沈阳理工自动装配技术大作业

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1、自动装配技术结课大作业自动装配技术结课大作业课程名称：课程名称：自动装配技术自动装配技术院院系：系：机械工程学院机械工程学院学学号：号：姓姓名：名：指导教师：指导教师：设计时间：设计时间：2017.12.042017.12.04沈阳理工大学机械工程学院1.1.供料系统包括哪些，其中物流传动系统的设计中考虑因素有哪些，供料系统包括哪些，其中物流传动系统的设计中考虑因素有哪些，举例说明。举例说明。答：供料系统包括上料装置、输料装置、擒纵机构等，对装配零件进行定向整理与规则运动。举例说明：配工件的几何形状，总体特征、材质、状况及工艺要求：RFID 技术在烟草物流系统中的应用目前卷烟厂仓储物流系统大多

2、采用无线射频识别(RFID)技术，如何更好地结合工艺要求和物流技术发挥物料自动识别的最大优势出发，分析了烟草行业仓储物流系统中RFID 技术的应用。生产纲领：汽车工厂冲压车间工程设计冲压生产为整车生产的首道工序，在不同的生产纲领、不同的投资强度条件下采用的生产工艺和设备是不同的。轿车为高投入高产出的产业，通常工艺设备的投资强度较大、可靠性要求较高。因此，经常采用高效的机械压力机来完成冲压工作。使用条件：网络化条件下物流运输合理化的研究物流运输是运用各种交通运输手段和工具，使物资在空间上实现由供应者向需求者转移。在网络化的务件下，对物流过程中进行信息采集、管理、分析和调度，并根据反馈情况及时进行

3、调整的信息系统，通过网络化使物流运输更加合理化、数字化和高效率。制造厂的制造能力：汽车白车身立体化仓库输送系统的仿真优化保证物流输送系统的顺畅性，并适当提高输送能力是社会物流自动化立体仓库发展过程中所面临的重要问题。对汽车制造企业立体化仓库输送系统进行了仿真研究，仿真结果验证了当前系统的运行舒畅性和设计合理性，还分别对入库输送系统和出库输送系统进行了优化，提高了系统输送能力，满足了汽车制造企业未来生产节拍可能加快的需求。2.2.自动化立体仓库的构成，各部分作用。描述采用堆垛机在高层货自动化立体仓库的构成，各部分作用。描述采用堆垛机在高层货架存取货物的控制流程，举例说明。架存取货物的控制流程，举

4、例说明。答：自动化立体仓库（AS/RS）是由立体货架、有轨巷道堆垛机、出入库托盘输送机系统、尺寸检测条码阅读系统、通讯系统、自动控制系统、计算机监控系统、计算机管理系统以及其他如电线电缆桥架配电柜、托盘、调节平台、钢结构平台等辅助设备组成的复杂的自动化系统。立体货架:用于存储货物的钢结构。主要有焊接式货架和组合式货架两种基本形式。托盘（货箱）：用于承载货物的器具，亦称工位器具。有轨巷道堆垛机：用于自动存取货物的设备。按结构形式分为单立柱和双立柱两种基本形式；按服务方式分为直道、弯道和转移车三种基本形式。输送机系统：立体库的主要外围设备，负责将货物运送到堆垛机或从堆垛机将货物移走。输送机种类非常

5、多，常见的有辊道输送机，链条输送机，升降台，分配车，提升机，皮带机等。AGV 系统:即自动导向小车。根据其导向方式分为感应式导向小车和激光导向小车。自动控制系统:驱动自动化立体库系统各设备的自动控制系统。以采用现场总线方式为控制模式为主。储存信息管理系统:亦称中央计算机管理系统。是全自动化立体库系统的核心。典型的自动化立体库系统均采用大型的数据库系统（如ORACLE，SYBASE 等）构筑典型的客户机/服务器体系，可以与其他系统（如 ERP 系统等）联网或集成。举例说明：堆垛机自动取货，第一步是先要到达指定取货货位，是水平 X 轴和垂直 Z 轴平面上的点，行走过程中要自检查伺服是否错误、激光的

6、误差是否过大，如果发生错误则立即停车并报警，没有错误则继续行走。到达指定货位位置后，需要检查货叉是否处于水平位，如不在水平位则需要自动对货叉进行一次校零，因为机械上无法保证堆垛机在高速行走中，货叉是否会对轨道打滑。如货叉在水平位，再检查一次激光误差是否在规定范围内，因为堆垛机在移动的时侯和静止停下的候时激光误差的报警标准是不一样的激光检测完成后，如没有错误，则检查允许取货信号有无，然后向货叉下达伸叉命令并触发货叉伸出标志位，伸叉完成后堆垛机触发货叉高低标志位由低位升到高位，到达高位后复位货叉高低标志位，触发取货完成标志位，向货叉下达收叉命令，收叉完成后，复位货叉伸出标志位，然后触发取货完成标志

7、位，自动取货流程图如图所示。卸货部分程序动作和取货基本相同，区别在于最开始需要对轿厢内的货物进行一次 RFID 检测，检测是否和作业要求信息相一致，相一致的话进行卸货程序，不一致的话，有以下几种处理方案:(1)没有读到 RFID 号，依然正常进行卸货作业，但是在上报结果给上位调度计算机(WCS)的时候上报木托盘 RFID 未读取到;(2)入库作业时，读到的 RFID 号错误，需要离开停止当前作业并上报错误给上位调度计算机(WCS);(3)移库或者出库作业时，需要将货物原地放回，然后再将错误上报给上位调度计算机(WCS)。自动卸货流程图如图所示3.3.工业机器人分类，工业机器人分类，关键技术，关

8、键技术，装配机器人在自动装配生产线中作用，装配机器人在自动装配生产线中作用，举例说明。举例说明。答：工业机器人的分类：按机械结构类型分类：关节型机器人（a）球坐标型机器人（b）圆柱坐标型机器人（c）直角坐标型机器人（d）。按用途分类：焊接机器人、冲压机器人、浇注机器人、搬运机器人、装配机器人、喷漆机器人、切削加工机器人、检测机器人等。关键技术：装配机器人的精确定位装配机器人运动系统的定位精度由机械系统静态运动精度（几何误差、热和载荷变形误差）和机电系统高频响应的暂态特性（过渡过程）所决定，其中静态精度取决于设备的制造精度和机械运动形式，动态响应取决于外部跟踪信号、系统固有的开环动态特性、所采用

9、的减振方法（阻尼）和控制器的调节作用。装配机器人的实时控制在许多微机应用领域中，PC 机的速度和功能往往不能满足需要。特别是在多任务工作环境下，各任务只能分时工作，动态响应取决于外部跟踪信号、系统固有的开环动态特性、所采用的减振方法（阻尼）和控制器的调节作用。测传感技术检测传感技术的关键是传感器技术，它主要用于检测机器人系统中自身与作业对象、作业环境的状态，向控制器提供信息以决定系统动作。传感器精度、灵敏度和可靠性很大程度决定了系统性能的好坏。检测传感技术包含两个方面内容:一是传感器本身的研究和应用，二是检测装置的研究与开发。包括:多维力觉传感器技术、视觉技术、多路传感器信息融合技术、检测传感

10、装置的集成化与智能化技术。配机器人系统软件研制PC 机是在 MSDOS 或 Windows 躁作系统下工作的。MSDOS 是一个单任务操作系统，Windows 侧是分时多任务，均不能满足机器人规划，伺服同时进行的要求。为此，必须开发一个协调上、下位机各任务工作的实时控制程序，它作为 MSDOS 或 Windows 下的一个应用程序分别在两个系统上运行。装配机器人系统的软件主要由机器人语言编译模块、多任务监控模块、双系统握手通讯模块、伺服控制模块四部分构成。系统在上电启动后即初始化，建立双系统联系，根据 Semaphore 锁存器的值及双口 RAM 中的数据调度任务，对机器人进行初始定位后对机器

11、人语言命令编译，分由上、下位机同时执行。配机器人控制器的研制装配机器人的伺服控制模块是整个系统的基础，它的特点是实现了机器人操作空间力和位置混合伺服控制，实现了高精度的位置控制、静态力控制，并且具有良好的动态力控制性能。伺服模块之上的局部自由控制模块相对独立于监督控制模块，它能完成精密的插圆孔、方孔等较为复杂的装配作业。监督控制模块是整个系统的核心和灵魂，它包括了系统作业的安全机制、人工干预机制和遥控机制。多任务控制器可广泛应用于工业装配机器人中作为其实时任务控制器而使用，也可用作移动机器人的实时任务控制器。配机器人的图形仿真技术对于复杂装配作业，示教编程方法效率往往不高，如果能直接把机器人控

12、制器与 CAD 琢统相联接，则能利用数据库中与装配作业有关的信息对机器人进行离线编程，使机器人在结构环境下的编程具有很大的灵活性。另一方面，如果将机器人控制器与图形仿真系统相联，则可离线对机器人装配作业进行动画仿真，从而验证装配程序的正确性、可执行性及合理性，为机器人作业编程和调试带来直观的视觉效果，为用户提供灵活友好的操作界面，具有良好的人机交互性。配机器人柔顺手腕的研制通常而言，通用机器人均可用于装配操作，利用机器人固有的结构柔性，可以对装配操作中的运动误差进行修正。通过对影响机器人刚度的各种变量进行分析，并通过调整机器人本身的结构参数来获得期望的机器人末端刚度，以满足装配操作对机器人柔顺

13、性要求。但在装配机器人中采用柔性操作手爪则能更好地取得装配操作所需的柔顺性，由于装配操作对机器人精度、速度和柔顺性等性能要求较高。所以有必要设计专门用于装配作业的柔顺手腕，利用柔顺手腕是实际装配操作中使用最多的柔顺环节。举例说明：直角坐标型装配机器人，其结构在目前的产业机器人中是最简单的。它具有操作简便的优点，被用于零部件的移送、简单的插入、旋拧等作业。在机构方面，大部分装备了球形螺丝和伺服电动机，具有可自动编程，速度快、精度高等特点。垂直多关节型装配机器人，大多具有 6 个自由度，这样可以在空间上的任意一点，确定任意姿势。因此，这种类型的机器人所面向的往往是在三维空间的任意位置和姿势的作业。

14、4.4.上下料装置的设计原则有哪些，举例说明典型装置。上下料装置的设计原则有哪些，举例说明典型装置。答：上下料是指将毛坯送到正确的加工位置及将加工好的工件从机床上取下的过程。其结构形式可分为：按自动化程度：人工上下料装置，单件小批生产或大型的或外形复杂的工件。自动上下料装置，大批大量生产，如料仓式、料斗式、上下料机械手或机器人等。但在设计时应注意：上下料的时间要符合生产节拍的要求上下料工作平稳，尽量减少冲击，避免使工件产生变形或损坏等上下料装置结构简单，工作可靠，维护方便有一定的适用范围，尽可能满足多种需求举例说明：料仓式上料装置：当单件毛坯尺寸较大，而且形状比较复杂难于自动定向时，可采用料仓

15、式上料机构。适用于加工时间较长的零件。用于大量个批量生产中。料仓作用是储存毛坯。大小取决于毛坯的尺寸及工作循环的长短。隔料器作用是把代加工的毛坯从料仓中的许多毛坯隔离出来，使其自动进入上料器或由料器直接将其送到加工位置。上料器是把毛坯从料仓送到机床加工位置。上料杆将毛坯件推入加工位置。卸料杆将加工好的工件推出加工位置。料斗式上料装置：对储料器中杂乱的工件进行自动定向整理再送给机床。料斗：工件在料斗中完成定向，并依次送到出口处，有时需加搅动器或剔除器。搅动器：防止工件进入送料器时产生阻塞。定向器：矫正工件位置，剔除位置不正确工件。剔除器：剔除从料斗到送料槽中一些位置不正确的工件。送料槽：要求工件

16、能顺利流畅稳速移动，不能发生阻塞或滞留现象。减速器：防止工件移动速度过大造成机件或工件因碰撞而损坏。分路器：把运动的工件分为两路或多路，分别送到各机床。上下料机械手：按照程序要求实现抓取和搬运工作，或完成某些劳动作业的机械自动化装置。5.5.工件传送装置有哪些，传送机有哪些分类，特点如何，举例说明。工件传送装置有哪些，传送机有哪些分类，特点如何，举例说明。答：工件传送装置：托盘及托盘交换器、随行夹具、传送装置、有轨小车、无轨小车、随行工作台站。举例说明：传送机：滚道式传送机：结构简单，使用广泛。滚道可以是无动力的，货物由人力推动。链式传送机：最简单的链式传送机由两根套筒滚子链条组成。用链条和托

17、板组成的链板传送机上一种广泛使用的连续传送机械。悬挂式传送机：主要用于在制品的暂存。另外尤其适用于批量产品的喷漆。6.6.自动装配系统的典型机构有哪些，举例说明；阐述在大型客机装配自动装配系统的典型机构有哪些，举例说明；阐述在大型客机装配系统中，典型装配机构、加工系统中，典型装配机构、加工/装配设备、自动供料装置有哪些，举装配设备、自动供料装置有哪些，举例说明。例说明。答：自动装配系统的典型机构：槽轮机构板形凸轮间歇传动机构能自动找正孔中心和对正孔轴线的弹性随动架式手腕使轴产生微小位移能自动找正孔中心和对正孔轴线的弹性随动架式手腕使轴产生微小偏移垫圈自动装入工作头 螺母自动装入工作头 槽口铆接

18、的操作情况举例说明：近年来，随着中国经济的发展，更多的企业都在选择自动化机械装配，如同富士康在近来三年内要增加 100 万台机器人来解决员工问题。当然根据行业的不同，自动装配机的应用也自然不同。自动装配机根据行业的不同可分为以下几种：电子电气类 轻触开关装配机，继电器自动装配机，复位健装自动装配机，变压器自动装配机等。五金类 脚轮自动装配机，轴承自动装配机，玩具自动装配机，齿轮自动装配机，牙箱自动装配机等。自动装配机还应用到家电，汽车行业，总而言之，自动装配机将是工厂工业化的一种趋势。气垫运输系统当气垫模块充气时，气囊膨涨形 成一圆环，空气从气囊中经小孔进入气室，在气室中建立起承载压力。并向四

19、周泄气与地面形成非常薄的空气膜。因气膜摩擦阻力很小，所以能用很小的推力使 重物向任何方向推进、旋转、定位。导入压缩空气时，气囊首先膨胀，在地面与气囊间形成密封，继续加入压缩空气时，空气被迫从气囊胆上的排气孔溢出，溢出空气对地面的压力导致气囊带着承载模块升离地面，浮在一层气膜（气垫）上，负载即处于浮起模式，可以被移动了。气垫包围的气箱与地面之间的空气隙极薄，因此，地面的表面质量对于气垫 运输设备的使用是至关重要的。一方面，地面的表面质量直接影响到空气消耗量；另一方面，地面的表面质量对于托举室内究竟能否形成超高压有着决定性的影响。7.7.列举典型的装配机器人结构、传动系统、驱动系统、控制器等国际列

20、举典型的装配机器人结构、传动系统、驱动系统、控制器等国际上研究发展现状、应用领域，举例说明。上研究发展现状、应用领域，举例说明。答：装配机器人结构：手臂、手爪、控制器、示教盒、传感器传动系统：齿轮传动、蜗杆传动、滚珠丝杆出传动、同步齿形带传动、链传动和行星齿轮传动驱动系统：液压驱动、气动驱动、电动驱动控制器：发展现状：机器人控制器的研究已经由硬件过渡到软件、由具体控制器过渡到通用开放式体系结构、由单独控制过渡到多机协调控制。国外有专门的研究机构和公司对机器人控制器进行研究和制造。同时，也得到国家相关部门和企业的资助。因此，国外的机器人控制器发展很快，智能水平很高，并且正在进行许多开创性的研究。

21、归纳起来主要在两个方面：（1）机器人控制器的功能结构，主要是智能控制、多算法融合和性能分析、控制器体系结构；（2）控制器的实现结构，主要是实时多任务操作系统、开放结构标准、多控制器结构和网络化、运动控制器。当然，两者之间在一定范围内是重合进行的。国内机器人控制器的研究比国外落后很多、差距比较大。目前，主要集中在机器人控制算法和策略上，而对控制器体系结构方面的研究非常少。通用交互式图形化人机界面的研制。目前，国外对机器人控制器的研究主要集中在功能方面，也即软件方面的研究和开发。特别是，通用交互式图形化人机界面的开发已越来越受到重视，它是机器人技术实用化关键技术之一。目前的人机交互界面要么是手持操

22、作器和带操作的示教板，要么是键盘驱动或鼠标驱动的固定式菜单和弹出式菜单，相对在工业中常用的组态软件如 FIX 等图形化操作要落后的多。通用交互式图形化人机界面开发难度很大，一方面它有赖于开放结构规范的建立，而目前仍未形成一个统一的、公认的技术规范；另一方面是机器人多样性和复杂性决定的如机器人种类不同功能就各异、环境模型难于统一、控制算法复杂多样等等。但是，对某一类型的机器人，特别是已经开始实用化的机器人，还是比较有益的。通用交互式图形化人机界面通常是基于实时多任务操作系统，主要包括两个部分：开发环境和应用环境。开发环境为应用环境提供一个开发平台，用户可以根据自己的要求，在开发环境下采用交互式图

23、形界面，组合满足要求的应用程序，并可通过应用环境编译为可直接运行的程序。8.8.装配机的结构形式有哪些，基础件的传送系统有哪些，典型机构有装配机的结构形式有哪些，基础件的传送系统有哪些，典型机构有哪些，举例说明，分析其应用特点。哪些，举例说明，分析其应用特点。答：结构形式：间隙运动式装配机、连续运动式装配机、单工位装配机、多工位装配机、圆形工作台式装配机环形工作台式装配机基础件的传送系统：直线型传送系统、圆形传送系统、复合方式传送系统典型机构：圆形回转台式装配机：由于圆形传送方式和传送精度适用于自动化装配。鼓形装配机：基础件的长度比较大的时候，适合这种装配。环台式装配机：基础件或工件托盘在一个

24、环形的传送链上间歇地运动，环内和环外都可以安排一定的工位，总的工位数可以多一些。纵向节拍式装配机：把各工位按直线排列，并通过一个联接各工位，工件流是从一段开始，在另一端结束。提供了一种空间上的优点。转子式装配机：为小型简单而批量较大的部件装配设计。参考文献参考文献1 张红.RFID 技术在烟草物流系统中的应用 J.物流技术与应用，2016，021(003)：121-1242 顾赞.汽车工厂冲压车间工程设计 J.工程建设与设计，2010，000(006)：51-553 崔东.网络化条件下物流运输合理化的研究J.经济技术协作信息，2007，000(021)：774 王西.汽车白车身立体化仓库输送系统的仿真优化 J.公路交通科技，2015，000(011)：296-2985 王涛.自动化立体仓库堆垛机控制系统的研究 D.太原：中北大学20156 郑井水.大型客机装配工作平台关键技术及应用研究 D.上海：东华大学 20157 https:/ https:/ https:/