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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 編號 XXXXXXX 畢業(yè)論文 題 目 工業(yè)機(jī)器人工作站的集成設(shè)計(jì) ------工作站集成方案的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 XXX 學(xué) 號 XXXXX 系 部 XXXXXXXXXX 專 業(yè) XXXX 班 級 4XXX 指導(dǎo)教師 XXXX 顧問教師 XXX 二〇一七年十月 專心---專注---專業(yè) 摘 要 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在國內(nèi)應(yīng)用越來越廣泛，而單一的工業(yè)機(jī)器人本體不能充分發(fā)揮其協(xié)同作業(yè)的功用，為了解決這一問題，將ABB工業(yè)機(jī)器人本體與搬

2、運(yùn)單元、碼垛單元、打磨拋光單元、繪畫單元以及安全單元等外圍設(shè)備進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人與周圍環(huán)境的信息交互。本論文設(shè)計(jì)內(nèi)容共六章，主要論述了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢、工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ)、工業(yè)機(jī)器人工作站集成方案、工業(yè)機(jī)器人工作站集成安裝與維護(hù)以及工業(yè)機(jī)器人工作站的調(diào)試過程。實(shí)踐表明：工業(yè)機(jī)器人工作站性能穩(wěn)定，工作良好。 關(guān)鍵詞： ABB工業(yè)機(jī)器人； 集成； 工作站； 安裝與維護(hù)； Abstract Industrial robot technology in domestic are getting more and more, and not a si

3、ngle body of industrial robots and give full play to the coordination function, in order to solve this problem, ABB industrial robot and handling unit, palletizing unit, polishing unit, painting unit and peripheral equipment such as integrated security unit, to achieve the information exchange indus

4、try the robot and the environment. This thesis includes six chapters, mainly discusses the current situation and development trend of industrial robot technology, robot technology, industrial robot workstation based integration scheme, integrated industrial robot workstation installation and mainten

5、ance and debugging process of industrial robot workstation. The practice shows that the industrial robot workstation is stable and works well. Keyword: ABB; Integrate; Workstation； Installation and maintenance 目 錄

6、 第一章 概述 1.1 課題研究背景 其實(shí)在很早很早以前，就有類似機(jī)器人的機(jī)器出現(xiàn)，只不過不是以人的模樣 出現(xiàn)，所以就沒有所謂的機(jī)器人。比如：我國赫赫有名的木牛流馬：西周時(shí)期．我國的能上巧匠偃師研制出了能歌善舞的水制伶人二這是史書~己載的我國最早的機(jī)器人。春秋后期．我H著名的水履魯班，曾制造過只木鳶，豈能在空中，三日不下”1800年前的議代．人科學(xué)家張衡不儀發(fā)明了地動儀，而且發(fā)明了計(jì)坐鼓車：車行一里。乍卜水人擊鼓下，每行十里則擊鐘一下。三國時(shí)期，蜀國丞相渚葛亮發(fā)明了‘木牛流馬’，并用它束運(yùn)送乍糧．

7、支援前方戰(zhàn)爭．還有就是自動機(jī)：公元前2世紀(jì)亞圳山大時(shí)代的占希臘人發(fā)明丁最原始的機(jī)器人——自動機(jī)。 大千世界，萬事萬物都遵循著從無到有、從低到高的發(fā)展規(guī)律，機(jī)器人也不例外。早在三千多年前的西周時(shí)代，中國就出現(xiàn)了能歌善舞的木偶，稱為“倡者”，這可能是世界上最早的“機(jī)器人”。然而真正的工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)并不久遠(yuǎn)，二十世紀(jì)50、60年代，隨著機(jī)構(gòu)理論和伺服理論的發(fā)展，機(jī)器人開始進(jìn)入了實(shí)用化和工業(yè)化階段。20世紀(jì)70年代開始，世界各國開始把機(jī)器人作為工業(yè)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。到目前為止，經(jīng)過50多年的發(fā)展，日本、美國、法國、德國的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品已日趨成熱和完善，也相繼地形成了一批具有影響力的著名工業(yè)機(jī)器人公司

8、。比如瑞典的ABB Robotics，日本的發(fā)那科 (FANUC)和安川電機(jī) (Yaskawa)，德國的庫卡KUKA，美國的 Emerson Industrial Automation，意大利的COMAU，英國的AutoTech Robotics，加拿大的Jcd International Robotics，以色列的Robogroup Tek公司等，這些公司已經(jīng)成為各自國家和當(dāng)?shù)氐闹е援a(chǎn)業(yè)。 工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的重要的現(xiàn)代制造業(yè)自動化裝備。在國外，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而得到工業(yè)界廣泛應(yīng)用，從而也形成了一批

9、在國際上較有影響力的、知名工業(yè)機(jī)器人公司。目前，國際上的工業(yè)機(jī)器人公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國的KUKA、CLOOS、瑞典的ABB、意大利的COMAU及奧地利的IGM公司。工業(yè)機(jī)器人已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、工廠自動化(FA)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動工具。據(jù)專家預(yù)測，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是繼車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。2002年至2004年，根據(jù)聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(UNECE)和國機(jī)器人聯(lián)合會(IFR)的統(tǒng)計(jì)，世界工業(yè)機(jī)器人市場前景看好，年增長率平均在10％左右。2005年增長率達(dá)到創(chuàng)記

10、錄的30％，其中亞洲工業(yè)機(jī)器人增長幅度最為突出，高達(dá)45％。2007年，全球新安裝工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量將超過十萬套。 中國的工業(yè)機(jī)器人起步于20世紀(jì)70年代，清華、哈工大、華中科大、沈陽自動化研究所等一批科研院所最早開始了工業(yè)機(jī)器人的理論研究。80-90年代，沈陽自動化研究所和中國第一汽車制造集團(tuán)進(jìn)行了機(jī)器人的試制和初步應(yīng)用工作。進(jìn)入21世紀(jì)以來，在國家政策的大力支持下，廣州數(shù)控、沈陽新松、安徽奇瑞裝備、南京埃斯頓等一批優(yōu)秀的本土機(jī)器人公司開始涌現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人也開始在中國形成了初步產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。目前，我國的科研人員已基本掌握了工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件技術(shù)、運(yùn)動學(xué)和軌跡規(guī)劃

11、技術(shù)，也形成了機(jī)器人部分關(guān)鍵元器件的規(guī)?；a(chǎn)能力。一些公司開發(fā)出的噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人已經(jīng)在多家企業(yè)的自動化生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人也已廣泛應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上。 總的來看，我國的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用水平與國外相比還有一定的差距。如在可靠性方面低于國外產(chǎn)品；機(jī)器人的工程應(yīng)用起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄；生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國外有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，在市場占有量上也低于國外優(yōu)秀機(jī)器人公司。主要原因在于國內(nèi)沒有形成大規(guī)模機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)有的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長、成本高，而且質(zhì)量、可靠性不

12、穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。 1.2課題研究趨勢 工業(yè)機(jī)器人在許多生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實(shí)踐證明，它在提高生產(chǎn)自動化水平，提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益，改善工人勞動條件等方面，有著令世人矚目的作用。在新的世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)必將得到更加快速的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人將得到更加廣泛的應(yīng)用。 1.技術(shù)發(fā)展趨勢 在技術(shù)發(fā)展方面，工業(yè)機(jī)器人正向結(jié)構(gòu)輕量化、智能化、模塊化和系統(tǒng)化的方向發(fā)展。未來主要的發(fā)展趨勢有： （1）機(jī)器人結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化； （2）控制技術(shù)的高性能化、網(wǎng)絡(luò)化；

13、 （3）控制軟件架構(gòu)的開放化、高級語言化； （4）伺服驅(qū)動技術(shù)的高集成度和一體化； （5）多傳感器融合技術(shù)的集成化和智能化； （6）人機(jī)交互界簡單化、協(xié)同化。 2.應(yīng)用發(fā)展趨勢 自工業(yè)機(jī)器人誕生以來，汽車行業(yè)一直是其應(yīng)用的主要場合。2014年北美機(jī)器人工業(yè)協(xié)會在年度報(bào)告中指出，截止2013年底，汽車行業(yè)仍然是北美機(jī)器人最大的應(yīng)用市場，但其在電子/電氣行業(yè)、金屬加工行業(yè)、化工行業(yè)、食品等行業(yè)的出貨量卻增速迅猛。由此可見，未來工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用依托汽車產(chǎn)業(yè)，并迅速向各行業(yè)延伸。對于機(jī)器人行業(yè)來講，這是一個(gè)非常積極的信號。 3.產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢 據(jù)國際機(jī)器人聯(lián)合會公布的數(shù)據(jù)顯示，2013年

14、全球機(jī)器人裝機(jī)量達(dá)到17.9萬臺，亞洲/澳洲占10萬臺，中國36560臺，整個(gè)行業(yè)產(chǎn)值300億美元。2014年，全球機(jī)器人銷量22.5萬臺，亞洲的銷量占到2/3，中國市場的機(jī)器人銷量近45500臺，增長35%。到目前為止，全球的主要機(jī)器人市場集中在亞洲、澳洲、歐洲、北美，其累計(jì)安裝量已超過200萬臺。相信在不久的將來，工業(yè)機(jī)器人的時(shí)代將很快來臨，并將在智能制造領(lǐng)域掀起一場變革。 1.3課題設(shè)計(jì)目的和意義 工業(yè)機(jī)器人是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動控制、自動檢測及精密機(jī)械裝置等高新技術(shù)產(chǎn)物，是技術(shù)密集 度及自動化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。使用工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)越性是顯而易見的，不僅精度高， 產(chǎn)品質(zhì)

15、量穩(wěn)定。而且自動化程度極高，可大大減輕工人的勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率。特別值得一提的是， 工業(yè)機(jī)器人可完成一般人工操作難以完成的精密工作，如激光切割、精密裝配等，因而工業(yè)機(jī)器人在自動化生產(chǎn)中的地位越來越重要。 工業(yè)機(jī)器人按照 ISO 定義，是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動。 1.4工業(yè)機(jī)器人的行業(yè)應(yīng)用 工業(yè)機(jī)器人按作業(yè)任務(wù)的不同可以分為焊接、搬運(yùn)、裝配、碼垛、涂裝等類型機(jī)器人 。 1．

16、焊接機(jī)器人 焊接機(jī)器人是從事焊接作業(yè)的，見圖1-1焊接機(jī)器人常用于汽車制造領(lǐng)域，是應(yīng)用最為廣泛的工業(yè)機(jī)器人之一。目前，焊接機(jī)器人機(jī)的使用量約占全部工業(yè)機(jī)器人總量的30%。 圖1-1 焊接機(jī)器人 器人又可以分為點(diǎn)焊和弧焊。從上世紀(jì)60年代開始以來，焊接機(jī)器人焊接技術(shù)已日益成熟，在長期使用過程中，主要體現(xiàn)了以下優(yōu)點(diǎn)： ⑴ 可以穩(wěn)定提高焊件的焊接質(zhì)量； ⑵ 提高了企業(yè)的勞動生產(chǎn)率； ⑶ 改善了工人的勞動強(qiáng)度，替代人類在惡略環(huán)境下工作； ⑷ 降低了工人操作技術(shù)的要求； ⑸ 縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少了設(shè)備投資。 2．搬用機(jī)器人 搬運(yùn)機(jī)器人是可以進(jìn)行自動搬運(yùn)作業(yè)的，見

17、圖1-2。最早的搬運(yùn)機(jī)器人是1960年美國設(shè)計(jì)的Versatran和Unimate，搬運(yùn)時(shí)機(jī)器人末端夾具設(shè)備握持工件，指將工件從一個(gè)加工位置移動到另一個(gè)加工位置。目前世界上使用的搬運(yùn)機(jī)器人超過10萬臺，其廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動搬運(yùn)場合。 圖1-2 搬運(yùn)機(jī)器人 搬用機(jī)器人又分為可以移動的搬用小車（AGV），用于碼垛的碼垛機(jī)器人、用于分解的分解機(jī)器人、用于機(jī)床上下料的上下料機(jī)器人等。其主要作用就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、物料或工具的搬用，主要優(yōu)點(diǎn)在于： ⑴ 提高生產(chǎn)效率，一天可以24小時(shí)無間斷工作； ⑵ 改善工人勞動條件，可在有害環(huán)境下工

18、作； ⑶ 降低工人勞動強(qiáng)度，減少人工； ⑷ 縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資； ⑸ 可實(shí)現(xiàn)工廠自動化、無人化生產(chǎn)。 3．裝配機(jī)器人 裝配機(jī)器人是專門為裝配而設(shè)計(jì)的。常用的裝配機(jī)器人主要可以完成生產(chǎn)線上一些零件的裝配或拆卸工作。從結(jié)構(gòu)上來分，主要有PUMA 機(jī)器人（可編程通用裝配操作手）和機(jī)器人（平面雙關(guān)節(jié)型機(jī)器人)兩種類型。 PUMA 機(jī)器人是美國 Unimation 公司1977年研制的由一種計(jì)算機(jī)控制的多關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人。一般有5-6個(gè)自由度, 可以實(shí)現(xiàn)腰、肩、肘的回轉(zhuǎn)以及手腕的彎曲、旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)等功能，見圖1-3。 圖1-3 PUMA562機(jī)器人 SCA

19、RA機(jī)器人是一種圓柱坐標(biāo)型的特殊類型的，有3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。另一個(gè)關(guān)節(jié)是移動關(guān)節(jié)，用于完成末端件在垂直于平面的運(yùn)動，如圖1-4所示，這類機(jī)器人的結(jié)構(gòu)輕便、響應(yīng)快，例如Adept1型SCARA機(jī)器人運(yùn)動速度可達(dá)10m/s，比一般關(guān)節(jié)式機(jī)器人快數(shù)倍。它最適用于平面定位，垂直方向進(jìn)行裝配的作業(yè)。 圖1-4 SCARA機(jī)器人 與一般工業(yè)機(jī)器人比較，裝配機(jī)器人具有精度高、柔順性好、工作范圍小、能與其他系統(tǒng)配套使用等特點(diǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)中使用裝配機(jī)器人可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提高生產(chǎn)自動化水平。目前，裝配機(jī)器人主要用于各種電器制造（包括家用電器, 如電視機(jī)、錄

20、音機(jī)、洗衣機(jī)、電冰箱、吸塵器）、小型電機(jī)、汽車及其部件、計(jì)算機(jī)、玩具、機(jī)電產(chǎn)品及其組件的裝配等方面。圖1-5為裝配機(jī)器人裝配作業(yè)。 圖1-5 裝配機(jī)器人作業(yè) 4.噴涂機(jī)器人 噴涂機(jī)器人是可進(jìn)行自動噴漆或其他涂料的，1969年由挪威Trallfa公司發(fā)明。噴漆機(jī)器人主要由、計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成。液壓驅(qū)動的噴漆機(jī)器人還包括，如油泵、油箱和電機(jī)等。噴涂機(jī)器人多采用5或6自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運(yùn)動空間，并可做復(fù)雜的軌跡運(yùn)動，其腕部一般有2～3個(gè)自由度，可靈活運(yùn)動。較先進(jìn)的噴漆機(jī)器人腕部采用柔性手腕，既可向各個(gè)方向彎曲，又可轉(zhuǎn)動，其動作類似人的手腕，能方便地通過較小的孔伸入工件

21、內(nèi)部，噴涂其內(nèi)表面。 噴漆機(jī)器人一般采用液壓驅(qū)動，具有動作速度快、防爆性能好等特點(diǎn)，可通過手把手示教或點(diǎn)位示數(shù)來實(shí)現(xiàn)示教。廣泛用于汽車、儀表、電器、等工藝生產(chǎn)部門，圖1-6為噴漆機(jī)器人在汽車表面噴涂作業(yè)。 圖1-6 噴涂機(jī)器人作業(yè) 噴涂機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)： ⑴ 柔性大。工作范圍大大。 ⑵ 提高質(zhì)量和材料使用率。 ⑶ 易于操作和維護(hù)?？呻x線編程，大大的縮短現(xiàn)場調(diào)試時(shí)間。 ⑷ 高。噴涂機(jī)器人的利用率可達(dá)90%-95%。 1）：點(diǎn)焊機(jī)器人：點(diǎn)焊機(jī)器人廣泛應(yīng)用于焊接薄板材料。裝配每臺汽車車體一般大約需要完成3000~4000個(gè)焊點(diǎn)。其中60%的是點(diǎn)焊機(jī)器人完成的。 2）：弧焊機(jī)

22、器人：弧焊機(jī)器人應(yīng)用于焊接金屬連續(xù)結(jié)合的焊縫工藝，絕大多數(shù)可以完成自動送絲、熔化電極和氣體保護(hù)下進(jìn)行焊接工作?；『笝C(jī)器人的應(yīng)用范圍很廣，除汽車行業(yè)外，在通用機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)等需哦多行業(yè)中都有應(yīng)用。 3)：噴漆機(jī)器人：噴漆機(jī)器人廣泛應(yīng)用于汽車車體、家電產(chǎn)品和各種塑料制品的噴漆工作。 4)：裝配機(jī)器人：采用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行自動裝配，是近十幾年來才發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。從目前的情況來看，整個(gè)機(jī)械制造過程中自動化程度最低的就是裝配工藝。 5)：搬運(yùn)機(jī)器人：隨著計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)、物流技術(shù)、自動倉儲技術(shù)的發(fā)展，搬運(yùn)機(jī)器人在現(xiàn)代制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。機(jī)器人可用于零件的加工過程中，物料、工輔量具的裝卸

23、和儲運(yùn)，可用于將零件從一個(gè)輸送裝置送到另一個(gè)輸送裝置，或從一臺機(jī)床上加工完得零件取下再安裝到另一臺機(jī)床上去。 第二章 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ) 2.1 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu) 工業(yè)機(jī)器人是一種模擬人手臂、手腕和手動功能的機(jī)電一體化裝置。一臺通用的工業(yè)機(jī)器人從體系結(jié)構(gòu)來看，可以分為三大部分：機(jī)器人本體、控制器及系統(tǒng)、示教器，具體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。 示教器 機(jī)器人本體 控制器 圖 2-1 工業(yè)機(jī)器人組成 1．機(jī)器人本體 機(jī)器人本體是工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械主體，是完成各種作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一般包含互相連接的機(jī)械臂、驅(qū)動及傳動裝置以及各種內(nèi)外部傳感器。工作時(shí)通過末端夾具也稱末端執(zhí)行器

24、用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對工作目標(biāo)的夾取、搬用等動作。 機(jī)械臂：大部分工業(yè)機(jī)器人為關(guān)節(jié)型機(jī)器人，關(guān)節(jié)型機(jī)器人的機(jī)械臂是由若干個(gè)機(jī)械關(guān)節(jié)連接在一起的集合體。圖2-2為典型6關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人，由機(jī)座、腰部關(guān)節(jié)1、大臂關(guān)節(jié)2、肘部關(guān)節(jié)3、操作臂關(guān)節(jié)4、腕部關(guān)節(jié)5和手部關(guān)節(jié)6構(gòu)成。 圖2-2 6關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人 機(jī)座：是構(gòu)成機(jī)器人的支撐部分，內(nèi)部安裝有機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動裝置。 腰部：是連接機(jī)器人機(jī)座和大臂的中間支撐部分。工作時(shí)，腰部可以通過關(guān)節(jié)1在機(jī)座上轉(zhuǎn)動。 臂部：6關(guān)節(jié)機(jī)器人的臂部一般由大臂和小臂構(gòu)成，大臂通過關(guān)節(jié)2與腰部相連，小臂通過肘關(guān)節(jié)3與大臂相連。工作時(shí)，大、小臂各自通過關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動

25、，實(shí)現(xiàn)移動或轉(zhuǎn)動。 手腕：連接小臂和末端執(zhí)行器的部分，主要用于改變末端執(zhí)行器的空間位姿，聯(lián)合機(jī)器人的所有關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人預(yù)期的動作和狀態(tài)。 2.驅(qū)動及傳動裝置 工業(yè)機(jī)器人的機(jī)座、腰部關(guān)節(jié)、大臂關(guān)節(jié)、肘部關(guān)節(jié)、操作臂關(guān)節(jié)、腕部關(guān)節(jié)和手部關(guān)節(jié)構(gòu)成了機(jī)器人的外部結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)。機(jī)器人運(yùn)動時(shí)，每個(gè)關(guān)節(jié)必須有驅(qū)動裝置和傳動機(jī)構(gòu)完成。圖2-2為機(jī)器人運(yùn)動關(guān)節(jié)的組成，要構(gòu)成多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其每個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動及傳動裝置缺一不可。 圖2-2 機(jī)器人運(yùn)動關(guān)節(jié)構(gòu)成 驅(qū)動裝置是向機(jī)器人各機(jī)械臂提供動力和運(yùn)動的裝置。不同類型的機(jī)器人，驅(qū)動采用的動力源不同，驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式也不同。驅(qū)動系統(tǒng)的傳動方式主要有四種：

26、液壓式、氣壓式、電氣式和機(jī)械式。電力驅(qū)動是目前使用最多的一種驅(qū)動方式，其特點(diǎn)是電源取用方便，響應(yīng)快，驅(qū)動力大，信號檢測、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方式，驅(qū)動電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，目前也有采用力矩電機(jī)，但是造價(jià)較高，控制也較為復(fù)雜，和電機(jī)相配的減速器一般采用諧波減速器、擺線針輪減速器或者行星齒輪減速器。 4.傳感器 為檢測作業(yè)對象及工作環(huán)境，在工業(yè)機(jī)器人上安裝了諸如、、、接近傳感器、和聽覺傳感器。這些傳感器可以大大改善機(jī)器人工作狀況和工作質(zhì)量，使它能夠更充分地完成復(fù)雜的工作。 2.2 工業(yè)機(jī)器人的控制器及控制系統(tǒng) 控制器是構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人的神經(jīng)中樞，由計(jì)算機(jī)硬件、軟

27、件和一些專用電路、控制器、驅(qū)動器等構(gòu)成。工作時(shí)，根據(jù)編寫的指令以及傳感信息控制機(jī)器人本體完成一定的動作或路徑，主要用于處理機(jī)器人工作的全部信息，其正面內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。 圖 2-3 控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 為實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的控制，除計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)外，還必須有相應(yīng)的軟件控制系統(tǒng)。通過軟件系統(tǒng)的支持，可以方便的建立、編輯機(jī)器人控制程序。目前，世界各大機(jī)器人公司都有自己的完善的軟件控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的作業(yè)控制。 2.3 工業(yè)機(jī)器人的示教器 示教器是人機(jī)交互的一個(gè)接口，也稱示教盒或示教編程器，主要由液晶屏和可供觸摸的操作按鍵組成。操作時(shí)由控制者手持設(shè)備，通過按鍵將需要控制的全部信息通過與控制

28、器連接的電纜送入控制柜中的存儲器中，實(shí)現(xiàn)對機(jī)器人的控制。示教器是機(jī)器人控制系統(tǒng)的重要組成部分，操作者可以通過示教器進(jìn)行手動示教，控制機(jī)器人到達(dá)不同位姿，并記錄各個(gè)位姿點(diǎn)坐標(biāo)，也可以利用機(jī)器人語言進(jìn)行在線編程，實(shí)現(xiàn)程序回放，讓機(jī)器人按編寫好的程序完成軌跡運(yùn)動。 示教編程器上設(shè)有用于對機(jī)器人進(jìn)行示教和編程所需的操作鍵和按鈕，一般情況下不同機(jī)器人廠商示教編程器外觀各不相同，但一般包含中央的液晶顯示區(qū)、功能按鍵區(qū)、急停按鈕和出入線口。圖2-4為工業(yè)機(jī)器人的示教器外觀。 圖 2-4 工業(yè)機(jī)器人示教器 在盤右上角，如右圖所示紅色鍵不管示教操作盤有效開關(guān)的狀態(tài)如何，都會使執(zhí)行中的程序停止，機(jī)器

29、人伺服電源被切斷，使得機(jī)器人進(jìn)入急停狀態(tài)。 2.4 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù) 雖然的種類、用途不盡相同，但任一工業(yè)機(jī)器人都有其使用的工作范圍和要求。目前，工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)有以下幾種：自由度、分辨率、精度和重復(fù)定位精度、工作范圍、最大工作速度和承載能力。 2.4.1自由度 自由度是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動的數(shù)目，不包括末端執(zhí)行器的開合自由度。一般情況下機(jī)器人的一個(gè)自由度對應(yīng)一個(gè)關(guān)節(jié)，所以自由度與關(guān)節(jié)的概念是相等的。自由度是表示機(jī)器人動作靈活程度的參數(shù)，自由度越多就越靈活，但結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，控制難度越大，所以機(jī)器人的自由度要根據(jù)其用途設(shè)計(jì)，一般在3~6個(gè)之間。 具有6個(gè)自由度

30、，可以進(jìn)行復(fù)雜空間曲面的弧焊作業(yè)。從運(yùn)動學(xué)的觀點(diǎn)看，在完成某一特定作業(yè)時(shí)具有多余自由度的機(jī)器人，叫做冗余自由度機(jī)器人，又叫冗余度機(jī)器人。例如，PUMA562機(jī)器人去執(zhí)行印制電路板上接插元器件的作業(yè)時(shí)就是一個(gè)冗余度自由機(jī)器人。利用冗余的自由度可以增加機(jī)器人的靈活性，躲避障礙物和改善動力性能。 2.4.2分辨率 分辨率是指機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)所能實(shí)現(xiàn)的最小移動距離或最小轉(zhuǎn)動角度。工業(yè)機(jī)器人的分辨率分編程分辨率和控制分辨率兩種。編程分辨率是指控制程序中可以設(shè)定的最小距離，又稱基準(zhǔn)分辨率。當(dāng)機(jī)器人某關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動0.1，機(jī)器人關(guān)節(jié)端點(diǎn)移動直線距離為0.01mm，其基準(zhǔn)分辨率即為0.01mm?？刂品直媛?/p>

31、是系統(tǒng)位置反饋回路所能檢測到的最小位移，即與機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)同軸安裝的編碼盤發(fā)出單個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度。 2.4.3分辨率 工業(yè)機(jī)器人精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指機(jī)器人手部實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異，用反復(fù)多次測試的定位結(jié)果的代表點(diǎn)與指定位置之間的距離來表示。重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位手部于同一目標(biāo)位置的能力，以實(shí)際位置值的分散程度來表示。實(shí)際應(yīng)用中常以重復(fù)測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差值的3倍來表示，它是衡量一列誤差值的密集度。 2.4.4作業(yè)范圍 工作范圍是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合，也叫做工作區(qū)域。因?yàn)槟┒瞬僮髌鞯男螤詈统叽缡嵌喾N多樣的，為了真實(shí)

32、地反映機(jī)器人的特征參數(shù)，一般工作范圍是指不安裝末端操作器的工作區(qū)域。工作范圍的形狀和大小是十分重要的，機(jī)器人在執(zhí)行某作業(yè)時(shí)可能會因?yàn)榇嬖谑植坎荒艿竭_(dá)的作業(yè)死區(qū)而不能完成任務(wù)。 2.4.5運(yùn)動速度 運(yùn)動速度影響機(jī)器人的工作效率和運(yùn)動周期，它與機(jī)器人所提取的重力和位置精度均有密切的關(guān)系。運(yùn)動速度高，機(jī)器人所承受的動載荷增大，必將承受著加減速時(shí)較大的慣性力，影響機(jī)器人的工作平穩(wěn)性和位置精度。就目前的技術(shù)水平而言，通用機(jī)器人的最大直線運(yùn)動速度大多在1000 mm/s以下，最大回轉(zhuǎn)速度一般不超過120/s。 最大工作速度，有的廠家指工業(yè)機(jī)器人自由度上最大的穩(wěn)定速度，有的廠家指手臂大合成速度，通常歐

33、洲技術(shù)參數(shù)中就有說明。工作速度越高，工作效率就越高。但是，工作速度越高就要花費(fèi)更多的時(shí)間去升速或降速。 2.4.6承載能力 承載能力是指機(jī)器人在作業(yè)范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。承載能力不僅取決于負(fù)載的質(zhì)量，而且與機(jī)器人運(yùn)行的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見，承載能力這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運(yùn)行時(shí)的承載能力。承載能力不僅指負(fù)載，而且包括了機(jī)器人末端操作器的質(zhì)量根據(jù)承載能力不同工業(yè)機(jī)器人大致分為： 1.微型機(jī)器人—承載能力為1N以下； 2.小型機(jī)器人—承載能力不超過105N； 3.中型機(jī)器人—承載能力為105—106N； 4.大型機(jī)器人承載能力為106—107N； 5

34、.重型機(jī)器人—承載能力為107N以上。 2.5 工業(yè)機(jī)器人的類型 機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，典型機(jī)器人的運(yùn)動特征是用其坐標(biāo)特性來描述。按結(jié)構(gòu)特征來分，工業(yè)機(jī)器人通?？梢苑譃橹苯亲鴺?biāo)機(jī)器人、柱面坐標(biāo)機(jī)器人、極坐標(biāo)機(jī)器人、多關(guān)節(jié)型機(jī)器人、并連關(guān)節(jié)型等機(jī)器人。 圖 2-5 工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)形式類型 2.5.1直角坐標(biāo)機(jī)器人 直角坐標(biāo)機(jī)器人是指在工業(yè)應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制的、可重復(fù)編程的、在空間上具有相互垂直關(guān)系的三個(gè)獨(dú)立自由度的多用途機(jī)器人，結(jié)構(gòu)見圖2-6。 圖2-6 直角坐標(biāo)機(jī)器人 從圖中可以看出，機(jī)器人在空間坐標(biāo)系中有三個(gè)相互垂直的移動關(guān)節(jié)X/Y/Z，每個(gè)關(guān)節(jié)都可以在獨(dú)立

35、的方向移動。直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點(diǎn)是直線運(yùn)動、其控制簡單。缺點(diǎn)是靈活性較差，自身占據(jù)空間較大。目前，直角坐標(biāo)機(jī)器人可以非常方便的用于各種自動化生產(chǎn)線中，可以完成諸如焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、檢測、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、噴涂、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。 直角坐標(biāo)機(jī)器人是以XYZ統(tǒng)為基本數(shù)學(xué)模型，以、為驅(qū)動的單軸為基本工作單元，以滾珠絲桿、同步皮帶、齒輪為常用的傳動方式所架構(gòu)起來的機(jī)器人系統(tǒng)，可以完成在XYZ中任意一點(diǎn)的到達(dá)和遵循可控的運(yùn)動軌跡。 直角坐標(biāo)機(jī)器人采用運(yùn)動控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對其的驅(qū)動及編程控制，直線、曲線等運(yùn)動軌跡的生成為多點(diǎn)方式，操作及編程方式為引導(dǎo)示教編程方式或

36、坐標(biāo)定位方式。 特點(diǎn)： 1、運(yùn)動，每個(gè)運(yùn)動自由度之間的空間夾角為直角； 2、自動控制的，可重復(fù)編程，所有的運(yùn)動均按程序運(yùn)行； 3、一般由、、、操作工具等組成。 4、靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。 5、高可靠性、高速度、高精度。 6、可用于惡劣的環(huán)境，可長期工作，便于操作維修。 2.5.2柱面坐標(biāo)機(jī)器人 柱面坐標(biāo)機(jī)器人是指軸能夠形成圓柱坐標(biāo)系的機(jī)器人，如圖2-7所示。其結(jié)構(gòu)主要由一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)座形成的轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)和垂直、水平移動的兩個(gè)移動關(guān)節(jié)構(gòu)成。柱面坐標(biāo)機(jī)器人末端執(zhí)行器的姿態(tài)由（z、r、θ）決定。柱面坐標(biāo)機(jī)器人具有空間結(jié)構(gòu)小，工作范圍大，末端執(zhí)行器速度高、控制簡單、運(yùn)

37、動靈活等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)在于工作時(shí)，必須有沿r軸線前后方向的移動空間，空間利用率低。 圓柱坐標(biāo)手臂看起來有點(diǎn)像一個(gè)機(jī)器人升降機(jī)。它的工作行程類似一個(gè)后壁圓筒，這也是它名稱的由來。像旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)和極坐標(biāo)手臂一樣，它的肩關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動也是通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)底盤來實(shí)現(xiàn)的。 前臂安裝在一個(gè)類似升降機(jī)的裝置上面，前臂沿著圓柱提升和下降，捉取不同高度的物體。為了讓手臂可以捉取三維空間里面的物體，前臂上面配備了一個(gè)和極坐標(biāo)手臂相似的伸展關(guān)節(jié)。 圖2-7 柱面坐標(biāo)機(jī)器人 2.5.3極坐標(biāo)機(jī)器人 極坐標(biāo)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖2-8所示，一般由兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動關(guān)節(jié)構(gòu)成，其軸線按極坐標(biāo)配置，R為移動坐標(biāo)，β是手臂在鉛

38、垂面內(nèi)的擺動角，θ是繞手臂支撐底座垂直的轉(zhuǎn)動角。這種機(jī)器人運(yùn)動所形成的軌跡表面是半球面，所以又稱為球坐標(biāo)型機(jī)器人。 圖2-8 極坐標(biāo)機(jī)器人 極坐標(biāo)機(jī)器人同樣占用空間小，操作靈活且范圍大，但運(yùn)動學(xué)模型較復(fù)雜，難以控制。 極坐標(biāo)手臂的工作行程是一個(gè)半球的形狀。和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)手臂差不多，極坐標(biāo)手臂同樣也可以非常靈活地捉取散落在機(jī)器人身邊的各種物體。 像旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)手臂一樣，轉(zhuǎn)盤帶動著整個(gè)手臂的旋轉(zhuǎn)。這個(gè)功能有點(diǎn)類似肩關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動。極坐標(biāo)手臂的肩關(guān)節(jié)無法伸展和彎曲，第二個(gè)自由度的肘關(guān)節(jié)可以控制前臂的上下運(yùn)動。第三個(gè)自由度實(shí)現(xiàn)的是前臂的各種伸展運(yùn)動。前臂“內(nèi)部”關(guān)節(jié)的伸縮帶動著夾持器在機(jī)器人上收放。如

39、果沒有前臂內(nèi)部的關(guān)節(jié)，手臂只能捉取放在前面的一個(gè)有限的二維圓周里面的物體。 極坐標(biāo)手臂通常用于工業(yè)機(jī)器人，這種類型的手臂非常適合作為一個(gè)固定設(shè)備使用。為了增加靈活性也可以把它們安裝在移動式機(jī)器人上面。 2.5.4多關(guān)節(jié)型機(jī)器人 關(guān)節(jié)機(jī)器人，也稱關(guān)節(jié)手臂機(jī)器人或關(guān)節(jié)，是當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一種機(jī)器人。多關(guān)節(jié)型機(jī)器人按照關(guān)節(jié)的構(gòu)型又可分為垂直多關(guān)節(jié)型和水平多關(guān)節(jié)型機(jī)器人。垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人主要由機(jī)座和多關(guān)節(jié)臂組成，目前常見的關(guān)節(jié)臂是3-6個(gè)， 6關(guān)節(jié)臂機(jī)器人其結(jié)構(gòu)如圖2-9所示。 圖2-9 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人 由上圖可知，這類機(jī)器人由多個(gè)旋轉(zhuǎn)和擺動關(guān)節(jié)組成，其結(jié)構(gòu)緊湊、工作

40、空間大、動作接近人類，工作時(shí)能繞過機(jī)座周圍的一些障礙物，對裝配、噴涂、焊接等多種作業(yè)都有良好的適應(yīng)性，且適合電機(jī)驅(qū)動，關(guān)節(jié)密封、防塵比較容易。水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人，也稱SCARA（Selective Copmliance Assembly Robot Arm）。 SCARA是一種水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人，結(jié)構(gòu)如圖2-10。這類機(jī)器人一般具有四個(gè)軸和四個(gè)運(yùn)動自由度，它的第一，二，四軸具有轉(zhuǎn)動特性，第三軸具有線性移動特性，并且第三軸和第四軸可以根據(jù)工作需要的不同，制造成相應(yīng)多種不同形態(tài)。 圖2-10 水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人 SCARA機(jī)器人特點(diǎn)在于作業(yè)空間與占地面積比很大，使用起來方便；在垂直升降方向剛性好

41、，尤其適合平面裝配作業(yè)。目前，SCARA機(jī)器人廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品工業(yè)、汽車工業(yè)、塑料工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域，用以完成搬取、裝配、噴涂和焊接等操作。 優(yōu)點(diǎn)： 有很高的自由度，5~6軸，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作 可以自由編程，完成全自動化的工作 提高生產(chǎn)效率，可控制的錯(cuò)誤率 代替很多不適合人力完成、有害身體健康的復(fù)雜工作，比如，汽車外殼點(diǎn)焊 缺點(diǎn)： 價(jià)格高，導(dǎo)致初期投資的成本高 生產(chǎn)前的大量準(zhǔn)備工作，比如，編程和計(jì)算機(jī)模擬過程的時(shí)間耗費(fèi)長 2.6 工業(yè)機(jī)器人的控制方式 工業(yè)機(jī)器人根據(jù)控制方式的不同可以分為伺服控制機(jī)器人和非伺服控制機(jī)器人兩種。機(jī)器人運(yùn)動控制

42、系統(tǒng)最常見的方式就是伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)是指精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)，在很多情況下，機(jī)器人伺服系統(tǒng)的作用是驅(qū)動機(jī)器人機(jī)械手準(zhǔn)確地跟隨系統(tǒng)輸出位移指令，達(dá)到位置的精確控制和軌跡的準(zhǔn)確跟蹤。 伺服控制機(jī)器人又可細(xì)分為連續(xù)軌跡控制類和點(diǎn)位控制機(jī)器人。點(diǎn)位方式控制機(jī)器人其運(yùn)動為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的直線運(yùn)動。連續(xù)軌跡控制機(jī)器人其運(yùn)動軌跡可以使空間的任意連續(xù)曲線。 2.7 工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動方式 根據(jù)能量轉(zhuǎn)換方式的不同，工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動類型可以劃分為液壓驅(qū)動、氣壓驅(qū)動、電力驅(qū)動和新型驅(qū)動四種類型。 1.氣壓驅(qū)動 具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)。適于在中、小負(fù)荷的機(jī)器人中采用

43、。但因難于實(shí)現(xiàn)，多用于程序控制的機(jī)械人中，如在上、下料和沖壓機(jī)器人中應(yīng)用較多。 2.液壓驅(qū)動 由于是一種比較成熟的技術(shù)。它具有動力大、力(或力矩)與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動等特點(diǎn)。適于在大，慣量大以及在防焊環(huán)境中工作的這些機(jī)器人中應(yīng)用。但液壓系統(tǒng)需進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換(電能轉(zhuǎn) 換成液壓能)，速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調(diào)速，效率比電動驅(qū)動系統(tǒng)低。液壓系統(tǒng)的液體泄泥會對環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪聲也較高。因這些弱點(diǎn)，近年來，在負(fù)荷為100kz以下的機(jī)器人中往往被電動系統(tǒng)所取代。 3.電力驅(qū)動 由于低慣量，大轉(zhuǎn)矩交、及其配套的伺服驅(qū)動器(交流變頻器、直流調(diào)制器)的廣泛采用，這類驅(qū)動系統(tǒng)在機(jī)器

44、人中被大量選用。這類系統(tǒng)不需能量轉(zhuǎn)換，使用方便，控制靈活。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動機(jī)構(gòu)。直流不能直接用于要求防爆的環(huán)境中，成本也較上兩種驅(qū)動系統(tǒng)的高。但因這類驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)比較突出，因此在機(jī)器人中被廣泛的選用。 4.新型驅(qū)動 伴隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了利用新的工作原理制造的新型驅(qū)動器，如靜電驅(qū)動器、壓電驅(qū)動器、形狀記憶合金驅(qū)動器、人工肌肉及光驅(qū)動器等。 第三章 工業(yè)機(jī)器人工作站集成方案設(shè)計(jì) 3.1 工業(yè)機(jī)器人工作站總體方案 3.1.1 工業(yè)機(jī)器人工作站 本設(shè)計(jì)的工作站綜合了自動控制、位置控制、電機(jī)控制、氣動控制、可編程控制器、傳感器等技術(shù)，該裝置由ABB工業(yè)機(jī)器人、控制

45、器及機(jī)器人示教盒、工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)單元、工業(yè)機(jī)器人軌跡繪制單元、工業(yè)機(jī)器人碼垛單元、工業(yè)機(jī)器人打磨拋光單元、工業(yè)機(jī)器人手爪、安全單元、電器控制系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、機(jī)器人工作臺等組成。通過更換抓取工裝可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的搬運(yùn)、碼垛、軌跡模擬畫圖、打磨拋光等功能。 圖3-1 工業(yè)機(jī)器人工作站集成原理圖 3.1.2 工業(yè)機(jī)器人工作站的技術(shù)參數(shù) 1.輸入電源:AC220V10%(單相三線)； 2.整體功率：<1kVA； 3.外形尺寸：160014001500mm； 4.氣源壓力：0.4～0.6MPa。 5.工作環(huán)境：溫度-5C～+40C；濕度85%（25C）；海拔＜4000m； 6.安全

46、保護(hù)：具有漏電保護(hù)，安全符合國家標(biāo)準(zhǔn) 7.重量：150Kg 3.1.3 工業(yè)機(jī)器人工作站集成材料 圖3.1 工業(yè)機(jī)器人工作站集成材料清單 序號 名稱 規(guī)格 數(shù)量 單位 品牌 1 工業(yè)機(jī)器人 含IRB120-3/0.6六自由度3Kg工業(yè)機(jī)器人本體、IRC5控制器、示教器 5 套 ABB 2 機(jī)器人搬運(yùn)單元 包括網(wǎng)格坐標(biāo)機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)工件、搬運(yùn)手爪工裝 5 套 康尼 2.1 網(wǎng)格坐標(biāo)機(jī)構(gòu) 由鋁型材搭建 5 套 康尼 2.2 搬運(yùn)工件 尺寸φ2420mm 鋁制工件 45 個(gè) 康尼 3 機(jī)器人軌跡繪制單元 包括軌跡畫圖機(jī)構(gòu)、畫筆

47、工裝 5 套 康尼 3.1 軌跡畫圖機(jī)構(gòu) 畫圖板尺寸：21630115mm(配1個(gè)擦板) 5 套 康尼 4 機(jī)器人碼垛單元 包括44倉儲庫、皮帶傳送機(jī)構(gòu)、工件（φ6060mm）和母體工裝等 5 套 康尼 4.1 44倉儲庫 主體由鋁型材搭建，庫位容量16個(gè) 5 套 康尼 4.2 皮帶傳送機(jī)構(gòu) 直流電機(jī)驅(qū)動，電壓DC24V。皮帶傳動，傳動速度20米/min 5 套 康尼 4.3 工件 外形φ6060mm ，材質(zhì)：尼龍 80 個(gè) 康尼 5 機(jī)器人打磨拋光單元 包括拋光機(jī)構(gòu)、打磨拋光工裝等 5 套 康尼 5.1 拋

48、光機(jī)構(gòu) 被拋光工件材料：不銹鋼。固定臺主體采用鋁型材制作。 5 套 康尼 6 機(jī)器人手爪 5 套 康尼 6.1 母體工裝 主要由氣爪、手指、光線放大器感應(yīng)頭、導(dǎo)電電極、真空氣路等組成。 5 套 康尼 6.2 搬運(yùn)手爪工裝 氣路自動對接，無需人工輔助 5 套 康尼 6.3 畫筆工裝 畫筆采用軟筆 5 套 康尼 6.4 打磨拋光工裝 直流電機(jī)驅(qū)動，毛氈拋光輪 5 套 康尼 7 安全單元 由型材、茶色有機(jī)玻璃、光幕組成。 5 套 康尼 8 電控系統(tǒng) 5 套 康尼 8.1 PLC FX2N-64MR-

49、D 5 個(gè) 三菱 8.2 光電開關(guān) E3Z-LS61 5 個(gè) 歐姆龍 8.3 光纖傳感器 BF3RX+FT-320-05（反射型） 5 個(gè) AUTONICS 8.4 直流電機(jī) Z2D10-24GN 2GN18K 功率：10W 減速比18：1 5 個(gè) 中大 8.5 直流電機(jī) ZYTD-38SRZ-R 空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：4000RPM 功率：7W 電源：24V額定轉(zhuǎn)數(shù)：1700額定轉(zhuǎn)矩750 5 個(gè) 正科 8.6 開關(guān)電源 DR-120-24 DC24V,5A 5 個(gè) 明緯 8.7 光幕 DQA30/10-290 檢測距離0

50、.3-3米光幕高度290mm,光束30個(gè) 5 套 戴迪斯科光電 8.8 接觸器 LC1-D18M7C 5 個(gè) 施耐德 8.9 漏電保護(hù)器 DZ47-60 3P C32 5 個(gè) 正泰 8.10 電源開關(guān)、急停按鈕、開關(guān)等 LA42HD-11/24V RG 5 套 天逸 9 氣動系統(tǒng) 5 套 康尼 9.1 單電控兩位五通電磁閥 4V210-06-B DC24V 10 個(gè) 亞德客 9.2 真空吸盤 ZPR20BN-40-B6 5 個(gè) SMC 9.3 真空發(fā)生器 VN-05-H-T2-PQ1-VQ1-R01 5

51、 個(gè) FESTO 9.4 數(shù)字式壓力開關(guān) ZSE30A-01-P-LA1 5 個(gè) SMC 9.5 空氣過濾減壓閥 AC2000-A 5 個(gè) 亞德客 9.6 底座 200M-2F 可以安裝6個(gè)電磁閥 5 個(gè) 亞德客 9.7 靜音空氣壓縮機(jī) FB-95/7型（5臺共用1個(gè)氣泵） 1 個(gè) 風(fēng)暴 10 工作臺 鋁型材和鈑金焊接構(gòu)成 5 套 康尼 11 附件 5 套 康尼 12 安裝調(diào)試 13 運(yùn)輸 3.2 工業(yè)機(jī)器人的本體 工業(yè)機(jī)器人的本體由IRB120機(jī)器人、機(jī)器人控制器、示教盒

52、組成。機(jī)器人本體通過配備氣爪及手指、吸盤、畫筆、拋光輪等執(zhí)行件相應(yīng)地完成物件的抓取、放置、軌跡模擬畫圖、打磨拋光等操作。機(jī)器人本體由六自由度關(guān)節(jié)組成，抓取物體重量≤3kg。固定在型材實(shí)訓(xùn)桌上，活動范圍半徑大于580mm，角度不小于330，機(jī)器人本體具體參數(shù)如下表3.2所示。 圖3.2 工業(yè)機(jī)器人本體性能參數(shù) 形式 單位 規(guī)格值 機(jī)種 6軸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格 動作自由度 6 安裝姿勢 地板、垂吊 活動范圍半徑 mm 580 周圍溫度 ℃ 0～40 本體重量 kg 25 位置往返精度 mm 0.01 可搬重量 kg 3（額定） 集成信號源

53、 手腕設(shè)10路信號 集成氣源 bar 5 防護(hù)等級 P30 動作范圍 軸1旋轉(zhuǎn) 度 330（-165～+165） 軸2手臂 220（-110～+110） 軸3手臂 160（-90～+70） 軸4手腕 320（-160～+160） 軸5彎曲 240（-120～+120） 軸6翻轉(zhuǎn) 800（-400～+400） 最大速度 軸1旋轉(zhuǎn) 度/秒 250 軸2手臂 250 軸3手臂 250 軸4手腕 320 軸5彎曲 320 軸6翻轉(zhuǎn) 420 3.3 工業(yè)機(jī)器人的控制柜 ABB工業(yè)機(jī)器人控制器包含兩個(gè)模塊，控制模塊和驅(qū)動模塊，兩個(gè)模

54、塊通常合并在一個(gè)控制器機(jī)柜中，控制模塊包含主機(jī)、I/O 電路板和閃存等所有的電子控制裝置，運(yùn)行操作機(jī)器人（即RobotWare系統(tǒng)）所需的所有軟件。驅(qū)動模塊包含為機(jī)器人電機(jī)供電的所有電源電子設(shè)備。IRC5驅(qū)動模塊最多可包含9個(gè)驅(qū)動單元，它能處理6根內(nèi)軸以及2根普通軸或附加軸。使用一個(gè)控制器運(yùn)行多個(gè)機(jī)器人時(shí)，必須為每個(gè)附加的機(jī)器人添加額外的驅(qū)動模塊，但只需使用一個(gè)控制模塊。 圖3-2 ABB工業(yè)機(jī)器人控制柜 3.4 工業(yè)機(jī)器人的示教器 ABB工業(yè)機(jī)器人示教器是進(jìn)行機(jī)器人的手動操縱、程序編寫、參數(shù)配置以及監(jiān)控用的手持裝置，示教器用于執(zhí)行與操作機(jī)器人系統(tǒng)有關(guān)的許多任務(wù)，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下

55、持續(xù)運(yùn)作，是我們最常打交道的控制裝置，其觸摸屏易于清潔，且防水、防油、防濺錫。ABB工業(yè)機(jī)器人示教器由硬件和軟件組成，其本身就是一臺完整的計(jì)算機(jī)，通過集成線纜和接頭連接到控制器。但操作示教器時(shí)，通常會手持該設(shè)備。慣用右手者用左手持設(shè)備，右手在觸摸屏上執(zhí)行操作。而慣用左手者可以輕松通過將顯示器旋轉(zhuǎn)180 度，使用右手持設(shè)備。 圖3-3 ABB工業(yè)機(jī)器人示教器 3.5 工業(yè)機(jī)器人的手爪 1.母體工裝 母體工裝直接安裝在機(jī)器人上，可以直接抓取其他3種工裝進(jìn)行作業(yè)，也可以直接抓取方形工件進(jìn)行搬運(yùn)入庫工作。母體工裝主要由氣爪、手指、光線放大器感應(yīng)頭、導(dǎo)電電極、真空氣路等組成。母體工

56、裝在抓取打磨拋光工裝和真空吸盤工裝時(shí)，電路和氣路能夠自動對接，無需人工輔助。 圖3-4 ABB工業(yè)機(jī)器人母體工裝 2.搬運(yùn)手爪工裝 由母體工裝和真空吸盤工裝組成，氣路自動對接，無需人工輔助。通過真空吸盤吸附來搬運(yùn)工件。 圖3-5 ABB工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)工裝 3.畫筆工裝 由母體工裝和畫筆工裝組成。畫筆采用軟筆。通過機(jī)器人驅(qū)動，在畫圖板上畫各樣的形狀，模擬軌跡焊接。 畫筆 畫筆工裝 母體工裝 圖3-6 ABB工業(yè)機(jī)器人畫筆工裝 4.打磨拋光工裝 由母體工裝和打磨拋光工裝組成。通過直流電機(jī)驅(qū)動毛氈拋光輪對工件面面進(jìn)行模擬拋光。 毛氈拋光輪 直流電機(jī)

57、 打磨拋光工裝 母體工裝 圖3-7 ABB工業(yè)機(jī)器人打磨拋光工裝 3.6 工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)機(jī)構(gòu) 1.工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)單元 該單元由網(wǎng)格坐標(biāo)機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)工件、搬運(yùn)手爪工裝等組成。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人通過與之配套的手爪實(shí)現(xiàn)在該單元的物料搬運(yùn)。網(wǎng)格坐標(biāo)機(jī)構(gòu)如圖3-8所示，通過絲網(wǎng)印刷將網(wǎng)格印制在鋁板上，網(wǎng)格間距3030mm。工件標(biāo)配9個(gè)圓形工件，尺寸φ2420mm。工件上印1～9數(shù)字號碼。 圖3-8 ABB工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)單元 2.工業(yè)機(jī)器人軌跡繪制單元 該單元由軌跡畫圖機(jī)構(gòu)、畫筆工裝等組成。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人通過與之配套的手爪實(shí)現(xiàn)在該單元的模擬軌跡繪圖。畫圖板通過快速鎖緊螺釘壓緊，有利于

58、畫圖板損壞時(shí)快速更換。 標(biāo)準(zhǔn)畫圖板 快速壓緊螺釘 圖3-9 ABB工業(yè)機(jī)器人軌跡繪制單元 3.工業(yè)機(jī)器人碼垛單元 該單元主要由44庫位、皮帶傳送機(jī)構(gòu)、工件（φ6060mm）和母體工裝等組成。人工將工件機(jī)器人通過與之配套的手爪實(shí)現(xiàn)將皮帶輸送機(jī)構(gòu)傳動過來的物料送到4x4倉儲庫中碼垛，該倉儲庫主體由鋁型材搭建，庫位容量16個(gè)，庫位尺寸70120mm, 倉儲庫總體尺寸534520120mm。 圖3-10 ABB工業(yè)機(jī)器人碼垛單元 4.皮帶傳送機(jī)構(gòu) 該送料機(jī)構(gòu)人工放料，放料處的光電傳感器感應(yīng)到物體時(shí)，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，驅(qū)動皮帶轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使工件向前運(yùn)動。當(dāng)工件運(yùn)動到待抓取位

59、時(shí)，待抓取位的光電傳感器感應(yīng)到物體，通知機(jī)器人來抓取工件。 圖3-11 ABB工業(yè)機(jī)器人皮帶機(jī)構(gòu) 5.工業(yè)機(jī)器人打磨拋光單元 該單元由拋光機(jī)構(gòu)、打磨拋光工裝等組成。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人通過與之配套的手爪實(shí)現(xiàn)在該單元的模擬打磨拋光。被拋光工件采用不銹鋼。固定臺主體采用鋁型材制作。 圖3-12 ABB工業(yè)機(jī)器人打磨機(jī)構(gòu) 3.7 工業(yè)機(jī)器人的安全單元 安全單元主要包括了安全器件安裝支架，安全光幕傳感器，安裝在設(shè)備前后側(cè)方便設(shè)備調(diào)試和學(xué)員學(xué)習(xí)，工作臺的兩邊側(cè)面采用安全玻璃對設(shè)備進(jìn)行防護(hù)。 圖3-13 ABB工業(yè)機(jī)器人安全單元 3.8 工業(yè)機(jī)器人的電氣系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)主要由

60、可編程控制器、線槽、電線、接線端子、主令電氣、檢測傳感器等組成。具有接地保護(hù)、斷電保護(hù)、漏電保護(hù)功能，安全性符合相關(guān)的國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。安裝電器的網(wǎng)孔板可以抽出，方便接線。 3.9 工業(yè)機(jī)器人的氣動系統(tǒng) 主要由氣泵、電磁閥、電磁閥底座、氣爪、真空發(fā)生器、真空吸盤、油水分離器、氣管、接頭、節(jié)流閥等組成，負(fù)責(zé)設(shè)備的供氣。 3.10 工業(yè)機(jī)器人的工作臺 工作臺下部采用鋼焊接而成，帶有腳輪和腳杯，涂白漆；單個(gè)工作臺外形大體尺寸為：長1600*寬1400*高800mm；機(jī)器人安裝底板采用鋼板固定；工作臺分上下兩層，上層用于安放機(jī)器人和操作對象，下層通過隔板分為前后兩個(gè)區(qū)域，下層一側(cè)帶有網(wǎng)孔板抽屜，用于安

61、裝電氣系統(tǒng)，具有收拉功能。 工作臺前后都雙開門和配備散熱風(fēng)機(jī)，方便機(jī)器人等控制柜的安裝和散熱。 工作臺四各角落裝有立柱，方便安裝安裝安全光幕和防護(hù)玻璃。 第四章 工業(yè)機(jī)器人工作站集成安裝與維護(hù) 4.1工業(yè)機(jī)器人的搬運(yùn) ABB工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)輸一般是木箱包裝，包括底板和外殼。底板是包裝箱承重部分，與內(nèi)包裝物之間有固定，內(nèi)包裝物不會在底板上竄動，是起重機(jī)或叉車搬運(yùn)的受力部分。箱體外殼及上蓋只起防護(hù)作用，承重有限，包裝箱上不能放重物，不能傾倒，不能雨淋等。拆包裝前先檢查是否有破損，如有破損聯(lián)系運(yùn)輸單位或供應(yīng)商。使用電動扳手、撬杠、羊角錘等工具，先拆蓋，再拆殼，注意不要損壞箱內(nèi)物品。最后拆

62、除機(jī)器人與底板間的固定物，可能是鋼絲纏繞、長自攻釘、鋼釘?shù)?。核查零部件，根?jù)裝箱清單核查機(jī)器人系統(tǒng)零部件，一般包括機(jī)器人本體、控制柜、示教器、連接線纜、電源等。注意檢查外觀是否有損壞。機(jī)器人出廠時(shí)已調(diào)整到易于搬運(yùn)的姿態(tài)，可以用叉車或起重機(jī)搬運(yùn)，首先根據(jù)機(jī)器人重量選擇適當(dāng)承重的叉車或起重機(jī)，注意研究叉車或起吊繩位置，確保平衡穩(wěn)定。 圖4-1 IRB120工業(yè)機(jī)器人的裝運(yùn)姿態(tài) 如果機(jī)器人未固定在基座上并保持靜止，則機(jī)器人在整個(gè)工作區(qū)域中不穩(wěn)定。移動手臂會使重心偏移，這可能會造成機(jī)器人翻倒。然后裝運(yùn)姿態(tài)是最穩(wěn)定的位置，因此將機(jī)器人固定到其基座之前，切勿改變其姿態(tài)。 利用起重機(jī)用圓形吊帶吊

63、升機(jī)器人，在手臂上安裝一個(gè)吊環(huán)，并在其上掛住吊繩提升起來，將機(jī)器人移到其最穩(wěn)定的位置。有架臺時(shí)也用同樣方法。不同型號機(jī)器人，其提升姿態(tài)不同，如圖4-1所示。在機(jī)器人表面與圓形吊帶直接接觸的地方墊放厚布，搬運(yùn)過程人員均不得出現(xiàn)在懸掛載荷的下方，關(guān)閉機(jī)器人的所有電力、液壓和氣壓供給，用連接螺釘和墊圈安裝支架，以將上臂固定到底座上，如圖4-2所示。 圖4-2 IRB120工業(yè)機(jī)器人的吊升 4.2工業(yè)機(jī)器人的安裝 ABB工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)默認(rèn)配置為安裝到地面上，不考慮傾斜。在懸掛位置安裝機(jī)器人的方法與地面安裝基本相同，懸掛安裝可確保龍門吊或相應(yīng)結(jié)構(gòu)足夠堅(jiān)固，避免過度的振動和偏斜，以達(dá)到最佳性

64、能。如果機(jī)器人采用墻面安裝方式或者安裝在傾斜位置，則基坐標(biāo)系的X 方向應(yīng)指向下方，如圖4-13所示。 圖4-3 IRB120工業(yè)機(jī)器人基坐標(biāo)系的X 方向向下 如果以其他任何角度安裝機(jī)器人，則必須更新參數(shù)“Gravity Beta”。Gravity Beta 指定機(jī)器人的安裝角度，以弧度表示。正確配置Gravity Beta，以便機(jī)器人系統(tǒng)可以采用最佳的可行方法控制移動，錯(cuò)誤定義安裝角度(Gravity Beta) 會導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)過載、路徑性能和路徑精確度較低等。參數(shù) Gravity Beta 指定機(jī)器人的安裝角度，以弧度表示。按照以下方式進(jìn)行計(jì)算，Gravity Beta = Ax 3

65、./180 = B 弧度，其中A為以度為單位的安裝角度，B為以弧度為單位的安裝角度。 4.3工業(yè)機(jī)器人工作站電氣系統(tǒng)安裝 ABB工業(yè)機(jī)器人控制器主要由主計(jì)算機(jī)、軸計(jì)算機(jī)、伺服驅(qū)動板等構(gòu)成，各電控元件邏輯結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖4-4所示。 圖4-4 客戶連接電纜在上臂殼的位置 1.主計(jì)算機(jī)，相當(dāng)于電腦的主機(jī)，用于存放系統(tǒng)和數(shù)據(jù) 串口測量板。 圖4-5 ABB工業(yè)機(jī)器人主計(jì)算機(jī) 2.I/O 板，控制單元主板與 I/O LINK 設(shè)備、串行主軸、伺服軸、控制單元I/O板與顯示單元的連接。 圖4-6 ABB工業(yè)機(jī)器人I/O板 3.I/O 電源板，給I/O輸入輸出板提供電源。

66、 圖4-7 ABB工業(yè)機(jī)器人I/O電源板 4.電源分配板，給機(jī)器人各軸運(yùn)動提供電源。 圖4-8 ABB工業(yè)機(jī)器人電源分配板 5.軸計(jì)算機(jī)，每個(gè)機(jī)器人軸的轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)算。 圖4-9 ABB工業(yè)機(jī)器人軸計(jì)算機(jī) 6.安全面板，控制柜正常工作時(shí)，安全面板上所有指示燈點(diǎn)亮，急停按鈕從它這里接入。 圖4-10 ABB工業(yè)機(jī)器人安全面板 7.電容，充電和放電是電容器的基本功能。此電容用于機(jī)器人關(guān)閉電源后，保存數(shù)據(jù)后再斷電，相當(dāng)于延時(shí)斷電功能。 圖4-11 ABB工業(yè)機(jī)器人電容 8.機(jī)器人六軸的驅(qū)動器，驅(qū)動器用于驅(qū)動機(jī)器人各個(gè)軸的電機(jī)。 圖4-12 ABB工業(yè)機(jī)器人六軸的驅(qū)動器 9.機(jī)器人和控制柜上的動力線 圖4-13 ABB工業(yè)機(jī)器人和控制柜上的動力線 10.外部軸上的電池和 TRACK SMB 板，在控制柜斷電的情況下，可以保持相關(guān)的數(shù)據(jù)——具有斷電保持功能。 圖4-14 外部軸上的電池和TRACK SMB 板 4.4工業(yè)機(jī)器人的工作站維保