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工业机器人工作站

发布于:2019-10-07  |   作者:admin  |   已聚集:人围观

  第五章 工业机器人工作站 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 概述 工业机器人 工装夹具与变位机 工作站的气控系统 工作站的电气控制原理 工业机器人示教 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 工作站为例 概述 以一个摩托车车架焊接 一、焊接对象 由十个散件焊接成 摩托车车架 图 车 架 焊 缝 标 识 图 5-2 二、工作站的划分 ①散件夹紧机构不能干涉 划分原因 : 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 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 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。 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。 3.未端执行器(手爪)(专门设计) ? ? 4.其它 1)夹具体;2) 电焊机系统;3)辅助装置;4)安全装置 第二节 工业机器人 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 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 L 轴:D2→R2 U 轴:D3→R3 R 轴:D4→R4 B 轴:D5→R5 T 轴:D6→R6 腰旋转 340° 下臂摆 240° 上臂摆 270° 上臂转360° 手腕摆270° 手腕转400° 形成机器人工作 空间 基点P: R、B、T轴中心线之交点P 减速器: R1,R2,R3-RV摆线-扁平型谐波减速器 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: Z4 i? Z2 ? (Z4 ? Z 3 ) Z1 Z4 ? Z3 当 Z 4 ? Z3 ? 1时 Z3-摆线-行星轮 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 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 气控工作原理 : 工作站的气控系统 变位机定位锁紧回路 A夹具板气体汇流板 B夹具板气体汇流板 手控阀 ? ? ? ? ? ? ? ? 三联件 ? ? 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 直接控制: 序 对工作站进行控制。 PLC控制与机器人控制协调控制。 并行控制: 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 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5-29 2.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。 Qi Xi PC通知机器人 Yi Ii 机器人通知PC 3.PLC的外部接线输入信号接线图 Yi —机器人信号 SP4~SP11 —变位机、夹具板接近 开关 SP12~SP23 A、B夹具板各气缸 SP30~SP47 磁性开关 ? ? ? ? ? SA5,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 外部接线 PLC输入信号外部接线 PLC输出信号外部接线图 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 一、示教方式 工业机器人示教 示教是一种特殊的程序编制过程 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 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。 二、主程序和子程序 ? ? ? ?

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