教学课件-工业机器人维护与维修

工业机器人概述1.工业机器人1.1工业机器人发展历史1.2行业应用2.工业机器人的组成

2/251工业机器人

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，它能自动执行工作，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行。几种常见品牌的工业机器人3/251.1工业机器人的发展历史

1954年乔治·迪沃申请了第一个机器人的专利（于1961年授予），制作机器人的第一家公司是Unimation，Unimation机器人也被称为可编程移机。 1969年，维克多·沙因曼在斯坦福大学发明了斯坦福大学的手臂。

1973年，库卡机器人建立了自己的第一个机器人，被称为FAMULUS。1990年10月，国际机器人工业人士在丹麦首都哥本哈根召开了一次工业机器人国际标准大会，并在这次大会上通过了一个文件，把工业机器人分为四类：顺序型、沿轨迹作业型、远距作业型和智能型。我国工业机器人起步于上世纪1970年初期，经过20多年的发展，大致经历了3个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期和90年代的适用化期。4/25工业机器人正向着智能化方向发展，而智能工业机器人将成为未来的技术制高点和经济增长点。我国要想跟上未来工业发展，首要任务是提高工业机器人的智能化技术。智能化技术可以提高机器人的工作能力和使用性能。工业机器人技术是先进制造技术的代表。智能化技术的发展将推动着机器人技术的进步，未来智能化水平将标志着机器人的水平，虽然目前还有很多问题需要解决，但随着科学技术的进步，会逐渐改进发展。

现今我国工业机器人行业发展迅速，必将逐渐成为工厂自动化生产线的主要发展形式。5/251.1工业机器人的发展历史劳动力成本的逐年上涨，将刺激第二产业对机器人的需求。目前，汽车行业使用工业机器人最多，医药等行业的增长需求甚至达到100%以上，2013年全球机器人销量16.8万台。1.2行业应用工业机器人与自动化成套装备是生产过程的关键设备，可用于制造、安装、检测、物流等生产环节，并广泛应用于汽车整车及汽车零部件、工程机械、轨道交通、低压电器、电力、IC装备、军工、烟草、金融、医药、冶金及印刷出版等众多行业，应用领域非常广泛。6/25汽车制造业

在中国，50%的工业机器人应用于汽车制造业，其中50%以上为焊接机器人；在发达国家，汽车工业机器人占机器人总保有量的53%以上。中国正由制造大国向制造强国迈进，需要提升加工手段，提高产品质量，增加企业竞争力，这一切都预示机器人的发展前景巨大。7/251.2行业应用电子电气行业

电子类的IC、贴片元器件，工业机器人在这些领域的应用均较普遍。在手机生产领域，视觉机器人，例如分拣装箱、撕膜系统、激光塑料焊接、高速四轴码垛机器人等适用于触摸屏检测、擦洗、贴膜等一系列流程的自动化系统的应用。专区内机器人均由国内生产商根据电子生产行业需求所特制，小型化、简单化的特性实现了电子组装高精度、高效的生产，满足了电子组装加工设备日益精细化的需求，而自动化加工更是大大提升生产效益。8/251.2行业应用橡胶及塑料工业

塑料工业的合作紧密而且专业化程度高：塑料的生产、加工和机械制造紧密相连。要跻身塑料工业需符合极为严格的标准。这对机器人来说当然毫无问题。它不仅最佳适用于在净室环境标准下生产工具，而且也可在注塑机旁完成高强度作业。即使在高标准的生产环境下，它也将可靠地提高各种工艺的经济效益。因为机器人掌握了一系列操作、拾放和精加工作业。9/251.2行业应用铸造行业

在极端的工作环境下进行多班作业—铸造域的作业使工人和机器遭受沉重负担。机器人以其模块化的结构设计、灵活的控制系统、专用的应用软件能够满足铸造行业整个自动化应用领域的最高要求。它不仅防水，而且耐脏、抗热。它甚至可以直接在注塑机旁、内部和上方用于取出工件。此外它还可以可靠地将工艺单元和生产单元连接起来。另外在去毛边、磨削或钻孔等精加工作业以及进行质量检测方面，机器人表现非凡。10/251.2行业应用食品行业

目前人们已经开发出的食品工业机器人有包装罐头机器人，自动午餐机器人和切割牛肉机器人等。切割牛肉的机器人将要加工的牛的肢体与数据库中存储的以前的牛的肢体的切割信息进行比较来加工每一头牛，这样就可以顺着每刀切割所定的初始路线方向来确定刀的起点和终点，然后用机器人驱动刀切入牛的身体里面。传感器系统监视切割时所用力量的大小，来确定刀是否是在切割骨头，同时把信息反馈给机器人控制系统，以控制刀片只顺着骨头的轮廓移动，从而避免损坏刀片。11/251.2行业应用化工行业

化工行业是工业机器人主要应用领域之一。目前应用于化工行业的主要洁净机器人及其自动化设备有大气机械手、真空机械手、洁净镀膜机械手、洁净AGV、RGV及洁净物流自动传输系统等。很多现代化工业品生产要求精密化、微型化、高纯度、高质量和高可靠性，在产品的生产中要求有一个洁净的环境，洁净度的高低直接影响产品的合格率，洁净技术就是按照产品生产对洁净生产环境的污染物的控制要求、控制方法以及控制设施的日益严格而不断发展。12/251.2行业应用家用电器行业

使用机器人可以更经济有效地完成白色家电生产、加工、搬运、测量和检验工作。原因是多方面的：因其具有最高的生产率、重复性的高精确度、很高的可靠性以及光学和触觉性能，机器人几乎可以运用到家用电器生产工艺流程的所有方面。13/251.2行业应用冶金行业

无论是轻金属、彩色金属、贵金属、特殊金属，还是钢金属工业离不开铸造厂和钢金属加工。而且如果没有自动化和多班作业，就无法确保生产的经济效益和竞争力并减轻员工繁重的工作。工业机器人在冶金行业的主要工作范围包括钻孔、铣削或切割以及折弯和冲压等加工过程。此外它还可以缩短焊接、安装、装卸料过程的工作周期并提高生产率。14/251.2行业应用烟草行业

工业机器人在烟草行业的应用我国烟草行业多年来不断加强技术改造，促进技术进步，重点卷烟企业的生产设备已达到国际90年代初期水平。但是，先进的生产设备必须配备与之相应的管理方法和后勤保障系统，才能真正发挥设备的高效益，如卷烟原、辅料的配送，就需要先进的自动化物流系统来完成，传统的人工管理，人工搬运极易出错，又不准时，已不能适应生产发展的需要。精准的工业机器人被应用于这个领域。15/251.2行业应用工业机器人1-机械结构系统2-驱动系统3-控制系统工业机器人通常由机械结构系统、驱动系统、和控制系统三部分组成。

2工业机器人的组成16/251.机械结构系统

工业机器人的机械结构系统主要由末端执行器、手腕、手臂、腰部和基座组成。末端执行器手腕手臂腰部基座17/252工业机器人的组成机械结构系统——末端执行器

末端执行器是机器人直接用于抓取和握紧（或吸附）工件或夹持专用工具（如喷枪、扳手、焊接工具）进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，并安装于机器人手臂的前端。末端执行器大致可分为以下几类：●夹钳式取料手；●吸附式取料手；●专用操作器及转换器；●仿生多指灵巧手。18/252工业机器人的组成机械结构系统——手腕

手腕是连接末端执行器和手臂的部件，它的作用是调整或改变工件的方位，因而它具有独立的自由度，以使机器人末端执行器适应复杂的动作要求。19/252工业机器人的组成机械结构系统——手臂

手臂是机器人执行机构中重要的部件，它的作用是将被抓取的工件运送到给定的位置上。20/252工业机器人的组成机械结构系统——腰部和基座

腰部又称立柱，是支撑手臂的部件，其作用是带动臂部运动，可以在基座上转动，也可以与基座制成一体。与臂部运动结合，把腕部传递到需到的工作位置。

基座是机器人的基础支持部分，起支撑作用。整个执行机构和驱动装置都是安装在基座上的，有固定式和移动式两种。所以该部件必须具有足够的刚度、强度和稳定性。21/252工业机器人的组成2.驱动系统传动机构传动机构能够带动机械结构系统产生运动，常用的传动机构有：谐波减速器、滚珠丝杆、链、带以及各种齿轮系。驱动装置驱动装置是驱使工业机器人机械机构系统运动的机构，按照控制系统发出的信号指令，借助动力元件使机器人产生动作，作用就相当于人类的肌肉、筋络通常有：电机驱动，包括直流伺服电机、步进电机、交流伺服电机，液压驱动和气动驱动。

工业机器人的驱动系统包括驱动装置和传动机构两部分，它们通常与机械结构连成机器人本体。22/252工业机器人的组成3.控制系统

控制系统，相当于机器人的“大脑”，要有效地控制工业机器人，它的控制系统就必须具备以下两种功能，也是工业机器人控制系统所必需的基本功能。示教再现功能示教再现功能是指在执行新的任务之前，预先将作业的操作过程示教给工业机器人，然后让工业机器人再现示教的内容，以完成作业任务。运动控制功能运动控制功能是指对工业机器人末端执行器的位姿、速度、加速度等项的控制。23/252工业机器人的组成3.控制系统

工业机器人的控制系统主要包括硬件和软件两个方面。控制系统硬件传感装置控制装置关节伺服驱动部分软件算法运动轨迹规划关节伺服控制算法动作程序24/252工业机器人的组成总结

通过对工业机器人的系统组成的的学习，了解常用工业机器人的系统构成，能够识别工业机器人的基本组成部分。

通过对工业机器人的发展历史和行业中的应用，能够对工业机器人进行简单地了解。25/25THANKS!华航科技致真唯实工业机器人的机械结构1.工业机器人的机械结构2.工业机器人的驱动系统28/61六轴工业机器人的机械结构

工业机器人本体，是工业机器人的支承基础和执行机构。机器人本体是机器人系统的重要部分，所有的计算、分析和编程最终要通过本体的运动和动作来完成特定的任务。工业机器人的机械主体是用来完成各种作业的执行机构，执行机构本质上是一个拟人手臂的机构，一端固定在基座上，另一端可自由运动，通常由杆件和关节组成。最广泛应用的工业机器人是六轴串联机器人。29/61六轴工业机器人的机械结构

下面以SA1400型六轴工业机器人本体为例进行学习。机器人各轴说明如图所示。一轴（J1）二轴（J2）三轴（J3）四轴（J4）五轴（J5）六轴（J6）30/62工业机器人的伺服驱动系统

工业机器人驱动系统，按动力源可分为液压驱动、气动驱动和电气驱动三种基本驱动类型。本书所述工业机器人（以下简称机器人）的驱动系统采用电气驱动。电气驱动是利用电机产生的力矩和力，直接或经过机械传动驱动执行结构，以获得机器人的各种运动。电气驱动大致可分为普通电机驱动、直流伺服电机驱动、交流伺服电机驱动和步进电机驱动等。近年来，交流伺服电机在机器人驱动系统中已大量应用。31/62工业机器人的伺服驱动系统

机器人为交流伺服电机驱动，机器人六个关节分别安装有一个电机，电机分别配置减速装置，一轴-三轴电机搭配RV减速机，四轴-六轴电机搭配谐波减速机。RV减速机主要用于20公斤以上的机器人关节，而谐波减速机则运用在20公斤以下机器人关节。

123③③45③6③1-一轴电机

2-二轴电机

3-三轴电机

4-四轴电机

5-五轴电机

6-六轴电机32/6THANKS!华航科技致真唯实33/6工业机器人控制系统的特点1.工业机器人的控制柜

1.1控制柜的组成35/61工业机器人的控制柜

在工业机器人系统中电气控制柜是很重要的设备，用于安装各种控制单元，进行数据处理及存储和执行程序，是机器人系统的大脑。根据被控制设备的多少、大小来选择不同的电气元件，安装在一个防潮、防锈、防尘、隔热，又可以移动的柜子中。36/61工业机器人的控制柜

控制柜中原件布置紧凑，接线多布置在线槽中无法看到，为方便学习，将控制柜中原件及接线平铺展示在工业机器人控制柜（以下简称控制柜）上，对相关知识进行讲解。37/61.1控制柜的组成

如图为控制柜示意图。控制柜所包含主要元器件有：旋转开关、主断路器、控制回路断路器、主接触器、门禁开关、滤波器、开关电源、控制器、I/O通信模块、逻辑安全板、伺服驱动器、隔离变压器、电阻、信号指示灯和开关等。38/61-旋转开关2-主断路器、控制回路断路器3-主接触器4-滤波器5-开关电源6-控制器7-I/O通信模块8-逻辑安全板9-伺服驱动器10-隔离变压器11-抱闸制动电阻12-门禁开关13-信号指示灯和开关123456789101113121.1控制柜的组成

下面简单介绍几个开关的功能：① 旋转开关：控制柜总开关，作为电力系统中有电压无负载情况下断开、闭合电路用。② 主断路器QF1、控制回路断路器QF2：①正常情况下接通和断开高压电路中的空载及负荷电流；②在系统发生故障时能与保护装置和自动装置相配合，迅速切断故障电流，防止事故扩大，从而保证系统安全运行。③ 门禁开关：控制柜门禁，门禁开关闭合后电机才能上电。39/6THANKS!华航科技致真唯实40/6认识示教器1.认识机器人示教器 1.1机器人示教器的结构2.示教器的安全使用方法 2.1手持示教器的正确方法 2.2使能开光的使用方法 2.3示教器操作规范3.示教器的按键功能 3.1示教器上部按键和指示灯 3.2示教器中部按键 3.3示教器下部按键42/131认识机器人示教器

在机器人的使用过程中为了方便的控制机器人，并对机器人进行现场编程调试时都会有自己的手持编程器，机器人手持式编程器常被称为示教器。43/131.1机器人示教器的结构➐➑1-触摸屏2-钥匙开关3-紧急停止按钮4-状态指示灯和按键5-示教器线缆6-使能器按钮7-触摸屏用笔8-数据备份用USB接口44/132.1手持示教器的正确方法

在正确使用示教器时，右手持示教笔进行屏幕和按钮的操作，左手轻放在使能器按钮上，如图所示。45/132.2使能开关的使用方法使用示教器操作机器人时只需在正确手持示教器的前提下，轻松按下使能开关即可

使能开关是工业机器人为保证操作人员人身安全而设置的。由于当发生危险时，人会本能地将使能开关松开或抓紧，因此使能开关设置为两档。轻松按下使能开关时为使能器第一档位，机器人将处于电机上电开启状态；用力按下使能开关时，为使能器第二档位；按下使能开关第二档位或松开使能开关时，机器人处于电机断电的防护状态，机器人会马上停下来，保证安全。46/132.3示教器操作规范

为避免操作不当引起示教器故障或损害，下面介绍操作时应遵循的操作规范： 小心操作。不要摔打、拋掷或重击，这样会导致破损或故障。在不使用该设备时，将它挂到专门存放它的支架上，以防意外掉到地上。 示教器的使用和存放应避免被人踩踏电缆。 切勿使用锋利的物体（例如螺钉、刀具或笔尖）操作触摸屏。这样可能会使触摸屏受损。应用手指或触摸笔去操作示教器触摸屏。 定期清洁触摸屏。灰尘和小颗粒可能会挡住屏幕造成故障。 切勿使用溶剂、洗涤剂或擦洗海绵清洁示教器，使用软布蘸少量水或中性清洁剂清洁。 没有连接USB设备时务必盖上USB端口的保护盖。如果端口暴露到灰尘中，那么它会中断或发生故障。47/133.1示教器上部按键和指示灯

如图所示是示教器上部按键和指示灯。48/133.1示教器上部按键和指示灯

示教器上部按键的具体功能如表所示：序号按键名称功能说明1F1用于仿真折弯和真实折弯切换2F2用于仿真焊接和真实焊接切换3F3暂未开发4F4暂未开发5点动用于切换点动坐标系6单步用于切换程序运行模式7v-、v+用于进行机器人速度的调节8shift上档转换键9附加轴用于切换附加轴信息10单清错用于清除单条错误11全清错用于清除全部错误12使能用于自动模式下上使能13停止用于暂停或者停止程序14开始用于开始程序49/133.1示教器上部按键和指示灯

示教器上设有4个LED指示灯，如上图所示，其作用如下：① “运行”指示灯用于指示当前是否有程序正在运行，灯亮表示机器人在运动，灯灭表示机器人停止运动。② “错误”指示灯用于指示当前机器人系统是否有错误报警信息，灯亮表示有错误报警信息，灯灭表示无错误报警信息。③ “使能”用于指示当前机器人使能状态，灯亮表示机器人使能已经打开，灯灭表示使能未打开。④ “过程”功能暂未开发。50/133.2示教器中部按键

示教器中部的按键如图所示。

“X-”，“X+”，“Y-”，“Y+”，“Z-”，“Z+”，“A-”，“A+”，“B-”，“B+”，“C-”，“C+”是点动按键，在关节坐标系下为“J1，J2，J3，J4，J5，J6”六个轴的负向运动与正向运动，在笛卡尔坐标系下为XYZ(沿XYZ轴移动)的位置和ABC（绕XYZ轴旋转）的姿态。

右侧上下左右为光标按键，可以在程序中移动蓝色光条，可以在数字中移动光标。而“Enter”，“Tab”，“Esc”这三个按键的功能暂未开发。51/133.3示教器下部按键

示教器下部的按键如图所示。52/133.3示教器下部按键

示教器下部按键的具体功能如表所示：序号按键名称功能说明1设置用户管理快捷界面（用户登录、控制权限获得与释放）用户编辑（用户编辑、新建、删除操作）2IO用于快捷进入到

IO监视界面3工程快捷进入到工程界面用于对工程进行编辑操作对程序进行管理操作、编辑操作4程序用于打开最近一次打开或者加载的程序5变量用于维护示教器程序变量，提供的功能主要包括：变量显示、变量修改、新建、复制、剪切、粘贴、删除、重命名，机器人坐标系和工具变量的配置界面等。6位置用于显示当前机器人

TCP点实时位置，设置机器人速度、点动参考坐标系、工具等。7信息主要用来显示机器人发生故障的错误报警信息。8日志主要用于显示机器人一段时间的日志。9右侧数字输入按键，最下面三行是复合键，正常按下分别为“

0”，“

.”，“back向前删除”，按住“

shift”后再按下这三个键为“

+”，“

-”，“

del向后删除”。53/13THANKS!华航科技致真唯实54/13工业机器人本体组件1工业机器人本体组件

工业机器人本体按照组件的方式划分可分为旋转臂组件，大臂镶钢丝螺套组件，前臂驱动组件，前臂筒，和腕关节组件五个主要组成部分，如图所示。旋转臂组件与大臂镶钢丝螺套组件构成工业机器人基体。56/101工业机器人本体组件腕关节组件

腕关节组件包含六轴箱体和五轴箱体，是工业机器人本体结构中最为复杂的部分，如图所示是腕关节组件。

腕部的自由度主要是用来实现所期望的姿态。腕关节末端可以安装各类专用工具，组成手部，也就是末端执行器，来进行具体的任务操作。57/101工业机器人本体组件前臂驱动组件

前臂驱动组件连接大臂镶钢丝螺套组件与前臂筒，共同组成机器人的臂部。臂部是工业机器人的主要运动部件，主要用于改变腕关节组件和末端执行器的空间位置，并将各种载荷传递到机座组件。

58/101工业机器人本体组件

前臂驱动组件

前臂驱动组件的内部会装有四轴伺服电机和减速机，连接前臂筒，可以驱动四轴转动，两者装配关系如图所示。前臂驱动组件同时装有三轴减速机和三轴伺服电机，连接大臂镶钢丝螺套组件，可以驱动三轴转动。59/101工业机器人本体组件前臂筒60/101工业机器人本体组件大臂镶钢丝螺套组件

大臂镶钢丝螺套组件如图所示，两端分别与旋转臂组件和前臂驱动组件连接。前臂驱动组件与大臂镶钢丝螺套组件通过螺钉连接，三轴限位块和缓冲块起到限制三轴转动范围的作用。61/101工业机器人本体组件旋转臂组件

旋转臂组件包含旋转座组件、机座组件、一轴减速机组件和一轴电机组件。62/101工业机器人本体组件机座组件

机座组件主要起到支撑机器人整体的作用，在机座组件上方安装一轴减速机和伺服电机，与旋转座组件连接，构成一轴。63/101工业机器人本体组件机座组件

机座组件主要起到支撑机器人整体的作用，在机座组件上方安装一轴减速机和伺服电机，与旋转座组件连接，构成一轴。64/10THANKS!华航科技致真唯实65/10伺服电动机与编码器1伺服电动机与编码器伺服电动机(servomotor)

伺服电动机(servomotor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。

伺服电动机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电动机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。

伺服电动机分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。67/51伺服电动机与编码器编码器

伺服电动机编码器是安装在伺服电动机上用来测量磁极位置和伺服电动机转角及转速的一种传感器，从物理介质的不同来分，伺服电动机编码器可以分为光电编码器和磁电编码器，另外旋转变压器也算一种特殊的伺服编码器，市场上使用的基本上是光电编码器。

光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲、数字量或模拟量信号输出的传感器。利用它可以实现角度、直线位移、转速等模拟物理量的测量。光电编码器按信号的原理分：增量式编码器、绝对值式编码器、混合式编码器。

68/51伺服电动机与编码器绝对值式编码器利用自然二进制或循环二进制（格雷码）方式进行光电转换的。绝对值式编码器与增量式编码器不同之处在于圆盘上透光、不透光的线条图形，绝对编码器可有若干编码，根据读出码盘上的编码，检测绝对位置。编码的设计可采用二进制码、循环码、二进制补码等。它的特点是：（1）可以直接读出角度坐标的绝对值；（2）没有累积误差；（3）电源切除后位置信息不会丢失。但是分辨率是由二进制的位数来决定的，也就是说精度取决于位数，目前有10位、14位等多种。69/51伺服电动机与编码器六轴工业机器人包含6个交流伺服电动机，伺服电动机内部装有编码器，所以每个伺服电动机有一根动力线缆和一根编码器线缆。如所示是工业机器人本体的二轴电动机和五轴电动机组件，每个伺服电动机带有预制好的编码器线缆和动力线缆（五轴电动机组件的形式）或者可接插线缆的线缆插口（二轴电动机组件的形式）70/5THANKS!华航科技致真唯实71/5重载连接器1重载连接器重载连接器

重载连接器，又名重载插座，广泛应用于建筑机械、纺织机械、包装印刷机械、烟草机械、电力机车和石化电气等需要进行电气和信号连接的设备中。

重载连接器具有以下优点：

1.实现预先安装，大量及复杂电路的预先安装，可以极大地提高设备安装效率,减少接线错误率。

2.重载连接器提供高集成度连接，丰富的组合方式最大程度提高了设备空间的有效利用率。

3.重载连接器连接器方便、高效地实现设备各功能模板块的模块化结构，使得设备能方便、安全地进行运输、安装、维护和维修。连接器,在输配电领域的应用广泛。

4.重载连接器提供的高防护等级(IP65、IP68)对于苛刻环境下设备连接系统的优势无可比拟，在恶劣环境下提供有效保护。73/71重载连接器重载连接器重载连接器由重载连接器外壳、重载连接器母插芯和重载连接器母插针组成.

74/71重载连接器重载连接器

工业机器人本体伺服电机的动力线缆、编码器线缆汇总在接线盒中，线缆终端插入重载连接器母插针，动力线缆和编码器线缆的重载连接器母插针集成在重载连接器上

75/71重载连接器重载连接器母插针

工业机器人本体伺服电机的动力线缆、编码器线缆终端插入重载连接器母插针。76/71重载连接器重载连接器母插芯

动力线缆和编码器线缆采用的重载连接器的插芯是不相同的，拆装时根据重载连接器的插芯进行区分。如图所示为动力线缆和编码器线缆的重载连接器的插芯。将重载连接器母插针依照重载接线表，插入重载连接器母插芯中。77/71重载连接器重载连接器外壳

将集成好的重载连接器母插芯装入重载连接器外壳中。78/7THANKS!华航科技致真唯实79/7机座的作用及机座不稳的影响1.认识六轴工业机器人系统 1.1机座的作用 1.2机座不稳可造成的影响81/41.1机座的作用

机座组件是机器人的基础部分，起支撑作用，整个执行机构和驱动装置都安装在机座上。工作站中机器人本体安装在地面或底座上，图2-2所示工业机器人本体通过螺钉和机座四角上的螺纹孔安装于底座上，如图所示。82/4机座紧固螺钉底座1.2机座不稳可造成的影响

机器人长期作业，可能导致地脚螺栓松动，机器人运动时机座不稳。机座不稳可能造成的影响：

① 若地脚螺栓完全松脱，机器人运动时可能晃动较大甚至倾倒。机器人本体质量较大，倾倒会对本体造成严重损伤，损坏周围物件甚至伤及操作人员；

② 机座不稳导致机器人运动时本体晃动，影响机器人末端执行器上工具的作业精度；

③ 若机器人进行大幅度高速作业，机座不稳会导致机器人本体与底座碰撞严重，损坏机座甚至损伤机器人内部机械结构。

机器人机座地脚螺栓松动，影响机器人本体的稳定性。为避免机座不稳对机器人作业造成的影响，需要进行机器人机座固定操作。83/4THANKS!华航科技致真唯实84/4钢丝螺套的作用和规格1钢丝螺套的作用和规格钢丝螺套刚丝螺套，又称螺纹丝套，是一种新型的螺纹紧固件，是由高强度、高精度、表面光洁的具有菱形截面的不锈钢丝精确加工而成的一种弹簧状内外螺纹同心体。是为保护有色金属螺纹孔而发展的嵌入物，将其旋入并紧固在被连接件之一的螺纹孔中，形成符合国际标准内螺纹，形状类似于螺旋弹簧，具有较高的硬度及较好的表面粗糙度。86/61钢丝螺套的作用和规格钢丝螺套的作用

1.延长使用寿命：由于钢丝螺套是不锈钢材料，具有较高硬度，使较软的基件螺纹寿命增加几十到几百倍；增加了其强度，也避免了脱扣，乱扣现象的发生。2.增加连接强度：可用于铝镁等软低强度合金材料、木材、塑料、橡胶等易变形低强度材料，避免滑丝、错牙等现象。3.增大受力面：可用于要求有强连接而又不能增加螺孔直径的薄体机件。4.改善连接条件，增加螺纹连接的承载力和抗疲劳强度：使用钢丝螺套可以消除螺钉与螺孔之间的螺距和牙型偏差，使载荷均匀分布，从而提高了螺纹连接的承载能力和抗疲劳强度。可用于陶瓷、电木、玻璃等硬脆易碎材料的连接紧固。有效防止碎裂现象。5.防锈死：钢丝螺套材料本身的特性和其表面极光滑，在潮湿、腐蚀等恶劣环境中使用，不会使配合的基体锈死，避免了因螺纹孔锈死无法拆卸而更换昂贵基体的损失。可用于化工、航空、军事设备等要求高保险系数的场合。6.耐磨、耐热、耐腐蚀：由于钢丝螺套表面光洁度极高，能有效的减少内外螺纹间的摩擦力，其材料本身更是具备了耐高温，耐腐蚀的特性。可用于经常拆卸、安装的机件和经常旋动的螺孔内，延长其使用寿命。87/61钢丝螺套的作用和规格钢丝螺套的作用7.抗震、防松脱：锁紧型螺套的特殊构造在强烈的震动和冲击环境中能将螺钉锁紧于螺孔中，不会松脱，其锁紧性能优于其他锁紧装置。可用于仪器仪表、精密贵重的动力设备、以及航天、航空、军事设备等要求高保险系数的场合。8.便于维修：在出现螺纹加工错误或对己损坏的内螺纹修复时，使用钢丝螺套可使基体起死回生，并可以使用原来的螺钉，既快速又经济。简单举例，如柴油机机体、纺织专件、各种铝机件、车床刀台等会因一个螺孔损坏而报废，只要将其重新攻丝，安装螺套，废件即起死回生。9.公英制螺牙转换：利用钢丝螺套进行公制←→英制←→国际标准螺纹孔的转换，非常方便、快捷、经济、实用，适用于任何进、出口产品。88/61钢丝螺套的作用和规格钢丝螺套的规格89/61钢丝螺套的作用和规格钢丝螺套的规格90/6THANKS!华航科技致真唯实91/6机械密封零件1.二轴油腔2.机械密封零件93/81二轴油腔

机器人一轴-三轴均装有RV减速机，如图3-5所示RV减速机一般用于低转速大扭矩的传动设备，把电机的动力通过减速机输入轴上齿数少的齿轮啮合输出轴上的大齿轮来达到减速的目的。输出齿轮输入齿轮aRV减速机b电机组件94/81二轴油腔

工业机器人一轴、二轴和三轴油腔密封方法相同，通过电机输入齿轮、油封、RV减速机O型圈、减速机压垫和油堵进行密封。本次以二轴油腔密封为例进行讲解，如图所示，二轴密封部件安装位置：油封、油封压盖安装于旋转座铸件上，RV减速机（带O型圈）和电机组件分别安装在油封两侧，电机组件穿过旋转座与RV减速机通过齿轮连接，大臂镶钢丝螺套组件安装在RV减速机上，两个油堵分别安装在大臂和旋转座上。95/81二轴油腔二轴电机组件二轴RV减速机O型圈二轴RV减速机大臂油堵二轴油封、油封压盖油堵96/82机械密封零件

油封又称密封垫圈，是用来封油脂的机械元件，它将传动部件中需要润滑的部件与出力部件隔离，不至于让润滑油渗漏，油封上面安装油封压盖，油封、油封压盖如图所示。a油封b油封装配位置97/82机械密封零件

O型圈又称O型密封圈，是一种截面为圆形的橡胶密封圈，如图a所示。RV减速机上的O型圈安装于图b所示RV减速机的键槽内，在减速机与旋转座接触面上起密封作用。a油封b油封装配位置98/82机械密封零件

油堵又称螺塞，外带螺纹的一类紧固件，通过螺纹连接以阻止液体渗漏的零件，如图a所示。二轴油堵配合组合密封垫圈安装位置如图c和图d所示，分别进油口和排油口油堵，通过油堵紧固阻止油腔内润滑油流出。a油堵

b组合密封垫圈c进油口油堵

d排油口油堵99/8THANKS!华航科技致真唯实100/8润滑油与润滑脂的选择1.润滑油和润滑脂的选择102/41润滑油和润滑脂的选择

在机器人的使用过程中运动轴可能出现异响，即机器人运动轴转动时出现杂音，若运动轴转动时，有卡顿、铸件间摩擦的现象，可能是运动轴油腔内润滑油高温氧化或金属磨粒等杂质积聚过多，润滑油失去润滑效果。对润滑油失效导致运动轴异响的问题，需采取更换运动轴油腔润滑油的措施。

为了确保各轴正常工作并延长使用寿命，油腔更换油脂的周期一般为20000小时。工业机器人更换油脂需将新油注入油腔内，注入新油后，旧油从排油口排出，直至排油口有新油排出油脂更换完成，具体注油方法参见教材任务5.3103/41润滑油和润滑脂的选择

机器人RV减速机和谐波减速机所用润滑油与润滑脂不同，机器人各轴用油，油量参考值，如表所示。104/4序号特性标准检查方法备注J1理论油量参考值170-185ml（172-187g）目测注油仪表读数SPINEA减速机用润滑油J2理论油量参考值170-185ml（172-187g）目测注油仪表读数SPINEA减速机用润滑油J3理论油量参考值85-95ml（86-96g）目测注油仪表读数SPINEA减速机用润滑油J4理论油量参考值16ml（14g）目测注油仪表读数谐波润滑脂LDsuperNO.1J5理论油量参考值15ml（14g）目测注油仪表读数谐波润滑脂LDsuperNO.1J6理论油量参考值10ml（9g）目测注油仪表读数谐波润滑脂LDsuperNO.1THANKS!华航科技致真唯实105/4机器人常用的减速机1机器人常用的减速机RV减速机和谐波减速机是机器人常用的减速机。RV减速器

由第一级渐开线圆柱齿轮行星减速机构和第二级摆线针轮行星减速机构两部分组成，具有结构紧凑，传动比大，振动小，噪音低，能耗低，以及在一定条件下具有自锁功能的特点，比单纯的摆线针轮行星传动具有更小的体积和更大的过载能力，且输出轴刚度大，作为机器人用减速器，是刚性最高的低振动减速器，因而得到广泛使用，是最常用的减速机之一。107/91机器人常用的减速机RV减速器1—机架外

2—输入齿轮

3—直齿轮

4—曲轴

5—RV齿轮

6—针轮

7—输出法兰108/91机器人常用的减速机RV减速器RV减速器内部的主要零部件有：输出法兰、输入齿轮、直齿轮、曲轴、RV齿轮、和针轮等。零部件介绍如下：输入齿轮轴：齿轮轴用来传递输入功率，且与直齿轮互相啮合。直齿轮：也就是渐开线行星轮，它与曲轴固联，两个行星轮均匀地分布在一个圆周上，起功率分流的作用，即将输入功率分成两路传递给摆线针轮行星机构。曲轴：曲轴是摆线轮的旋转轴。它的一端与直齿轮相联接，另一端与输出法兰相联接，它可以带动摆线轮产生公转，而且又支撑摆线轮产生自转。摆线轮（RV齿轮）：为了实现径向力的平衡在该传动机构中，一般应采用两个完全相同的摆线轮，分别安装在曲柄轴上，且两摆线轮的偏心位置相互成180°。针轮：针轮与机架固连在一起而成为针轮壳体，在针轮上安装有30个针齿。输出法兰：是RV型传动机构与外界从动工作机相联接的构件，输出运动或动力。109/91机器人常用的减速机RV减速器功能及特点1. 如果传动机构置于行星架的支撑主轴承内，那么这种传动的轴向尺寸可大大缩小。2. 采用二级减速机构，处于低速级的摆线针轮行星传动更加平稳，同时由于转臂轴承个数增多且内外环相对转速下降，其寿命也可大大提高。3. 只要设计合理，就可以获得很高的运动精度和很小的回差。4. RV传动的输出机构是采用两端支撑的尽可能大的刚性圆盘输出结构，比一般摆线减速器的输出机构具有更大的刚度，且抗冲击性能也有很大提高。5. 传动比范围大。因为即使摆线齿数不变，只改变渐开线齿数就可以得到很多的速度比。其传动比i=31—171。6. 传动效率高，其传动效率η=0.85—0.92110/91机器人常用的减速机谐波减速器

谐波齿轮减速器是一种利用柔性构件的弹性变形波进行运动和动力传递变换的新型齿轮减速器，具有结构简单、体积小、传动比大、精度高、可向密封空间传递运动和动力等优点，因而在精密程度要求高的工业机器人系统中经常得到应用。111/91机器人常用的减速机谐波减速器

工业机器人中安装的谐波减速器，它主要由刚轮，也就是带有内齿圈的刚性齿轮，相当于行星系中的中心轮；柔轮，带有外齿圈的柔性齿轮，相当于行星齿轮；波发生器H，相当于行星架，这三个基本构件组成的。三个构件中可任意固定一个，其余两个一为主动，一为从动，可实现减速或增速（固定传动比），也可变成两个输入，一个输出，组成差动传动。作为减速器使用，通常采用波发生器主动、刚轮固定、柔轮输出形式。112/91机器人常用的减速机谐波减速器功能及特点1. 传动速比大。单级谐波齿轮传动速比范围为70~320，在某些装置中可达到1000，多级传动速比可达30000以上。它不仅可用于减速，也可用于增速的场合。2. 承载能力高。这是因为谐波齿轮传动中同时啮合的齿数多，双波传动同时啮合的齿数可达总齿数的30%以上，而且柔轮采用了高强度材料，齿与齿之间是面接触。3. 传动精度高。这是因为谐波齿轮传动中同时啮合的齿数多，误差平均化，即多齿啮合对误差有相互补偿作用，故传动精度高。在齿轮精度等级相同的情况下，传动误差只有普通圆柱齿轮传动的1/4左右。同时可采用微量改变波发生器的半径来增加柔轮的变形使齿隙很小，甚至能做到无侧隙啮合，故谐波齿轮减速机传动空程小，适用于反向转动。4. 传动效率高、运动平稳。由于柔轮轮齿在传动过程中作均匀的径向移动，因此，即使输入速度很高，轮齿的相对滑移速度仍是极低（故为普通渐开线齿轮传动的百分之—），所以，轮齿磨损小，效率高（可达69%~96%）。又由于啮入和啮出时，齿轮的两侧都参加工作，因而无冲击现象，运动平稳。113/91机器人常用的减速机谐波减速器功能及特点5. 结构简单、零件数少、安装方便。仅有三个基本构件，且输入与输出轴同轴线，所以结构简单，安装方便。6. 体积小、重量轻。与一般减速机比较，输出力矩相同时，谐波齿轮减速机的体积可减小2/3，重量可减轻1/2。7. 可向密闭空间传递运动。利用柔轮的柔性特点，轮传动的这一可贵优点是现有其他传动无法比拟的。114/9THANKS!华航科技致真唯实115/9同步带张紧测试工具1同步带张紧测试工具同步带需要张紧的原因

同步带安装时必须进行适当的张紧，从而使同步带具有一定的张紧力。张紧力过小会使同步带在运转中因啮合不良而发生跳齿现象，在跳齿的瞬间，可能因拉力过大而使同步带断裂或同步带齿断裂；张紧力过小会使同步带传递运动的精度降低，同步带的振动噪音变大。张紧力过大则会使同步带的寿命降低，传动噪音增大，轴和轴承上的载荷增大，加剧轴承的发热和使轴承寿命降低。故控制同步带传动适宜的张紧力是保证同步带传动正常工作的重要条件。117/61同步带张紧测试工具同步带张力仪同步带张力仪是精确测量同步带张紧力对应张紧频率大小的仪器，如图4-12所示。基本原理是，当一个力作用在同步带上，引起同步带振动，张力仪将提取同步带的自然振动频率，并显示张紧频率数值。同步带张力仪上带有可弯曲红外线探头，方便多种姿态测量同步带的张紧频率。118/6可弯曲红外线探头开关1同步带张紧测试工具同步带张力仪的使用方法按下同步带张力仪开关，可弯曲红外线探头指示灯亮。119/6开关1同步带张紧测试工具同步带张力仪的使用方法2.可弯曲红外线探头对准同步带后，用手轻轻拨动同步带，观察张力仪的数值，频率在150Hz~170Hz范围内即可。120/61同步带张紧测试工具同步带张力仪的使用方法3.按下同步带张力仪开关，关闭同步带张力仪并将其放置到同步带张力仪箱子中。121/6THANKS!华航科技致真唯实122/6机器人布线时的原则1机器人布线时的原则工业机器人管线分布工业机器人的管线分布如图所示，六个伺服电机的管线自上而下汇总至机座组件附近。124/91机器人布线时的原则腕关节管线分布五轴和六轴的管线组成工业机器人腕关节管线，腕关节管线穿进同一个线缆保护套中。装配机器人本体的时候，线缆保护套包裹下的线缆穿过前臂筒和前臂驱动组件，到三轴位置处，与四轴和三轴的管线汇合。125/91机器人布线时的原则腕关节管线分布

126/91机器人布线时的原则三轴至六轴管线分布腕关节管线、三轴管线和四轴管线，三部分线缆穿进同一线缆保护套。线缆保护套包裹下的线缆穿过大臂镶钢丝螺套组件到达机器人机座组件附近，与一轴和二轴的管线汇合。

127/91机器人布线时的原则三轴至六轴管线分布腕关节管线、三轴管线和四轴管线，三部分线缆穿进同一线缆保护套。线缆保护套包裹下的线缆穿过大臂镶钢丝螺套组件到达机器人机座组件附近，与一轴和二轴的管线汇合。

128/91机器人布线时的原则一轴和二轴管线二轴管线先穿入小段线缆保护套，绕至一轴电机组件线缆处，一起穿进线缆保护套，形成一股管线包。

129/91机器人布线时的原则机座组件附近管线机座组件附近有两股机器人管线包，一轴和二轴管线组成一股管线包，三轴到六轴管线组成一股管线包。130/91机器人布线时的原则机座组件附近管线

将一轴管线和二轴管线组成的管线包与三轴管线、四轴管线和腕关节管线组成的管线包分别绕工业机器人机座组件半圈后汇合在机座组件管线固定处。用金属紧固夹和螺钉将管线固定在机座组件处。131/9THANKS!华航科技致真唯实132/9控制柜上其他元器件的功能1.控制柜上的常见电气元件

2.电气元件的功能2.1低压断路器

2.2接触器

2.3变压器

2.4滤波器134/81控制柜上的常见电气元件

控制柜上的常见电气元件包括：低压断路器、接触器、变压器和滤波器等。低压断路器接触器135/81控制柜上的常见电气元件

控制柜上的常见电气元件包括：低压断路器、接触器、变压器和滤波器等。变压器滤波器136/8低压断路器又称自动空气开关或自动空气断路器，简称断路器。它是一种既有手动开关作用，又能自动进行失压、欠压、过载、和短路保护的电器。它可用来分配电能，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件，已获得了广泛的应用。断路器的接线方式有板前、板后、插入式、抽屉式，其中板前接线是常见的接线方式。2.1低压断路器137/8

接触器，用于远距离、频繁地接通和分断交、直流主电路和大容量控制电路的电器。可用作控制电热设备、电照明、电焊机和电容器组等电力负载。接触器分为交流接触器（电压AC）和直流接触器（电压DC），控制柜中使用的是交流接触器。

接触器的工作原理是：当接触器线圈通电后，线圈电流会产生磁场，产生的磁场使静铁心产生电磁吸力吸引动铁心，并带动交流接触器点动作，常闭触点断开，常开触点闭合，两者是联动的。当线圈断电时，电磁吸力消失，衔铁在释放弹簧的作用下释放，使触点复原，常开触点断开，常闭触点闭合。直流接触器的工作原理跟温度开关的原理有点相似。2.2接触器138/8变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯（磁芯）。主要功能有：电压变换、电流变换、阻抗变换、隔离、稳压（磁饱和变压器）等。按用途可以分为：电力变压器和特殊变压器（电炉变、整流变、工频试验变压器、调压器、矿用变、音频变压器、中频变压器、高频变压器、冲击变压器、仪用变压器、电子变压器、电抗器、互感器等）。电路符号常用T当作编号的开头。例：T01、T201等。

控制柜中，利用变压器将工业380V交流用电转换为220V。2.3变压器139/8滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路，它实质上是一个选频电路。滤波器的主要功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制。

滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号，利用这个特性可以选通通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波（例如我们常用的50HZ）。滤波器中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率。2.4滤波器140/8THANKS!华航科技致真唯实141/8工业常见的控制柜故障及排除方法1.控制器相关故障及排除方法2.伺服相关故障及排除方法3.I/O相关故障及排除方法143/81控制器相关故障及排除方法电源故障现象：电源指示灯PWR不亮。原因：1）电源正负极接反；2）电源线接触不良。处理：检查电源进线的接线。网口故障网口X102LAN0故障现象：网线连接至伺服或IO，控制柜上电运行，网口绿色、黄色指示灯均不亮。原因：1）水晶头未插紧或调试网线有断路；2）网口电气元件损坏。处理：1）重新插紧水晶头或更换调试网线；2）更换控制器，故障控制器返厂维修。5）若以上措施均无效，请更换CFast卡，并将故障CFast卡返厂维修。144/8网口X107LAN2故障现象1：示教器柜内线连接正常，控制柜上电运行，网口绿色、黄色指示灯均不亮，示教器无法进入HMI进度条界面，示教器系统右下角显示网络断开原因：1）水晶头未插紧或调试网线有断路；2）网口电气元件损坏。处理：1）重新插紧水晶头或更换调试网线；2）更换控制器，故障控制器返厂维修。

现象2：示教器柜内线连接正常，控制柜上电运行，绿色或黄色指示灯亮起，示教器无法进入HMI进度条界面，示教器系统右下角显示网络断开。原因：1）CFast卡未插入卡槽或松动处理：1）重新插入CFast卡；2）若以上措施均无效，请更换CFast卡，并将故障CFast卡返厂维修。

1控制器相关故障及排除方法145/8网口X107LAN2故障现象1：示教器柜内线连接正常，控制柜上电运行，网口绿色、黄色指示灯均不亮，示教器无法进入HMI进度条界面，示教器系统右下角显示网络断开原因：1）水晶头未插紧或调试网线有断路；2）网口电气元件损坏。处理：1）重新插紧水晶头或更换调试网线；2）更换控制器，故障控制器返厂维修。

现象2：示教器柜内线连接正常，控制柜上电运行，绿色或黄色指示灯亮起，示教器无法进入HMI进度条界面，示教器系统右下角显示网络断开。原因：1）CFast卡未插入卡槽或松动处理：1）重新插入CFast卡；2）若以上措施均无效，请更换CFast卡，并将故障CFast卡返厂维修。

1控制器相关故障及排除方法146/8对应编码器连接错误现象：这个错误比较常见，经常发生在机器人开机时（前一次关机正常），且重启仍然报错。原因：（1）编码器参数有误；（2）编码器线缆故障；（3）编码器线缆未连接；（4）伺服内部器件损坏。处理方法：（1）上一次关机前正常，编码器坏掉的可能性不大；（2）关机，先检查与本体连