工业机器人集成应用教程 课件 3.1 搬运工作站的结构组成及安装

项目三工业机器人物料搬运集成工作站应用项目三工业机器人物料搬运集成工作站应用工业机器人搬运应用是自动化生产线上不可或缺的一环。鉴于其高效率、高精度和强稳定性的特点，被广泛应用于制造业、物流业等产业，特别是在重型物品搬运、高精度装配等场景。伴随新技术的发展，未来将朝向更智能化、模块化和网络化进一步发展。该技术主要涉及机械、电子、计算机和自动化控制等方面的内容，需要操作者具有熟悉搬运工作站的结构组成和关键设备的选型知识，掌握物料搬运工作站的机械电气安装与调试、工作站搬运任务的软硬件编程调试，同时具备一丝不苟的工作态度以及精益求精的工匠精神。作为工业机器人操作员，你将与团队成员共同完成搬运工作站主要设备如PLC和推料单元等的选型和安装、搬运任务的程序规划与编写、工作站的日常维护等任务，满足安装、调试、操作、维护搬运工作站设备的项目要求。

【项目情境】某汽车零部件生产企业，引入方形毛坯物料的机器人搬运工序。作为操作员，需要认识搬运工作站的结构组成，对工作站的关键设备进行选型，通过任务的实施进行工作站的整体布局，选用合适的装配工具完成搬运工作站的夹具、PLC、推料单元的结构安装等技能点，养成“8S”素养和团队合作精神。

【任务描述】项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装

【任务目标】知识目标1.概述工作站的项目控制要求2.能列举工业机器人搬运工作站的结构组成及各部分功能3.掌握搬运工作站关键设备选型知识技能目标1.能进行工业机器人的末端工具和外围系统的关键设备如PLC、传感器等的选型2.能完成清点安装工具、工作站设备与零配件、识读布局图和装配图等相关施工准备工作3.能正确规范地完成搬运工作站的关键设备如PLC、推料单元及电气控制元件的机械结构安装素养目标1.养成自觉遵守“8S”管理的职业素养；2.通过完成工作站的机械单元安装，养成团队合作精神任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用01

【任务准备】一、搬运工作站的控制要求1.工业机器人搬运应用搬运是机器人的一个典型应用场景，约40%的机器人被用于柔性搬运、码垛、传送等场合。搬运作业是指用一种设备握持工件，从一个位置移到另一个位置的过程。如果采用工业机器人来完成这个任务，整个搬运系统则构成了工业机器人搬运工作站。给搬运机器人安装不同类型的末端执行器，可以完成不同形态和状态的工件搬运工作。因此，工业机器人搬运工作站的任务是由工业机器人将物料工件搬运到指定的位置，以方便下一步的工作。工业机器人搬运工作站一般具有如下优点：（1）搬运效率高，全天候不间断作业，比人工搬运效率高得多；（2）结构简单，故障率低，易于保养及维修；（3）可以设置在狭窄的空间，场地使用效率高，应用灵活；（4）全部操作可在控制柜屏幕上手触式完成，操作非常简单；（5）一台搬运机器人可以同时处理最多6条生产线的不同产品，大大节省了企业成本。任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用01

【任务准备】2.项目控制要求概述在确定本项目工业机器人搬运工作站所需的主要设备前，需要先分析出搬运作业的控制要求，本项目搬运作业的控制要求概述为：工作站启动后，料仓将方形毛坯物料推出到出料平台，传感器检测到物料到位后通过PLC发送信号给机器人。机器人收到PLC信号后，先到工具区的指定位置自动吸取所需要的搬运夹具，而后按照预先规划的路径到达出料平台位置，夹取方形物料，再将物料搬运至加工平台指定位置上，代替人工作业，搬运完成后，机器人将工具放回工具区。由此确定该工作站的具体组成包含工业机器人、工具快换装置、搬运夹具、加工平台、按钮和指示灯模块、传感器、PLC、推料单元（含料仓、方形毛坯物料、出料平台、电磁阀及推杆、传感器等）等。搬运工作站以工业机器人为核心，推料单元和加工平台都在机器人工作空间内，推料单元装有两个传感器，分别检测料仓是否有料和推料是否到位。任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用01

【任务准备】二、搬运工作站的结构组成工业机器人搬运工作站是一种集成化的系统。一个工业机器人工作站通常由工业机器人本体、工业机器人工具、工业机器人辅助设备三部分组成。因此，一个完整的工业机器人搬运工作站系统，一般包括以下主要设备，如图3-1-1所示。①一台或多台工业机器人，包括机器人本体和机器人控制系统；②用于夹持工件的机器人末端执行器，如手爪、吸盘等；③工作站外围设备及控制系统，如传送物料的输送装置、存放物料的料仓、电气控制柜等；④安全防护设备，如安全围栏、安全门、安全锁、安全光栅等。任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用01

【任务准备】图3-1-1搬运工作站结构组成图

任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用01

【任务准备】搬运工业机器人主要由机器人本体、控制柜和人机交互装置三部分组成。机器人本体是完成搬运作业的机械主体，是机器人的执行机构。机器人控制柜相当于人的大脑，用于控制机器人运动和信号的输入、输出。人机交互装置是指专用的手持示教器，通过示教器可以实现对工业机器人的编程和测试、输出信号赋值以及工作时相对位置的显示。物料或工件由人力或使用其他装置输送到预定位置，由机器人将其抓取并搬运到料架上，同时可按要求将工件堆放整齐。电气控制柜用来安装断路器、PLC、变频器、中间继电器、变压器等设备，机器人搬运工作站的控制设备可以是其本身，也可以是其他设备，如PLC。任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用01

【任务准备】三、关键设备的选型与功能介绍1.搬运夹具本项目中，工业机器人搬运的工件是方形物料，由查阅技术资料可知，该方形毛坯物料的尺寸为80mm*40mm*12mm，质量约为100g。外形如图3-1-2所示，由图可知，方形物料尺寸为80cm*40cm*12cm，质量约为100g。图3-1-2方形物料尺寸任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用01

【任务准备】根据方形物料的几何外形，末端执行器夹具可采用气动驱动的平移型二指夹爪（即平口夹具）对其进行抓取，具有响应动作快、灵活、动力清洁等优点，且还需其平移范围大于方型物料的横向尺寸，断电后夹紧的工件不会掉落等因素。依据以上要求，选用亚德客的HFKL25型手指气缸符合项目要求，其外形及主要参数如图3-1-3所示。末端执行器的相关组件如快换工具、气爪等装置安装在工业机器人本体上。图3-1-3HFKL25型手指气缸任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用01

【任务准备】2.推料单元推料单元是在整个系统中，起着向其他单元提供原料的作用。具体的功能是:按照需要将放置在料仓中待加工工件(原料)自动地推出到物料台上，以便机械手将其抓取，输送到其他单元上。如图3-1-4所示为推料单元的组成。图3-1-4推料单元的组成任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用01

【任务准备】3.电磁阀根据本项目要求，搬运工作站共需使用三个电磁阀，分别用来控制法兰盘工具端、气动手爪的开合和料仓的推杆运动，在工艺上也没有特殊的要求，但由于工作站空间比较狭小，选择体积较小的电磁阀可以节省工作站的空间位置。因此，选用了SMC公司型号为SY3120-5LZD-M5单体式二位五通单控电磁阀，单体式的安装方式比较自由，且具有低功率消耗的特点，在DC24V电源的情况下仅为0.4W，这有助于降低系统的能耗。电磁阀的具体规格、电气性能参数见表3-1-1所示。类型(通道位置)内部先导式使用压力0.15-0.7MPa适用介质空气额定电压DC24VLED及过电压保护回路带指示灯·过电压保护回路最高动作频率10Hz手动操作压下回转锁定式(旋具操作型)品牌SMC工作温度-10-50℃型号SY3120-5LZD-M5表3-1-1工作站选用的电磁阀参数表任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用01

【任务准备】用汇流板可以将这些电磁换向阀被集束为一个单元，其内部将各个换向阀的进气口、排气口连通，故气路连接时只需一根引气管连接其进气口即可，如图3-1-5所示。汇流板中两个排气口末端均连接了消声器，消声器的作用是减少压缩空气在向大气排放时的噪声。这种将多个阀与消声器、汇流板等集中在一起构成的一组控制阀的集成称为阀组，而每个阀的功能是彼此独立的。。图3-1-5常见的电磁阀阀组任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用01

【任务准备】4.光纤传感器本项目中的方形物料可为金属或非金属，为方便与西门子PLC连接，以及安装位置、方便定位、响应速率等多方面综合考虑，最终选用了欧姆龙的E3X-NA41PNP通用型光纤放大器，以及适配的光纤探头E32-D211R（2M）。光纤传感器具有高灵敏度、抗电磁干扰、电绝缘性好等优点，搬运工作站在出料单元共配备2个光纤传感器，分别用来检测料仓是否有料和物料是否推出到位，PLC接收到信号后发送给机器人，从而使机器人进行下一步的动作。图3-1-6光纤传感器的组成任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用01

【任务准备】5.磁性接近开关磁性开关的输出为2线（棕色+，蓝色-），连接时蓝色线与直流电源的“-”相连，棕色线与PLC的输入点相连。松开磁性接近开关的紧锁螺栓，可以让其沿着气缸滑动，到达定位位置后:若LED灯亮，再将螺栓锁紧即可；若LED灯不亮，检查其接线是否正确;若其接线无误风则该磁感应式接近开关损坏，应更换。图3-1-7磁性接近开关

任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用01

【任务准备】磁性接近开关在安装时是没办法直接确定具体位置的，只能把它放在凹槽中滑动，在调试环节测试确定位置后，再用小小的一字螺丝刀进行锁紧固定位置。比如检测推缸推出的接近开关，先将推缸置于推出状态，再慢慢手动滑动，寻找到它刚好灭-亮-刚好灭的区间，再取中间位置，按住，用小一字螺丝刀旋转固定下来。图3-1-8磁性开关传感器的安装任务一搬运工作站的结构组成及安装项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用02

【任务实施】一、施工准备搬运工作站的硬件安装主要包括如表3-1-1所示设备和零配件的安装，其中工业机器人本体、控制柜及法兰盘等安装过程可以参考项目一的内容，因此，本任务主要围绕西门子S7-1200PLC、推料单元（含传感器、推料气缸和电磁阀）、夹具单元、加工平台等设备的硬件装配工作来展开。项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用图3-1-1搬运工作站桌面布局图任务一搬运工作站的结构组成及安装021.清点设备和零配件根据前期任务分析可知，工业机器人搬运工作站的的主要设备选型应结合场地、工作环境、工作要求和对象等多方面的因素，从安全、环保、节约和为客户服务的角度出发，最终确定既能服务于项目控制要求又能满足客户需求的产品。本项目中工业机器人搬运工作站的所需的主要设备型号如表3-1-2所示。项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装

【任务实施】02项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装

【任务实施】表3-1-2工业机器人搬运工作站的主要设备清单案例名称设备型号功能说明实物图片末端执行器平移型二指夹爪（气动）与手指配套气缸（1套）夹持轻重量的方形毛坯物料

PLC西门子CPU1214DC/DC/DC6ES7214-1AG40-OXBO（1台）配置14个数字输入信号和10个数字输出信号，满足工作站要求

推料机构包含料仓、出料平台、底座、拉手以及用于支撑和固定的其它机械结构等用于推送物料到出料平台的组合结构

加工平台订制用于放置物料的平台02项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装

【任务实施】表3-1-2工业机器人搬运工作站的主要设备清单案例名称设备型号功能说明实物图片电磁阀及汇流板SMC二位五通单控电磁阀与汇流板用于工具快换装置、手爪开合、推料机构驱动气缸动作

气缸双杠气缸与电磁阀配合使用

光纤传感器欧姆龙E3X-NA41PNP、欧姆龙光纤探头

E32-D211R2M用于检测料仓是否有料以及推料是否到位

磁性开关CMSG-020用于检测气缸的伸出和缩回是否到位02

【任务实施】二、分析尺寸与画线定位分析如图所示的搬运工作站桌面布局图，在工作台上确定各安装单元及零配件的大致位置，并进行画线定位。项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装图3-1-9工作台画线定位图3-1-10机械装配流程02

【任务实施】三、安装西门子S7-1200PLC根据厂家安装资料，西门子S7-1200PLC的主要安装步骤如表3-1-4所示。项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装操作步骤示意图步骤1：推出连接器，对准接口插入

步骤2：推出背面四个卡扣

步骤3：安装固定导轨

表3-1-4西门子S7-1200PLC主要安装步骤02

【任务实施】三、安装西门子S7-1200PLC根据厂家安装资料，西门子S7-1200PLC的主要安装步骤如表3-1-4所示。项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装操作步骤示意图步骤4：将PLC卡入卡槽，按下上方卡扣

步骤5：按入下方卡扣，PLC安装完毕。

表3-1-4西门子S7-1200PLC主要安装步骤02

【任务实施】四、安装推料单元1.识读推料单元安装示意图安装前认真观察、识图，要注意安装的顺序，以免先安装部分对后安装部分造成机械干涉，造成无法安装，从而因返工耽误装配的时间。推料单元的装配示意图如图3-1-12所示。项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装图3-1-12推料单元装配示意图02

【任务实施】2.安装推料单元步骤

推料单元部分的具体安装过程如表3-1-5所示。项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装操作步骤示意图步骤1：在底板上安装把手使用M4乘以20的内六角螺丝将把手安装、固定在底座正面上。

步骤2：安装航空插头将集成在航空插头上的传感器、电源线等，穿过螺母，穿过集成盖的孔位，再根据接线图焊接在航空插头对应的引脚上，最后将航空插头嵌入到孔内锁紧。表3-1-5推料单元安装步骤02

【任务实施】项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装操作步骤示意图步骤3：安装电磁阀出气口

步骤4：安装进气口和堵头首先安装中间的进气口，再安装旁边两个堵头。步骤5：电磁阀的电源接线02

【任务实施】项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装操作步骤示意图步骤6：安装气管在安装气管时，要有一定的预留长度，并且在剪气管时，切口一定要水平。

步骤7：将电磁阀安装在集成盖内。注意使用M2.5x10螺丝固定。步骤8：将电磁阀的气管接到集成盖的快速接头上。02

【任务实施】项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装操作步骤示意图步骤12：将两块支撑板安装在底座上带有导轨的支撑板，安装在靠近传感器侧，使用M3x20的螺丝锁紧。

步骤13：安装料仓使用M4x30螺丝。步骤14：将出料平台安装在底座上注意使用M3x25的螺丝，通过初步对角拧螺丝，进行预定位，最后加力锁紧。02

【任务实施】项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装操作步骤示意图步骤9：整理集成盖内的电线捋顺接线并且做工艺，用扎带扎整齐，将其内置在集成盖内。

步骤10：将集成盖安装在底座上使用M4x20螺丝锁紧。锁紧时遵循对角原则。步骤11：在支撑板上安装导轨使用M3x20十字螺丝。02

【任务实施】项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装操作步骤示意图步骤16：将推缸安装在出料平台上观察找准位置，此处使用的是M4乘以35的螺丝，初步定位，最后锁紧。

步骤17：安装光纤传感器光纤传感器的放大器安装在导轨上，探头端安装在料仓底下和出料平台底下，此处使用M3x20的螺丝进行固定。步骤18：安装磁性开关传感器一个是后限位传感器，一个是为前限位传感器，将其卡入卡槽，不用拧一字螺丝进行锁紧，具体位置需要在调试中才能确定。02

【任务实施】项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装操作步骤示意图步骤19：安装气管此时根据电路图和气路图接上气管和电线，但是推缸两根气管的位置需调试后再确定，位置决定了气缸的常规状态是推缸还是缩缸。至此推料单元的机械安装结束，整理工位。

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【任务实施】五、安装夹具单元及加工平台1.识读推料单元安装示意图安装原则：先安装复杂的，有接线的，以免接线时受到其他模块的影响。夹具单元、加工平台以及底座定位机构的安装过程如表所示3-1-6所示。项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装操作步骤示意图步骤1：在底板上安装把手使用M4乘以20的内六角螺丝将把手安装、固定在底座正面上。

表3-1-6夹具单元及加工平台安装步骤02

【任务实施】项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装操作步骤示意图步骤2：固定推料单元

步骤3：安装加工平台单元02

【任务实施】项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装操作步骤示意图步骤4：安装夹具单元

各单元底下有定位销，定位销对应装入各销孔位置，安装完毕整体检查，清理台面即可。03

【任务工单】任务名称任务3.1搬运工作站的结构组成及安装班级姓名学号小组名称组长姓名指导教师学习活动一：搬运工作站认知学习目标1.概述工作站的项目控制要求；2.能列举工业机器人搬运工作站的结构组成及各部分功能；3.掌握搬运工作站关键设备选型知识。学习过程走进实操工位，查阅教材，认识搬运工作站的各个组成部分及其功能，组内成员互相随机提问，互相考核通过后，回到理论工位再完成以下问题的填写。问题1：

搬运工作站主要由那几部分组成呢？

根据你的认知，看图填写各个部分的名称。项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装03

【任务工单】0项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装03

【任务工单】问题2：

推料单元里有什么呢？分别有什么作用呢？项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装03

【任务工单】问题3：关键设备的型号是什么呢？为什么要选择它？主要设备清单表项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装03

【任务工单】活动一考核项目三工业机器人物料搬运工作站集成应用任务一搬运工作站的结构组成及安装03

【任务工单】学习活动二：机械结构安装学习目标1.能进行工业机器人的末端工具和外围系统的关键设备如电磁阀、传感器等的选型；

2.能完成清点安装工具、工作站设备与零配件、识读布局图和装配图等相关施工准备工作；3.能正确规范地完成搬运工作站的关键设备如PLC、推料单元及电气控制元件的机械结构安装。学习过程

请你根据以下问题，到相应工位完成相应的机械结构安装学习及考核，学习的顺序不一定要按问题顺序，可根据现场情况自主灵活完成学习任务。教材里有安装步骤，教室一体机里有微课视频，可合理利用资源学习。问题1：

因磨损碰撞等原因，