工业机器人工装系统设计 课件 项目4、5 焊接工作站工装设计、视觉分拣工作站工装设计

工业机器人工装系统设计焊接工作站是在自动化生产线上常被应用的模块，它主要包含了工业机器人系统、数控机床系统、逻辑编程控制系统、输送线、在线检测单元、仓储单元等部分构成。实际工厂生产会根据自动化生产线的需求进行各个模块的安排和组合，实现自动化生产的功能性、连续性、稳定性等特点。焊接工作站工装系统主要是实现零件抓取的手爪及满足定位需求的辅助机构。焊接技术的发展，对于产品制造的自动化、柔性化与智能化已成为必然趋势。在焊接生产中，采用自动化的机器人焊接工作站是现代化生产的主要标注，采用机器人进行焊接作业可以极大地提高经济效益。一般而言，采用机器人焊接比同样用人工焊接效率可提高2～4倍，焊接质量优良且稳定。项目4焊接工作站工装设计

学习目标知识目标熟悉焊接工作站的类型。掌握焊接工作站的结构。掌握弧焊焊接工作站的整体设计。掌握焊接设备的选型设计。能力目标能够对焊接方案进行整体设计。能够对焊接设备进行选型设计。学习内容1.机器人焊接工作站应用焊接机器人是一种高度自动化的焊接设备．采用机器人代替手工焊接作业是焊接制造业的发展趋势，是提高焊接质量、降低成本、改善工作环境的重要手段。机器人焊接作为现代制造技术发展的重要标志己被国内许多工厂所接受，而且越来越多的企业首选焊接机器人作为技术改造的方案。任务1焊接工作站基本知识

4.1.1焊接工作站应用

汽车焊接焊接生产线2.机器人焊接的特点A.自动焊接，提高质量和效率B.焊接条件具有重复性C.降低生产成本D.容易管理焊接机器人系统主要包括焊接电源、机器人控制柜、机器人本体、示教器、送丝机、焊枪、丝盘箱以及之间的连接线、工作台、固定架等。另外有一些附属设备，如气源、烟尘净化器、清枪机构等。除焊接机器人系统外，工作站还需设置安全围栏、安全门等防护设备，惰性气体放置于安全位置，同时配备电脑桌等外围设备。4.1.2焊接工作站结构

被焊工件名称：标准节，如图4-4所示。被焊工件尺寸范围：1508mmX726mmX726mm。被焊工件焊缝形式：对接角焊缝。被焊工件材质：Q235、Q345。任务2标准节零件焊接工作站工装设计

4.2.1焊接工作站整体布局

标准节零件工件装卸方式：由于工件体积偏大，工件装卸采用吊装。焊接工艺：焊接时采用单丝气体保护焊。焊接时，人工先将组对好的工件装夹在焊接变位机上，然后启动机器人进行焊接。焊接质量能够通过买方质量检验部门按照中国的国家标准或者买方的企业标准进行的检测。机器人配置FANUC电缆外置型机器人，焊接电源配置OTC数字电源进行焊接。机器人工作站动作流程将点固好的工件在双轴变位机上装夹好→启动机器人→弧焊机器人开始起弧焊接→焊接完毕→将焊接好的工件吊装到单轴变位机上点焊好→启动机器人焊接，依次类推，焊接完整个工件后，进行下一循环。（焊接同时变位机与机器人相协调。）机器人工作站效果图1.弧焊机器人的性能要求1．

焊接规范的设定。2．

摆动功能。3．

焊接传感器。4．

焊枪防碰功能。5．

多层焊功能。6．

再引弧功能。7．

焊枪校正功能。8．

粘丝自动解除功能。9．

断弧再启动功能。4.2.2焊接机器人选型

2.FANUCRobotM-10iA弧焊机器人1）机器人本体安装方式：地装关节方式：6轴关节型

最大负荷：10kg运输方式：利用叉车或吊车2）R-30iA控制柜- 基本配置：B型箱体- 电源输入：380V/3Φ＋E- FlashROM模块容量：32MB- DRAM模块容量：32MB- CMOSRAM模块容量：3MB- USB存储功能- CF卡存储功能- 机器人控制电缆7m（非柔性）- 示教盘电缆10m- 备件(保险丝，后备电池)3）软件- 基本字库：中英文- 焊接专用软件（ARCTool）- M-10iA机器人控制软件等等机器人运动范围3.点焊机器人的性能要求1）机器人的结构类型的确定2）手腕的容许载荷3）动作范围的确定1.选择机器人焊枪4.2.3焊枪组件

机器人焊枪防撞传感器2.确定机器人法兰盘的尺寸3.确定机器人法兰盘和焊枪的连接焊枪支枪臂连接法兰焊枪支枪臂连接法兰安装送丝机的焊丝连接焊枪，用导丝管支撑。为了避免送丝机与机器人的动作发生干涉，将送丝机安装在机器人的4轴上，通过安装支架，调整安装位置，使送丝机出口正对焊枪。丝盘箱安装在1轴上，跟随送丝机动作，为避免焊丝过度弯折，在丝盘箱安装支架上设置导向板，调整焊丝的姿态。4.2.4送丝机组件

焊接变位机的主要作用是实现焊接过程中将工件进行翻转变位，以便获得最佳的焊接位置，可很好地满足焊接质量及外观要求。变位机基座采用优质型材及钢板焊接而成，经过退火处理，质量精度可靠。翻转采用伺服电动机驱动，减速机采用高精度减速机，精度可靠，速度可调，可与机器人实现联动。4.2.5变位机组件

1.焊接变位机的分类（1）伸臂式焊接变位机（2）座式焊接变位机（3）双座式焊接变位机双座式焊接变位机典型结构2.焊件变位机械类型焊接翻转机、焊接回转台、焊接滚轮架、焊接变位器。3.焊接变位机的应用场合焊接变位机主要用于机架、机座、机壳、法兰、封头等非长型焊件的翻转变位。4.结构件焊接变位机的选型①根据焊接结构件的结构特点选择合适的焊接变位机。②根据手工焊接作业的情况，所选的焊接变位机能把被焊工件的任意一条焊缝转到平焊或船焊位置，避免立焊和仰焊，保证焊接质量。③选择开敞性好、容易操作、结构紧凑占地面积小的焊接变位机，工人操作高度尽量低，安全可靠。工装设计要考虑工件装卡简单方便。④工程机械大型的焊接结构件变位机的焊接操作高度很高，工人可通过垫高的方式进行焊接。5.焊接变位机的变位自由度涉及用户对设备装备的理念，以及考虑用于手把焊和自动焊的不同用途，选择和设计焊接变位机时，除主变位自由度外，还要考虑增加辅助变位自由度。如大件焊接，可增加升降运动自由度。6.焊接机器人工作站变位机主要用途焊接变位机是一种通用、高效的以实现环缝焊接为主的焊接设备。可配合氩弧焊机(填丝或不填丝）、熔化极气体保护焊机（CO2/MAG/MIG焊机）、等离子焊机等焊机电源并可与机器人组成机器人自动焊接系统。7.本项目变位机焊接工件时，工件必须固定好位置，这样，焊枪移动的路线才可以确定。因此，必须设工件的安装台面和工装夹具。根据焊接工件的形状大小和焊接难易程度，设置工作台或者变位机，然后针对工件设置相应的夹具。夹具设置需要避开焊枪的行走路径，防止碰撞。焊接夹具通过定位块、定位销作定位用，采用手动快速夹紧。定位及夹紧装置都要考虑机器人焊接的可达性，操作者装卸工件的方便性。夹具采用整体式或组合式结构，拆装方便。4.2.6工作台工装设计

1.整体布局机器人焊接工作站由机器人安装底座，全数字化焊接电源、送丝系统、水冷焊枪、清枪剪丝机构、变位机等组成。工作站用于横梁及支架等焊接。任务3机器人焊接工作站其他应用

4.3.1支架焊接工作站

支架零件结构工作站布局2.焊接机器人机器人安装采用坐式，其底座高度与变位机台面高度相匹配，以求机器人实现最大的加工范围。配置线槽，用于穿过机器人控制线缆及气管等。选择FANUCR-0iA机器人作为焊接机器人。3.焊枪焊枪水冷却机4.送丝机5.清枪机构6.变位机单回转焊接变位机1.整体布局4.3.2刀板焊接工作站

刀架零件零件定位夹紧工作站设备配置2.焊接机器人选用日本发那科机器人，型号M-10IA，配R-30IA高性能机器人控制器。末端有效负载10kg,最大伸长范围1420mm。3.TBiRM80W水冷焊枪4.变位机5.焊接夹具相贯线切割机是一种对钢管与有色金属管子的结合处相贯线孔、相贯线端部、弯头（虾米节）进行自动计算和切割的设备。4.3.3相贯线切割机

切割工件工业机器人工装系统设计机器视觉系统就是利用机器代替人眼来作各种测量和判断。它是计算科的一个重要分支，它综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术，涉及计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。工件分拣是工业生产中的重要环节，采用机器视觉结合工业机器人的视觉分拣工作站在工业生产中具有广泛的应用。视觉分拣是在自动化生产线上常被应用的模块，它主要包含了工业机器人系统、数控机床系统、逻辑编程控制系统、输送线、在线检测单元、仓储单元等部分构成。实际工厂生产会根据自动化生产线的需求进行各个模块的安排和组合，实现自动化生产的功能性、连续性、稳定性等特点。视觉分拣工装系统主要是实现零件抓取的手爪及满足定位需求的辅助机构。项目5视觉分拣工作站工装设计学习目标知识目标熟悉视觉分拣工作站的应用。掌握视觉分拣工作站的结构。掌握视觉分拣工作站的工装设计。熟悉工装设计的仿真优化方法。能力目标能够对零件视觉分拣方案进行整体设计。能够对零件的分拣工装进行设计。能够对简单工装进行仿真优化。学习内容1.机器人视觉分拣工作站基于机器视觉的机器人分拣与人工分拣作业相比,不但高效、准确,而且在质量保障、卫生保障等方面有着人工作业无法替代的优势;与传统的机械分拣作业相比,基于机器视觉的机器人分拣则有着适应范围广、随时能变换作业对象和变换分拣工序的优势。任务1视觉分拣工作站基本知识

5.1.1视觉分拣系统应用

2.视觉分拣机器人分拣机器人是一种具备了传感器、物镜和电子光学系统的机器人，可以快速进行货物分拣。分拣机器人的特点：工作效率高。抓取分拣物的精准性高。可以分工合作，协同能力强。分拣机器人1.系统结构以新松公司开发生产的

RH6（六自由度垂直关节型）通用工业机器人为模型而建立基于机器视觉的工业机器人分拣系统。3.1.2视觉分拣系统

2.分拣过程分拣流程分为4个部分：图像预处理、目标提取、单一目标分析、分拣抓取。分拣具体流程：（1）图像预处理：对采集到的图像进行图像平滑去除噪，消除噪声对图像的干扰。（2）目标提取：使用Canny算子进行二值化，其目的是将目标图像从背景图像提取出来。（3）单一目标分析：由于目标是规则的几何工件，仅仅靠角点检测是检测不出来圆形的，所以需要Hough圆检测来辅助识别。（4）分类抓取：对每个单一工件目标求取特征点，求取其目标工件的中心和长短轴。将特征信息通过CAN总线发送至机器人控制柜的RC（机器人控制器）内，并通过RC控制工业机器人进行分拣。工业相机固定视觉拾取机器人工作站由机器人本体、机器人电控系统、机器人底座及工作平台、吸盘、相机夹具和支架、光源系统、气路系统、视觉系统（含上位机）等构成，对于需要视觉操作和观看的需要配置一台千兆以太网口的PC。任务2视觉分拣工作站工装设计

3.2.1固定视觉

固高GUC系列控制器固高手持盒机器人底座及工作平台吸盘相机夹具相机支架光源系统分为光源和光源控制器。光源三维图光源控制器实物图相机软件界面视觉拾取机器人工作站由机器人本体、机器人电控系统、机器人支架及工作平台、吸盘+手爪+相机夹具、气路系统、视觉系统（不含上位机）等构成。3.2.2移动视觉

1.机器人本体2.机器人电控系统3.机器人支架及工作平台4.末端执行器吸盘+二指手爪+相机夹具吸盘+相机夹具1.计算机仿真概述所谓计算机仿真就是建立系统模型的仿真模型进而在电子计算机上对该仿真模型进行模拟实验(仿真实验)研究的过程。计算机仿真方法即以计算机仿真为手段，通过仿真模型模拟实际系统的运动来认识其规律的一种研究方法。计算机仿真作为分析和研究系统运行行为、揭示系统动态过程和运动规律的一种重要手段和方法,随着系统科学研究的深入、计算机技术的发展,而成为一门新兴的学科。近年来,随着信息处理技术的突飞猛进,使仿真技术得到迅速发展。计算机仿真主要有下列3种仿真形式：（1）物理仿真。

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