工业机器人工装系统设计 课件全套 项目1-5 工业机器人工作站工装系统概述- 视觉分拣工作站工装设计

工业机器人工装系统设计工业机器人的应用与普及是实现自动化生产、提高社会效率、推动生产力发展的有效手段。机器人在进行某项作业时，必须在机器人手腕的端部安装末端执行器（俗称手爪）来完成作业任务，而对于一些工作任务来说，仅仅具有末端执行器是不够的，还需要与其配合的附件，包括像手爪弹性装置等辅助机构、工件夹紧装置等，这些都可统称为机器人工装。机器人工装系统对于扩展机器人的作业功能、应用范围和提高工作效率都有影响。项目1工业机器人工作站工装系统概述

学习目标知识目标了解机器人工作站工装系统的内容。掌握工件定位的原理及方式。掌握工件夹紧的形式及夹紧力的确定。掌握工装系统的设计步骤。掌握工装系统的功能要求。能力目标能够运用6点定位规则对工件进行正确定位。能够对不同工件进行正确的夹紧方案制订。能够运用工装系统的设计步骤进行工件的工装系统设计分析。学习内容

在现代工业领域中，机器人越来越多的被运用于各行各业。机器人工作站或生产线自动化加工，离不开末端执行器的充分应用。要满足机器人的自动化生产，除需要末端执行器外，还要有相应的附件等协同工作，即工业机器人工装系统。本任务是认识机器人工装系统，明确工件定位的定位原理及方式、夹紧的原理及夹紧力的确定。任务1工装系统基本知识

对于制造行业，工装是工艺装备的简称。工艺装备就是将零组件加工至设计图样要求所要具备的基本加工条件和手段。工艺装备包含加工设备、夹具、检具、辅具和刀具等，是制造过程中所用的各种工具的总称。1.1.1初识工装系统

机器人夹持作业机器人焊接作业工装设计在传统产品开发流程中位置机器人工装设计在自动化流程中的位置1.6点定位规则1.1.2工件的定位

长方体定位时支承点的分布示例2.工件的定位形式完全定位不完全定位欠定位过定位3.定位副当工件以回转面（圆柱面、圆锥面、球面）与定位元件接触（或配合）时，工件上的回转面称为定位基准，其轴线称为定位基准。如图所示，工件以圆孔在心轴上定位，工件的内孔面称为定位基面，它的轴线称为定位基准。与此对应，心轴的圆柱面称为限位基面，心轴的轴线称为限位基准。1.1.3工件的夹紧夹紧是工件装夹过程中的重要组成部分。工件定位以后，必须通过一定的机构产生夹紧力把它固定，使工件保持准确的定位位置，以保证在加工、运送过程中不产生位移或振动。这种产生夹紧力的机构称为夹紧装置。夹紧装置的结构形式很多，但一般都由力源装置和夹紧机构两大部分组成。1.力源装置力源装置产生夹紧力，夹紧力来源于机械或电力的，则该力源装置称为夹具的动力装置。常见的有气压装置、液压装置、电动装置等。而力源来源于人力的，则称为手动夹紧装置。2.夹紧机构在工件夹紧过程中，将力源装置产生的夹紧力作用在工件上的机构称为夹紧机构。一般夹紧机构又包括中间力的传递机构和夹紧元件两个部分。（1）中间传力机构中间传力机构将力源装置产生的夹紧力传递给夹紧元件，以便对工件实施夹紧。根据需要，中间传力机构可以改变夹紧作用力的大小和方向，并具有一定的自锁性能。（2）夹紧元件夹紧元件是夹紧装置的最终执行元件，和工件直接接触而完成夹紧作用。1.1.4夹紧力的确定在进行夹紧机构设计时，首先要确定夹紧力的作用方向、作用点和作用力的大小等3个因素。在进行这项工作时，应充分分析工件的结构特点、加工要求以及外力作用在工件上的情况。同时，还应分析夹具定位装置的结构形式和布置方式等。FK=K×F

式中，FK——实际需要的夹紧力；F——由静力平衡计算出的夹紧力；K——安全系数，根据工艺系统和工况确定。工装系统要满足产品的自动化生产需求，要充分收集信息资料，遵循一定的步骤进行工装设计，本任务是熟悉工装设计的一般步骤，并掌握工装系统的功能需求，这是在设计中要满足的条件。在这个基础上，熟悉机器人手爪的研究内容，熟悉研究的发展方向及新产品及新技术应用。任务2工装系统设计概要

在工装系统的设计过程中，必须充分地收集设计资料，明确设计任务，优选设计方案。在整个设计过程中，大体可分下列几个阶段进行。1.设计准备这一阶段主要是收集原始资料，并根据设计任务对资料进行分析。2.整体设计工装夹具的整体设计阶段包括从拟订结构方案，绘制草图，必要的分析计算，到总装配图设计的全部过程。3.零件设计工装夹具中的非标准零件要分别绘制零件图。零件图要表达出实际零件的全部结构、标注出全部尺寸、表面粗糙度、尺寸和形位公差、材料及热处理和技术要求。1.2.1工装系统设计步骤

机器人在完成作业的过程中，为保证作业的可靠性，工装系统要满足自动化的需求，相比传统的工装夹具，其功能要求要有所提高，具体如下：1满足运动范围要求2满足定位要求（1）工件以平面定位（2）工件以孔定位（3）工件以外圆表面定位3满足工件位置检测要求4满足工件清洁要求5安全要求1.2.2工装系统功能要求

机器人手爪分为拟人和非拟人两种，其中，拟人的多指灵巧手是通用手爪的一个重要的研究方向。人类与动物相比，除了拥有理性的思维、准确的语言表达外，还拥有一双灵巧的双手。人手是经过世世代代劳动的演变进化而成，结构小巧紧凑，抓取操作灵活稳定，给人类创造了巨大的财富。让机器人也拥有一双灵巧的“手”成了许多科研人员的梦想。1.手爪驱动和传动系统（1）腱传动方式（2）连杆传动方式（3）其他传动方式（4）人工肌肉的驱动方式（5）欠驱动方式1.2.3机器人手爪研究内容

2.手爪智能感知系统（1）传感器的研制传感器是空间机器人手爪获取内部和外部环境信息的主要手段，丰富的感知是提高机器人作业水平和自主能力的必要条件。研究内容包括传感器的选择与配置，新型传感器设计，多传感器集成和信息融合。手爪上配置的传感器包括力觉和视觉传感器，另外还有接近觉传感器，距离传感器等。视觉和力觉是空间机器人手爪最重要的信息。（2）信息融合和处理如今，智能机器人在发展中面临的一个重要问题是所处的非结构化环境以及自身模型的不精确性所带来的不确定性。解决这种不确定性的关键就是要发展智能传感系统。同时，增强机器人在复杂环境下的感知能力也是提高机器人自主能力和适应性的主要方法。而对传感信息的处理是实现机器人自主功能中最为重要的条件之一。3.抓取控制和决策系统（1）抓取稳定性研究研究机器人手爪多指抓取的目的是通过探索人类的抓取机理，最终开发出一种能够抓取任意形状物体，操作和使用工具，完成多种抓取任务，模拟人手抓取行为的拟人手。（2）规划和决策系统自主抓取规划是手爪根据各种传感器的信息，不需要和主机进行通信，自主进行规划和决策。（3）抓取控制阻抗控制、力控制和阻尼控制、位置控制等。1.小型化，集成化技术的发展2.仿生技术的发展3.主动信息获取技术的发展4.其他方面1.2.4工装系统发展趋势

工业机器人工装系统设计机床上下料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。机床上下料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。学习目标知识目标熟悉机床上下料工作站的类型。掌握机床上下料工作站的结构。掌握轴盘类零件末端执行器的设计。掌握零件自动化方案的整体设计。能力目标能够对轴盘类零件的末端执行器进行设计。能够对零件的自动化方案进行设计。能够进行工装系统的相关设计。学习内容工业机器人机床上下料工作站主要是进行工件加工、检测、运输等内容。工件的上下料主要是通过工业机器人来完成，而数控机床则主要进行工件的加工，物料输送线则主要进行工件的输送，然后加工完毕的成品或者半成品都会通过定位检测装置进行零件合格率的检测验证。通常合格的零部件或产品则会输送到仓库进行编码储存，而不合格的产品则通常会直接放入废品区。本任务以工业机器人机床上下料工作站为例，介绍工业机器人机床上下料的不同类型、结构及特点，通过本任务的学习，使读者熟悉和了解系统的基本结构。任务1机床上下料工作站基本知识

对于特别复杂的零件，往往需要多个工序的加工，甚至还要增加一些检测、清洗、试漏、压装和去毛刺等辅助工序，还有可能和锻造、齿轮加工、旋压、热处理和磨削等工序的设备连接起来，就需要组成一个完成复杂零件全部加工内容的自动化生产线。因为自动化生产线会有不同种类的设备，所以通过桁架式的机械手、关节机器人和自动物流等自动化方式组合起来，从而实现从毛坯进去一直到成品工件出来的全自动化加工。2.1.1机床上下料工作站应用

1.桁架式机械手1Z轴组件2X轴组件

3Y轴组件

4立柱5手爪2.关节式机器人主要的组成部分包括工业机器人、数控机床、工件或夹具手爪、外围设备及系统控制器等。2.1.2机床上下料工作站结构

数控机床在实际生产中具有下列优点：（1）具有高度的柔性；（2）加工精度高；（3）加工质量稳定，可靠；（4）生产效率高；（5）能够改善工人的工作条件；（6）能够实现现代化的系统集成等。数控机床机器人末端执行器在机床上下料工作站当中，加工件通常可能是柱状或者平板状，因此通常末端执行器可能会采用气动机械式的结构进行设计，然后安装到工业机器人的末端位置。电气控制柜在工业系统组态的过程中，可以通过逻辑控制器（PLC）来作为系统的大脑，进行整体的系统化组态与通信。电气控制柜中，通常包含了电源、断路器、中间继电器、交流接触器、逻辑控制器、通信模块、模拟量模块、变压器等。上下料输送线上下料输送线在机床上下料工作站当中的功能是将载有待加工的工件的托盘运输到上料工位。工业机器人将托盘中的物料通过末端执行器搬运到数控机床上进行加工。最终加工检测合格后的工件再放到物料输送带上输送到仓储区域进行编码存储。由此可见，在生产线的基本结构当中，输送带扮演着不可或缺的角色。橡胶带输送机网带输送机三坐标检测仪三坐标检测是运用三坐标测量机对工件进行形位公差的检验和测量，判断该工件的误差是不是在公差范围之内，也称为三坐标测量。随着现代汽车工业和航空航天事业以及机械加工业的突飞猛进，三坐标检测已经成为常规的检测手段。行走轴直线模组发展至今，已经被广泛应用到各种各样的设备当中。为我国的设备制造发展贡献了不可缺少的功劳，减少对外成套设备进口的依赖，为热衷于设备研发和制造的工程师带来了更多的机会。直线模组已普遍运用于测量、激光焊接、激光切割、数控机床、雕刻机、移载机、分类机、试验机及适用教育等场所。直线弧线复合式行走轴工装系统要满足产品的自动化生产需求，要充分收集信息资料，遵循一定的步骤进行工装设计，本任务是熟悉工装设计的一般步骤，并掌握工装系统的功能需求，这是在设计中要满足的条件。在这个基础上，熟悉机器人手爪的研究内容，熟悉研究的发展方向及新产品及新技术应用。任务2活塞零件末端执行器设计

在工装系统的设计过程中，必须充分地收集设计资料，明确设计任务，优选设计方案。在整个设计过程中，大体可分下列几个阶段进行。1零件信息加工工件类型为发动机活塞，工件重量为0.5kg-3kg，工件尺寸为直径90mm-110mm，高度90mm-110mm。2.2.1活塞零件自动化方案

2零件工艺方案3整体方案设计机器人针对机床上下料行业的应用项目主要由机器人系统、机器人末端抓具、上下料道结构设计（包含上料道的工件精定位装置设计）、及机器人外围安全防护设备等组成。根据客户现场需求的不同，机器人服务机床上下料的形式有机器人对应单台机床上下料、机器人对应2台机床上下料或机器人对应3台或多台机床上下料的作业等。在这个项目中，该系统包含机器人4套、手爪4套、上料道1套、中间料道3套、视觉系统1套、全围栏1套、系统集成等设备。在完成机器人作业的过程中，为保证作业可靠性，工装系统应满足自动化的需要。相比于传统的工装夹具，本任务对工装系统功能的要求更高，具体如下。1.结构方案设计手爪抓取的工件质量m=20kg，从手抓上顶边到工件几何中心的距离L=200mm，重力加速度g=9.81m/s2，机器人手爪运动时的加速度a=5m/s2，机器人手爪夹持面与工件之间的摩擦系数为μ，夹持工件时的安全系数通常取S=2，机器人手爪夹持工件时所需夹紧力为F（N）。2.2.2活塞零件末端执行器设计

2.几种夹持形式（1）只考虑摩擦系数作用（2）使用对应抓取物品形状的手爪（3）使用菱形手爪抓取物品两指手爪

三指手爪2.3.1冲压自动化工作站在钣金件制造生产过程中，自动冲压线作为主要的生产设备，对生产质量与效率有着重要的影响，机器人就是在该生产过程中发挥着重要作用。机器人冲压自动化生产线的出现是行业发展的趋势，也是制造企业的实际需求，如图2-18所示。机器人冲压自动化生产线相比于传统的生产线在安全、质量、效率、可靠性等方面具有极大的优势，而且为制造行业的生产自动化、智能化与现代化等方面发挥着重要作用。任务3机床上下料工作站其他应用

1.结构机器人冲压自动化生产线在实际应用中主要是由机器人、电控系统、安全防护系统、板料清洗机等构成。2.冲压机器人冲压机器人在应用中不但能够满足基本的荷载要求，还能在运行过程中确保运行的准确性与可靠性。3.拆垛系统（1）专用拆垛机专用拆垛机在实际应用中主要是在可以移动的升降机上放置垛料，而且在光电传感器与液压系统的应用下，对垛料进行控制。（2）机器人+拆垛小车机器人组合拆垛小车在运行中具有良好的效果，主要体现在，在可以移动的拆垛小车上将垛料进行放置，而且在对机器人的吸料高度进行自动识别时能对拆垛进行有效控制。（3）桁架式机械手+拆垛小车桁架式机械手+拆垛小车在实际应用中，也能在可以移动的拆垛上对垛料进行堆放，而且对机械手吸料的高度需要在板料的厚度基础上进行计算。在拆垛小车上将磁力分张器支架进行安装，而且在对垛料进行调节时是在多个自由旋转的可移动支架基础上完成的。在真空吸盘与双料检测传感器的应用下进行拆垛，并将垛料拆为单张板料，传输需要在可伸缩过渡皮带上完成。4.可伸缩皮带机在完成对单张板料的传输之后，可伸缩皮带机还能为清洗机提供移动速度。在皮带机的设计中，一般是由变频对皮带机的速度进行控制，这样就能确保涂油机由与清洗机保持同步运行。当清洗机在离线状态下，皮带的长度能够对离线时的空间进行填补。5.板料清洗机这些年在人们生活品质不断提升的背景下，对机械工程行业提出更高的要求，这就使得制造行业对零件表面的质量制造质量、美观性的要求更高。目前在对冲压成形以前，对覆盖板料进行清洗时大多数制造厂采用的标准工艺。板料清洗一般可以分为在线与离线两种状态。板料清洗机6板料涂油机板料涂油机主要由油雾收集单元、喷枪单元、输送单元等组成。在板料输送机的带动下，板材从喷嘴中通过。喷嘴在开启时，需要按照电气控制系统的工艺需求进行开启，并进行油雾的喷射作业，这样就能将油膜均匀、精准的喷射在板料表面上，在触摸屏人机界面上对油膜的厚度、喷射的位置进行编程。7.板料对中台（1）重力对中台

在重力作用下板料能够在装满滚珠的斜面上进行滑行，从而进行有效的定位，再配合双料检测器，这样就能对其进行有效的检测。重力对中台在机器人直接放置板料中有较好的应用效果，但是在涂油机等其他自动线中不适用。

（2）机械对中台

机械对中台在运行中主要是在磁性皮带移动中实现，而且在移动到档块时然后在气缸驱动打料器的应用下，将板料推向中心，这样就能实现准确的定位。

（3）光学对中台

光学对中台在实际应用中主要是在拍照技术的应用下对板料的位置图像进行获取，并在相关软件的应用下，对机器人的运行轨迹进行调整，这样不但能将板料精准地放置到所需的位置上，还能降低机械对中台的复杂性。以机器人为核心工业自动化生产线以成为工厂发展不可逆转的趋势，工业机器人将会更好的服务于生产建设。工业机器人作为先进制造技术和自动化的典型代表，不仅对于先进制造业的发展具有重要的作用，而且对于高科技产业和传统产业的结合与发展具有显著的促进作用。工业机器人在自动化生产中的典型应用就是自动化生产成套装备。自动化成套装备是指以机器人为核心，以信息技术和网络技术为媒介，将所有设备连接到一起而形成的大型自动化生产线。它是先进制造装备的典型代表，是发展先进制造技术，实现生产线数字化、网络化、以及智能化的重要手段。2.3.2装配自动化工作站

机器人自动化装配线由组装站、拆卸站和收料站组成。组装机器人负责工位一的取料、插件与上盖组装；拆卸机器人则负责工位二和工位三的打螺钉、贴标签、拆螺钉、拆标签；收料机器人负责工位四的拆上盖和拆插件的任务。工业机器人工装系统设计码垛在工业生产现场十分常见，主要应用于物流、化肥、食品加工等批量生产行业。码垛机器人工作站是一种集成化系统，可与生产系统相连接形成一个完整的集成化码垛生产线。码垛机器人完成一项码垛任务，除需要码垛机器人（机器人和码垛设备）外，还需要一些辅助外围设备。同时，合理的工位布局对于工作站的实际应用也尤为重要。学习目标知识目标熟悉码垛工作站的类型。掌握码垛工作站的结构。掌握箱体零件码垛工作站的整体设计。掌握末端执行器、产品输送线的设计。能力目标能够对零件码垛方案进行整体设计。能够对零件的末端执行器行设计。能够对产品输送线进行设计。学习内容在当前工业机器人的应用中，搬运、码垛是最大的应用领域。工业机器人码垛工作站，即以工业机器人为核心装备，配以工装系统，遂行码垛作业。码垛作业的特点是物料相对单一、重复性大、属于生产流程的一部分，在进行码垛工作站工装系统设计时，要充分考察码垛工作站的特点，进行科学设计。本任务即通过认识码垛工作站，熟悉其工作特点，找到共性的工装设备，逐项设计，最后完成码垛工作站的工装系统设计，主要包括码垛工作站的布局、末端执行器、输送线设计及相关计算等。任务1码垛工作站基本知识

1.码垛工作站整体认识1．码垛机器人的码垛能力高；2．结构简单，故障率低，易于保养及维修；3．主要构成零配件少，维持费用很低；4．电源消耗低。5．工业机器人可以设置在狭窄的空间，场地使用效率高，应用灵活，码垛机器人形式如图3-1所示。6．全部操作可在控制柜屏幕上手触式完成，操作非常简单。7．一台工业机器人可以同时处理多条生产线的不同产品。产品更新时，只须输入新数据，重新计算后即可进行运行，不需要硬件、设备上的改造与设置。8.垛型及码垛层数可任意设置，垛型整齐，方便储存及运输。3.1.1码垛工作站应用

2.码垛工作站的分类工业机器人码垛的工作内容基本一致，主要是应用行业的分类，不同的应用行业，物料的属性不同，表现为机器人负载大小、工装夹具的设计形式、安全环保的要求不同。饲料/化肥行业食品/药品/烟草行业码垛工作站包括码垛机器人系统、末端执行系统及码垛外围系统。（1）码垛机器人系统3.1.2码垛工作站结构

1：机器人控制柜

2：示教器

3：气体发生装置

4：真空发生装置

5：机器人本体

6：夹板式手爪

7：底座（2）末端执行器（末端工具）吸附式手爪抓取式手爪组合式手爪3.码垛工作站外围设备传送带是自动化码垛生产线上必不可少的一个环节，针对不同的条件，可以选择多种形式的传送带。4.码垛工位布局（1）全面式码垛（2）集中式码垛对箱体类零件进行码垛，是码垛机器人工作站应用较广泛的一种。码垛机器人把垛A拆垛后，用吸盘将工件放到物料输送装置上，由物料输送装置将工件输送到靠近垛B的一端，再由码垛机器人堆垛成垛B；垛B堆好后，再用相同的办法，把垛B拆垛，堆垛成垛A。任务2箱体码垛工作站设计

3.2.1方案布局

码垛工作站布局效果图码垛工作站工作流程：⑴按启动按钮，系统运行，机器人启动。⑵码垛机把垛A拆垛，用吸盘将工件搬运至物料输送装置上。⑶物料输送装置将工件输送到靠近垛B的一端。⑷B侧精确定位装置对工件进行定位，定位完成后，向机器人发送定位完成信号。⑸机器人收到信号后将工件搬运至垛B区进行码垛。⑹码垛完成后机器人返回垛A区进行下次拆垛直到垛A拆完为止；⑺当垛A拆垛完成后，系统停止运行并报警提示“垛A拆垛完成”；⑻在触摸屏上，单击“码垛方向”按钮，系统用相同的方法法，把垛B拆垛，堆垛成垛A。机器人机械系统是指机械本体结构，本任务中选择埃夫特ER20-C10机器人，机械本体由底座部分、大臂、小臂部分、手腕部件和本体管线包部分组成，共有6个电动机可以驱动6个关节的运动实现不同的运动形式。3.2.2码垛机器人机械系统

机器人工作空间1.末端执行器选型机器人末端执行器也就是常说的“手爪”，本设计采用真空吸盘机构，通过电磁阀控制真空发生器抽真空，吸取上表面平整零件。这个机构由坚固的铝材制作，采用了NBR海绵密封胶条，使接触端贴面可承受横向力并对机器人抓取起到缓冲作用。3.2.3末端执行器设计

海绵吸盘手爪这个机构对抓取的工件具有极高的安全可靠性保障，具体体现在：①NBR海绵层可以缓解吸盘与工件接触瞬间产生的冲击并保证吸盘机构的密封；②若系统突然断电或者紧急停止时，恰好机器人已抓取工件，这个末端执行器机构可以保证机器人保持抓取动作，不会将工件“放手”，即这个结构具有断电保持功能，确保工件不会发生跌落和损坏，直至空气压缩机的气罐中的压缩空气消耗至无法触动系统中的真空发生器抽真空，这保证了操作人员有足够长的时间来取下机器人“手”中的工件，大大提高了系统的安全性和可靠性。2.气动原理图当机器人发出吸取指令时，1YA通电，压缩空气经过三联体3、换向阀5进入真空发生器6，压缩空气（正压）通过真空发生器产生负压，负压经过换向阀8进入真空吸盘A，产生吸取动作，工件被吸取。当机器人发出释放命令时，1YA断电，2YA、3YA通电，压缩空气经过三联体3、换向阀5、节流阀7、换向阀8进入真空吸盘A，真空吸盘先前形成的真空环境被破坏，工件被释放。气动系统清单滚筒输送机有无动力自由转动和有动力之分，传动方式一般采用链条，在输送重量较轻的场合还可以采用0形传送带以及片基带来实现单元输送。由于自制成本偏高，生产加工及装配要求较高，通常向专业制造商配套订购滚筒输送线。1.滚筒输送线的产品特点及应用范围滚筒输送线主要由：辊子、机架、支架、驱动部分等组成，依靠转动着的辊子和物品间的摩擦使物品向前移动。按其驱动形式可分为：无动力滚筒输送线、动力滚筒输送线。线体形式有：直线型、弯道式、斜坡式、立体式、伸缩式及叉道形式等。3.2.4滚筒输送线设计

1)产品特点结构紧凑，操作简便，维护方便。滚简输送线之间易于衔接过渡，可用多条滚筒线及其他输送设备或专机组成复杂的物流输送系统。输送量大，速度快，运转轻快，能够实现多品种共线分流输送。2）应用范围这种输送设备被广泛应用于物件的检测、分流、包装等系统。适用于各类箱、包、托盘等件货的输送，散料、小件物品或不规则的物品需放在托盘上或周转箱内输送。2.滚筒输送线选型注意事项决定滚筒输送线的类型有很多方面，如输送物的状态、重量、输送速度、工作环境等。所以用户在选择辊筒输送机时需要有针对性。（1)滚筒输送线的辊筒材质根据实际需要选用碳钢镀锌、镀铬、镀镍、铸胶(包胶)或不锈钢、钢制塑钢等不同材质；（2）碳钢机身表面处理可根据实际要求选择喷涂、喷塑、烤漆等，不锈钢机身可选择镜面抛光、亚光、喷沙、拉丝等处理；（3）有速度调节要求的用户可选择变频调速或采用无级变速的减速电动机。3.滚筒输送线辊筒的选型与设计辊筒是滚筒输送线中不可缺少的输送机配件，具有结构合理、精度高、噪声低、转动灵活、承载范围大、外形美观等显著优点。辊筒选型步骤辊筒规格选择辊筒的分类（1)根据有无动力：辊筒可分为无动力辊筒和动力辊筒两大类，都含有直辊和锥辊类型。（2）根据驱动效果：动力辊筒可分为确动式和积放式两类。（3）根据驱动形式：动力辊可分为圆带驱动(带槽）、平带驱动（摩擦带）和链条驱动（带链轮)三大类。（4）根据轴承品种：分为专用精密轴承辊筒和专用冲压轴承辊筒，轴承座包含钢质座和工程塑料座。（5)根据筒体材质：采用多种材料，实现多种表面处理，从而满足各种不同使用环境下物料输送的需要。（6)根据安装方式：分为轴心弹簧装入式和固定装入式。辊筒选型代号5）常用辊筒结构设计

(1)辊筒的外观尺寸。(2)辊筒壳设计。(3)辊筒轴设计。(4)辊筒端盖设计。滚筒式弯道输送机6）辊筒的表面处理方法（1）镀锌。（2）镀装饰铬。（3）包胶处理。（4）镀硬铬。输送机定位装置本项目以实际的工业机器人码垛项目为载体，讲解进行码垛工作站的应用。该工作站主要包括一台KR100PA搬运机器人，一套气动抓具，一个机器底座和一套机器人控制电气操作盘。任务3码垛工作站其他应用

3.3.1袋装码垛工作站

夹钳式结构手爪KR100-2PA搬运机器人KUKA机器人由肘节式结构的机器人本体，KRC2控制柜、示教控制器KCP组成；铝合金机器人本体、高速运动曲线的动态模型优化，使得KUKA机器人的加速性能比其他普通机器人高出25%，有利于提高系统寿命、优化工作节拍。KRC2控制器KUKA示教器在自动机械设计中，需要大量使用皮带输送线，对于大型的皮带输送线通常向专业制造商配套订购，而用于自动化专机上的小型皮带输送机构通常则需要自行设计制造。皮带输送机构属于自动机械的基础结构，而且在其设计中还包括了电动机的选型与计算这个重要内容。3.3.2皮带输送线1.皮带输送线的特点和工程应用1)皮带输送线的主要特点制造成本低廉。使用灵活方便。结构标准化。2)皮带输送与皮带传动的区别皮带传动。皮带输送：①皮带输送系统中的皮带是根据皮带传动的原理直接通过与皮带接触的皮带轮来驱动的，皮带轮与皮带之间的摩擦力牵引皮带运行。②皮带轮的驱动有可能通过皮带传动来实现。3）皮带输送线主要的工程应用电子、通信、电器、轻工、食品等行业的手工装配流水线及自动化生产线。负载较大的特殊场合，如矿山、建筑、粮食、码头、电广、冶金等行业，用于散装物料的自动化输送。大型皮带输送线小型皮带输送线2.皮带输送线的结构原理与实例1)皮带输送线结构原理输送皮带。(2)主动轮。(3)从动轮。(4)托板或托辊。此外：定位挡板张紧机构电动机驱动系统皮带输送线结构直接连接皮带输送线2）皮带输送线典型结构实例皮带输送系统整体结构主动轮及其驱动机构齿轮传动主动轮结构从动轮结构张紧机构张紧轮结构实例3.皮带输送线设计要点1）皮带速度皮带输送线中皮带的速度一般为1.5~6m/min，可以根据生产线或机器生产节拍的需要通过速度调节装置进行灵活调节。2）皮带材料与厚度输送皮带是专业化制造的产品，需要根据使用负载的情况选用标准的厚度，最常用的皮带厚度为1~6mm。3）皮带的连接与接头对于橡胶皮带及塑料皮带，工程上通常采用硫化连接接头，对于内部含有钢绳芯的皮带则通常采用机械式连接接头。4)托辊（或托板)在输送带的下方设置托辊（或托板），将输送带的下垂量控制在可以接受的范围内。5）辊轮在小型的皮带输送装置中，为了简化结构，节省空间，经常将从动轮与张紧轮合二为一，直接采用两个辊轮即可。6)包角与摩擦系数由于皮带传动在原理上属于摩擦传动，电动机是通过主动轮与皮带内侧之间的摩擦力来驱动皮带及皮带上的负载的，因此主动轮与皮带内侧之间的摩擦力是非常重要的因素，直接决定了整个输送系统的输送能力。主动轮与皮带内侧之间的摩擦力取决于下列因素：皮带的拉力、动轮与皮带之间的包角、主动轮与皮带内侧表面之间的相对摩擦系数。7）合理的张紧轮位置及张紧调节方向张紧轮不仅可以调节输送皮带的张紧力，还可以同时达到增大皮带包角的目的。在皮带输送系统的设计中，如果皮带的包角太小而且又是不能改变的，则这种设计就是一个有缺陷的设计，可能会出现后面要介绍的皮带打滑现象。8）皮带长度设计计算皮带的订购参数包括：材料种类、皮带的长度、宽度、颜色。其中，皮带的宽度根据所需要输送工件的宽度尺寸来设计；皮带的材料种类主要根据输送物料的类型、使用环境温度来选取；颜色则根据需要的外观效果来选取。设张紧轮处于皮带最紧和最松张紧位置时，所需要的皮带最小理论长度、最大理论长度分别为L1、L2，则理论上皮带长度的最大允许调节量为为了保证皮带仍然具有一定的调节范围，皮带长度

L一般为9)皮带宽度与厚度皮带宽度根据实际需要输送的工件宽度尺寸来设计，对于小型皮带输送线通常情况下皮带宽度必须比工件宽度加大10～15mm。皮带的厚度则根据皮带上同时输送工件的总质量来进行强度计算校核，而且所选定的皮带材料及厚度能够在所设计的最小辊轮条件下满足最小弯曲半径的需要，然后从制造商已有的厚度规格中选取确定。10)皮带输送线上工件的导向与定位通常选取导向板或导向杆之间的空间宽度比工件宽度加大3~5mm，也就是工件与导向板之间的单边间隙取为1.5~2.5mm。11)皮带输送线的省空间设计（1）电动机与减速器一体化安装。（2)减速器附带中空轴或实心轴，可以非常方使地使减速器写辊轮直接连接安装，省略了齿轮、同步带或链条、链轮等传动装置。（3）电动机安装非常灵活，甚至可以将电动机安装在皮带输送线的内部，将皮带输送系统占用的空间减到最小。4.皮带输送线负载能力分析1)皮带输送线负载能力分析为了更深入地了解皮带输送系统的结构，需要对皮带输送系统的负载能力进行定量分析，从而掌握怎么进行电动机的设计选型，以及在设计皮带输送系统时需要注意哪些要点。2)提高皮带输送线负载能力的方法在输送带宽度及输送带速度一定的条件下，皮带输送系统主动轮的负载能力主要由下列决定因素如下。①主动轮输出侧皮带张紧力To。②主动轮与皮带间的摩擦系数Mo。③皮带与主动轮之间的包角a。提高皮带输送线负载能力的有效途径：①增大主动轮输出侧皮带张紧力To。②增大主动轮与皮带间的摩擦系数uo。③增大皮带与主动轮之间的包角a。④增加皮带宽度。通常可以采取下列措施来提高主动轮与皮带表面间的摩擦系数：将主动轮的表面设计加工成网纹表面，同时进行加硬处理；改变主动轮与皮带间的材料配对。例如将主动轮的外表面镇嵌一层橡胶也是很常用的处理措施。5.皮带输送线的调整与使用维护1)皮带打滑与跑偏（1）打滑①皮带的初始张紧力不够。②主动轮与皮带之间的包角太小。解决办法：仔细观察主动轮表面是否过于光滑，否则就采用滚花结构或能散一层橡胶后再试验。（2）跑偏①安装误差。②运行中引起。解决办法：调整托辊，调整辊轮位置皮带跑偏调整2）皮带输送线的日常检查与维护在皮带输送系统的安装和使用过程中，需要注意皮带的安装、点带的张紧调节，皮带的地偏调节、皮带的更换、传动润滑、安全等环节。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