1.2 工业机器人集成系统

1.2.1工业机器人工作站的结构LOGO1.2.1工业机器人工作站的结构1.工业机器人工作站的定义

工业机器人工作站也称为工业机器人集成系统或工业机器人工作系统，是指使用一台或多台机器人，配以相应的周边设备，用于完成某一特定工作任务的自动化生产系统。执行系统执行系统是机器人赖以完成各种作业的主体部分，主要由机器人本体、末端执行器以及滑台导轨等机构组成。驱动系统驱动系统是驱使工业机器人执行机构运动的电气设备。它按照控制系统发出的指令信号，借助于动力元件使机器人产生动作。传动系统传动系统有机械式、电气式、液压式、气动式和复合式等。目前工业机器人广泛采用的机械传动设备是减速器、同步带等。2.工业机器人工作站的总体结构

工业机器人工作站一般由工业机器人本体、机器人末端执行器、控制系统以及周边设备等部分组成。一个完整的工业机器人工作站可以分成三大部分或六大子系统。三大部分即机械部分、传感部分和控制部分。六大子系统包括执行系统、驱动系统、传动系统、控制系统、传感系统和智能交互系统。控制系统控制系统一般由工控机、PLC、伺服控制装置等组成，完成编程、示教/再现、信号处理、信息传递和协调等工作。传感系统传感系统由内部、外部传感器组成，用以获取内部或外部环境中的有用信息。智能交互系统智能交互系统包括机器人-环境交互系统和人机交互系统。前者用于机器人与外部环境中的设备进行联系与协调，后者用于操作人员机器人控制。2.工业机器人工作站的总体结构2.工业机器人工作站的总体结构2.工业机器人本体（1）机械臂：机械臂是工业机器人的机械主体，用来完成各种作业的执行。机械臂因作业任务不同而在结构形式和尺寸上存在差异，但其基本结构相似。其普遍采用关节型结构，类似人体的腰、肩和腕等结构，一般为4轴或6轴，通用的6轴机器人结构如图1-16所示。图1-16IRB120机械臂结构图2.工业机器人工作站的总体结构（2）控制柜：控制柜是根据指令及传感信息控制机械臂完成一定动作或作业任务的装置，相当于人的大脑，负责机器人系统的整体运算与控制。ABBIRC5控制柜外观如图1-17所示，控制柜正面主要有模式开关、急停开关、循环启动按钮、报警复位按键、电源指示灯、报警指示灯、USB接口、RS-232C串口等。图1-17IRC5控制柜外观图2.工业机器人工作站的总体结构（3）示教器：在现场编程条件下，机器人的运动操作需要使用示教器来实现，它主要由液晶屏幕和操作按键组成，可由操作者手持移动，它是机器人的人机交互接口。ABB机器人示教器外观如图1-18所示。图1-18ABB机器人示教器外观图3.末端执行器

末端执行器即工业机器人末端加载的工具，如手爪、吸盘、焊枪、喷枪等，其优劣将决定机器人应用的层次和深度。工业机器人本体实际上是一个机械臂，如六轴工业机器人本体，单独不能完成工作，需要安装机械手，并配以周边设备才能正常工作。工业机器人本体最后一个轴的机械接口通常为连接法兰，可安装不同的工具。如图1-19所示，它可能是用于抓取搬运的手爪或吸盘，也可能是用于喷漆的喷枪，用于焊接的焊枪，用于工件去毛刺的倒角工具，用于磨削的砂轮以及用于检测的测量工具等。图1-19工业机器人末端执行器示意图4.周边辅助设备工业机器人工作站常用周边辅助设备包括供料及送料设备、导轨行走设备、机器视觉设备、控制设备、仓储设备、安全设备和其他专用设备等。周边设备随应用场景的不同存在着较大差异。（1）供料及送料设备：供料、送料设备一般是指传输带、储料箱、货盘、供料机等为机器人供应、传送物料的设备。传输带是最常见的供料设备之一，分为滚轮传送带和皮带传送带两种。滚轮传送一般用于传送重量较大或速度较快的物品；皮带传送一般用于搬运不能振动或容易倒下的物品。4.周边辅助设备（2）导轨行走设备：导轨行走设备可以增加工业机器人的有效工作范围。采用线性滑台导轨可增加作业空间，如给多台设备、辅助工装、货品进行组合作业以及在大型部件上作业等。滑台导轨一般作为第7轴附加到机器人控制系统中，方便集中控制。4.周边辅助设备（3）机器视觉设备：机器视觉就是用相机代替人眼来做测量和判断。通过相机将被摄取目标转为图像信号，传送给专用的图像处理系统，对这些信号进行各种运算以抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场设备的动作。4.周边辅助设备（4）控制设备：可编程逻辑控制器（PLC）、触摸屏等常用工业控制和人机界面设备。（5）仓储设备：立体仓库是比较常用的仓储设备，可实现仓库货物管理合理化、存取自动化、操作简便化，大大提高生产效率。（6）安全设备：安全相关设备主要由安全光栅、停止开关、信号灯等。（7）其他专用设备：专用的加工、检测等机器设备。谢谢LOGO1.2.2工业机器人工作站的应用LOGO1.2.2工业机器人工作站的应用1.2.2工业机器人工作站的应用

工业机器人工作站广泛应用于汽车、食品、化工、医药等各个行业中。可用于焊接、搬运、码垛、涂胶、喷漆、打磨、切割、分拣、测量等。工业机器人工作站1.焊接（1）弧焊：弧焊多用于金属连续结合处的焊接，应用非常广泛。如图1-20（a）所示，机器人弧焊系统一般由机器人、焊接电源、焊枪、焊接周边设备（变位机、工装、清枪机、防护系统）等部分组成。（a）机器人弧焊工作站图1-20焊接机器人工作站1.焊接（2）点焊：点焊主要用于汽车生产中车体薄板件的焊接。据统计，一辆汽车车身有三四千个焊点。其中，有60%的焊点由点焊机器人完成。如图1-20（b）所示，机器人点焊系统一般由机器人、点焊电源、点焊钳、工装夹具、安全设备及点焊周边设备（修磨机、变位机）等组成。由于点焊钳负载较重，点焊机器人一般选用大负载机器人。（b）机器人点焊工作站图1-20焊接机器人工作站2.搬运搬运机器人可以将物料从一个位置运送到另外一个位置或将物料按照一定的规律码垛。这需要根据工件形状和尺寸的不同，在机器人末端安装不同的工件卡爪来实现。如图1-21所示，机器人搬运系统一般由机器人、卡爪、安全防护系统、物料台、输送机等组成。图1-21机器人搬运工作站3.喷涂喷涂机器人可进行自动喷漆或喷涂其他涂料。图1-22所示为汽车保险杠的机器人喷涂系统。较先进的喷漆机器人的腕部采用柔性手腕，既可向各个方向弯曲，又可转动，其动作类似人的手腕，能方便地通过轻小的孔伸入工件内部，喷涂其内表面。图1-22机器人喷涂工作站4.机床上下料机床上下料机器人可以将机床（加工中心、压铸机、注塑机等）需要加工的工件送至机床加工，待加工结束后，取出工件放至指定的位置。如图1-23所示，机器人上下料系统主要由机器人、机床、工件卡爪、原料仓、成品仓、物料输送线、防护设备等部分组成。图1-23机器人上下料工作站5.涂胶机器人涂胶系统自动化程度高，效率高，质量稳定，广泛应用于挡风玻璃、汽车防火板、车门、车灯等涂胶生产场景。如图1-24所示，机器人涂胶系统一般由机器人、胶枪、工件自动输送单元、工件定位装置、供胶系统、安全防护系统等组成。图1-24机器人涂胶工作站6.分拣机器人分拣系统是一种装备了视觉传感器的机器人系统。机器人末端装上吸盘、卡爪以及执行机构，在相机的引导下，快速拾取流水线上的目标物料，实现物品分拣。如图1-25所示，为了提高分拣速度，常采用并联机器人。图1-26机器人装配工作站7.装配在机器人末端装上不同的工具对产品部件进行组装的为装配机器人，如用机器人拧螺丝、用机器人对汽车发动机部件进行组装等。对于小尺寸零件，可选用如图1-26所示的协作机器人系统，进行人机协作装配。图1-25机器人分拣工作站8.材料加工机器人可代替工人在各类复杂恶劣环境下完成材料加工工作。如图1-27所示，机器人夹持不同工具或不同工件完成材料加工的应用，主要有切割、打磨、去毛刺、清洗、抛光、热喷涂、激光熔覆等加工应用。（a）激光切割机器人工作站（b）机器人磨抛工作站图1-27机器人工作站在材料加工中的应用8.材料加工（c）激光熔覆机器人工作站图1-27机器人工作站在材料加工中的应用谢

谢LOGO1.2.3工业机器人的发展趋势LOGO1.2.3工业机器人的发展趋势1.2.3工业机器人的发展趋势

机器人技术已经成为国家创新驱动发展的重大战略技术之一。“高档数控机床和机器人”位列国家制造业十大重点发展领域之一。随着机器人技术的不断发展，机器人越来越智能，安装和使用更简单，能更方便地与其他制造单元集成。展望未来，工业机器人工作站的应用将越来越广泛。1.工业机器人的可控性将不断提升

工业机器人工作站需要众多周边辅助设备，例如工装夹具、传送带、变位机、移动导轨等，这些设备与机器人本体之间的高效配合与精确协同是工业机器人创新发展的重要方向。机器人控制技术是协同各部分设备的关键。可编程逻辑控制器（PLC）因其在扩展性和可靠性方面的优势，目前已广泛应用于工业机器人集成领域。PLC正向高速、大容量方向发展，通过工业互联网构建PLC、变频器、远程I/O等外围设备与计算机的连接，可以构造出多级式分布系统，使得工业机器人工作站更易控、更易协同、规模更大。2.协作机器人将成为工业机器人重要创新方向

在简单场景中，机器人可以替代人工完成更精确、更繁琐的重复性劳动。但在复杂的应用场景中，基于技术难度或经济成本等考虑，需要工人与机器人一起工作，安全的人机协作成为必然趋势。传统工业机器人需要在隔离环境中作业，相关人员不能对机器人进行灵活控制，极大限制了工业机器人的应用效果和应用场景。随着机器人控制技术的发展，诞生了更加适应特殊制造业应用场景的协作机器人出现。协作机器人无须安全栅栏，人与机器人可共享某个区域进行作业，使工人摆脱了繁重重复的工作压力，从而可以专注于技巧性较强的工作，同时有效保证人员安全。协作机器人工作站实现了人机协同分担作业，可广泛用于小型部件组装操作，以及电子电气零部件的装配等重要工艺环节。3.工业机器人在各种细分场景中的应用不断拓展

我国机器人市场需求全球领先，是支撑机器人产业发展的中坚