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1、 第一節(jié) 概述 第二節(jié) 工業(yè)機器人 第三節(jié) 工裝夾具與變位機 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)機器人示教 第五章 工業(yè)機器人工作站 工業(yè)機器人工作站： 進行簡單作業(yè)，且使用一臺或兩 臺機器人的生產(chǎn)體系。 工業(yè)機器人生產(chǎn)線： 進行工序內(nèi)容多的復雜作業(yè)，使 用了兩臺以上機器人的生產(chǎn)體系。 第一節(jié) 概述 以一個摩托車車架焊接 工作站為例 一 、 焊接對象 由十個散件焊接成 摩托車車架 圖5- 2 車 架 焊 縫 標 識 圖 二 、 工作站的劃分 劃分結果： 主管焊 第一工作站 預點焊 第二工作站 完成焊 車架焊 第三工作站 預點焊 第四工作站 完成焊 僅介紹第一工

2、作站 劃分原因 ： 散件夾緊機構不能干涉 便于焊槍作業(yè) 焊接時間與輔助時間之 和應滿足年生產(chǎn)量要求 圖 5-4 摩托車車架焊接生產(chǎn)線總體布局圖 組成： 機器人；機器人控制系統(tǒng)；變位機；夾具體；未端執(zhí) 行器；電焊機；輔助裝置； 氣動系統(tǒng)等 。 1. 機器人 選型因素： 驅(qū)動方式 傳動形式 自由度數(shù) 結 構 可搬重量 工作空間 按具體作業(yè)要求選 本例選垂直關節(jié)型六自由 度機器人 。 2. 變位機 （ 專門設計 ） 運動數(shù)：決定于工件位置變化要求 傳動類型：電動 （ 普通 、 伺服 ） 、 氣動 、 液動 取決于工件精度 ， 作業(yè)精度 、 運動件大小 及與機器人 協(xié)調(diào)要求 。 結構形式：與工作站布局

3、 ， 用戶要求 、 物流路線 、 生產(chǎn)綱領 、 工 件重量 、 占地空間等 。 外部軸數(shù)：控制系統(tǒng) ， 協(xié)調(diào)運動有關 。 3.未端執(zhí)行器 （ 手爪 ） （ 專門設計 ） 根據(jù)工件特點 ， 作業(yè)要求及設計 焊槍： 送絲機經(jīng)送絲管送焊絲 焊絲正極 、 工件負極 絲周圍惰性保護氣體 冷卻水冷卻焊絲管 、 咀 。 4.其它 1） 夾具體； 2） 電焊機系統(tǒng)； 3） 輔助裝置； 4） 安全裝置 可稱萬能工具 （搬運、裝配、弧焊、點焊、切割、研磨、噴涂等） 一、技術參數(shù)（見表 5 1） 主要參數(shù)： 可搬重量 工作空間 重復定位精度 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 選型相關因素： 未端

4、執(zhí)行器重量 工件大小 作業(yè)條件 工作站布局 第二節(jié) 工業(yè)機器人 選型與其他設計： 布局設計 未端執(zhí)行器設計 夾具體設計 變位機設計 本例選： M K6SB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 機器人最大速度及慣 性 選擇工作空間因素： 滿足作業(yè)范圍要求 工件置于機器人的最佳作業(yè)位置 二 、 機器人的傳動與結構 傳動示意： S 軸： D1R 1 腰旋轉(zhuǎn) 340 L 軸： D2R 2 下臂擺 240 U 軸： D3R 3 上臂擺 270 R 軸： D4R 4 上臂轉(zhuǎn) 360 B 軸： D5R 5 手腕擺 270 T 軸： D6R 6 手腕轉(zhuǎn) 400 基點 P： R、 B、 T

5、軸中心線之交點 P 減速器： R1， R2， R3 RV擺線針輪減速器 R4， R6諧波減速器 R5扁平型諧波減速器 形成機器人工作 空間 傳動示意 工作空間 圖5- 9 六 自 由 度 機 器 人 的 傳 動 和 外 觀 圖 圖 5-10 機器人 P點的工作空間示意圖 1.諧波減速器 （ 1） 基本構件 內(nèi)齒剛輪 + 外齒柔輪 + 波發(fā)生器 （ 2） 傳動關系 柔輪 Zg剛輪 Zb 波發(fā)生器長軸處 ,柔 、 剛輪齒嚙合 短軸處 ， 柔 、 剛輪齒脫開嚙合 柔輪齒圈任一點徑向 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 (3) 扁平型諧波減速器 實質(zhì)： 兩級傳動 （

6、共用柔輪 、 波發(fā)生器 ） 傳動比： 第一級 Zb1,Zg1 ； 第二級 Zb2,Zg2 取 Zg1=Zg2=Zb2 i = - (Zb1-Zg1)/Zg 特點： 大大縮短減速器軸向長度 （ 4） 優(yōu)點： 傳動比大； 傳動平穩(wěn) 、 效率高 齒面磨損小 、 均勻； 精度高 、 回差小； 實現(xiàn)同軸傳動 。 2.RV擺線針輪減速器 由一級行星輪系再串聯(lián)一級擺線針輪減速器而成 傳動原理： 一個輸入軸齒輪帶動周向分布的行星輪 ， 與行星輪聯(lián)接的偏心 軸帶動兩個徑向?qū)χ玫?RV擺線齒輪 ， 在內(nèi)齒為園柱銷的固定殼體 上滾動 ， 其上的非圓柱銷軸帶動盤式輸出軸轉(zhuǎn)動 。 傳動比： 式中： Z1 小齒輪 Z2

7、行星輪 Z3 擺線輪 Z4 殼體 特點： 比諧波傳動速比大 剛性大 ， GD2小 同軸傳動 結構緊湊 、 效率高 1 2 434 34 34 1 2 4 11 ZZZiZZZZ )Z(ZZZZ i 時當 3.S軸結構 電機減速器安裝在機器人 底座內(nèi)部 電機與減速器殼連成一體 ， 并與轉(zhuǎn)動體連接 。 減速器輸出盤與底座連接 當電機轉(zhuǎn)動 ， 由于輸出盤 不動 ， 迫使電機減速器帶 動轉(zhuǎn)動體轉(zhuǎn)動 。 旋轉(zhuǎn)體與固定底座間用推 力向心交叉短園柱滾子軸 承 。 兩個極限開關及死擋鐵限 制其極限位置 。 4.L軸和 U軸結構 圖左側(cè)為 L軸電動機 機器人下臂下端左側(cè)與減速器輸 出盤連接 右側(cè)固連的小軸通過軸

8、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 圖右側(cè)為 U軸電動機 減速器輸出轉(zhuǎn)盤與連桿連接 下臂 、 上臂 、 拉桿和連桿構成平 行四邊形機構 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軸結構 上臂前段用兩圓錐滾子軸承支承于后段內(nèi)； 電機及減速器裝于后段內(nèi) ， 輸出轉(zhuǎn)盤與上臂前段連接； 調(diào)節(jié)螺母用來調(diào)整軸承間隙 。 6.B軸和 T軸結構 B軸： T軸電機裝于上臂前段內(nèi)部 手腕用一對園錐滾子軸承支承在上臂前部 B軸電機 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 錐齒輪 同步齒形帶 錐齒輪 諧波減速器 手腕 手

9、腕軸由一對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) 工裝夾具與變位機 工裝夾具使工件準確地重復定位 變位機具有較高的重復定位精度 一 、 工裝夾具 本例采用圖 5 24的夾具體形式 ， 便于預置散件 。 又便于整體取 出工件 。 預置散件順序： 放入 1 、 4 件 1 件： V平塊定位 ， 彈簧確定周向位置 4 件： U V型定位 放入 2 件 由 1 、 4 件及手動活塞頂塊定位 放入 6 導缸前端磁鐵及手動導桿定位 放入 5 件 下端平臺及 4 件定位 夾緊順序： 1下端定位缸動作 1上端導桿定位缸夾緊 4 尾部定位缸夾緊 4二個旋轉(zhuǎn)夾緊缸夾緊 其余氣缸動作夾緊 二、工

10、件位置變換機 用途：變換工件位置，使機器人焊槍位置最佳和避免焊 槍與工件及夾具干涉。 1.基本要求： 工件處于最佳位置； 滿足所有作業(yè)位置要求； （ 特例人工處理 ） 較高重復定位精度； 縮短機器人等待時間； 足夠強度和剛度； 導線及氣管不纏繞； 電源負極盡量靠近工件； 振動大時 ， 機器人與變位機底座連體 。 2.結構 本例結構，三軸雙支點 型 。 （ 1）總體 H型支架在轉(zhuǎn)臺上 可旋 轉(zhuǎn) 180 ，人機換位。 兩套雙支點支承兩套夾 具體。 H 型支架下方四個定 位氣缸支承定位。 （ 2）轉(zhuǎn)臺 交流伺服電機經(jīng)減 速器和一對外齒輪 帶動 H型支架轉(zhuǎn)動。 0 、 180 位設兩 套位置開關，超限

11、 開關和死擋塊。 導線及氣管經(jīng)轉(zhuǎn)軸 中心孔引至 H支架 處。 底座內(nèi)裝柔性鏈式 管路保護套。 （ 3） 雙支點系統(tǒng) 夾具體裝在主 、 被動側(cè)接手上； 主動側(cè)交流伺服電機經(jīng) RV減速器驅(qū)動夾具體； 主動側(cè)極限位裝死擋鐵； 被動側(cè)軸中空 ， 壓力氣體經(jīng)活接頭引入； 電源負極在彈簧作用下 ， 從軸頸引入； 轉(zhuǎn)軸前端裝導線收集盤； 被動側(cè)裝兩個極限開關 。 第四節(jié) 工作站的氣控系統(tǒng) 氣控工作原理 : 變位機定位鎖緊回路 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 手控閥關閉便于維修； 三聯(lián)件：濾除雜質(zhì) 、 水分 、 調(diào)定壓力 、 形成潤滑油霧 ， 其 中壓力繼電器監(jiān)測系統(tǒng)壓力； 四定位缸由

12、一個換向閥控制； 兩個主管夾緊可同時動作 ， 用一個換向閥； 安裝主彎管和角筋散件需手動送入 ， 其閥中位機能可使兩 腔同時通大氣； 后四缸可同時動作 ， 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關檢位 。 多采用軟管及快插接頭； 導線 、 管路及元件需保護 。 氣控原理圖 圖 5-28 機器人工作站氣動原理圖 第五節(jié) 工作站的電氣控制原理 用機器人控制柜為主控裝置 ， 利用機器人控制程 序 對工作站進行控制 。 PLC控制與機器人控制協(xié)調(diào)控制 。 一 、 信號分析 每一運動自身位置的信號 （ 起始點 ） ， 可形成映象 （ I） SP：接近開關 輸入信號 SA：

13、手動開關 每一個運動的驅(qū)動指令及顯示 （ Q） 與機器人通訊 輸出信號 經(jīng)中間繼電器作用于驅(qū)動元件 直接控制： 并行控制： 二 、 電氣控制原理 機器人控制柜： 控制機器人的各軸及外部軸 ， 并經(jīng)端子與其他設 備通信 。 電氣控制柜： 控制除機器人控制內(nèi)容之 外的其他對象 ， 并協(xié)調(diào)工作站工作 。 1. 主電路分析 合上工作站開關：電源指示燈 HL3 亮； 電氣柜風扇 M1 工作 。 SA2、 SA3控制兩個照明燈 。 SA1經(jīng) KM使其他設備帶電 。 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 ） 380V： 機器人控制

14、柜 電焊機 圖 5-29 2.PLC與機器人通信 兩控制系統(tǒng)建立聯(lián)系： 將本系統(tǒng)狀 態(tài)通知對方 ， 掌握他系統(tǒng)狀態(tài) 。 Qi Xi PC通知機器人 Yi Ii 機器人通知 PC 3.PLC的外部接線 圖 5 31輸入信號接線圖 Yi 機器人信號 SP4 SP11 變位機 、 夾具板接近 開關 SP12 SP23 SP30 SP47 SA5， SA6 雙手起動按鈕 SA10 SA19 手動三位選擇開關 （ 自復位 ） 圖 5 32輸出信號接線圖 Xi PC系統(tǒng)送機器人信號 AA AV 中間繼電器觸點 A、 B夾具板各氣缸 磁性開關 圖 5-30 外部接線圖 圖 5-32 PLC輸出信號外部接線圖

15、 圖 5-31 PLC輸入信號外部接線圖 三 、 PLC控制程序 手動調(diào)整程序 自動循環(huán)程序 故障檢測程序 復位程序 主程序 程序思路： 雙手按下啟動按鈕 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 機器人 ） 預約 由夾具板翻轉(zhuǎn)次數(shù)信號 變位機松開 轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動 Q0.7 轉(zhuǎn)臺定 位 待卸板氣缸打開后 ， 取出已焊工件 。 第六節(jié) 工業(yè)機器人示教 示教是一種特殊的程序編制過程 一 、 示教方式 1. 直接對實機示教 使用示教盒或?qū)б咽?示教盒 用示教盒按動軸操作鍵 ， 到達所需位置后記錄一個示教點 數(shù)據(jù) ， 同時形成一條運動指令 。 逐點示教之后 ， 便構

16、成作業(yè)程 序的動作部分 ， 最后加入相應的輔助作業(yè)命令 （ 如起弧 ） 。 導引把手 導引把手使未端執(zhí)行器動作 ， 記錄一連貫動作數(shù)據(jù) ， 就構 成了作業(yè)程序 。 特點： 可靠 效果好 占用實機生產(chǎn)時間 操作時安全性差 2. 間接對實機示教 （ 離線示教或離線編程 ） 實質(zhì)： 用 CAD或仿真手段在圖形模擬環(huán)境中示教 ， 生成程序 后傳給實機 。 在普通微機或工程師工作站上進行 。 特點： 不多占用實機生產(chǎn)時間 但需較強的軟件支持 二 、 主程序和子程序 主程序：管理所有作業(yè)程序的程序 。 主程序可以使機器人擁有多種作業(yè)程序 、 一經(jīng)條件確認 ， 便執(zhí)行相應程序 。 執(zhí)行后返回主程序 。 主 、 子程序關系 見圖 5 33。 無通用的機器人編程語言 。