工业机器人工作站

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：

①散件夹紧机构不能干涉②便于焊枪作业③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）安全装置可称万能工具（搬运、装配、弧焊、点焊、切割、研磨、喷涂等）一、技术参数（见表5－1）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：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二、机器人的传动与结构传动示意：

S轴：D1→R1腰旋转340°L轴：D2→R2下臂摆240°U轴：D3→R3上臂摆270°R轴：D4→R4上臂转360°B轴：D5→R5手腕摆270°T轴：D6→R6手腕转400°基点P：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

传动示意工作空间图5-9六自由度度机器人人的传动动和外观观图图5-10机器人P点的工工作空间间示意图图1.谐波波减速器器（1）基本构件件内齿刚轮轮+外外齿柔轮轮+波波发生器器（2）传传动关系系柔轮Zg<刚轮轮Zb波发生器器长轴处处,柔、、刚轮齿齿啮合短轴处，，柔、、刚轮齿齿脱开啮啮合柔轮齿圈圈任一点点径向位移呈近近似于余余弦波形变化波发生器器一周———柔轮反向转转ΔZ/Zg周周(3)扁扁平型型谐波减减速器实质：两级传动动（共用用柔轮、、波发生生器）传动比：：第一级Zb1,Zg1；；第二级Zb2,Zg2取Zg1=Zg2=Zb2∴i=-(Zb1-Zg1)/Zg特点：大大缩短短减速器器轴向长长度（4）优优点：传动比大大；传动平稳稳、效率率高齿面磨损损小、均均匀；精度高、、回差小小；实现同轴轴传动。。2.RV摆线针针轮减速速器由一级行行星轮系系再串联联一级摆摆线针轮轮减速器器而成传动原理理：一个输入入轴齿轮轮带动周周向分布布的行星星轮，与与行星轮轮联接的的偏心轴带动两两个径向向对置的的RV摆摆线齿轮轮，在内内齿为园园柱销的的固定壳壳体上滚动，，其上的的非圆柱柱销轴带带动盘式式输出轴轴转动。。传动比：：式中：Z1－小齿轮Z2－行星轮Z3－摆线轮Z4－壳体特点：比谐波传传动速比比大刚性大，，GD2小同轴传动动结构紧凑凑、效效率高3.S轴轴结构电机减速速器安装装在机器器人底座座内部电机与减减速器壳壳连成一一体，并并与转动动体连接接。减速器输输出盘与与底座连连接当电机转转动，由由于输出出盘不动动，迫使使电机减减速器带带动转动动体转动动。旋转体与与固定底底座间用用推力向向心交叉叉短园柱柱滚子轴轴承。两个极限限开关及及死挡铁铁限制其其极限位位置。4.L轴轴和U轴轴结构图左侧为为L轴电电动机机器人下下臂下端端左侧与与减速器器输出盘盘连接右侧固连连的小轴轴通过轴轴承支承承在U轴轴连杆内内减速器装装在旋转转体上极限位置置安装极极限挡块块图右侧为为U轴电电动机减速器输输出转盘盘与连杆杆连接下臂、上上臂、拉拉杆和连连杆构成成平行四四边形机机构铰链中用用园锥滚滚子轴承承用闷盖调调整轴承承间隙、、并密封封5.R轴轴结构上臂前段段用两圆圆锥滚子子轴承支支承于后后段内；；电机及减减速器装装于后段段内，输输出转盘盘与上臂臂前段连连接；调节螺母母用来调调整轴承承间隙。。6.B轴轴和T轴轴结构B轴：◆T轴电电机装于于上臂前前段内部部◆手腕用用一对园园锥滚子子轴承支支承在上上臂前部部◆B轴轴电机——锥齿轮轮—同步步齿形带带—谐波波减速器器—手腕腕◆锥齿轮轮轴和B轴由向向心球轴轴承支承承T轴：◆T轴电机机—锥齿齿轮—同同步齿形形带—锥锥齿轮——谐波减减速器——手腕◆手腕轴轴由一对对园锥滚滚子轴承承支承在在手腕体体内◆手腕法法兰连接接未端执执行器第三节工工装夹具具与变位位机工装夹具具使工件件准确地地重复定定位变位机具具有较高高的重复复定位精精度一、工装装夹具本例采用用图5－－24的的夹具体体形式，，便于预预置散件件。又便便于整体体取出工件。。预置散件件顺序：：①放入入1＃、4＃件1＃件：V＋＋平块定定位，弹弹簧确定定周向位位置4＃件：U＋V型定位②放入2＃件由1＃、4＃件及手动活活塞顶块定定位③放入6＃导缸前端磁磁铁及手动动导杆定位位④放入5＃件下端平台及及4＃件定位夹紧顺序：：①1＃下端端定位缸动动作②1＃上端端导杆定位位缸夹紧③4＃尾尾部定位缸缸夹紧④4＃二个个旋转夹紧紧缸夹紧⑤其余气缸缸动作夹紧紧二、工件位位置变换机机用途：变换换工件位置置，使机器器人焊枪位位置最佳和和避免焊枪与工件及及夹具干涉涉。1.基本要要求：①工件处于于最佳位置置；②满足所有有作业位置置要求；（（特例人工工处理）③较高重复复定位精度度；④缩短机器器人等待时时间；⑤足够强度度和刚度；；⑥导线及气气管不缠绕绕；⑦电源负极极尽量靠近近工件；⑧振动大时时，机器人人与变位机机底座连体体。2.结构本例结构，，三轴双支支点型。（1）总体体H型支架在在转台上可可旋转180°°，人机换换位。两套双支点点支承两套套夹具体。H型支架架下方四个个定位气缸支承承定位。（2）转台台交流伺服电电机经减速器和一对对外齿轮带动H型支支架转动。。0°、180°位设两套位置开关关，超限开关和死挡挡块。导线及气管管经转轴中心孔引至至H支架处。底座内装柔柔性链式管路保护套套。（3）双支支点系统夹具体装在在主、被动动侧接手上上；主动侧交流流伺服电机机经RV减减速器驱动动夹具体；；主动侧极限限位装死挡挡铁；被动侧轴中中空，压力力气体经活活接头引入入；电源负极在在弹簧作用用下，从轴轴颈引入；；转轴前端装装导线收集集盘；被动侧装两两个极限开开关。第四节工工作站的的气控系统统气控工作原原理:变位机定位位锁紧回路路手控阀三三联件件A夹夹具板气体体汇流板B夹具板气气体汇流板板手控阀关闭闭便于维修修；三联件：滤滤除杂质、、水分、调调定压力、、形成润滑滑油雾，其其中压力继继电器监测测系统压力力；四定位缸由由一个换向向阀控制；；两个主管夹夹紧可同时时动作，用用一个换向向阀；安装主弯管管和角筋散散件需手动动送入，其其阀中位机机能可使两两腔同时通通大气；后四缸可同同时动作，，共用一阀阀；各缸均用出出口节流型型调速阀；；各缸均用装装在缸筒外外表面的磁磁性开关检检位。多采用软管管及快插接接头；导线、管路路及元件需需保护。气控原理图图图5-28机器人工作作站气动原原理图第五节工工作站站的电气控控制原理用机器人控控制柜为主主控装置，，利用机器器人控制程程序对工作作站进行控控制。PLC控制制与机器人人控制协调调控制。一、信号分分析每一运动自自身位置的的信号（起起始点），，可形成映映象（I））SP：接近近开关输入信号SA：手动动开关每一个运动动的驱动指指令及显示示（Q）与机器人通通讯输出信号经中间继电电器作用于于驱动元件件直接控制：：并行控制：：二、电气控控制原理机器人控制制柜：控制机器人人的各轴及及外部轴，，并经端子子与其他设设备通信。电气控制柜柜：控制除机器器人控制内内容之外的其他对对象，并协协调工作站站工作。1.主电电路分析合上工作站站开关：电电源指示灯灯HL3亮；电气柜风扇扇M1工工作。SA2、SA3控制制两个照明明灯。SA1经KM使其他他设备带电电。220V：：供PLC电电源变压整流→→直流24V→输入入、输出模模块110V供供电磁铁用用电（经中中间继电器器控制）380V：：机器人控制制柜电焊机图5-292.PLC与机器人人通信两控制系统统建立联系系：将本系统状状态通知对方方，掌握他他系统状态态。QiXiPC通知机机器人YiIi机机器人通通知PC3.PLC的外部接接线图5－31输入信号号接线图Yi—机机器人信号号SP4～SP11——变位机机、夹具板板接近开关SP12～～SP23SP30～～SP47SA5，SA6——双手起动动按钮SA10～～SA19—手动动三位选择择开关（自复位））图5－32输出信号号接线图Xi—PC系统统送机器人人信号AA～AV—中间继继电器触点点A、B夹具具板各气缸缸磁性开关图5-30外部接线图图图5-32PLC输输出信号外外部接线图图图5-31PLC输输入信号外外部接线图图三、PLC控制程序手动调整程程序自动循环程程序故障检测程程序复位程序主程序程序思路：：双手按下启启动按钮→→I6.6和I6.7接通→→A板或B板气缸依依次夹紧夹具板装料料完毕（Q0.4→机器人））预约由夹具板翻翻转次数信信号→变位位机松开→→转台转动动→Q0.7→转台台定位待卸板气缸缸打开后，，取出已焊焊工件。第六节工工业机器器人示教示教是一种种特殊的程程序编制过过程一、示教方方式1.直接接对实机示示教使用示教盒盒或导引把把手示教盒用示教盒按按动轴操作作键，到达达所需位置置后记录一一个示教点点数据，同同时形成一一条运动指指令。逐点点示教之后后，便构成成作业程序序的动作部部分，最后后加入相应应的辅助作作业命令（（如起弧））。导引把手导引把手使使未端执行行器动作，，记录一连连贯动