jī)器人承載能力為106—107N； 5. 重型機(jī)器人一承載能力為107N以上。 2.5工業(yè)機(jī)器人的類型 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，典型機(jī)器人的運動特征是用其坐標(biāo)特性來描 述。按結(jié)構(gòu)特征來分，工業(yè)機(jī)器人通常可以分為直角坐標(biāo)機(jī)器人、柱面坐標(biāo)機(jī) 器人、極坐標(biāo)機(jī)器

38、人、多關(guān)節(jié)型機(jī)器人、并連關(guān)節(jié)型等機(jī)器人。 圖2-5工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)形式類型 2.5.1直角坐標(biāo)機(jī)器人 直角坐標(biāo)機(jī)器人是指在工業(yè)應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復(fù)編程的、 在空間上具有相互垂直關(guān)系的三個獨立自由度的多用途機(jī)器人，結(jié)構(gòu)見圖2-6。 圖2-6直角坐標(biāo)機(jī)器人 從圖中可以看出，機(jī)器人在空間坐標(biāo)系中有三個相互垂直的移動關(guān)節(jié) X/Y億，每個關(guān)節(jié)都可以在獨立的方向移動。直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點是直線運 動、其控制簡單。缺點是靈活性較差，自身占據(jù)空間較大。目前，直角坐標(biāo)機(jī) 器人可以非常方便的用于各種自動化生產(chǎn)線中，可以完成諸如焊接、搬運、上 下料、包裝、碼垛、檢測、探傷、分

39、類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、噴涂、目 標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。 直角坐標(biāo)機(jī)器人是以XYZ直角坐標(biāo)系統(tǒng)為基本數(shù)學(xué)模型，以伺服電機(jī)、 步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動的單軸機(jī)械臂為基本工作單元，以滾珠絲桿、同步皮帶、齒輪 齒條為常用的傳動方式所架構(gòu)起來的機(jī)器人系統(tǒng)，可以完成在XYZ三維坐標(biāo)系 中任意一點的到達(dá)和遵循可控的運動軌跡。 直角坐標(biāo)機(jī)器人釆用運動控制系統(tǒng)實現(xiàn)對其的驅(qū)動及編程控制，直線、曲 線等運動軌跡的生成為多點插補(bǔ)方式，操作及編程方式為引導(dǎo)示教編程方式或 坐標(biāo)定位方式。 特點： 1、 自由度運動，每個運動自由度之間的空間夾角為直角； 2、 自動控制的，可重復(fù)編程，所有的運動均按程序運行； 3

40、、 一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、操作工具等組成。 4、 靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。 5、 高可靠性、高速度、高精度。 6、 可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便于操作維修。 2.5?2柱面坐標(biāo)機(jī)器人 柱面坐標(biāo)機(jī)器人是指軸能夠形成圓柱坐標(biāo)系的機(jī)器人，如圖2-7所示。其 結(jié)構(gòu)主要由一個旋轉(zhuǎn)機(jī)座形成的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和垂直、水平移動的兩個移動關(guān)節(jié)構(gòu) 成。柱面坐標(biāo)機(jī)器人末端執(zhí)行器的姿態(tài)由（z、I、0 ）決定。柱面坐標(biāo)機(jī)器人 具有空間結(jié)構(gòu)小，工作范圍大，末端執(zhí)行器速度高、控制簡單、運動靈活等優(yōu) 點。缺點在于工作時，必須有沿］軸線前后方向的移動空間，空間利用率低。 圓柱坐標(biāo)手臂看起來

41、有點像一個機(jī)器人升降機(jī)。它的工作行程類似一個后壁圓 筒，這也是它名稱的由來。像旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)和極坐標(biāo)手臂一樣，它的肩關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動也 是通過一個旋轉(zhuǎn)底盤來實現(xiàn)的。 前臂安裝在一個類似升降機(jī)的裝置上面，前臂沿著圓柱提升和下降，捉取不同高 度的物體。為了讓手臂可以捉取三維空間里面的物體，前臂上面配備了一個和極 坐標(biāo)手臂相似的伸展關(guān)節(jié)。 圖2-7柱面坐標(biāo)機(jī)器人 17 第二章工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ) 2.5?3極坐標(biāo)機(jī)器人 極坐標(biāo)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖2-8所示，一般由兩個回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個移動關(guān)節(jié) 構(gòu)成，其軸線按極坐標(biāo)配置，R為移動坐標(biāo)，P是手臂在鉛垂面內(nèi)的擺動角， 0是繞手臂支撐底座垂直的轉(zhuǎn)動角

42、。這種機(jī)器人運動所形成的軌跡表面是半球 面，所以又稱為球坐標(biāo)型機(jī)器人。 極坐標(biāo)機(jī)器人同樣占用空間小，操作靈活且范圍大，但運動學(xué)模型較復(fù)雜, 難以控制。 極坐標(biāo)手臂的工作行程是一個半球的形狀。和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)手臂差不多，極坐 標(biāo)手臂同樣也可以非常靈活地捉取散落在機(jī)器人身邊的各種物體。 像旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)手臂一樣，轉(zhuǎn)盤帶動著整個手臂的旋轉(zhuǎn)。這個功能有點類似肩 關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動。極坐標(biāo)手臂的肩關(guān)節(jié)無法伸展和彎曲，第二個自由度的肘關(guān)節(jié)可 以控制前臂的上下運動。第三個自由度實現(xiàn)的是前臂的各種伸展運動。前臂“內(nèi) 部”關(guān)節(jié)的伸縮帶動著夾持器在機(jī)器人上收放。如果沒有前臂內(nèi)部的關(guān)節(jié)，手 臂只能捉取放在前面的一個有限的二維

43、圓周里面的物體。 極坐標(biāo)手臂通常用于工業(yè)機(jī)器人，這種類型的手臂非常適合作為一個固定 設(shè)備使用。為了增加靈活性也可以把它們安裝在移動式機(jī)器人上面。 2.5.4多關(guān)節(jié)型機(jī)器人 關(guān)節(jié)機(jī)器人，也稱關(guān)節(jié)手臂機(jī)器人或關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，是當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng) 用最為廣泛的一種機(jī)器人。多關(guān)節(jié)型機(jī)器人按照關(guān)節(jié)的構(gòu)型又可分為垂直多關(guān) 節(jié)型和水平多關(guān)節(jié)型機(jī)器人。垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人主要由機(jī)座和多關(guān)節(jié)臂組成， 目前常見的關(guān)節(jié)臂是3-6個，6關(guān)節(jié)臂機(jī)器人其結(jié)構(gòu)如圖2-9所示。 圖2-9垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人 由上圖可知，這類機(jī)器人由多個旋轉(zhuǎn)和擺動關(guān)節(jié)組成，其結(jié)構(gòu)緊湊、工作 空間大、動作接近人類，工作時能繞過機(jī)座周圍的一

44、些障礙物，對裝配、噴涂、 焊接等多種作業(yè)都有良好的適應(yīng)性，且適合電機(jī)驅(qū)動，關(guān)節(jié)密封、防塵比較容 易。水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人，也稱 SCARA (Selective Copmliance Assembly Robot Aim) o SCARA是一種水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人，結(jié)構(gòu)如圖2-10。這類機(jī)器人一般 具有四個軸和四個運動自由度，它的第一，二，四軸具有轉(zhuǎn)動特性，第三軸具 有線性移動特性，并且第三軸和第四軸可以根據(jù)工作需要的不同，制造成相應(yīng) 多種不同形態(tài)。 圖2-10水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人 SCARA機(jī)器人特點在于作業(yè)空間與占地面積比很大，使用起來方便；在 垂直升降方向剛性好，尤其適合平面裝配作業(yè)。目

45、前，SCARA機(jī)器人廣泛應(yīng) 用于電子產(chǎn)品工業(yè)、汽車工業(yè)、塑料工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域，用以 完成搬取、裝配、噴涂和焊接等操作。 優(yōu)點： 有很高的自由度，5?6軸，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作 可以自由編程，完成全自動化的工作 提高生產(chǎn)效率，可控制的錯誤率 代替很多不適合人力完成、有害身體健康的復(fù)雜工作，比如，汽車外殼點 焊 缺點： 價格高，導(dǎo)致初期投資的成本高 生產(chǎn)前的大量準(zhǔn)備工作，比如，編程和計算機(jī)模擬過程的時間耗費長 2.6工業(yè)機(jī)器人的控制方式 工業(yè)機(jī)器人根據(jù)控制方式的不同可以分為伺服控制機(jī)器人和非伺服控制 機(jī)器人兩種。機(jī)器人運動控制系統(tǒng)最常見的方式就是伺服系統(tǒng)。

46、伺服系統(tǒng)是指 精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)，在很多情況下，機(jī)器人伺服系統(tǒng) 的作用是驅(qū)動機(jī)器人機(jī)械手準(zhǔn)確地跟隨系統(tǒng)輸出位移指令，達(dá)到位置的精確控 制和軌跡的準(zhǔn)確跟蹤。 伺服控制機(jī)器人又可細(xì)分為連續(xù)軌跡控制類和點位控制機(jī)器人。點位方式 控制機(jī)器人其運動為空間點到點之間的直線運動。連續(xù)軌跡控制機(jī)器人其運動 軌跡可以使空間的任意連續(xù)曲線。 2.7工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動方式 根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式的不同，工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動類型可以劃分為液壓驅(qū)動、氣 壓驅(qū)動、電力驅(qū)動和新型驅(qū)動四種類型。 1. 氣壓驅(qū)動 具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價格低等特點。適于在中、小負(fù) 荷的機(jī)器人中釆用。但因難于實現(xiàn)伺

47、服控制，多用于程序控制的機(jī)械人中，如 在上、下料和沖壓機(jī)器人中應(yīng)用較多。 2. 液壓驅(qū)動 由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)。它具有動力大、力（或力矩）與慣量 比大、快速響應(yīng)高、易于實現(xiàn)直接驅(qū)動等特點。適于在承載能力大，慣量大以 及在防焊環(huán)境中工作的這些機(jī)器人中應(yīng)用。但液壓系統(tǒng)需進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換（電能轉(zhuǎn) 換成液壓能），速度控制多數(shù)情況下釆用節(jié)流調(diào)速，效率比電動驅(qū)動系統(tǒng)低。液 壓系統(tǒng)的液體泄泥會對環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪聲也較高。因這些弱點，近年來, 在負(fù)荷為lOOkz以下的機(jī)器人中往往被電動系統(tǒng)所取代。 3. 電力驅(qū)動 由于低慣量，大轉(zhuǎn)矩交、直流伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動器（交流變頻 器、直流脈

48、沖寬度調(diào)制器）的廣泛釆用，這類驅(qū)動系統(tǒng)在機(jī)器人中被大量選用。 這類系統(tǒng)不需能量轉(zhuǎn)換，使用方便，控制靈活。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的 傳動機(jī)構(gòu)。直流有刷電機(jī)不能直接用于要求防爆的環(huán)境中，成本也較上兩種驅(qū) 動系統(tǒng)的高。但因這類驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點比較突出，因此在機(jī)器人中被廣泛的選用。 4. 新型驅(qū)動 伴隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了利用新的工作原理制造的新型驅(qū)動器， 如靜電驅(qū)動器、壓電驅(qū)動器、形狀記憶合金驅(qū)動器、人工肌肉及光驅(qū)動器等。 19 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第三章工業(yè)機(jī)器人工作站集成方案設(shè)計 3.1工業(yè)機(jī)器人工作站總體方案 3.1.1工業(yè)機(jī)器人工作站 本設(shè)計的工作站

49、綜合了自動控制、位置控制、電機(jī)控制、氣動控制、可編 程控制器、傳感器等技術(shù)，該裝置由ABB工業(yè)機(jī)器人、控制器及機(jī)器人示教盒、 工業(yè)機(jī)器人搬運單元、工業(yè)機(jī)器人軌跡繪制單元、工業(yè)機(jī)器人碼垛單元、工業(yè) 機(jī)器人打磨拋光單元、工業(yè)機(jī)器人手爪、安全單元、電器控制系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、 機(jī)器人工作臺等組成。通過更換抓取工裝可以實現(xiàn)機(jī)器人的搬運、碼垛、軌跡 模擬畫圖、打磨拋光等功能。 圖3-1工業(yè)機(jī)器人工作站集成原理圖 3.1.2工業(yè)機(jī)器人工作站的技術(shù)參數(shù) 1. 輸入電源:AC220V土 10%(單相三線)； 2. 整體功率：＜lkVA； 3. 外形尺寸：1600X1400X1500nmi； 4

50、. 氣源壓力：0.4?0.6MPa。 5. 工作環(huán)境：溫度-5C?+40C；濕度85% (25C)；海拔＜4000m； 6. 安全保護(hù)：具有漏電保護(hù)，安全符合國家標(biāo)準(zhǔn) 7. 重量：150Kg 3.1.3工業(yè)機(jī)器人工作站集成材料 圖3.1工業(yè)機(jī)器人工作站集成材料清單 序號 名稱 規(guī)格 數(shù) 量 單位 品牌 1 工業(yè)機(jī)器人 含IRB120-3/0. 6六自由度3Kg工業(yè) 機(jī)器人本體、IRC5控制器、示教器 5 套 ABB 2 機(jī)器人搬運單元 包扌舌網(wǎng)格坐標(biāo)機(jī)構(gòu)、搬運工件、搬運 手爪工裝 5 套 康尼 2. 1 網(wǎng)格坐標(biāo)機(jī)構(gòu) 由鋁型材搭建 5

51、套 康尼 2.2 搬運工件 尺寸24 X 20mm鋁制工件 45 個 康尼 3 機(jī)器人軌跡繪制單元 包拾軌跡畫圖機(jī)構(gòu)、畫筆工裝 5 套 康尼 3. 1 軌跡畫圖機(jī)構(gòu) 畫圖板尺寸：216X 301 X 15mm（配1 個擦板） 5 套 康尼 4 機(jī)器人碼垛單元 包括4X4倉儲庫、皮帶傳送機(jī)構(gòu)、 工件（e60X60mm）和母體工裝等 5 套 康尼 4. 1 4X4倉儲庫 主體由鋁型材搭建，庫位容量16個 5 套 康尼 4.2 皮帶傳送機(jī)構(gòu) 直流電機(jī)驅(qū)動，電壓DC24V。皮帶傳 動，傳動速度20米/min 5 套 康尼 4.

52、3 工件 外形4>60X60mm ,材質(zhì)：尼龍 80 個 康尼 5 機(jī)器人打磨拋光單元 包括?拋光機(jī)構(gòu)、打磨拋光工裝等 5 套 康尼 5. 1 拋光機(jī)構(gòu) 被拋光工件材料：不銹鋼。固定臺主 體采用鋁型材制作。 5 套 康尼 6 機(jī)器人手爪 5 套 康尼 6. 1 母體工裝 主要由氣爪、手指、光線放大器感應(yīng) 頭、導(dǎo)電電極、真空氣路等組成。 5 套 康尼 6.2 搬運手爪工裝 氣路自動對接，無需人工輔助 5 套 康尼 6. 3 畫筆工裝 畫筆采用軟筆 5 套 康尼 6.4 打磨拋光工裝 直流電機(jī)驅(qū)動，毛氈拋光輪

53、 5 套 康尼 7 安全單元 由型材、茶色有機(jī)玻璃、光幕組成。 5 套 康尼 8 電控系統(tǒng) 5 套 康尼 8. 1 PLC FX2N-64MR-D 5 個 三菱 8.2 光電開關(guān) E3Z-LS61 5 個 歐姆龍 8. 3 光纖傳感器 BF3RX+FT-320-05 （反射型） 5 個 AUT0NI CS 8.4 直流電機(jī) Z2D10-24GN 2GN18K 功率：10W 減 速比18： 1 5 個 中大 8. 5 直流電機(jī) ZYTD-38SRZ-R 空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：4000RPM功率：7W電源： 24V額定

54、轉(zhuǎn)數(shù)：1700額定轉(zhuǎn)矩750 5 個 正科 8.6 開關(guān)電源 DR-120-24 DC24V, 5A 5 個 明緯 8. 7 光幕 DQA30/10-290 檢測距離 0. 3-3 米 光幕高度290mm,光束30個 5 套 戴迪斯 科光電 8.8 接觸器 LC1-D18M7C 5 個 施耐德 8.9 漏電保護(hù)器 DZ47-60 3P C32 5 個 正泰 8. 10 電源開關(guān)、急停按鈕、 開關(guān)等 LA42HD-11/24V RG 5 套 天逸 9 氣動系統(tǒng) 5 套 康尼 9. 1 單電控兩位五通電磁 閥 4

55、V210-06-B DC24V 10 個 亞德客  9.2 真空吸盤 ZPR20BN-40-B6 5 個 SMC 9. 3 真空發(fā)生器 VN-O5-H-T2-PQ1-VQ1-RO1 5 個 FESTO 9.4 數(shù)字式壓力開關(guān) ZSE30A-01-P-LA1 5 個 SMC 9. 5 空氣過濾減壓閥 AC2000-A 5 個 亞德客 9.6 底座 200M-2F可以安裝6個電磁閥 5 個 亞德客 9. 7 靜音空氣壓縮機(jī) FB-95/7型（5臺共用1個氣泵） 1 個 風(fēng)暴 10 工作臺 鋁型材和飯金焊接構(gòu)成

56、 5 套 康尼 11 附件 5 套 康尼 12 安裝調(diào)試 13 運輸 3.2工業(yè)機(jī)器人的本體 工業(yè)機(jī)器人的本體由IRB120機(jī)器人、機(jī)器人控制器、示教盒組成。機(jī)器 人本體通過配備氣爪及手指、吸盤、畫筆、拋光輪等執(zhí)行件相應(yīng)地完成物件的 抓取、放置、軌跡模擬畫圖、打磨拋光等操作。機(jī)器人本體由六自由度關(guān)節(jié)組 成，抓取物體重量W3kg。固定在型材實訓(xùn)桌上，活動范圍半徑大于580nini, 角度不小于330 ,機(jī)器人本體具體參數(shù)如下表3.2所示。 圖3. 2工業(yè)機(jī)器人本體性能參數(shù) 形式 單位 規(guī)格值 機(jī)種 6軸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 動作

57、自由度 6 安裝姿勢 地板、垂吊 活動范圍半徑 mm 580 周圍溫度 C 0?40 本體重量 kg 25 位置往返精度 mm 0. 01 可搬重量 kg 3 （額定） 集成信號源 手腕設(shè)10路信號 集成氣源 bar 5 防護(hù)等級 P30 動作范圍 軸1旋轉(zhuǎn) 度 330 (-165?+165) 軸2手臂 220 (-110?+110) 軸3手臂 160 (-90?+70) 軸4手腕 320 (-160?+160) 軸5彎曲 240 (-120?+120) 軸6翻轉(zhuǎn) 800 (-400?+400) 最

58、人速度 軸1旋轉(zhuǎn) 度/秒 250 軸2手臂 250 軸3手臂 250 軸4手腕 320 軸5彎曲 320 軸6翻轉(zhuǎn) 120 3.3工業(yè)機(jī)器人的控制柜 ABB工業(yè)機(jī)器人控制器包含兩個模塊，控制模塊和驅(qū)動模塊，兩個模塊通 常合并在一個控制器機(jī)柜中，控制模塊包含主機(jī)、I/O電路板和閃存等所有的 電子控制裝置，運行操作機(jī)器人（即Robotware系統(tǒng)）所需的所有軟件。驅(qū)動 模塊包含為機(jī)器人電機(jī)供電的所有電源電子設(shè)備。IRC5驅(qū)動模塊最多可包含9 個驅(qū)動單元，它能處理6根內(nèi)軸以及2根普通軸或附加軸。使用一個控制器運 行多個機(jī)器人時，必須為每個附加的機(jī)器人添加額外的驅(qū)動模

59、塊，但只需使用 一個控制模塊。 圖3-2 ABBX業(yè)機(jī)器人控制柜 25 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 3.4工業(yè)機(jī)器人的示教器 ABB工業(yè)機(jī)器人示教器是進(jìn)行機(jī)器人的手動操縱、程序編寫、參數(shù)配置以及 監(jiān)控用的手持裝置，示教器用于執(zhí)行與操作機(jī)器人系統(tǒng)有關(guān)的許多任務(wù)，可在惡 劣的工業(yè)環(huán)境下持續(xù)運作，是我們最常打交道的控制裝置，其觸摸屏易于清潔， 且防水、防油、防濺錫。ABB工業(yè)機(jī)器人示教器由硬件和軟件組成，其本身就是 一臺完整的計算機(jī)，通過集成線纜和接頭連接到控制器。但操作示教器時，通常 會手持該設(shè)備。慣用右手者用左手持設(shè)備，右手在觸摸屏上執(zhí)行操作。而慣用左 手者可以輕松通

60、過將顯示器旋轉(zhuǎn)180度，使用右手持設(shè)備。 A A 連接器 B 觸摸屏 C 緊急停止按鈕 D 控制桿 E USB 端口 F 使動裝置 G 觸摸筆 H 更養(yǎng)按鈕 # 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 圖3-3 ABB工業(yè)機(jī)器人示教器 # 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 3.5工業(yè)機(jī)器人的手爪 1. 母體工裝 母體工裝直接安裝在機(jī)器人上，可以直接抓取其他3種工裝進(jìn)行作業(yè)，也 可以直接抓取方形工件進(jìn)行搬運入庫工作。母體工裝主要由氣爪、手指、光線 放大器感應(yīng)頭、導(dǎo)電電極、真空氣路等組成。母體工裝在抓取打磨拋光工裝和 真空吸盤工裝

61、時，電路和氣路能夠自動對接，無需人工輔助。 圖3-4 ABB工業(yè)機(jī)器人母體工裝 2. 搬運手爪工裝 由母體工裝和真空吸盤工裝組成，氣路自動對接，無需人工輔助。通過真 空吸盤吸附來搬運工件。 圖3-5 ABB工業(yè)機(jī)器人搬運工裝 3. 畫筆工裝 由母體工裝和畫筆工裝組成。畫筆釆用軟筆。通過機(jī)器人驅(qū)動，在畫圖板 上畫各樣的形狀，模擬軌跡焊接。 圖3-6 ABBX業(yè)機(jī)器人畫筆工裝 4. 打磨拋光工裝 由母體工裝和打磨拋光工裝組成。通過直流電機(jī)驅(qū)動毛氈拋光輪對工件面 面進(jìn)行模擬拋光。 圖3-7 ABB工業(yè)機(jī)器人打磨拋光工裝 3.6工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)機(jī)

62、構(gòu) 1.工業(yè)機(jī)器人搬運單元 該單元由網(wǎng)格坐標(biāo)機(jī)構(gòu)、搬運工件、搬運手爪工裝等組成。實現(xiàn)機(jī)器人通 過與之配套的手爪實現(xiàn)在該單元的物料搬運。網(wǎng)格坐標(biāo)機(jī)構(gòu)如圖3-8所示，通 過絲網(wǎng)印刷將網(wǎng)格印制在鋁板上，網(wǎng)格間距30X 30nmio工件標(biāo)配9個圓形工 件，尺寸4)24X20iiiiiio工件上印1?9數(shù)字號碼。 2.工業(yè)機(jī)器人軌跡繪制單元 該單元由軌跡畫圖機(jī)構(gòu)、畫筆工裝等組成。實現(xiàn)機(jī)器人通過與之配套的手 爪實現(xiàn)在該單元的模擬軌跡繪圖。畫圖板通過快速鎖緊螺釘壓緊，有利于畫圖 板損壞時快速更換。 圖3-9 ABB工業(yè)機(jī)器人軌跡繪制單元 3. 工業(yè)機(jī)器人碼垛單元 該單元主要由4X4庫

63、位、皮帶傳送機(jī)構(gòu)、工件（60X60mm）和母體工 裝等組成。人工將工件機(jī)器人通過與之配套的手爪實現(xiàn)將皮帶輸送機(jī)構(gòu)傳動過 來的物料送到4x4倉儲庫中碼垛，該倉儲庫主體由鋁型材搭建，庫位容量16 個，庫位尺寸70X120111111,倉儲庫總體尺寸534X520X120miiio 4?皮帶傳送機(jī)構(gòu) 該送料機(jī)構(gòu)人工放料，放料處的光電傳感器感應(yīng)到物體時，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動, 驅(qū)動皮帶轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使工件向前運動。當(dāng)工件運動到待抓取位時，待抓取位的 光電傳感器感應(yīng)到物體，通知機(jī)器人來抓取工件。 圖3T1 ABBX業(yè)機(jī)器人皮帶機(jī)構(gòu) 5. 工業(yè)機(jī)器人打磨拋光單元 該單元由拋光機(jī)構(gòu)、打磨拋光工裝

64、等組成。實現(xiàn)機(jī)器人通過與之配套的手 爪實現(xiàn)在該單元的模擬打磨拋光。被拋光工件采用不銹鋼。固定臺主體采用鋁 型材制作。 圖3-12 ABB工業(yè)機(jī)器人打磨機(jī)構(gòu) 3.7工業(yè)機(jī)器人的安全單元 安全單元主要包括了安全器件安裝支架，安全光幕傳感器，安裝在設(shè)備前 后側(cè)方便設(shè)備調(diào)試和學(xué)員學(xué)習(xí)，工作臺的兩邊側(cè)面采用安全玻璃對設(shè)備進(jìn)行防 護(hù)。 安全玻璃（左右） 圖3-13 ABBX業(yè)機(jī)器人安全單元 3.8工業(yè)機(jī)器人的電氣系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)主要由可編程控制器、線槽、電線、接線端子、主令電氣、 檢測傳感器等組成。具有接地保護(hù)、斷電保護(hù)、漏電保護(hù)功能，安全性符合相 關(guān)的國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。安裝電器

65、的網(wǎng)孔板可以抽出，方便接線。 3.9工業(yè)機(jī)器人的氣動系統(tǒng) 主要由氣泵、電磁閥、電磁閥底座、氣爪、真空發(fā)生器、真空吸盤、油水 分離器、氣管、接頭、節(jié)流閥等組成，負(fù)責(zé)設(shè)備的供氣。 3.10工業(yè)機(jī)器人的工作臺 工作臺下部采用鋼焊接而成，帶有腳輪和腳杯，涂白漆；單個工作臺外形 大體尺寸為：長1600*寬1400*高800mm；機(jī)器人安裝底板采用鋼板固定；工 作臺分上下兩層，上層用于安放機(jī)器人和操作對象，下層通過隔板分為前后兩 個區(qū)域，下層一側(cè)帶有網(wǎng)孔板抽屜，用于安裝電氣系統(tǒng)，具有收拉功能。工作 臺前后都雙開門和配備散熱風(fēng)機(jī)，方便機(jī)器人等控制柜的安裝和散熱。工作 臺四各角落裝有立柱，方便安裝安裝

66、安全光幕和防護(hù)玻璃。 33 淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文 第四章 工業(yè)機(jī)器人工作站集成安裝與維護(hù) 4.1工業(yè)機(jī)器人的搬運 ABB工業(yè)機(jī)器人的運輸一般是木箱包裝，包括底板和外殼。底板是包裝箱承 重部分，與內(nèi)包裝物之間有固定，內(nèi)包裝物不會在底板上竄動，是起重機(jī)或叉車 搬運的受力部分。箱體外殼及上蓋只起防護(hù)作用，承重有限，包裝箱上不能放重 物，不能傾倒，不能雨淋等。拆包裝前先檢查是否有破損，如有破損聯(lián)系運輸單 位或供應(yīng)商。使用電動扳手、撬杠、羊角錘等工具，先拆蓋，再拆殼，注意不要 損壞箱內(nèi)物品。最后拆除機(jī)器人與底板間的固定物，可能是鋼絲纏繞、長自攻釘、 鋼釘?shù)?。核查零部件，根?jù)裝箱清單核查機(jī)器人系統(tǒng)零部件，一般包括機(jī)器人本 體、控制柜、示教器、連接線纜、電源等。注意檢查外觀是否有損壞。機(jī)器人出 廠時己調(diào)整到易于搬運的姿態(tài)，可以用叉車或起重機(jī)搬運，首先根據(jù)機(jī)器人重量 選擇適當(dāng)承重的叉車或起重機(jī)，注意研究叉車或起吊繩位置，確保平衡穩(wěn)定。 圖4-1 IRB120工業(yè)機(jī)器人的裝運姿態(tài) 如果機(jī)器人未固定在基座上并保持靜止，則機(jī)器人在整個工作區(qū)域中不