工业机器人工作站

*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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,仅介绍第一工作站,划分原因 ：,散件夹紧机构不能干涉,便于焊枪作业,焊接时间与辅助时间之,和应满足年生产量要求,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平安装置,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,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正确作业位置,二、机器人的传动与结构,传动示意：,S 轴：D,1,R,1,腰旋转 340,L 轴：D,2,R,2,下臂摆 240,U 轴：D,3,R,3,上臂摆 270,R 轴：D,4,R,4,上臂转360,B 轴：D,5,R,5,手腕摆270,T 轴：D,6,R,6,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.谐波减速器,1根本构件 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：,Z,1,小齿轮,Z,2,行星轮,Z,3,摆线轮,Z,4,壳体,特点：,比谐波传动速比大,刚性大，GD,2,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、工件位置变换机,用途：变换工件位置，使机器人焊枪位置最正确和防止焊,枪与工件及夹具干预。,1.根本要求：,工件处于最正确位置；,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外表的磁性开关检位。,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,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,待卸板气缸翻开后，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局部，最后参加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,操作时平安性差,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。,