工业机器人工作站

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1、,第一节 概述 第二节 工业机器人 第三节 工装夹具与变位机 第四节 工作站的气控系统 第五节 工作站的电气控制原理 第六节 工业机器人示教,第五章 工业机器人工作站,第五章 工业机器人工作站,工业机器人工作站：进行简单作业，且使用一台或两 台机器人的生产体系。 工业机器人生产线：进行工序内容多的复杂作业，使 用了两台以上机器人的生产体系。,第一节概述 以一个摩托车车架焊接 工作站为例 一、焊接对象 由十个散件焊接成 摩托车车架,图5-2 车架焊缝标识图,二、工作站的划分 划分结果： 主管焊 第一工作站 预点焊 第二工作站 完成焊 车架焊 第三工作站 预点焊 第四工作站 完成焊 仅介绍第一工作

2、站,图5-4 摩托车车架焊接生产线总体布局图,组成： 机器人；机器人控制系统；变位机；夹具体；未端执 行器；电焊机；辅助装置； 气动系统等。 1. 机器人 选型因素：驱动方式 传动形式 自由度数 结 构 可搬重量 工作空间 按具体作业要求选 本例选垂直关节型六自由 度机器人。,三、工作站布局及组成,2. 变位机（专门设计） 运动数：决定于工件位置变化要求 传动类型：电动（普通、伺服）、气动、液动 取决于工件精度，作业精度、运动件大小 及与机器人协调要求。 结构形式：与工作站布局，用户要求、物流路线、生产纲领、工件重量、占地空间等。 外部轴数：控制系统，协调运动有关。 3.未端执行器（手爪）（专

3、门设计） 根据工件特点，作业要求及设计 焊枪： 送丝机经送丝管送焊丝 焊丝正极、工件负极 丝周围惰性保护气体 冷却水冷却焊丝管、咀。 4.其它 1）夹具体；2） 电焊机系统；3）辅助装置；4）安全装置,可称万能工具 （搬运、装配、弧焊、点焊、切割、研磨、喷涂等）,一、技术参数（见表51） 主要参数： 可搬重量 工作空间 重复定位精度 各轴最大旋转角度 各轴最大旋转速度 各轴许用扭转力矩 选型相关因素： 未端执行器重量 工件大小 作业条件 工作站布局,第二节 工业机器人,选型与其他设计： 布局设计 未端执行器设计 夹具体设计 变位机设计 本例选：MK6SB型 选择可搬重量因素： 末端执行器净重

4、末端执行器重心偏移 机器人最大速度及惯性 选择工作空间因素： 满足作业范围要求 工件置于机器人的最佳作业位置,二、机器人的传动与结构 传动示意： S 轴：D1R1 腰旋转 340 L 轴：D2R2 下臂摆 240 U 轴：D3R3 上臂摆 270 R 轴：D4R4 上臂转360 B 轴：D5R5 手腕摆270 T 轴：D6R6 手腕转400,基点P： R、B、T轴中心线之交点P 减速器： R1，R2，R3RV摆线针轮减速器 R4，R6谐波减速器 R5扁平型谐波减速器,形成机器人工作 空间,传动示意,工作空间,图5-9 六自由度机器人的传动和外观图,图5-10 机器人P点的工作空间示意图,1.谐

5、波减速器 （1）基本构件 内齿刚轮+ 外齿柔轮+ 波发生器 （2）传动关系 柔轮Zg刚轮Zb 波发生器长轴处,柔、刚轮齿啮合 短轴处 ，柔、刚轮齿脱开啮合 柔轮齿圈任一点径向 位移呈近似于余弦波 形变化 波发生器一周柔 轮反向转Z/Zg 周,(3) 扁平型谐波减速器 实质： 两级传动（共用柔轮、波发生器） 传动比： 第一级 Zb1,Zg1 ； 第二级 Zb2,Zg2 取 Zg1=Zg2=Zb2 i = - (Zb1-Zg1)/Zg 特点： 大大缩短减速器轴向长度 （4）优点： 传动比大； 传动平稳、效率高 齿面磨损小、均匀； 精度高、回差小； 实现同轴传动。,2.RV摆线针轮减速器 由一级行星

6、轮系再串联一级摆线针轮减速器而成 传动原理： 一个输入轴齿轮带动周向分布的行星轮，与行星轮联接的偏心 轴带动两个径向对置的RV摆线齿轮，在内齿为园柱销的固定壳体 上滚动，其上的非圆柱销轴带动盘式输出轴转动。 传动比： 式中： Z1小齿轮 Z2行星轮 Z3摆线轮 Z4壳体 特点： 比谐波传动速比大 刚性大，GD2小 同轴传动 结构紧凑 、效率高,3.S轴结构 电机减速器安装在机器人底座内部 电机与减速器壳连成一体，并与转动体连接。 减速器输出盘与底座连接 当电机转动，由于输出盘不动，迫使电机减速器带动转动体转动。 旋转体与固定底座间用推力向心交叉短园柱滚子轴承。 两个极限开关及死挡铁限制其极限位

7、置。,4.L轴和U轴结构 图左侧为L轴电动机 机器人下臂下端左侧与减速器输出盘连接 右侧固连的小轴通过轴承支承在U轴连杆内 减速器装在旋转体上 极限位置安装极限挡块 图右侧为U轴电动机 减速器输出转盘与连杆连接 下臂、上臂、拉杆和连杆构成平行四边形机构 铰链中用园锥滚子轴承 用闷盖调整轴承间隙、并密封,5.R轴结构 上臂前段用两圆锥滚子轴承支承于后段内； 电机及减速器装于后段内，输出转盘与上臂前段连接； 调节螺母用来调整轴承间隙。,6.B轴和T轴结构 B轴：T轴电机装于上臂前段内部 手腕用一对园锥滚子轴承支承在上臂前部 B轴电机锥齿轮同步齿形带谐波减速器手腕 锥齿轮轴和B轴由向心球轴承支承 T

8、轴： T轴电机锥齿轮同步齿形带锥齿轮谐波减速器手腕 手腕轴由一对园锥滚子轴承支承在手腕体内 手腕法兰连接未端执行器,第三节 工装夹具与变位机 工装夹具使工件准确地重复定位 变位机具有较高的重复定位精度 一、工装夹具 本例采用图524的夹具体形式，便于预置散件。又便于整体取 出工件。,预置散件顺序： 放入1、4件 1件：V平块定位，弹簧确定周向位置 4件：UV型定位 放入2件 由1、4件及手动活塞顶块定位 放入6 导缸前端磁铁及手动导杆定位 放入5件 下端平台及4件定位 夹紧顺序： 1下端定位缸动作 1上端导杆定位缸夹紧 4 尾部定位缸夹紧 4二个旋转夹紧缸夹紧 其余气缸动作夹紧,二、工件位置变

9、换机 用途：变换工件位置，使机器人焊枪位置最佳和避免焊 枪与工件及夹具干涉。 1.基本要求： 工件处于最佳位置； 满足所有作业位置要求；（特例人工处理） 较高重复定位精度； 缩短机器人等待时间； 足够强度和刚度； 导线及气管不缠绕； 电源负极尽量靠近工件； 振动大时，机器人与变位机底座连体。,2.结构 本例结构，三轴双支点型。 （1）总体 H型支架在转台上 可旋 转180，人机换位。 两套双支点支承两套夹 具体。 H 型支架下方四个定 位气缸支承定位。,（2）转台 交流伺服电机经减 速器和一对外齿轮 带动H型支架转动。 0、180位设两 套位置开关，超限 开关和死挡块。 导线及气管经转轴 中心

10、孔引至H支架 处。 底座内装柔性链式 管路保护套。,（3）双支点系统 夹具体装在主、被动侧接手上； 主动侧交流伺服电机经RV减速器驱动夹具体； 主动侧极限位装死挡铁； 被动侧轴中空，压力气体经活接头引入； 电源负极在弹簧作用下，从轴颈引入； 转轴前端装导线收集盘； 被动侧装两个极限开关。,第四节 工作站的气控系统 气控工作原理 : 变位机定位锁紧回路 手控阀 三联件 A夹具板气体汇流板 B夹具板气体汇流板 手控阀关闭便于维修； 三联件：滤除杂质、水分、调定压力、形成润滑油雾，其中压力继电器监测系统压力； 四定位缸由一个换向阀控制； 两个主管夹紧可同时动作，用一个换向阀； 安装主弯管和角筋散件需

11、手动送入，其阀中位机能可使两腔同时通大气； 后四缸可同时动作，共用一阀； 各缸均用出口节流型调速阀； 各缸均用装在缸筒外表面的磁性开关检位。 多采用软管及快插接头； 导线、管路及元件需保护。,气控原理图,图5-28 机器人工作站气动原理图,第五节 工作站的电气控制原理 用机器人控制柜为主控装置，利用机器人控制程 序 对工作站进行控制。 PLC控制与机器人控制协调控制。 一、信号分析 每一运动自身位置的信号（起始点），可形成映象（I） SP：接近开关 输入信号 SA：手动开关 每一个运动的驱动指令及显示（Q） 与机器人通讯 输出信号 经中间继电器作用于驱动元件,直接控制：,并行控制：,二、电气控

12、制原理 机器人控制柜：控制机器人的各轴及外部轴，并经端子与其他设 备通信。 电气控制柜：控制除机器人控制内容之 外的其他对象，并协调工作站工作。 1. 主电路分析 合上工作站开关：电源指示灯 HL3 亮； 电气柜风扇 M1 工作。 SA2、SA3控制两个照明灯。 SA1经KM使其他设备带电。 220V： 供PLC电源 变压整流直流24V输入、输出模块 110V供电磁铁用电（经中间继电器控制） 380V： 机器人控制柜 电焊机,图5-29,2.PLC与机器人通信 两控制系统建立联系：将本系统状 态通知对方，掌握他系统状态。 Qi Xi PC通知机器人 Yi Ii 机器人通知PC 3.PLC的外部

13、接线 图531输入信号接线图 Yi 机器人信号 SP4SP11 变位机、夹具板接近 开关 SP12SP23 SP30SP47 SA5，SA6 双手起动按钮 SA10SA19 手动三位选择开关 （自复位） 图532输出信号接线图 Xi PC系统送机器人信号 AAAV中间继电器触点,A、B夹具板各气缸 磁性开关,图5-30,外部接线图,图5-32 PLC输出信号外部接线图,图5-31 PLC输入信号外部接线图,三、PLC控制程序 手动调整程序 自动循环程序 故障检测程序 复位程序 主程序 程序思路： 双手按下启动按钮I6.6和I6.7接通A板或B板气缸依次夹紧 夹具板装料完毕（Q0.4机器人）预约

14、 由夹具板翻转次数信号变位机松开转台转动Q0.7转台定位 待卸板气缸打开后，取出已焊工件。,第六节 工业机器人示教 示教是一种特殊的程序编制过程 一、示教方式 1. 直接对实机示教 使用示教盒或导引把手 示教盒 用示教盒按动轴操作键，到达所需位置后记录一个示教点数据，同时形成一条运动指令。逐点示教之后，便构成作业程序的动作部分，最后加入相应的辅助作业命令（如起弧）。 导引把手 导引把手使未端执行器动作，记录一连贯动作数据，就构成了作业程序。 特点： 可靠 效果好 占用实机生产时间 操作时安全性差,2. 间接对实机示教（离线示教或离线编程） 实质： 用CAD或仿真手段在图形模拟环境中示教，生成程序后传给实机。在普通微机或工程师工作站上进行。 特点： 不多占用实机生产时间 但需较强的软件支持 二、主程序和子程序 主程序：管理所有作业程序的程序。 主程序可以使机器人拥有多种作业程序、一经条件确认，便执行相应程序。执行后返回主程序。 主、子程序关系 见图533。 无通用的机器人编程语言。,