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第一节概述第二节工业机器人第三节工装夹具与变位机第四节工作站的气控系统第五节工作站的电气控制原理第六节工业机器人示教第五章工业机器人工作站工业机器人工作站：进行简单作业，且使用一台或两台机器人的生产体系。工业机器人生产线：进行工序内容多的复杂作业，使用了两台以上机器人的生产体系。第一节概述以一个摩托车车架焊接工作站为例一、焊接对象由十个散件焊接成摩托车车架图5-2车架焊缝标识图二、工作站的划分划分结果：主管焊第一工作站—预点焊第二工作站—完成焊车架焊第三工作站—预点焊第四工作站—完成焊仅介绍第一工作站划分原因：①散件夹紧机构不能干涉②便于焊枪作业③焊接时间与辅助时间之和应满足年生产量要求图5-4摩托车车架焊接生产线总体布局图组成：机器人；机器人控制系统；变位机；夹具体；未端执行器；电焊机；辅助装置；气动系统等。1.机器人选型因素：驱动方式传动形式自由度数结构可搬重量工作空间按具体作业要求选本例选垂直关节型六自由度机器人。2.变位机（专门设计）运动数：决定于工件位置变化要求传动类型：电动（普通、伺服）、气动、液动取决于工件精度，作业精度、运动件大小及与机器人协调要求。结构形式：与工作站布局，用户要求、物流路线、生产纲领、工件重量、占地空间等。外部轴数：控制系统，协调运动有关。3.未端执行器（手爪）（专门设计）根据工件特点，作业要求及设计焊枪：送丝机经送丝管送焊丝焊丝正极、工件负极丝周围惰性保护气体冷却水冷却焊丝管、咀。4.其它1）夹具体；2）电焊机系统；3）辅助装置；4）安全装置可称万能工具（搬运、装配、弧焊、点焊、切割、研磨、喷涂等）一、技术参数（见表5－1）主要参数：可搬重量工作空间重复定位精度各轴最大旋转角度各轴最大旋转速度各轴许用扭转力矩选型相关因素：未端执行器重量工件大小作业条件工作站布局第二节工业机器人选型与其他设计：布局设计未端执行器设计夹具体设计变位机设计本例选：M－K6SB型选择可搬重量因素：末端执行器净重末端执行器重心偏移机器人最大速度及惯性选择工作空间因素：满足作业范围要求工件置于机器人的最佳作业位置二、机器人的传动与结构传动示意：S轴：D1→R1腰旋转340°L轴：D2→R2下臂摆240°U轴：D3→R3上臂摆270°R轴：D4→R4上臂转360°B轴：D5→R5手腕摆270°T轴：D6→R6手腕转400°基点P：R、B、T轴中心线之交点P减速器：R1，R2，R3－RV摆线针轮减速器R4，R6－谐波减速器R5－扁平型谐波减速器形成机器人工作空间传动示意工作空间图5-9六自由度机器人的传动和外观图图5-10机器人P点的工作空间示意图1.谐波减速器（1）基本构件内齿刚轮+外齿柔轮+波发生器（2）传动关系柔轮Zg刚轮Zb波发生器长轴处,柔、刚轮齿啮合短轴处，柔、刚轮齿脱开啮合柔轮齿圈任一点径向位移呈近似于余弦波形变化波发生器一周——柔轮反向转ΔZ/Zg周(3)扁平型谐波减速器实质：两级传动（共用柔轮、波发生器）传动比：第一级Zb1,Zg1；第二级Zb2,Zg2取Zg1=Zg2=Zb2∴i=-(Zb1-Zg1)/Zg特点：大大缩短减速器轴向长度（4）优点：传动比大；传动平稳、效率高齿面磨损小、均匀；精度高、回差小；实现同轴传动。2.RV摆线针轮减速器由一级行星轮系再串联一级摆线针轮减速器而成传动原理：一个输入轴齿轮带动周向分布的行星轮，与行星轮联接的偏心轴带动两个径向对置的RV摆线齿轮，在内齿为园柱销的固定壳体上滚动，其上的非圆柱销轴带动盘式输出轴转动。传动比：式中：Z1－小齿轮Z2－行星轮Z3－摆线轮Z4－壳体特点：比谐波传动速比大刚性大，GD2小同轴传动结构紧凑、效率高12434343412411ZZZiZZZZ)Z(ZZZZi时当3.S轴结构电机减速器安装在机器人底座内部电机与减速器壳连成一体，并与转动体连接。减速器输出盘与底座连接当电机转动，由于输出盘不动，迫使电机减速器带动转动体转动。旋转体与固定底座间用推力向心交叉短园柱滚子轴承。两个极限开关及死挡铁限制其极限位置。4.L轴和U轴结构图左侧为L轴电动机机器人下臂下端左侧与减速器输出盘连接右侧固连的小轴通过轴承支承在U轴连杆内减速器装在旋转体上极限位置安装极限挡块图右侧为U轴电动机减速器输出转盘与连杆连接下臂、上臂、拉杆和连杆构成平行四边形机构铰链中用园锥滚子轴承用闷盖调整轴承间隙、并密封5.R轴结构上臂前段用两圆锥滚子轴承支承于后段内；电机及减速器装于后段内，输出转盘与上臂前段连接；调节螺母用来调整轴承间隙。6.B轴和T轴结构B轴：◆T轴电机装于上臂前段内部◆手腕用一对园锥滚子轴承支承在上臂前部◆B轴电机—锥齿轮—同步齿形带—谐波减速器—手腕◆锥齿轮轴和B轴由向心球轴承支承T轴：◆T轴电机—锥齿轮—同步齿形带—锥齿轮—谐波减速器—手腕◆手腕轴由一对园锥滚子轴承支承在手腕体内◆手腕法兰连接未端执行器第三节工装夹具与变位机工装夹具使工件准确地重复定位变位机具有较高的重复定位精度一、工装夹具本例采用图5－24的夹具体形式，便于预置散件。又便于整体取出工件。预置散件顺序：①放入1＃、4＃件1＃件：V＋平块定位，弹簧确定周向位置4＃件：U＋V型定位②放入2＃件由1＃、4＃件及手动活塞顶块定位③放入6＃导缸前端磁铁及手动导杆定位④放入5＃件下端平台及4＃件定位夹紧顺序：①1＃下端定位缸动作②1＃上端导杆定位缸夹紧③4＃尾部定位缸夹紧④4＃二个旋转夹紧缸夹紧⑤其余气缸动作夹紧二、工件位置变换机用途：变换工件位置，使机器人焊枪位置最佳和避免焊枪与工件及夹具干涉。1.基本要求：①工件处于最佳位置；②满足所有作业位置要求；（特例人工处理）③较高重复定位精度；④缩短机器人等待时间；⑤足够强度和刚度；⑥导线及气管不缠绕；⑦电源负极尽量靠近工件；⑧振动大时，机器人与变位机底座连体。2.结构本例结构，三轴双支点型。（1）总体H型支架在转台上可旋转180°，人机换位。两套双支点支承两套夹具体。H型支架下方四个定位气缸支承定位。（2）转台交流伺服电机经减速器和一对外齿轮带动H型支架转动。0°、180°位设两套位置开关，超限开关和死挡块。导线及气管经转轴中心孔引至H支架处。底座内装柔性链式管路保护套。（3）双支点系统夹具体装在主、被动侧接手上；主动侧交流伺服电机经RV减速器驱动夹具体；主动侧极限位装死挡铁；被动侧轴中空，压力气体经活接头引入；电源负极在弹簧作用下，从轴颈引入；转轴前端装导线收集盘；被动侧装两个极限开关。第四节工作站的气控系统气控工作原理:变位机定位锁紧回路手控阀三联件A夹具板气体汇流板B夹具板气体汇流板手控阀关闭便于维修；三联件：滤除杂质、水分、调定压力、形成润滑油雾，其中压力继电器监测系统压力；四定位缸由一个换向阀控制；两个主管夹紧可同时动作，用一个换向阀；安装主弯管和角筋散件需手动送入，其阀中位机能可使两腔同时通大气；后四缸可同时动作，共用一阀；各缸均用出口节流型调速阀；各缸均用装在缸筒外表面的磁性开关检位。多采用软管及快插接头；导线、管路及元件需保护。气控原理图图5-28机器人工作站气动原理图第五节工作站的电气控制原理用机器人控制柜为主控装置，利用机器人控制程序对工作站进行控制。PLC控制与机器人控制协调控制。一、信号分析每一运动自身位置的信号（起始点），可形成映象（I）SP：接近开关输入信号SA：手动开关每一个运动的驱动指令及显示（Q）与机器人通讯输出信号经中间继电器作用于驱动元件直接控制：并行控制：二、电气控制原理机器人控制柜：控制机器人的各轴及外部轴，并经端子与其他设备通信。电气控制柜：控制除机器人控制内容之外的其他对象，并协调工作站工作。1.主电路分析合上工作站开关：电源指示灯HL3亮；电气柜风扇M1工作。SA2、SA3控制两个照明灯。SA1经KM使其他设备带电。220V：供PLC电源变压整流→直流24V→输入、输出模块110V供电磁铁用电（经中间继电器控制）380V：机器人控制柜电焊机图5-292.PLC与机器人通信两控制系统建立联系：将本系统状态通知对方，掌握他系统状态。QiXiPC通知机器人YiIi机器人通知PC3.PLC的外部接线图5－31输入信号接线图Yi—机器人信号SP4～SP11—变位机、夹具板接近开关SP12～SP23SP30～SP47SA5，SA6—双手起动按钮SA10～SA19—手动三位选择开关（自复位）图5－32输出信号接线图Xi—PC系统送机器人信号AA～AV—中间继电器触点A、B夹具板各气缸磁性开关图5-30外部接线图图5-32PLC输出信号外部接线图图5-31PLC输入信号外部接线图三、PLC控制程序手动调整程序自动循环程序故障检测程序复位程序主程序程序思路：双手按下启动按钮→I6.6和I6.7接通→A板或B板气缸依次夹紧夹具板装料完毕（Q0.4→机器人）预约由夹具板翻转次数信号→变位机松开→转台转动→Q0.7→转台定位待卸板气缸打开后，取出已焊工件。第六节工业机器人示教示教是一种特殊的程序编制过程一、示教方式1.直接对实机示教使用示教盒或导引把手示教盒用示教盒按动轴操作键，到达所需位置后记录一个示教点数据，同时形成一条运动指令。逐点示教之后，便构成作业程序的动作部分，最后加入相应的辅助作业命令（如起弧）。导引把手导引把手使未端执行器动作，记录一连贯动作数据，就构成了作业程序。特点：可靠效果好占用实机生产时间操作时安全性差2.间接对实机示教（离线示教或离线编程）实质：用CAD或仿真手段在图形模拟环境中示教，生成程序后传给实机。在普通微机或工程师工作站上进行。特点：不多占用实机生产时间但需较强的软件支持二、主程序和子程序主程序：管理所有作业程序的程序。主程序可以使机器人拥有多种作业程序、一经条件确认，便执行相应程序。执行后返回主程序。主、子程序关系见图5－33。无通用的机器人编程语言。