机械制造装备教案(89章)

第八章工业机器人8.1概述工业机器人是一种集机械、电子、气动、液压、自动控制、传感与计算机等技术为一体的机、电、液、气、光一体化产品。一、工业机器人的定义与工作原理1、定义：（RIA)是一种可编程和多功能的，用来搬运材料、零件、工具的操作机。(GB/T12640-90)是一种自动控制、可重新编成、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、零件或操作工具，用以完成各种作业。2、工作原理：由控制装置控制操作机上的执行机构实现各种所需的动作和提供动力。二、工业机器人的组成与机械结构（一）工业机器人的基本组成通常操作机、驱动单元、控制系统以及检测元件等组成。1、操作机是机器人完成作业的机械本体，它具有何人四肢相似的动作功能，时刻在空间抓取物体或金星其他操作的机械装置。通常有以下部分组成。（1）末端执行器，又称手部，是操作机直接执行任务，并直接与工作对象接触已完成抓取物体的机构。（2)手腕(wrist）是支撑和调整末端执行器姿态的部件，主要用来确定和改变末端执行器的方位和扩大手臂的动作范围厂一般具有2-3个回转自由度以调整末端执行器的姿态。有些专用机器人也可以没有手腕而直接将执行器安装在手臂的端部。

(3)手臂(arm)是用于支撑和调整手腕和末端执行器位置的部件。由操作机的动力关节和连接杆件等构成。

(4)机座(seat)是用来支撑手臂，并安装驱动装置和其他装置的基础部件。可分固定式和移动式两类，移动式机座下部安装了移动机构，它可以扩大机器人的活动范围。2.驱动系统驱动系统(drivesystem)由驱动器、减速器、检测元件等组成。是用来为操作机各部件提供动力和运动的组件。驱动系统的传动方式有四种：液压式、气压式、电气式和机械式。它是将电能或流体能等转换成机械能的动力装置。

3.控制系统控制系统(controlsystem)是工业机器人的指挥系统。它的任务是根据机器人的作业指令程序以及从传感器反馈回来的信号，控制驱动系统去支配执行机构完成规定的动作和功能。若工业机器人不具备信息反馈功能，则为开环控制统；若具备信息反馈功能，则为闭环控制统。根据控制运动的形式可分为点位控制和轨迹控制。4.检测装显检测装置(inspectsettings)主要是对执行机构的位置、速度和力等信息进行检测，根据需要反馈给控制系统，与设定值进行比较后，对执行机构进行调整。

5.人机交互系统人机交互系统(alternationsystem)是使操作人员参与机器人控制与机器人进行联系的装置，例如，计算机的标准终端、指令控制台、信息显示板、危险信号报器等。归纳起来可分为两大类：指令给定装置和信息显示装置。（二）工业机器人的机械结构是工业机器人的基础部分。工业机器人的结构类型特征，用它的结构坐标形式和自由度表示，空间活动范围用它的工作空间来表示。1、工业机器人的运动自由度指确定一个机器人操作机位置时所需要的独立运动参数的数目，他时表示机器人动作灵活程度的参数。2、机器人的工作空间与坐标系是指机器人正常工作时，手腕参考电或者机械接口坐标系原点能在空间活动的最大范围。工业机器人的坐标系案由守法则确定。3、工业机器人的机械结构基本类型（1）圆柱坐标型：通过1个转动2个移动共3个自由度组成的运动系统，工作空间图形委员助兴。特点：集体所占体积小运动范围大。（2）直角坐标型：其运动部分有3相互垂直的直线移动所组成，其工作空间图形为长方体，它在各个轴向的距离，可在各坐标轴上直接读出，直观性强，易于进行位置和姿态的编程计算，定位精度高，结构简单；但与圆柱坐标向相比，其机体所占空间体积大，灵活性差。（3）球坐标型：有2个转动和一个直线移动所组成其工作空间为一球体。结构紧凑，工作空间工作范围大但结构复杂。（4）关节型：这种机器人的手臂与人体上肢类似，其前三个关节都是回转关节，有力臂和大小臂组成。（5）平面关节型：采用两个回转关节和一个移动关节控制前后、左右和上下运动，其工作空间的轨迹为矩形回转体。其结构简单、动作灵活，多用于装配作业中。6.2工业机器人操作机典型部件结构一、末端执行器的结构又称手不能执行忍受的部分功能。（一）机械夹持器1、斜楔杠杆式回转型夹持器2、齿轮齿条平行连杆式平移型夹持器3、内撑连杆式夹持器（二）吸盘式夹持器二、工业机器人的腕部结构1、一个自由度摆动油缸手腕结构2、两个自由度链传动手腕结构3、3个自由度轮系传动手腕结构三、工业机器人的手臂结构1、具有一个自由度伸缩式手臂结构2、具有一个回转运动的双手臂结构3、具有俯仰、回转和升降三个自由度的手臂结构四、工业机器人的腰座（即回转机座）回转机座位于机器人的底部，实现手臂的回转运动1、谐波齿轮减速器工作原理2、谐波齿轮传动的主要特点（1）传动比大（2）零件数少、结构简单（3）精度高（4）承载能力大（5）体积小、重量轻五、工业机器人的控制六、工业机器人实例第九章物料储运装备9.1物流系统的功能和应满足的要求“物流”就是物料的流动过程。在工厂就是指原材料和毛坯进厂，经过储存、加工、装配、检验、包装，直至成品核废料出厂，在仓库、车间、工序之间流转、移动和储存的全过程。一、物流系统设计的意义在制造业中，从原材料入厂到成品出厂，按国内的统计，机床作业仅占5%左右，95%左右的时间都处于等待或搬运状态。二、物流系统的功能（1）原材料和毛坯、外购件、在制品、产品、工艺装备的储存及橄运，做到存放有序，存入、取出容易，且尽可能实现自动化（2）加工设备及辅助设备的上下料尽可能实现自动化，以提高劳动生产率（3）工序间中间工位和缓冲工作站的在制品储存（4）各加工工位间工件的搬运应尽可能及时而迅速，减少工件在工序间的无效等待时间（5）各类物料流装t的调度及控制，物料的运输方式和路径能够变化与进行优化（6）物料流的监判别等监控三、物流系统应满足的要求

1)运行中应可靠地、无损伤地、快速地实现物料流动，为此应有宽敞、方便、快捷、可靠的运输通道和运输设备，还应有良好的管理系统。

2)物流系统要具有一定的柔性，即灵活性、可变性和可重组性，以适应多品种、小批生产；也不会因产品更新而报废原来的物流系统，可稍作调整或部分补充即可迅速地重组成新的物流系统；也不会因某些设备因故停机时使生产中断，物料流动路线可灵活地进行变动，使生产继续下去。

3)在每台设备上，停机装卸工件的辅助时间尽可能短，工序间的流动路线尽可能短，保证物流的高效，也节省物流系统建设的投资。

4)尽可能减少在制品积压，为此应加快物流系统的流动速度，加强库存管理和生产计翻管理，朝“零库存生产”的目标努力。

5)毛坯、在制品、产品的自动储存量，能保证三班制时无人或少人运行时的需要，或能保证易损坏设备快速排除故障时间内生产还能继续进行7.2物流系统的总体设计一、物流系统的范畴“机械制造企业的物流系统”包括从原材料、外购配套件、标准件进厂、经过储存、毛坯生产、机械加工、装配、检验、油漆包装、产成品和废料出厂等全部流程。物流系统合理化：各种生产设施配置合理,减少物流的迂回，交叉、往返等无效搬运；减少库存和在制品，缩短无聊的停滞时间；选用适当的装卸搬运方式和机具；场内外运输近便、协调、有机衔接。物流系统设计：把物流全过程所涉及的装备、器具、设施、路线及其布置作为一个系统，运用现代科学技术和方法，进行设计和管理，达到物流系统合理化的综合优化过程。二、设计方法与步骤（一）进行物料的分类机械制造业的物料基本分类：1）散装物料：煤、型砂等2）板料、型材等金属材料3）单件物品：大型零件及配套件4）筒装物料：各类油5）箱装物料：各类小零件及配套件6）袋装物料：贵重的金属材料及盐类7）瓶装物料：氧气等8）其他（二）物流系统布置方案包括：物料流动的起点和终点的具体位置，及它们之间的距离、物流量、每次搬运的件数、批量大小、频繁性、稳定性、缓急要求；搬运路线倾斜、曲折、拐弯等情况，拥挤程度和路面质量；仓储设施的布置等。物流系统布置方案可用立体图或平面体的形式表示，在图中表明一些重要部位的关键尺寸和技术条件，甚至画出必要的结构草图。（三）物料流动分析1）按每类产品或物料，沿整个生产过程绘制物流图。2）将所有产品或物料按每条起终路线进行汇总，绘制物流图。3）进行物料流动分析4）确定仓储设施的容量（四）物料搬运设备的选择搬运设备应根据物料形状、移动距离、搬运流量、搬运方式进行选择：1）适用于短距离和低物流量的简单输送设备：叉车、电瓶车、布进式输送带2）适用于短距离和高物流量的复杂输送设备：机械手、斗式提升机等3）适用于长距离和低物流量的简单输送设备：汽车4）适用于长距离和高物流量的复杂设备：火车等（五）仓储设施的选择立体仓库：可实现物流机械化和自动化管理物架：防止碰撞缓冲存储站：自动化程度高，用于柔性系统中（六）实时计算机仿真，进行方案修改（七）方案评价9.3机床上料装置设计一、机床上料装置的类型和特点（一）类型：1）人工上料2）自动上料装置（二）特点：1）时间少2）平稳无冲击3）结构简单可靠4）有一定的适用范围5）满足工件的一些特殊要求二、料仓式上料装置当单件毛坯的尺寸较大，而且形状比较复杂难于自动定向时可以采用料仓式上料机构。这是需要人工或专门的定向及装置不断地将单件毛坯以一定方式装入料仓中，然后再由料仓送料机构自动地将单件毛坯从料仓中送到机床上。料仓式上料装置应用在大量和大批生产中，所运送的毛坯可以是锻件、铸件或由棒料加工成的毛坯和半成品。三、料斗式上料装置四、装卸料机械手9.4机床间工件传送装置机床间的工件传递和运送装置目前包括：托盘和随行夹具，有轨小车(RGV)和无轨小车（AGV)一、托盘和随行夹具随行夹具的返回方式有上方返