项目五 工业机器人选型与典型应用

1、项目五 工业机器人选型与典型应用学习目标1.掌握工业机器人选型的原则和方法；2.了解常用知名品牌工业机器人特点和常用型号；3.熟悉焊接机器人系统的组成和编程要点；4.熟悉喷涂机器人系统的组成和编程要点；5.熟悉机床上下料机器人系统的组成和编程要点。6.熟悉码垛、搬运机器人系统的组成与应用。7.了解机加工机器人的基本知识。知识链接一、工业机器人选型的原则和方法工业机器人广泛应用于各行业的生产。选用机器人应满足适用、可靠、便于操作和维修维护及经济性的基本要求。具体的选型原则和方法如下：1、工艺适应性原则 工艺适应性原则主要指所选用的工业机器人功能必须适应生产的工艺需求。焊接、喷涂、铸造、锻造、冲压

2、、车削、铣削、码垛、搬运等生产其工艺不同，对机器人的动作类型、承载能力、运动范围和速度、机器人重复精度等要求也不同。2、可靠性原则机器人的可靠性是工业机器人用户特别关心的焦点问题，因此在选用工业机器人时必须认真对待。是否经过可靠性试验，其无故障时间是否有说明。3、优化配置原则工业机器人的配置既要满足生产活动的功能要求，又要保证质量稳定可靠，还要做到经济合理。关键部件的来源，首先重点考察减速器、伺服系统、控制器的品牌及其质量等级，其次是机械结构是否经过优化设计，结构是否合理，是否有足够的刚性和稳定性，是否选用了优质材料和有效的工艺处理，以保证其稳定性。应考察机器人生产厂家各种关键配套产品的配置清

3、单及生产厂家，防止机器人生产厂家以次充好，影响整机质量。4、容易操作原则工业机器人的操作、示教和编程，应该简单易学。所有机器人选型时重点考察其基本操作是否繁琐，示教是否容易，编程系统是否接近高级语言等。5、质量保证原则选用工业机器人时，不但要考核工业机器人本身的质量，还要考核工业机器人生产企业质量保证体系的完善性和可信性。考核工业机器人整机生产企业是否通过ISO有关标准的认证。因为，是否通过ISO有关标准的认证，对于企业产品的质量保证的差别是很大的。通过认证，在质量管理和质量保证物质条件上都会全面得到保证。6、维修备件供应原则对于进口工业机器人来讲，用户经常遇到维修备件供应难的问题。要么是供应

4、渠道不畅，供应时间周期长，要么是原来的备件已淘汰，厂家专门做此种备件价格十分昂贵，要么就是无法弄到。选型时要考虑供应商的维修备件供应难易程度。7、维修服务体系完善原则在选择工业机器人时，一定要考核工业机器人生产企业及其配套产品生产企业的售前和售后服务网络是否健全，服务队伍的素质是否能胜任工作，服务能否及时，是否能履行承诺。这一点非常重要，不容忽视，应该在合同条款中加以明确，并规定索赔事项。对于在中国没有维修服务网点，或者虽然有维修网点，但开同虚设不起作用的企业，原则上是不能选用的。8、市场占有率原则 市场占有率高的工业机器人，说明是旺销产品，已受到多数用户的青睐和肯定，一般不会有太多质量低劣的

5、情况。市场占有率高的旺销机器人一般是批量产品，其设计结构和工艺基本上是经过多次修改和考验的，应该是比较成熟的产品，产品质量应该能得到保证。9、避免风险原则避免技术性风险。对一技术复杂而昂贵的工业机器人，选用时应采取交钥匙工程的方法签署技术合同和商务合同。要求订货前做工艺设计、动态模拟仿真或实地操作演示实验，订货时要求供应商提供全套专用附件，到货后要求负责安装调试，要求负责操作人员的编程、操作和维护的培训。供应商敢不敢承担这样的交钥匙合同，也是对他们实力的严峻考验。避免资信风险。在商品经济的大潮中，骗局和陷阱还是存在的，一不小心就会陷进去，结果无法向领导和职工交代。为了避免这种风险，要对供应商进

6、行实地考察。除了对产品技术质量和服务质量考察外，还要通过银行或可信的渠道考察其资信情况。供应商的负债率最好不超过70%，负债率过高随时都有破产的危险。 除了考察供应商的负债率和生产形势外，还要考察供应商的流动资金状况。流动资金十分困难的企业，你向他们订了货，交了预付款，但他们把预付款挪作他用，因此造成无法交货或交货严重拖期，损失的还是用户。或交货严重拖期，损失的还是用户。10、环保安全原则工业机器人也有漏油、漏水、漏气的现象，这会污染环境和造成浪费，应该坚持标准，严格要求，对于工艺过程材料，如果含有对人身有害的物质，则不应该超标。目前，我国已开始对企业进行环保标准认证，通过此项认证的企业，也应

7、该成为我们订货时优先选择的企业。工业机器人配套的电气产品往往都有安全要求，这些产品要达到安全标准，最好能通过安全认证。11、科学验收原则常常发现一些企业，可以以昂贵的代价购买工业机器人，而不肯花钱请权威机构进行品质验收。有的外商就抓住了这个弱点，或者以次充好，或者发出他们的不合格品给中国的用户，而中国用户又没经过权威机构进行科学严格的验收，让他们蒙混过关，当用户发现时也过了索赔期，结果是哑巴吃黄连，有苦说不出。12、性能价格比原则工业机器人的价格主要取决于技术水平的先进性，质量和精度的好坏，配置的高低以及质量保证费用等。对工业机器人的价格必须进行综合考虑，不要一味追求低价格。但也要防止价格上的

8、欺骗，只要认真地比产品水平、比质量、比配置、比功能、比运行费用，最后再比价格，是可以买到性能价格比合理的工业机器人设备的。二、ABB工业机器人简介1974年发明世界第一台全电机驱动机器人；2001年成为全球首家机器人销量突破10万台的制造商；2007年底全球机器人销量达到16万台；3%的收入投入研发。1994年在上海成立上海ABB工程有限公司。1、ABB工业机器人的特点：（1）速度快。QuickMoveTM 动态自优化运动控制技术令各轴总是以最大加速度运动，生产节拍比一般机器人快 25%。运动控制功能好。加速度不随载荷和臂长而变化。（2）机械结构合理。平均无故障运行时间大于8万小时，模块化结构

9、，紧凑合理，维护维修方便，电机功率小，能耗比一般机器人低30%。（3）安全保护性能好。具有基于Load Identification 技术的智能防碰撞功能，碰撞时将碰撞力降低到 30%，机器人自动延路径回缩，释放压力，对工具和周边设备的破坏降到最小，意外碰撞后可快速回复，碰撞检测灵敏度可以调整。（4）全彩色触摸屏示教器，三方向操作摇杆（5）控制软件系统先进。1）控制柜附带USB接口及网线接口，程序文件可自由存储、加载。2）机器人程序为文本格式，方便在电脑上编辑。3）轨迹转角处运动速度恒定。4）控制系统屏蔽性能优异，不受高频信号干扰。5）随机附带Robot Studio软件，可进行3D运行模拟及

10、联机功能（复制文件、编写程序、设置系统、观察I/O状态、备份及恢复系统等多种操作）。6）与外部设备连接支持DeviceNet、ProfiBus、InterBus等多种通用工业总线接口。也可通过标准输入输出接口实现与各种品牌焊接电源、切割电源、PLC等的通讯。7）可自由设定起弧、加热、焊接、收弧段的电流、电压、速度、摆动等参数。可自行设置实现双丝焊接的参数控制。8）提供摆焊设置功能，自由设定摆幅、频率、摆高、摆动角度等参数，可实现偏心摆动等各种复杂摆动轨迹。9）配合SmarTAC及AWC功能可实现对复杂焊缝的初始定位，及焊接过程中的路径自动修正。2、ABB工业机器人常用型号（1）IRB 1410

11、IRB 1410 在弧焊、物料搬运和过程应用领域历经考验，自1992年以来的全球安装数量已超过14000 台。IRB 1410性能卓越、经济效益显著，资金回收周期短。可靠性 IRB 1410以其坚固可靠的结构而著称，而由此带来的其他优势是噪音水平低、例行维护间隔时间长、使用寿命长。准确性卓越的控制水平和循径精度(+ 0.05 mm) 确保了出色的工作质量。该机器人工作范围大、到达距离长 (最长 1.44 m)。承重能力为 5 kg，上臂可承受18 kg的附加载荷。这在同类机器人中绝无仅有。快速配备快速精确的IRC5 控制器有效缩短了工作周期。1）主要技术参数到达距离1.44m重复定位精度0.0

12、5mm6轴承重5Kg1轴工作范围1701轴负载19Kg(如送丝盘)3轴负载18Kg(如送丝机)重量225Kg2）选型注意无法倒挂使用不能同时与一个以上外部轴协调3）主要应用于弧 焊、上 胶、注 塑、包 装、机械管理、物料搬运。（2）IRB1600 IRB 1600是一种通用的高性能机器人，共有4种版本。由于有效载荷较大，IRB 1600机器人在市场上所有同级别机器人中结构最牢固、动力最强劲。除此之外，IRB1600机器人还非常适合在许多应用领域执行灵活性强且极具成本效益的操作任务。可靠性强正常运行时间长该机器人集成熟技术和经严格测试的创新技术于一身，具有平均故障间隔时间（MTBF）长、维护要求

13、低、维护时间短等多项优点。速度快工作循环时间短同类机器人中操作速度最快。精度高零件生产质量稳定具有极高的重复定位精度0.05mm和轨迹精度。功率大适用范围广有效载荷选项为5kg或7kg（“无手腕”时可达10kg）。 坚固耐用适合恶劣生产环境 IP 67防护等级，可蒸汽清洗，有“铸造专家型”备选。通用性佳柔性化集成和生产采用后弯式设计，提供多种安装选项（墙面安装、地面安装、倒置安装或倾斜安装）。1）主要技术参数到达距离1.2m或1.45m重复定位精度0.05mm6轴承重5Kg或7Kg1轴工作范围180重量250Kg2）选型注意可倒置、壁挂、倾斜安装。壁挂安装时1轴动作范围只有20。 后仰及下探工

14、作范围大。有铸造版、清洗版。3）主要应用于弧 焊、装 配、模 铸、注 塑、包 装、机械管理、物料搬运。（3）IRB 2400IRB 2400机器人有多种不同版本备选，拥有极高的作业精度，在物料搬运、机械管理和过程应用等方面均有出色表现。IRB 2400机器人可提高您的生产效率、缩短生产提前期、加快交货速度。可靠性强正常运行时间长 IRB 2400是全球应用最广的工业机器人。该机器人坚固耐用，使用零部件数量降至最少，可靠性强、维护间隔时间长。速度快操作周期时间短采用ABB独有的运动控制技术，优化了机器人的加减速性能，使机器人工作循环时间降至最短。精度高零件生产质量稳定具有最佳的轨迹精度和重复定位

15、精度（RP=0.06mm）。功率大适用范围广有效载荷选项为720kg，最大到达距离达1.810m。坚固耐用适合恶劣生产环境 IP 67防护等级，可蒸汽清洗，备有洁净室型（100级）和“铸造专家型”。通用性柔性化集成和生产所有型号均可倒置安装。1）主要技术参数根据承重分为3各型号，分别是2400L（5-7kg）、/2400-10（10kg）、/2400-16（16kg）。到达距离1.8m/1.5m/1.5m重复定位精度0.06mm6轴承重7Kg/10Kg/16Kg1轴工作范围180重量380Kg2）选型注意有倒置安装专用型号有铸造版、清洗版等3）主要应用于弧焊、装配、铸件清洗、切割/去毛刺、模铸

16、、上胶/密封、研磨/抛光、注塑、机械管理、物料搬运、包装等。（4）IRB4600IRB 4600是市场上速度最快，可到达距离最长，最精确，精简度高，防护等级高的机器人。尖端工作站设计最优化机器人定位精度，有效使用地面空间因归功于其精密设计，高度灵活的活动架及突出的可到达性。尖端产品 周期短、产出高。尖端表现高精确度、加工组件质量高。更灵活的安装方式，更紧凑的工作站，第二代的 QuickMove & TrueMove，能有效缩短高达20 的生产周期时间。针对长臂更高的有效载荷落地式、倾斜式、下探式和倒置式，连续的连接设计概念、平稳简洁的底部设计确保突出的工作范围，使用机器人作为最优化定位的工具,

17、 缩短周期时间， 提高车间地面利用率。主要应用于机加工、物料搬运、弧焊(长臂)、水喷射、激光和超声波切割、分配（密封、涂胶）、加工应用（抛光，去毛刺）等。(5) IRB 6640IRB 6640是一款高产能且适合各类应用的机器人产品。更高有效载荷。有效载荷235 kg，使其适合众多重型工件搬运。IRB 6640ID (internal Dressing)的有效载荷为200 kg， 满足点焊应用的最大需求。提高路径精度。IRB 6640配备第二代TrueMove 和QuickMove技术。机器人具备更精确的运动，使编程时间更少且工艺效果更好。安装维修简便。此种机器人有一些新特点，如简化的铲车叉槽

18、和机器人底部空间更大，都使得维修变得更方便。为方便吊装，重量减轻近400kg。选型注意只能落地安装，有铸造版、清洗版等。主要应用于 物料搬运、 机床管理、 点焊等。(6) 型 号：IRB 5350，喷涂机器人。结构紧凑、动作精准的IRB5350开门机器人是汽车内饰喷涂的得力助手，兼容走停式和连续式输送解决方案；配备精心设计的开门夹具，内置搜寻传感器和力反馈传感器，是内饰喷涂区不可或缺的效率“助推器”。 IRB5350配套紧凑型手臂、底座和导轨系统。可轻松“嵌入”狭小的喷房，专用导轨系统增强喷涂机器人柔性，导轨系统支持落地和壁挂两种安装方式。走停式喷涂线配套的喷涂机器人和开门机器人多为固定安装，

19、可采用固定在喷房地面的三轴IRB5350。连续式喷涂线要求IRB5350随车身移动，可采用配备ABB紧凑型专用导轨的四轴IRB5350，进一步增强喷涂机器人的柔性。（7）ABB工业机器人也有分拣机器人（并联）、码垛机器人等。三、KUKA机器人简介机器人技术之先驱库卡机器人集团公司（KUKA Robot Group）是世界领先的工业机器人供应厂家之一。库卡是世界几家顶级为自动化生产行业提供柔性生产系统，机器人，夹具，模具及备件的供应商之一。库卡的客户几乎遍及所有的汽车生产厂家。同时也是欧洲，北美洲，南美洲及亚洲的主要汽车配件及综合市场的主要供应商。库卡可提供全套系列的工业机器人和机器人系统，涵盖

20、了所有负载等级和机器人类型，例如：各种规格的六轴机器人, 货盘堆垛机器人, 龙门架机器人, 净室机器人, 不锈钢机器人, 耐高温机器人, SCARA 机器人或焊接机器人。1、库卡机器人特点采用模组化构造，可以简便而迅速地进行改装，以适应其他任务的需要。所有机器人均通过一个高效可靠的微机控制平台进行工作。还提供与应用相关的附加应用程序和建立在控制系统智能化联网基础上的所谓全方位联网技术。库卡公司的产品系列还有以下突出特点：兼容各种技术的系统理念、高安全性、高可靠性、统一外观和质感、一致的操作装置和统一的维护和更新方案。2、KUKA工业机器人常用型号（1）KUKA 机器人手臂 KR 60-3。KR

21、 60-3 就像是位行为艺家，它形同拳头的工作空间为应用领域提供了节省空间和成本的设备方案。负荷 60/45/30 千克，加负荷 35 千克，最大作用范围 2033/2230/2429 毫米，轴数 6，重复精确度0.20/0.25/0.25 毫米，重量 665/671/679 千克，安装位置可变。(2) KUKA家电制造机器人 KR 100-3 comp。由于用途广泛、应用灵活，KR 100-3 comp 尤其适合加工工业的绝大多数应用领域,无论是汽车配件供应行业还是普通工业领域。负荷 100 千克,附加负荷 100 千克最大作用范围 2400 毫米，轴数 6,，重复精确度 0.15 毫米，重

22、量 1155 千克，安装位置：地面。（3）焊接机器人 KR 5 arc HW。真正的气体保护焊接专家 KR 5 arc HW（Hollow Writst）。具有一些与众不同的功能特征。 比如其机座和机械手上有 一个 50 mm 宽的通孔，可以保护机械臂上的整套保护气体软管的敷设。 由此不仅可以避免保护气体软管组件受到机械性损伤， 而且可以防止其在机器人改变方向时随意甩动。 既可敷设抗扭转软管组件，也可限转动的保护气体软管组件。 对用户来说，这不仅意味着提高了构件的可接近性及保证了对整套软管的最佳保护，而且还意味着离线编程也得到了简化。负荷 5 千克，附加负荷 12 千克，最大作用范围 1423

23、 毫米，轴数6，重复精确度 0.1 毫米，重量 120 千克，安装位置：地面、天花板，角度 15，防护等级 IP 54。（4）六轴机器人 KR 5 sixx R650。敏捷、可靠且高性能的六轴机器人的作用范围达 650 毫米。该款精巧的机器人将高节拍及准确性与经实践检验且操作方便的库卡微机控制系统结合起来。负荷5 千克，最大作用范围650 毫米，轴数6，复精确度 0.02 毫米，量28 千克，安装位置： 地面、天花板。制系统 KR C2sr，速度最大 8.2 米/秒。（5）堆垛、卸垛机器人 KR 50 PA。无论是货盘堆垛还是货盘卸垛，无论是混合货品还是非混合货品，无论是纸箱还是塑料容器 -

24、KR 50 PA 都能满足它们的作业要求。负荷50 千克，附加负荷 20 千克，最大作用范围1991 毫米，轴数2，复精确度 0.25 毫米，量700 千克，安装位置：地面。（6）小型机器人KR 5 sixx R850。精巧且节省空间的六轴机器人以 850 毫米的作用范围将高速、精确性与较大的作用范围结合为一体。集成了全球销售最佳且性能最可靠的库卡微机控制平台的所有优点。负荷5 千克，最大作用范围850 毫米，轴数6，重复精确度 80000 小时，运行稳定可靠；结构合理，电机功率小，比其他品牌能耗低 30%以上；模块化结构，维护、检修方便快捷；图5-2 焊接机器人系统控制部分动态自优化运动控制

25、技术令各轴总是以最大加速度运行，运行速度提高 25%；6 轴智能防碰撞技术将碰撞力减小到 30%，且可快速恢复；7.5 英寸全彩触摸屏式示教器，操作方便快捷；1410 型工作半径 1440mm，重复定位精度0.05mm；供货商为 ABB 全球最佳合作伙伴，得到 ABB 公司最有力的技术支持。2、焊机选择日本松下全数字焊机 YM-500GR3全数字控制，提供从起弧到收弧全过程的精确控制。输出电流 60500A。最佳性价比的选择。3、焊枪德国 TBi 焊枪枪体外套管是由一整块特质高钢性不锈钢加工而成，非常强壮，同时和内层枪管之间留有足够空间，即使发生碰撞也不用重新校枪和调整机器人 TCP 点，这样

26、就节约了大量的机器人维护时间。4、清枪器德国WHC-R5C 清枪机构机器人焊接自动清枪器焊枪喷嘴外表面及内部的自动清枪装置, WHC-R5C 清枪机构机器人焊接 自动清枪器能够精确和高效地为几乎所有焊接机器人清枪。集喷防飞溅剂和剪焊丝功能一体，外形尺寸小，重量轻，清枪效果佳，防溅液可以减少焊渣的附着，保护焊枪，改善焊接质量；密封的喷头和残余脏油接油盘，不会污染环境；夹持和剪切动作结合，保证了精确剪丝，起弧性能最佳；结构坚固，持久耐用，易于保养；加紧喷嘴后，清枪与防飞溅剂喷射两个动作，均在同一个位置上完成。图5-3清枪机构5、焊接夹具为气动夹具，在保证强度的前提下设计为快速装卸的方式，且减少对焊

27、接位置的焊接夹具的设计力求模块化和标准化，遮挡。确保各单元相对位置的稳定性。采用一体式底座，考虑到工作站的扩展能力，夹具模块与变位机的法兰之间，安装底座与底板之间采用螺栓紧固，定位销定位。使之在夹具调换过程中保证整个系统的准确定位。上海ABB工程有限公司的专利牛眼技术，能够帮助用户完成全自动工具中心点校准，确保焊接机器人工位的最高利用率、最高焊接质量和最高生产效率。通过预先编制的校准程序，可以在焊接过程中完成全自动工具中心点校准，停机时间几乎为零。四、熟悉机器人和焊接电源通讯控制方式图5-4机器人和焊接电源通讯控制方式ABB 机器人如何控制焊接电源？ABB机器人通常通过模拟量AO和数字量IO来

28、控制焊接电源。通常选择D651板 (8输出,8 输入,2 模拟量输出（010V）)。模拟量1：AoWeldingCurrent (Ao):地址 015 控制焊接电流或者送丝速度。AoWeldingVoltage (Ao):地址 1631 控制焊接电源。doWeldOn (数字输出):地址 32 起弧控制。doGasOn (数字输出):地址 33 送气控制。doFeed(数字输出):地址 34 点动送丝控制。diArcEst(数字输入) :地址 0起弧建立信号（焊机通知机器人）。注意: 对于松下焊接，机器人没有开发专用的接口软件，因此必须选择 Standard IOWelder这个选项来控制日系

29、焊机；对于像 Fronius，ESAB， Kemppi （正在开发），Miller 等焊接电源，ABB都有相应的标准接口软件。本系统以标准IO来控制松下焊接电源为实例。图5-5 ABB控制松下焊机的基本电路图五、熟悉ABB焊接系统的配置组成和特点ABB机器人通过 Arcware 来控制焊接的整个过程，它包括：1、在焊接过程中实时监控焊接的过程，检测焊接是否正常；2、当错误发生时, Arcware 会自动将错误代码和处理方式显示在机器人示教器上；3、客户只需要对焊接系统进行基本的配置即可以完成对焊机的控制；4、焊接系统高级功能：激光跟踪系统的控制和电弧跟踪系统的控制；5、其它功能：生产管理和清枪

30、控制、接触传感控制等。六、熟悉焊接语句及编程1、直线运动ArcL p1, v100, seam1,weld1Weave:=weave1,z10, tool1;各项参数含义如图5-6所示。图5-6弧焊直线运动语句2、圆弧运动ArcC p1,p2, v100, seam1,weld1Weave:=weave1,z10, tool1;各项参数含义如图5-7所示。图5-7弧焊圆弧运动语句3、程序举例 图5-6弧焊编程举例MoveJ ArcLStart p1,v100, seam1,weld1, weave1,fine, tweldgun;ArcLEnd p2, v100, seam1, weld1,w

31、eave1,fine,tweldgun;MoveJ（1）任何焊接程序都必须以 ArcLStart或者 ArcCStart开始, 通常我们运用ArcLStart作为起始语句;（2）任何焊接过程都必须以 ArcLEnd 或者 ArcCEnd 结束；（3）焊接中间点用ArcL语句（4）焊接过程中不同语句可以使用不同的焊接参数 (seamdata 和weld data)ArcLStart p1,V100,seam1,weld1weave:=weave1,fine, tweldgun;ArcL *, v100,seam2, weld2weave:=weave2, Z10, tweldgun;ArcL *

32、,v100, seam3, weld3weave:=weave3, Z10, tweldgunArcLEnd p2, v100,seam1, weld1weave:=weave1,fine,tweldgun;4、参数设置（1）Seam data （起弧收弧参数的基本配置），如图5-7所示。图5-7起弧收弧参数的基本配置（2）Weld data （焊接参数），如图5-8所示。图5-8焊接参数设置（3）Weave data （摆动参数），如图5-9所示。图5-9摆动参数设置Weave data Components（摆动参数的主要成分）说明如下：1）Weave shape （摆动的形状）0no w

33、eaving 表示没有摆动1zigzag weaving 表示Z字型摆动2V-shaped weaving 表示V字型摆动3Triangular weaving 表示三角形摆动2）Weave type （摆动模式） 0 表示机器人的6根轴都参与摆动 1 表示5轴和6轴参数摆动 2 表示1，2，3轴参与摆动 3 表示4，5，6轴参与摆动3）Weave length：表示一个摆动周期机器人的工具坐标向前移动的距离。4）Weave Width：表示摆动宽度。5）Weave height：表示摆动的高度，只有在三角摆动和V字摆动时此参数才有效。6）dwell_left：表示摆动过程中在摆动左边时运动的

34、距离。7）dwell_right：摆动过程中在摆动左边时运动的距离。8）dwell_center：摆动过程中在摆动中间时运动的距离。9）weave_dir：摆动倾斜的角度，焊缝的X方向。10）weave_tilt：摆动倾斜的角度，焊缝的Y方向。11）weave_ori：摆动倾斜的角度，焊缝的Z方向。12）weave_bias：摆动中心偏移。任务二 喷涂机器人系统的组成和编程任务要求：通过对现场（或视频）喷涂机器人系统的分析，熟悉喷涂机器人的组成和选型；通过喷涂程序调用和分析，熟悉离线喷涂编程方法。一、通过现场或视频认识喷涂机器人系统的组成和特点。喷涂机器人又叫喷漆机器人， 是可进行自动喷漆或喷

35、涂其他涂料的工业机器人，1969年由挪威Trallfa公司（后并入ABB集团）发明。喷漆机器人主要由机器人本体、计算机和相应的控制系统组成，液压驱动的喷漆机器人还包括液压油源，如油泵、油箱和电机等。多采用5或6自由度关节式结构，手臂有较大的运动空间，并可做复杂的轨迹运动，其腕部一般有23个自由度，可灵活运动。较先进的喷漆机器人腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，能方便地通过较小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。喷漆机器人一般采用液压驱动，具有动作速度快、防爆性能好等特点，可通过手把手示教或点位示数来实现示教。喷漆机器人广泛用于汽车、仪表、电器、搪瓷等工艺生产部门。

36、1、喷涂机器人组成喷涂机器人系统除机器人本体外，还需吹扫装置，如图5-10所示。图5-10 喷涂机器人系统组成2、喷涂机器人的特点（1）柔性大。1）工作范围大，审计可能性大。2）可实现内表面及外表面的喷涂。3）可实现多种车型的混线生产，如轿车、旅行车、皮卡车等车身混线生产。（2）提高喷涂质量和材料使用率。1）仿形喷涂轨迹精确，提高涂膜的均匀性等外观喷涂质量。2）降低过喷涂量和清洗溶剂的用量，提高材料利用率。（3）易操作和维护。1）可离线编程，大大缩短现场调试时间。2）可插件结构和模块化设计，可实现快速安装和更换元器件，极大的缩短维修时间。3）所有部件的维护可接近性好，便于维护保养。（4）设备利

37、用率高。往复式自动喷涂机利用率一般仅为40%-60%，喷涂机器人的利用率可达90%-95%。二、熟悉喷涂机器人选型因素1、机器人的工作轨迹范围。在选择机器人时需保证机器人的工作轨迹范围必须能够完全覆盖所需施工的工件的相关表面或内腔。2、机器人的重复精度。对于喷漆机器人，重复的精度要求可低一些， 0.5mm即可。3、机器人的运动速度及加速度。机器人的最大运动速度或最大加速度越大，则意味着机器人在空行程所需的时间越短，则在一定节拍内机器人的绝对施工时间越长，可提高机器人的使用率。所以机器人的最大运动速度及加速度也是一项重要的技术指标。但需注意的问题是，在喷涂过程中，喷涂工具的运动速度与喷涂工具的特

38、性及材料等因素直接相关，需要根据工艺要求设定。此外，由于机器人的技术指标与其价格直接相关，因而根据工艺要求选择性价比高的机器人。4、机器人手臂可承受的最大荷载。对于不同的喷涂场合，喷涂（涂胶或喷漆）过程中配置的喷具不同，则要求机器人手臂的最大承载载荷也不同。三、熟悉喷漆机器人相关术语1、涂装效率、涂着效率和涂装有效率涂装效率是喷涂作业效率，包含单位时间的喷涂面积、涂料和喷涂面积的有效利用率。涂着效率是喷涂过程中涂着在被涂物上的涂料量与实际喷出涂料总量之比值，或被涂物面上的实测厚膜与由喷出涂料量计算的涂膜厚度之比，也就是涂料的传输效率（transfer efficency 简称TE）或涂料利用率

39、。涂装有效率是指实际喷涂被涂物的表面积与喷枪运行的覆盖面积之比；为使被涂物的边断部位的涂膜完整，一般喷枪运行的覆盖面积应大于被涂物的面积。2、喷涂轨迹喷涂轨迹指在喷涂过程中喷枪运行的顺序和行程，采用喷涂机器人可模仿熟练喷漆工的喷涂轨迹。3、旋杯转速旋杯转速是对高转速旋杯雾化细度影响最大的因素。当其他工艺参数不变时，旋杯的转速越大，涂料滴的直径越小。在稍低速范围内，转速对雾化细度的影响比在高速范围内明显地增大。旋杯转速会对膜厚有影响。 当转速过低会导致涂膜粗糙；而雾化过细会导致漆雾损失（引起过喷），使涂膜厚度有波动；同事当雾化超细时，则对喷漆室内任何气流均十分敏感。旋杯的过高转速除引起过喷外，还

40、会导致透平轴承的过量磨损，增加清晰用压缩空气的消耗和降低涂膜所含溶剂量。最佳的旋杯转速可按所用涂料的流率特性而定，因而对于表面张力打的水性涂料、高黏度的双组分涂料的旋杯转速比普通溶剂型涂料的要高。一般情况下，空载旋杯转速为6X104 r/min，负载时设定的转速范围为（1.0-4.2）X104 r/min误差500r/min。4、涂料流率它是单位时间内输给每个旋杯的涂料量，又称喷涂流量、出漆量（率）。除旋杯转速外，涂料流率是第二个影响雾化颗粒细度的因素。当其他参数不变的情况下，涂料流率越低，其雾化颗粒越细，但同时也会导致漆雾中溶剂挥发量增大。涂料流率高会形成波纹状的涂膜，同事当涂料流量过大使旋

41、杯过载时，旋杯边缘的涂膜增厚至一定程度，导致旋杯上的沟槽纹路不能使涂料分流，并出现层状漆皮，这会产生气泡或涂料滴大小不均匀的不良现象。每支喷枪的最大涂料流率与高速旋杯的口径、转速涂料的密度有关，其上限由雾化的细度和静电涂装的效果来决定。实践经验表明，涂料应在恒定的速度下输入，在小范围内的波动不会影响涂膜质量。在实际的喷涂过程中每个旋杯所喷涂的区域不同，其涂料的流率等也不相同，另外由于被涂物外形变化的原因，旋杯的涂料流率也要发生变化。以喷涂汽车车身为例，当喷涂门板等大面积时，吐出的涂料量要大，喷涂门立柱、窗立柱时，吐出的涂料量要小，并在喷涂过程中自动、精确地控制吐出的涂料量，才能保证涂层质量及涂

42、膜厚度的均一，这也是提高涂料利用率的重要措施之一。.四、通过现场和视频或产品网站，熟悉喷涂机器人本体ABB喷涂机器人常规型号IRB 5400、IRB 580、IRB 540 、IRB 5300、IRB 5600、IRB 5500等。 6个转轴组成，6个转轴均有AC伺服电机驱动,每个电机后均带有编码器。每个电机上均带有机电制动器,当机器人处于不操作状态超过3分钟时,制动器会将电机琐紧。机器人带有24VDC。带有串口测量板,收集并传送电机位置信息(解码器数据),测量板带有7.8V电池,起保存数据作用。2种手腕型式。最大承载: 5kg-35kg。最大工作半径: 3112mm。ABB喷涂机器人各轴标准

43、工作范围如图5-11和表5-1所示。五、通过现场和视频或产品网站，喷涂机器人控制器ABB喷涂机器人控制器分S4P、S4P plus两个系列，各有紧凑型和扩展型。六、喷涂机器人系统软件认知（1）BaseWare BaseWare软件包括用于机器人控制器的基础操作系统,包括有RAPID编程语言、以及在操作系统之外运行的软件可选项。软件的可选项为需要完成更多工作的机器人的用户提供了操作性：运行多重任务、进行文件传送、完成高级动作任务等。BaseWare程序在机器人控制柜中的主计算机上。表5-1 ABB喷涂机器人各轴工作范围图5-11ABB喷涂机器人各轴工作范围（2）PA服务程序PA服务程序用于简化操

44、作和设置与涂装有关的功能，例如管理程序选择、设定换色顺序等。 （3）ProcessWare ProcessWare软件用于特定的应用上，比如涂装、点焊、胶粘等。它们是在机器人控制器内的在操作系统之外运行的软件可选项。用于涂装的软件选件称为PaintWare。（4）FactoryWareFactoryWare是一套在PC机上运行的基于Windows的软件。该软件用在工厂与机器人相连的PC机上。该产品用于编程操作界面、监视、单元监控和控制(如RobView等) 。 （5）IPS软件 IPS软件通过控制流体和空气的流量，控制涂装机的喷幅。IPS软件既可以在机械手模块内运行，也可以在机器人旁边的外部模

45、块上运行。（6）DeskWare:DeskWare是一套在PC机上运行的基于Windows的软件。该软件用于培训人员，完成创建和编辑机器人程序、建立IPS系统等工作(如ShopFloorEditor等)。 七、通过现场和视频或产品网站，熟悉防爆吹扫单元吹扫系统的作用是在包含有电气元件的机械手内部施加过压，阻止爆炸性气体进入到机械手里面。吹扫系统组成包括危险区域之外的吹扫单元、机械手内部的吹扫传感器、控制柜内的吹扫控制电路。A型吹扫单元安装在喷房(危险区)外部，B型吹扫单元安装在喷房(危险区)内部，如图5-12所示。图5-12 ABB喷涂机器人吹扫单元IRB5400机器人吹扫区域如图5-13所示

46、。来自吹扫单元的空气经由柔性软管（内含电缆）进入到支座单元内。从支座单元流出，经由底座单元和垂直臂，空气被传送到水平臂的后部。图5-13IRB5400机器人吹扫区域八、IPS 控制系统认知IPS是使用机器人动作用CPU以外CPU,对喷涂设备 进行控制的系统。输入/输出信号(数字、模拟)由IPS专用控制板进行管理(如:MCOB等)。IPS同机器人控制器之间的通讯由CAN (Close Area Network)完成。九、喷漆机器人编程喷涂机器人的编程也分为示教和离线两种方式。1、在教师指导下现场操作示教编程。2、从系统中调出成型程序或参照以下程序离线编程，分析其结构，熟悉相关语句。某发动机公司采

47、用两台 IRB5400 喷漆机器人进行喷涂发动机 。涂装的油漆平均厚度为 30m左右 ,油漆覆盖率为 55 %左右 。根据要求 , 要让发动机的油漆平均厚度达到 50 60m , 油漆覆盖率进一步提高 ,达到 80 %左右 。主程序如下 :PROC runjob ( )ActUnit CNV I;ConfJ off;ConfL off;PaintL - 1422. 39, - 919. 05, 985. 09 , 0. 144697, 0. 805359, 0. 154601, - 0. 553678 , 0, 0, 0, 0 , 9 E + 9, 9 E + 9, 9 E + 9, 9 E

48、+ 9, 9 E+ 9. - 261. 765 , v600, z50, tool13;WaitWObj wobjconv1 RelD ist: = 100;IF c1 Position 0. 5 THENTPErase;TPW rite“object exceed the volid range, drop thecurrent object”;END IFU seBrushTab bd1;PaintL - 1422. 39, - 919. 05, 985. 09 , 0. 144697, 0. 805359, 0. 154601, - 0. 553678 , 0, 0, 0, 0 , 9

49、E + 9, 9 E + 9, 9 E + 9, 9 E + 9, 9 E+ 9. - 261. 765 , v600, z50, tool13;Routine1;Routine2;Routine3;Routine4;Waittime 20;Routine5;PaintL - 1422. 39, - 919. 05, 985. 09, 0. 144697, 0. 805359, 0. 154601, - 0. 553678 , 0, 0, 0, 0 , 9 E + 9, 9 E + 9, 9 E + 9, 9 E + 9, 9 E+ 9. - 261. 765 , v600, z50, too

50、l13;D ropWOb wobjconv1;PaintL - 1422. 39, - 919. 05, 985. 09 , 0. 144697, 0. 805359, 0. 154601, - 0.553678 , 0, 0, 0, 0 , 9 E + 9, 9 E + 9, 9 E + 9,9 E + 9, 9 E + 9. - 261. 765 , v600, z50, tool13;ConfJ on;ConfL on;DeactUnit CNV1;ENDPROC主程序中，主程序多为 PROC, Routine1、Routine2、Routine3、Routine4、Routine5 为

51、 5 个子程序名，把一个机器人喷涂的发动机区域划分为 5 个区域 ,每个子程序代表一个区域，每个区域规划了100个喷涂点 。为了保证喷涂质量，当机器人距离发动机过远时，即距离超过 0. 5 米时 ,停止喷涂，机器人回到初始位置，喷涂下一台发动机 ,此台未喷涂完的发动机重新进行人工喷涂 。Routine1 包括了发动机侧面的喷涂，Routine2、Routine3包括了发动机正面的 喷 涂 , Routine4 包括了发动机上面的喷涂，Routine5包括了发动机下面的喷涂 。程序中执行完 Routine4 后 , 有一个 Waitime20,此处 是一个调整时间 , 调整机器人 的姿态，避免机

52、器人出现死机 ,还可以让机器人以更好的姿态来喷涂 Routine5所包括的区域 。工艺参数选择。tool11tool13代表了选择的工艺参数 , 喷嘴口径 1. 397mm ,控制参数 11. 25,输送压力 0. 250. 3MPa。根据不同的喷涂要求，选择不同的tool。此程序中选择了tool13, 代表了控制参数为 1,输送压力为 0. 3MPa。根据生产节拍 , 设定机器人运动速度为 600mm / s, 发动机吊在悬链上，运动速度为 800mm /min。喷漆效果如图5-14所示。图5-14喷漆效果喷漆机器人离线编程系统的核心是喷枪轨迹生成方式 ,交互式或离线示教式轨迹生成方式一般只

53、适用于外形简单、规则的工件 (如金属板 ) ,但对于外形复杂的工件 (如汽车保险杠 ) ,由于需输入大量的中间点坐标 ,这种方法显然变得不实用 。由此 , 1991年 , Suk - Han Suh等人在总结他人成果的基础上 ,研究了喷漆机器人的自动轨迹规划系统 , 研制成了集软 、硬件于一体的喷漆机器人离线编程系统 ( IRPS)样机。此系统能够完成物体建模 、参数设置、自动轨迹生成 、分析仿真和硬件驱动诸多功能 。其轨迹优化方法是通过求解以漆膜厚度的均匀性和喷涂时间之间的加权为目标泛函的极值问题 ,自动生成喷枪的最优轨迹。虽然目前对喷漆机器人离线编程系统的研究已经取得了很大进展 ,但由于喷

54、涂效果受多种因素的影响 ,如工件表面形状的复杂程度 、喷枪的位置 、方向及其离工件表面的距离 、油漆的粘滞性 、挥发性 、环境温度 、大气压 、空气湿度等等，因而如何找出更加精确的油漆空间分布数学模型，以及提出更好的轨迹优化方法，仍然是今后有待进一步探讨的领域 。任务三 机床上下料机器人系统组成与编程任务要求：通过对现场（或视频）机床上下料机器人系统的分析，熟悉机床上下料机器人的组成和选型；通过机床上下料程序调用和分析，熟悉离线机床上下料机器人编程方法。一、通过现场或视频认识机床上下料机器人系统的组成和特点。随着机床加工技术的不断提高，以及对机床在加工过程中工件上、下料方式要求的提高，机器人在

55、机械加工中的自动化应用由此产生，并在各个机床加工领域得到越来越广泛的应用。例如在用加工中心加工发动机缸体等大型零件时，负载可达几十甚至上百公斤重，这类零件通常是批量化加工，数量大，需要机床24小时连续运行。在欧美等发达国家早已采用机器人来代替人工自动上料和下料，从毛坯开始到加工成成品，整套生产线全部采用机械手来完成，已成为现代加工生产技术的主流发展方向。1、上下料机器人搬运系统组成主要由搬运机器人、工件自动识别系统、自动启动装置、自动传输装置组成，适合于工件自动搬运的场合，尤其适合自动化程度较高的流水线等工业场合，提高生产效率和自动化程度。可根据不同的要求配备不同的手爪（如机械手爪、真空吸盘、

56、电磁吸盘等），可实现对各种工件的抓取搬运，具有定位准确、工作节拍可调、工作空间大、性能优良、运行平稳可靠、维修方便等特点。图5-15所示机床上下料群控系统如图5-15所示机床上下料群控系统。系统共分为八大部分：毛坯库（工件原料储存）、川崎机器人（号机器人）、行走机构、数控车床、数控铣床、ABB机器人（号机器人）、冲床、成品库、总控台等。（1）毛坯库：毛坯库共九个库位，用于存放未加工的工件；（2）川崎机器人：川崎机器人的工作过程为先从毛坯库中取一个毛坯工件并放入数控车床中，待数控车床加工完毕后，再从数控车床中取出工件，通过行走机构的行走，将川崎机器人运载到数控铣床前，川崎机器人将工件放入数控铣床

57、中，待数控铣床加工完毕后，再从数控铣床中取出工件，旋转165在空中将工件移交给ABB机器人，完成空中对接的过程。（3）行走机构：用于川崎机器人的第七轴；（4）数控车床：用于加工零件；（5）数控铣床：用于加工零件；（6）ABB机器人：ABB机器人的工作过程为在空中先与川崎机器人完成空中对接取回工件，然后再将工件放置到冲压平台上，待模拟冲压结束后将工件取回并放置到成品库中；（7）冲床：用于冲压工件；（8）成品库：成品库共九个库位，用于存放加工完成的工件；2、上下料机器人的机械结构及特点上下料机器人采用模块化设计，可以进行各种形式的组合，组成多台联机的生产线。各模块在机械上彼此相对独立，亦可以在一定

58、范围内进行任意组合，可实现对车床、铣床、加工中心、插齿机、电火花机床、磨床、冲床等类设备的自动化生产。上下料机器人的安装调试可以与加工机床分开进行，机床部分为标准机即可。机器人部分是一个完全独立体，即便在顾客现场亦可对已经购买的机床进行自动化改造和升级。换言之，机器人故障时，只需调整或维修机器人而不会影响机床的正常运转。3、上下料机器人控制系统机器人控制系统是整条自动化线的大脑，控制着每部分机构，即可以独立工作，也可以协调合作，顺利完成生产。机器人控制系统功能：（1）对机器人运行轨迹进行编程；（2）对各部分机构独立操作；（3）提供必要的操作指导及诊断信息；（4）能协调机器人与机床之间的工作过程

59、；（5）控制系统具有丰富的I/O口资源，可扩展；（5）多种控制模式，如：自动，手动，停止，急停，故障诊断。4、机器人上下料系统的优越性（1） 生产效率高：要提高生产效率，必须控制生产节拍。除了固定的生产加工节拍无法提高外，自动上、下料取代了人工操作，这样就可以很好的控制节拍，避免了由于人为因素而对生产节拍产生的影响，大大提高了生产效率。（2） 工艺修改灵活：我们可以通过修改程序和手爪夹具，迅速的改变生产工艺，调试速度快，免去了对员工还要进行培训的时间，快速就可投产。（3） 提高工件质量：机器人自动化生产线，从上料，装夹，下料完全由机器人完成，减少了中间环节，零件质量大大提高。二、系统中川崎机器

60、人单元功能分析1、川崎机器人单元动作分析在整个系统中的功能如下：当川崎机器人单元接收到启动信号后，机器人从毛坯库抓取毛坯件（按照1，2，37，8，9的顺序依次抓取），然后发送给数控车床一个准备信号，待数控车床初始化完毕后反馈给川崎机器人一个准备就绪信号，此时川崎机器人将工件送至数控车床的卡盘中心，然后给数控车床一个输送到位的信号，此时数控车床闭合卡盘，且反馈给机器人一个夹紧完成的信号，机器人离开数控车床，待离开到安全位置后给数控车床一个开始加工信号，此时数控车床关闭自动门且自动加工，待加工完毕后自动打开门且给机器人一个加工完成的信号，机器人伸入数控车床夹取工件且离开到安全位置，然后给行走机构一