【课件】工业机器人的生产线及工作站PPT

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2.圆柱坐标型
圆柱坐标型操作机，它有两个移动关节和一个转动 关节，末端操作器的安装轴线之位姿由(z，r，θ)坐标 予以表示。
该种型式的工业机器人，空间尺寸较小，工作范围 较大，末端操作器可获得较高的运动速度。它的缺 点是末端操作器离z轴愈远，其切向线位移的分辨精 度就愈低。
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3.球坐标型
球坐标型操作机它有两个转动关节和一个移动关节， 末端操作器的安装轴线之位姿由(θ，φ， r)坐标予以 表示。该种型式的工业机器人，空间尺寸较小，工 作范围较大。
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4.关节型
关节型操作型它有三个转动关节，即机身上部相对 于下部的转动，肩关节的转动和肘关节的转动。腕 关节的转动属于末端操作器的自由度。该种结构的 工业机器人，空间尺寸相对较小，工作范围相对较 大，还可以绕过机座周围的障碍物，是目前应用较 多的一种机型。
工业机器人
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一.工业机器人的历程
1 9 6 0 年 美 国 A M F 公 司 生 产 了 首 台 工 业 生 产 柱 坐 标 型 Versatran机器人，可进行点位和轨迹控制。
1979年，Unimation推出PUMA机器人：多关节、全电 机驱动、多CPU二级控制，采用VAL专用语言，可配 视觉、触觉、力觉传感器。
执行机构是机器人赖以完成各种作业的主体部分。 通常为开式空间连杆机构。
驱动-传动机构由驱动器和传动机构组成。传动有机 械式、电气式、液压式、气动式和复合式等。而驱 动器有步进电机、伺服电机、液压马达和液压缸等。

示教输入
编程输入
穿孔带输入 穿孔卡输入 磁带输入
键盘输入
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三、工业机器人智能传感器
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1．接近觉传感器
接近觉传感器能使机器人手爪感知与物体的接 近程度，当近到一定距离时能使高速搜索物体的手 爪向控制系统发出减速信号，以减少手爪和物体的 冲击。
接近觉传感器有光学、超声波和电磁等几种， 一般装在手爪上。
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焊接机器人
一、焊接机器人系统的组成 焊接机器人系统一般由以下几个部分组
成：机器人操作机、变位机、控制器、焊 接系统、焊接传感器、中央控制计算机和 相应的安全设备等。
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机器人操作机是焊接机器人系统的执行机构 变位机作为机器人焊接生产线及运动形式
① 直角坐标式 ② 圆柱坐标式 ③ 球坐标式 ④ 多关节式
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3．机器人运动功能
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① 点位控制型：用于搬运和装卸物件，点焊及具 有固定位置零件的装配工作。
② 连续轨迹控制型：主要用于电弧焊和喷涂等. 4．机器人程序输入方式
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一汽“红旗”轿车机器人焊接线
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搬运、码垛机器人
自动搬运工作站由搬运机器人和周边设备组成。 搬运机器人可用于搬运重达几公斤至1 t以上的
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工业机器人
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到目前为止，工业机器人是最成熟、应用最 广泛的一类机器人，全世界目前已经销售110万台， 这是1999年的统计，已经进行使用的是75万台。 日本在工业机器人领域的发展是首位的，成为机 器人的王国； 美国发展得也很迅速，目前在新安装的台数方面 已经超过了日本； 中国刚开始进入产业化的阶段，已经研制出多种 工业机器人样机，已有小批量在生产中使用。

图7.4 两台两轴变位机和弧焊机器人组成的工作站。（P222）
它可以形成两个工位。但对由两台两轴变位机组成的工作站来说， 操作者装卸工件时，需在两个变位机之间来回走动，每天要走许多路； 但工件焊接时都能作倾斜变位，又可作旋转(自转)运动，有利于保证焊 接质量。
2. 旋转-倾斜变位机与弧焊机器人组合的工作站 图7.5 一台五轴双L型变位机和弧焊机器人组成的工作站。（P222）
一种由两台6 kg弧焊机器人及一台120 kg搬运机器人组成的工作站。 工件用气动夹具装夹在托盘上。共有两个托盘，一个由搬运机器人抓起 递给两台弧焊机器人同时焊接，而另一个托盘放在托盘支架上由操作者 进行装卸工件。随着机器人售价的降低，这种组合的弧焊机器人工作站 的应用日益增多。
图7.9 弧焊机器人 与搬运机器人组合 的工作站（P226）
推土机台车架弧焊机器人工作站，采用两台翻转变位机形成两个工位。 为了使机器人能达到两个翻转变位机上工件的各个焊接位置，机器人安 放在两个组成十字形的滑轨上，使之能沿工件长度方向和两个翻转变位 机之间的方向移动。因工件又重又长，重心又偏向一侧，而且组装时只 进行简单的定位焊，为了避免工件翻转时受力过大使定位焊点开裂，选 用头座和尾座双主动的翻转变位机，使工件在转动时不传递力矩。翻转 变位机的转盘和机器人的十字滑轨都由交流伺服电动机驱动，编码器反 馈位置信息，可以任意编程定位。采用了带自锁的液压夹具。这种夹具 不仅夹紧力大，而且在突然断电后，即使液压系统完全失压，工件无论 处于何种位置也不会脱落。
第七章 工业机器人工作站及生产 线
7.1 焊接机器人
7.1.1 焊接机器人系统的组成和分类
机器人要完成焊接作业必须依赖控制系统与辅助设备的支持和配合。 完整的焊接机器人系统一般由以下几个部分组成：机器人操作机、变位 机、控制器、焊接系统(专用焊接电源、焊枪或焊钳等)、焊接传感器、 中央控制计算机和相应的安全设备等。

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二.工业机器人的组成
工业机器人由三大部分五个子系统组成。 三大部分是:机械部分、传感部分和控制部分 五个子系统是:执行机构、驱劢系统、传劢系统、控制系统 及智能系统。 各部分关系如下图所示：
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三.工业机器人分类与性能
3.球坐标型
球坐标型操作机它有两个转动关 节和一个移动关节，末端操作器的安 装轴线之位姿由(θ，φ， r)坐标予以 表示。该种型式的工业机器人，空间 尺寸较小，工作范围较大。
4.关节型
关节型操作型它有三个转动关节，即机 身上部相对于下部的转动，肩关节的转动 和肘关节的转动。腕关节的转动属于末端 操作器的自由度。该种结构的工业机器人， 空间尺寸相对较小，工作范围相对较大， 还可以绕过机座周围的障碍物，是目前应 用较多的一种机型。
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四.工业机器人用途
搬运机器人
焊接机器人
装配机器人
喷漆机器人
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切削加工机器人

8.1 认识工作站
8.1.3工作站外围设备
必须根据自动化的规模来决定工业机器人与外围设备的规格。因作业对象 的不同，其规格也多种多样。
8.1 认识工作站
8.1.3工作站外围设备
表8-1 工业机器人的作业和外围设备的种类
作业内容 压力机上的装卸作业 切削加工的装卸作业 压铸加工的装卸作业 喷涂作业 点焊作业
电弧焊作业
工业机器人的种类
主要的外围设备
传送带、滑槽、供料装置、送料器、
固定程序式
提升装置、定位装置、取件程序式、示教再现式、 传送带、上下料装置、定位装置、反
数字控制式
转装置、随行夹具
固定程序式、示教再现式
浇铸装置、冷却装置、修边压力机、 脱膜剂喷涂装置、工件检测
示教再现式
传送带、工件探测、喷涂装置、喷枪
焊接电源、时间继电器、次级电缆、
示教再现式
焊枪、异常电流检测装置、工具修整 装置、焊透性检验、车型判别、焊接
夹具、传送带、夹紧装置
弧焊装置、焊丝进给装置、焊矩、气
示教再现式
体检测、焊丝检测，焊炬修整、焊
接夹具、位置控制器、焊接条件选择
8.1 认识工作站
习题
1. 什么是工业机器人工作站？ 2. 工业机器人工作站的特点是什么？
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8.1.2工作站特点
1．技术先进 工业机器人集精密化、柔性化、智能化、软件应用开发等先进制造技术于
一体，通过对过程实施检测、控制、优化、调度、管理和决策，实现增加 产量、提高质量、降低成本、减少资源消耗和环境污染的目的，是工业自 动化水平的最高体现。
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8.1.2工作站特点
8 工业机器人工作站

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。
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第四节 工作站的气控系统
气控工作原理 : 手控阀 三联件
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。
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（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 中心孔引至H支架 处。
底座内装柔性链式 管路保护套。
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（3）双支点系统
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）
本例选：M－K6SB型 选择可搬重量因素：
末端执行器净重 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
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二、机器人的传动与结构
传动示意：
S 轴：D1→R1
L 轴：D2→R2 U 轴：D3→R3 R 轴：D4→R4 B 轴：D5→R5 T 轴：D6→R6
7l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5r轴结构上臂前段用两圆锥滚子轴承支承于后段内

▪ 2) 按驱动方式分类
▪ (1) 气压传动机器人：以压缩空气作为动力源 驱动执行机构运动的机器人，具有动作迅速、 结构简单、成本低廉的特点，适用于高速轻载、 高温和粉尘大的作业环境。
▪ (2) 液压传动机器人：采用液压元器件驱动， 具有负载能力强、传动平稳、结构紧凑、动作 灵敏的特点，适用于重载或低速驱动场合。
▪ (2) 控制系统。控制系统是机器人的大脑， 支配着机器人按规定的程序运动，并记忆人 们给予的指令信息(如动作顺序、运动轨迹、 运动速度等)，同时按其控制系统的信息对执 行机构发出执行指令。
▪ (3) 驱动系统。驱动系统是按照控制系统发 来的控制指令进行信息放大，驱动执行机构 运动的传动装置，常用的有液压、气压、电 气和机械等四种传动形式。
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。
▪ (3) 示教再现式机器人： ▪ 具有记忆功能，在操作者的示教操作后，能
按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复 重现示教作业。 ▪ (4) 智能机器人： ▪ 采用计算机控制，具有视觉、听觉、触觉等 多种感觉功能和识别功能机器人，通过比较 和识别，能自主作出决策和规划，自动进行 信息反馈，完成预定的动作。
“雪亮工程"是以区（县）、乡（镇） 、村（ 社区） 三级综 治中心 为指挥 平台、 以综治 信息化 为支撑 、以网 格化管 理为基 础、以 公共安 全视频 监控联 网应用 为重点 的“群 众性治 安防控 工程” 。

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）、 Nhomakorabea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。
变位机2
变位机1
3.未端执行器（手爪）（专门设计）
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
5 工作站的电气控制原理
直接控制：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。
并行控制：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
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：D1→R1
L 轴：D2→R2 U 轴：D3→R3 R 轴：D4→R4 B 轴：D5→R5 T 轴：D6→R6
基点P：
腰旋转 340° 下臂摆 240° 上臂摆 270° 上臂转360° 手腕摆270° 手腕转400°
R、B、T轴中心线之交点P
减速器：
R1，R2，R3－RV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
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图 六 自 由 度 机 器 人 的 传 动 和 外 观 图
图10 机器人P点的工作空间示意图
3 工装夹具与变位机