工業(yè)機(jī)器人工作站

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1、,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 工業(yè)機(jī)器人 第三節(jié) 工裝夾具與變位機(jī) 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(jī)器人示教,,,,第五章 工業(yè)機(jī)器人工作站,第五章 工業(yè)機(jī)器人工作站,,工業(yè)機(jī)器人工作站：進(jìn)行簡(jiǎn)單作業(yè)，且使用一臺(tái)或兩 臺(tái)機(jī)器人的生產(chǎn)體系。 工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線(xiàn)：進(jìn)行工序內(nèi)容多的復(fù)雜作業(yè)，使 用了兩臺(tái)以上機(jī)器人的生產(chǎn)體系。,,第一節(jié)概述 以一個(gè)摩托車(chē)車(chē)架焊接 工作站為例 一、焊接對(duì)象 由十個(gè)散件焊接成 摩托車(chē)車(chē)架,,,圖5-2 車(chē)架焊縫標(biāo)識(shí)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(diǎn)焊 第二工作站 完成焊 車(chē)架焊 第三工作站 預(yù)點(diǎn)焊 第四工作站 完成焊 僅介紹第一工作站,,,圖5-4 摩托車(chē)車(chē)架焊接生產(chǎn)線(xiàn)總體布局圖,,,組成： 機(jī)器人；機(jī)器人控制系統(tǒng)；變位機(jī)；夾具體；未端執(zhí) 行器；電焊機(jī)；輔助裝置； 氣動(dòng)系統(tǒng)等。 1. 機(jī)器人 選型因素：驅(qū)動(dòng)方式 傳動(dòng)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(jī)器人。,三、工作站布局及組成,,,,,2. 變位機(jī)（專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)） 運(yùn)動(dòng)數(shù)：決定于工件位置變化要求 傳動(dòng)類(lèi)型：電動(dòng)（普通、伺服）、氣動(dòng)、液動(dòng) 取決于工件精度，作業(yè)精度、運(yùn)動(dòng)件大小 及

3、與機(jī)器人協(xié)調(diào)要求。 結(jié)構(gòu)形式：與工作站布局，用戶(hù)要求、物流路線(xiàn)、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(yùn)動(dòng)有關(guān)。 3.未端執(zhí)行器（手爪）（專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)） 根據(jù)工件特點(diǎn)，作業(yè)要求及設(shè)計(jì) 焊槍?zhuān)?送絲機(jī)經(jīng)送絲管送焊絲 焊絲正極、工件負(fù)極 絲周?chē)栊员Ｗo(hù)氣體 冷卻水冷卻焊絲管、咀。 4.其它 1）夾具體；2） 電焊機(jī)系統(tǒng)；3）輔助裝置；4）安全裝置,可稱(chēng)萬(wàn)能工具 （搬運(yùn)、裝配、弧焊、點(diǎn)焊、切割、研磨、噴涂等）,一、技術(shù)參數(shù)（見(jiàn)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(jī)器人,,,,選型與其他設(shè)計(jì)： 布局設(shè)計(jì) 未端執(zhí)行器設(shè)計(jì) 夾具體設(shè)計(jì) 變位機(jī)設(shè)計(jì) 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(jī)器人最大速度及慣性 選擇工作空間因素： 滿(mǎn)足作業(yè)范圍要求 工件置于機(jī)器人的最佳作業(yè)位置,,,,,,二、機(jī)器人的傳動(dòng)與結(jié)構(gòu) 傳動(dòng)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(diǎn)P： R、B、T軸中心線(xiàn)之交點(diǎn)P 減速器： R1，R2，R3RV擺線(xiàn)針輪減速器 R4，R6諧波減速器 R5扁平型諧波減速器,形成機(jī)器人工作 空間,,,,,傳動(dòng)示意,工作空間,,,,,,圖5-9 六自由度機(jī)器人的傳動(dòng)和外觀圖,,,,圖5-10 機(jī)器人P點(diǎn)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(dòng)關(guān)系 柔輪Zg<剛輪Zb 波發(fā)生器長(zhǎng)軸處,柔、剛輪齒嚙合 短軸處 ，柔、剛輪齒脫開(kāi)嚙合 柔輪齒圈任一點(diǎn)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(shí)質(zhì)： 兩級(jí)傳動(dòng)（共用柔輪、波發(fā)生器） 傳動(dòng)比： 第一級(jí) Zb1,Zg1 ； 第二級(jí) Zb2,Zg2 取 Zg1=Zg2=Zb2 i = - (Zb1-Zg1)/Zg 特點(diǎn)： 大大縮短減速器軸向長(zhǎng)度 （4）優(yōu)點(diǎn)： 傳動(dòng)比大； 傳動(dòng)平穩(wěn)、效率高 齒面磨損小、均勻； 精度高、回差?。? 實(shí)現(xiàn)同軸傳動(dòng)。,2.RV擺線(xiàn)針輪減速器 由一級(jí)行星輪系再串聯(lián)一級(jí)擺線(xiàn)針輪減速器而成 傳動(dòng)原理： 一個(gè)輸入軸齒輪帶動(dòng)周向分布的行星輪，與行星輪聯(lián)接的偏心 軸帶動(dòng)兩個(gè)徑向?qū)χ玫腞V擺線(xiàn)齒輪，在內(nèi)齒為園柱銷(xiāo)的固定殼體 上滾動(dòng)，其上的非圓柱銷(xiāo)軸帶動(dòng)盤(pán)式輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 傳動(dòng)比：

7、 式中： Z1小齒輪 Z2行星輪 Z3擺線(xiàn)輪 Z4殼體 特點(diǎn)： 比諧波傳動(dòng)速比大 剛性大，GD2小 同軸傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)緊湊 、效率高,,,,,,,,,,,,,,3.S軸結(jié)構(gòu) 電機(jī)減速器安裝在機(jī)器人底座內(nèi)部 電機(jī)與減速器殼連成一體，并與轉(zhuǎn)動(dòng)體連接。 減速器輸出盤(pán)與底座連接 當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于輸出盤(pán)不動(dòng)，迫使電機(jī)減速器帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)。 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(gè)極限開(kāi)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(zhǎng)軸電動(dòng)機(jī) 機(jī)器人下臂下端左側(cè)與減速器輸出盤(pán)連接 右側(cè)固連的小軸通過(guò)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(dòng)機(jī) 減速器輸出轉(zhuǎn)盤(pán)與連桿連接 下臂、上臂、拉桿和連桿構(gòu)成平行四邊形機(jī)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(jī)及減速器裝于后段內(nèi)，輸出轉(zhuǎn)盤(pán)與上臂前段連接； 調(diào)節(jié)螺母用來(lái)調(diào)整軸承間隙。,,,,6.B軸和T軸結(jié)構(gòu) B軸：T軸電機(jī)裝于上臂前段內(nèi)部 手腕用一對(duì)園錐滾子軸承支承在上臂前部 B軸電機(jī)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(jī)錐齒輪同步齒形帶錐齒輪諧波減速器手腕 手腕軸由一對(duì)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(jī) 工裝夾具使工件準(zhǔn)確地重復(fù)定位 變位機(jī)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(dòng)活塞頂塊定位 放入6 導(dǎo)缸前端磁鐵及手動(dòng)導(dǎo)桿定位 放入5件 下端平臺(tái)及4件定位 夾緊順序： 1下端定位缸動(dòng)作 1上端導(dǎo)桿定位缸夾緊 4 尾部定位缸夾緊 4二個(gè)旋轉(zhuǎn)夾緊缸夾緊 其余氣缸動(dòng)作夾緊,,,,,二、工件位置變換機(jī) 用途：變換工件位置，使機(jī)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(mǎn)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(jī)器人等待時(shí)間； 足夠強(qiáng)度和剛度； 導(dǎo)線(xiàn)及氣管不纏繞； 電源負(fù)極盡量靠近工件； 振動(dòng)大時(shí)，機(jī)器人與變位機(jī)底座連體。,,,,2.結(jié)構(gòu) 本例結(jié)構(gòu)，三軸雙支點(diǎn)型。 （1）總體 H型支架在轉(zhuǎn)臺(tái)上 可旋 轉(zhuǎn)180，人機(jī)換位。 兩套雙支點(diǎn)支承兩套夾 具體。 H 型支架下方四個(gè)定 位氣缸支承定位。,,,（2）轉(zhuǎn)臺(tái) 交流伺服電機(jī)經(jīng)減 速器和一對(duì)外齒輪 帶動(dòng)H型支架轉(zhuǎn)動(dòng)。 0、180位設(shè)兩 套位置開(kāi)關(guān)，超限 開(kāi)關(guān)和死擋塊。 導(dǎo)線(xiàn)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?zhǔn)?管

11、路保護(hù)套。,,,,（3）雙支點(diǎn)系統(tǒng) 夾具體裝在主、被動(dòng)側(cè)接手上； 主動(dòng)側(cè)交流伺服電機(jī)經(jīng)RV減速器驅(qū)動(dòng)夾具體； 主動(dòng)側(cè)極限位裝死擋鐵； 被動(dòng)側(cè)軸中空，壓力氣體經(jīng)活接頭引入； 電源負(fù)極在彈簧作用下，從軸頸引入； 轉(zhuǎn)軸前端裝導(dǎo)線(xiàn)收集盤(pán)； 被動(dòng)側(cè)裝兩個(gè)極限開(kāi)關(guān)。,,第四節(jié) 工作站的氣控系統(tǒng) 氣控工作原理 : 變位機(jī)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(rùn)滑油霧，其中壓力繼電器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)壓力； 四定位缸由一個(gè)換向閥控制； 兩個(gè)主管夾

12、緊可同時(shí)動(dòng)作，用一個(gè)換向閥； 安裝主彎管和角筋散件需手動(dòng)送入，其閥中位機(jī)能可使兩腔同時(shí)通大氣； 后四缸可同時(shí)動(dòng)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(kāi)關(guān)檢位。 多采用軟管及快插接頭； 導(dǎo)線(xiàn)、管路及元件需保護(hù)。,,氣控原理圖,,,,圖5-28 機(jī)器人工作站氣動(dòng)原理圖,,,,第五節(jié) 工作站的電氣控制原理 用機(jī)器人控制柜為主控裝置，利用機(jī)器人控制程 序 對(duì)工作站進(jìn)行控制。 PLC控制與機(jī)器人控制協(xié)調(diào)控制。 一、信號(hào)分析 每一運(yùn)動(dòng)自身位置的信號(hào)（起始點(diǎn)），可形成映象（I） SP：接近開(kāi)關(guān) 輸入信號(hào) SA：手動(dòng)

13、開(kāi)關(guān) 每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)指令及顯示（Q） 與機(jī)器人通訊 輸出信號(hào) 經(jīng)中間繼電器作用于驅(qū)動(dòng)元件,直接控制：,并行控制：,,二、電氣控制原理 機(jī)器人控制柜：控制機(jī)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(jī)器人控制內(nèi)容之 外的其他對(duì)象，并協(xié)調(diào)工作站工作。 1. 主電路分析 合上工作站開(kāi)關(guān)：電源指示燈 HL3 亮； 電氣柜風(fēng)扇 M1 工作。 SA2、SA3控制兩個(gè)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(jī)器人控制柜 電焊機(jī),,,,,圖5-29,,,,2.PLC與機(jī)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(duì)方，掌握他系統(tǒng)狀態(tài)。 Qi Xi PC通知機(jī)器人 Yi Ii 機(jī)器人通知PC 3.PLC的外部接線(xiàn) 圖531輸入信號(hào)接線(xiàn)圖 Yi 機(jī)器人信號(hào) SP4SP11 變位機(jī)、夾具板接近 開(kāi)關(guān) SP12SP23 SP30SP47 SA5，SA6 雙手起動(dòng)按鈕 SA10SA19 手動(dòng)三位選擇開(kāi)關(guān) （自復(fù)位） 圖532輸出信號(hào)接線(xiàn)圖 Xi PC系統(tǒng)送機(jī)器人信號(hào) AAAV中間繼電器觸點(diǎn),A、B夾具板各氣

15、缸 磁性開(kāi)關(guān),,,,圖5-30,,外部接線(xiàn)圖,,,,,,,圖5-32 PLC輸出信號(hào)外部接線(xiàn)圖,圖5-31 PLC輸入信號(hào)外部接線(xiàn)圖,,,三、PLC控制程序 手動(dòng)調(diào)整程序 自動(dòng)循環(huán)程序 故障檢測(cè)程序 復(fù)位程序 主程序 程序思路： 雙手按下啟動(dòng)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(jī)器人）預(yù)約 由夾具板翻轉(zhuǎn)次數(shù)信號(hào)變位機(jī)松開(kāi)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)Q0.7轉(zhuǎn)臺(tái)定位 待卸板氣缸打開(kāi)后，取出已焊工件。,,,,,,,,,,,第六節(jié) 工業(yè)機(jī)器人示教 示教是一種特殊的程序編制過(guò)程 一、示教方式 1. 直接對(duì)實(shí)機(jī)示教 使用示教盒或?qū)б咽?示教盒 用示教盒按動(dòng)軸操作鍵，到達(dá)所需

16、位置后記錄一個(gè)示教點(diǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)形成一條運(yùn)動(dòng)指令。逐點(diǎn)示教之后，便構(gòu)成作業(yè)程序的動(dòng)作部分，最后加入相應(yīng)的輔助作業(yè)命令（如起弧）。 導(dǎo)引把手 導(dǎo)引把手使未端執(zhí)行器動(dòng)作，記錄一連貫動(dòng)作數(shù)據(jù)，就構(gòu)成了作業(yè)程序。 特點(diǎn)： 可靠 效果好 占用實(shí)機(jī)生產(chǎn)時(shí)間 操作時(shí)安全性差,,,,,2. 間接對(duì)實(shí)機(jī)示教（離線(xiàn)示教或離線(xiàn)編程） 實(shí)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(shí)機(jī)。在普通微機(jī)或工程師工作站上進(jìn)行。 特點(diǎn)： 不多占用實(shí)機(jī)生產(chǎn)時(shí)間 但需較強(qiáng)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(jī)器人擁有多種作業(yè)程序、一經(jīng)條件確認(rèn)，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(jiàn)圖533。 無(wú)通用的機(jī)器人編程語(yǔ)言。,,