工業(yè)機(jī)器人技術(shù)基礎(chǔ)課件 模塊八工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用

模塊八工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用知識(shí)目標(biāo)了解碼垛機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、焊接機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域；了解碼垛機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人、焊接機(jī)器人的分類、特點(diǎn)及系統(tǒng)組成；熟悉工業(yè)機(jī)器人常用外圍設(shè)備及布局。技能目標(biāo)能根據(jù)項(xiàng)目的需求初步選擇合適的工業(yè)機(jī)器人；能為焊接機(jī)器人、裝配機(jī)器人等選擇合適的外圍配套設(shè)備。素養(yǎng)目標(biāo)夯實(shí)基礎(chǔ)，提升對(duì)知識(shí)的總結(jié)和深入思考的能力；培養(yǎng)工程意識(shí)、綠色生產(chǎn)意識(shí)，正確選用工業(yè)機(jī)器人及外圍配套設(shè)備；提升自主探究能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；通過(guò)工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用訓(xùn)練，提升勞動(dòng)精神和工匠精神。8.1碼垛機(jī)器人的應(yīng)用碼垛是指在工業(yè)生產(chǎn)中按照集成化、單元化的思想將原料、產(chǎn)品等按照特定模式堆碼成垛，構(gòu)建成單元化的物料垛，如圖8-4所示，從而實(shí)現(xiàn)原料、產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化存儲(chǔ)、搬運(yùn)、裝卸、運(yùn)輸?shù)攘魍ㄐ袆?dòng)。碼垛機(jī)器人是一種用來(lái)執(zhí)行碼垛任務(wù)的專用機(jī)器裝置，可以將已裝入容器（打包）的物體，按一定排列順序碼放在托盤、棧板（木質(zhì)、塑膠）上，從而實(shí)現(xiàn)原料、產(chǎn)品的自動(dòng)堆碼、多層堆碼，如圖8-5所示。碼垛完成后托盤、棧板可以由叉車轉(zhuǎn)運(yùn)至倉(cāng)庫(kù)儲(chǔ)存或進(jìn)行下一道工序。8.1碼垛機(jī)器人的應(yīng)用碼垛機(jī)器人是經(jīng)歷人工碼垛、碼垛機(jī)碼垛兩個(gè)階段而出現(xiàn)的自動(dòng)化碼垛作業(yè)智能化設(shè)備。與傳統(tǒng)的人工碼垛相比，碼垛機(jī)器人碼垛具有效率高、占地小、動(dòng)作靈活等特點(diǎn)，不僅可以改善勞動(dòng)環(huán)境，而且可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度，保障人身安全，降低生產(chǎn)能耗，減少輔助設(shè)備，從而提高總體勞動(dòng)生產(chǎn)率。碼垛機(jī)器人可以很方便地集成在任何生產(chǎn)線中，促使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)智能化、無(wú)人化、網(wǎng)絡(luò)化，廣泛應(yīng)用于紙箱、塑料箱、瓶類、袋類、桶裝、膜包產(chǎn)品及罐裝產(chǎn)品等行業(yè)。碼垛行業(yè)因碼垛機(jī)器人的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)制造的“新自動(dòng)化、新無(wú)人化”，步入了行業(yè)的“新起點(diǎn)”。8.1.1碼垛機(jī)器人的分類及特點(diǎn)1．碼垛機(jī)器人的分類

碼垛機(jī)器人結(jié)構(gòu)多種多樣，根據(jù)機(jī)械結(jié)構(gòu)的不同，碼垛機(jī)器人通常分為3種形式：直角坐標(biāo)式、關(guān)節(jié)式和龍門起重架式。

直角坐標(biāo)式碼垛機(jī)器人也稱桁架式碼垛機(jī)器人，如圖

8-7

所示，以xyz直角坐標(biāo)系統(tǒng)為基本運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型，通過(guò)伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的單軸機(jī)械臂為基礎(chǔ)工作單元，可以在xyz三維坐標(biāo)系中到達(dá)任意點(diǎn)，并完成可控的運(yùn)動(dòng)軌跡。這種形式的碼垛機(jī)器人機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)體剛性較強(qiáng)，負(fù)載能力強(qiáng)，適用于較重物料的碼垛。8.1.1碼垛機(jī)器人的分類及特點(diǎn)1．碼垛機(jī)器人的分類

關(guān)節(jié)式碼垛機(jī)器人通常包括4～6個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，行為動(dòng)作類似人手臂的行為動(dòng)作，具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間小、相對(duì)工作空間大、自由度高等特點(diǎn)，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，關(guān)節(jié)式碼垛機(jī)器人可以分為全關(guān)節(jié)架構(gòu)碼垛機(jī)器人、平行四邊形架構(gòu)碼垛機(jī)器人等。全關(guān)節(jié)架構(gòu)碼垛機(jī)器人如圖8-8所示，具有4～6個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，操作靈活，適用性很強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于箱類、瓶類、袋類、桶類、膜包產(chǎn)品及罐裝產(chǎn)品的碼垛。平行四邊形架構(gòu)碼垛機(jī)器人如圖8-9所示，通過(guò)鉸鏈結(jié)構(gòu)放大，構(gòu)成平行四邊形以提供較大的負(fù)載能力和較好的穩(wěn)定性，此種機(jī)器人零件數(shù)量多，安裝復(fù)雜，且沒(méi)有算法支持，可操作性較差，故多用作低端碼垛機(jī)器人。8.1.1碼垛機(jī)器人的分類及特點(diǎn)1．碼垛機(jī)器人的分類

龍門起重架式碼垛機(jī)器人是將機(jī)器人手臂裝在龍門起重架上，如圖8-10所示，其多采用模塊化結(jié)構(gòu)，可依據(jù)負(fù)載位置、大小等選擇對(duì)應(yīng)的直線運(yùn)動(dòng)單元及組合結(jié)構(gòu)形式，具有較大的工作范圍，能夠抓取較重的物料，可實(shí)現(xiàn)大噸位物料的搬運(yùn)和碼垛，通常采用直角坐標(biāo)系，編程方便快捷，廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)線轉(zhuǎn)運(yùn)及機(jī)床上下料等大批量生產(chǎn)過(guò)程。8.1.1碼垛機(jī)器人的分類及特點(diǎn)2．碼垛機(jī)器人的特點(diǎn)與傳統(tǒng)的人工碼垛、碼垛機(jī)碼垛相比，碼垛機(jī)器人碼垛主要特點(diǎn)如下。（1）碼垛機(jī)器人碼垛能力相比傳統(tǒng)的人工碼垛、碼垛機(jī)碼垛有質(zhì)的提升，可以改善工人勞動(dòng)條件，使其擺脫有毒、有害環(huán)境，提高生產(chǎn)效率，減輕了繁重的體力勞動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人或少人碼垛。（2）碼垛機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，構(gòu)成零部件少，穩(wěn)定性高，故障率較低，易于保養(yǎng)及維修，采購(gòu)成本和維護(hù)費(fèi)用低。（3）碼垛機(jī)器人的能源消耗低，電量消耗只有機(jī)械式碼垛機(jī)的五分之一，大大降低運(yùn)行成本。（4）碼垛機(jī)器人的手臂動(dòng)作范圍大，占地面積少，可以在狹窄的空間使用，場(chǎng)地使用效率高，資源浪費(fèi)小。（5）碼垛機(jī)器人的手臂可以同時(shí)處理多條生產(chǎn)線的產(chǎn)品碼垛。（6）碼垛機(jī)器人的操作簡(jiǎn)單，全部操作可在人機(jī)界面或示教器上完成，垛型及碼垛層數(shù)可任意設(shè)置，垛型整齊，方便儲(chǔ)存及運(yùn)輸。（7）碼垛機(jī)器人的更新部署方便，產(chǎn)品更新時(shí)，只需輸入新數(shù)據(jù)，重新計(jì)算后即可運(yùn)行，還可實(shí)現(xiàn)不同物料的碼垛，不需要硬件、設(shè)備上的改造設(shè)置，柔性高、適應(yīng)性強(qiáng)。8.1.2碼垛機(jī)器人的分類及特點(diǎn)與其他類型工業(yè)機(jī)器人一樣，碼垛機(jī)器人需要集成在各種生產(chǎn)線中，碼垛機(jī)器人作為碼垛單元，通常是一個(gè)獨(dú)立的柔性化系統(tǒng)。同其他類型工業(yè)機(jī)器人一樣，碼垛機(jī)器人系統(tǒng)也需要相應(yīng)的輔助設(shè)備，才能進(jìn)行碼垛作業(yè)。以關(guān)節(jié)式碼垛機(jī)器人為例，碼垛機(jī)器人主要由機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)、碼垛系統(tǒng)（氣體發(fā)生裝置、液壓發(fā)生裝置等）和安全保護(hù)系統(tǒng)等組成。8.1.2碼垛機(jī)器人的分類及特點(diǎn)1．機(jī)器人本體碼垛機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式與常規(guī)工業(yè)機(jī)器人一致，機(jī)器人本體由機(jī)械部分、控制部分、傳感部分組成。關(guān)節(jié)式碼垛機(jī)器人本體為多軸機(jī)器人，通常為4、5、6軸碼垛機(jī)器人，4軸碼垛機(jī)器人應(yīng)用較為普遍。碼垛任務(wù)主要在生產(chǎn)線末端進(jìn)行，碼垛機(jī)器人安裝在底座上，其位置的高低由生產(chǎn)線高度、托盤高度及碼垛層數(shù)共同決定。在大多數(shù)情況下，碼垛精度要求較低，比常見(jiàn)的機(jī)床上下料搬運(yùn)精度略低。8.1.2碼垛機(jī)器人的分類及特點(diǎn)2．控制系統(tǒng)與常規(guī)工業(yè)機(jī)器人基本一致，碼垛機(jī)器人的控制系統(tǒng)由運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)組成。針對(duì)碼垛任務(wù)，控制系統(tǒng)加強(qiáng)了與碼垛系統(tǒng)的聯(lián)系，增加了若干有利于碼垛任務(wù)的傳感器，比如行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等，同時(shí)，針對(duì)碼垛任務(wù)的特性，使控制算法得到了提升。在人機(jī)交互系統(tǒng)方面，人機(jī)交互設(shè)備通常包含示教器和碼垛任務(wù)人機(jī)界面，示教器可以完成機(jī)器人位置、軌跡等示教再現(xiàn)，人機(jī)界面更注重碼垛任務(wù)的集成性，可以設(shè)置碼垛任務(wù)的垛型、碼垛層數(shù)、位置等參數(shù)或者顯示碼垛任務(wù)狀態(tài)。有些碼垛機(jī)器人將示教器和人機(jī)界面結(jié)合在一起，更容易操作。8.1.2碼垛機(jī)器人的分類及特點(diǎn)3．碼垛系統(tǒng)根據(jù)碼垛任務(wù)的不同，碼垛系統(tǒng)的組成設(shè)備差別很大，但是組成結(jié)構(gòu)大致一樣。以常見(jiàn)的包裝袋碼垛機(jī)器人為例，如圖8-11所示，組成通常如下。（1）進(jìn)袋機(jī)構(gòu)：采用輸送機(jī)完成碼垛機(jī)進(jìn)袋任務(wù)。（2）轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)：按設(shè)定程序?qū)Πb袋做轉(zhuǎn)向編排。（3）排袋機(jī)構(gòu)：采用輸送機(jī)將編排好的包裝袋送至積袋機(jī)構(gòu)。（4）積袋機(jī)構(gòu)：采用輸送機(jī)集中編排好包裝袋。（5）碼垛機(jī)構(gòu)：采用機(jī)器人碼垛機(jī)構(gòu)完成碼垛作業(yè)。（6）托盤庫(kù)：存放編排好的包裝袋垛型。8.1.2碼垛機(jī)器人的分類及特點(diǎn)4．安全保護(hù)系統(tǒng)隨著碼垛機(jī)器人的普及，產(chǎn)生了許多安全問(wèn)題，問(wèn)題核心是如何兼顧碼垛效率和生產(chǎn)安全，主要原因是機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜帶來(lái)的靈活性下降和智能化程度不足導(dǎo)致可靠性和穩(wěn)定性不足。碼垛機(jī)器人的安全保護(hù)系統(tǒng)通常分為以下兩種。（1）急停按鈕、安全門鎖、光電保護(hù)器、雙手按鈕等安全繼電器構(gòu)成的硬件保護(hù)系統(tǒng)。（2）多層安全傳感器、可編程安全控制模塊等組成的多段式控制系統(tǒng)。根據(jù)不同工作任務(wù)，碼垛機(jī)器人可能具有其中一種或多種安全保護(hù)系統(tǒng)，在兼顧生產(chǎn)安全的前提下，提高碼垛效率。8.1.2碼垛機(jī)器人的分類及特點(diǎn)5．輔助設(shè)備完整的集成化碼垛生產(chǎn)線，除了需要碼垛機(jī)器人和碼垛設(shè)備外，還需要一些周邊輔助設(shè)備協(xié)同工作，以常見(jiàn)的袋裝產(chǎn)品碼垛機(jī)器人為例，輔助設(shè)備有金屬檢測(cè)機(jī)、質(zhì)量復(fù)檢機(jī)、自動(dòng)剔除機(jī)、倒袋機(jī)、整形機(jī)、待碼輸送機(jī)、傳送帶裝置等。8.1.2碼垛機(jī)器人的分類及特點(diǎn)6．碼垛機(jī)器人布局碼垛機(jī)器人及碼垛系統(tǒng)構(gòu)成了碼垛機(jī)器人工作站，碼垛機(jī)器人工作站的布局以提高生產(chǎn)效率、改善勞動(dòng)環(huán)境、節(jié)約作業(yè)場(chǎng)地、實(shí)現(xiàn)最優(yōu)垛型為目的。在實(shí)際碼垛作業(yè)中，常見(jiàn)的碼垛工作站布局主要有全面式碼垛和集中式碼垛兩種布局形式。全面式碼垛布局是指將碼垛機(jī)器人安裝在生產(chǎn)線末端，如圖8-12所示，可同時(shí)完成多條生產(chǎn)線的碼垛任務(wù)，這種布局方式更適應(yīng)生產(chǎn)線，自由度較高，同時(shí)具有較小的輸送線成本與作業(yè)占地面積，使得整個(gè)生產(chǎn)線具有更大的操作靈活性，可以進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率，增加產(chǎn)量。集中式碼垛布局是指將生產(chǎn)線中的碼垛機(jī)器人集中安裝在某一區(qū)域，如圖8-13所示，可以將所有生產(chǎn)線集中到此區(qū)域，輸送線路往往較長(zhǎng)，具有較高的輸送線成本，但此種功能化布局的方式，可以節(jié)省生產(chǎn)區(qū)域資源，集中化碼垛區(qū)，使得碼垛操作任務(wù)高度集中，通常只需一人便可操控全部，從而大大節(jié)約人員成本。8.1.2碼垛機(jī)器人的分類及特點(diǎn)8.1.3編寫典型碼垛任務(wù)程序現(xiàn)有一批長(zhǎng)方體工件，每個(gè)工件長(zhǎng)度為30mm，寬度為12mm，高度為12mm，如圖8-14所示，通過(guò)工業(yè)機(jī)器人碼垛程序的編寫，了解碼垛的垛型，掌握FOR循環(huán)指令的使用和表達(dá)式的編輯的方法，利用工業(yè)機(jī)器人將2行、4列整齊擺放的8個(gè)工件（行間距為50

mm，列間距為75mm），重疊碼垛成2行、2列、2層的結(jié)構(gòu)（行間距為12

mm，列間距為16

mm）。8.2搬運(yùn)機(jī)器人的應(yīng)用搬運(yùn)作業(yè)是工業(yè)領(lǐng)域中常用的作業(yè)方式，是一種使設(shè)備用握、持、抓、吸等動(dòng)作作用于工件，并使工件從一個(gè)加工位置移動(dòng)到另一個(gè)加工位置的過(guò)程。搬運(yùn)機(jī)器人是可以進(jìn)行自動(dòng)化搬運(yùn)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人。搬運(yùn)機(jī)器人與碼垛機(jī)器人類似，可以安裝不同的末端執(zhí)行器，完成各種形狀和狀態(tài)工件的搬運(yùn)工作，可以代替人類去完成工業(yè)生產(chǎn)中單調(diào)、頻繁和重復(fù)的機(jī)械性長(zhǎng)時(shí)間作業(yè)，通過(guò)編程使得其操作精度以及勞動(dòng)強(qiáng)度也大大地超越了人類，能完成人工所不能完成的工作，大大地減輕了人類繁重的體力勞動(dòng)，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)、自動(dòng)裝配、碼垛搬運(yùn)、集裝箱裝卸等作業(yè)。8.2.1搬運(yùn)機(jī)器人的分類及特點(diǎn)1．搬運(yùn)機(jī)器人的分類（1）龍門式搬運(yùn)機(jī)器人龍門式搬運(yùn)機(jī)器人是一種直角坐標(biāo)型機(jī)器人，如圖8-29所示，其坐標(biāo)系主要由x軸、y軸和z軸組成。龍門式搬運(yùn)機(jī)器人采用模塊化結(jié)構(gòu)，可依據(jù)負(fù)載的位置、尺寸、材質(zhì)、形狀等參數(shù)選擇對(duì)應(yīng)的直線運(yùn)動(dòng)單元及組合結(jié)構(gòu)形式，可實(shí)現(xiàn)大尺寸、大噸位產(chǎn)品的搬運(yùn)，直角坐標(biāo)系數(shù)學(xué)模型簡(jiǎn)單，編程方便快捷，廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料及生產(chǎn)線轉(zhuǎn)運(yùn)等大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程。8.2.1搬運(yùn)機(jī)器人的分類及特點(diǎn)1．搬運(yùn)機(jī)器人的分類（2）懸臂式搬運(yùn)機(jī)器人懸臂式搬運(yùn)機(jī)器人是龍門式搬運(yùn)機(jī)器人的一種變形形式，如圖8-30所示，由雙軌變?yōu)閱诬?，懸臂式結(jié)構(gòu)，反應(yīng)速度快，但負(fù)載能力有所下降，更適合于操作空間狹小的場(chǎng)合，廣泛應(yīng)用于臥式機(jī)床、立式機(jī)床及特定機(jī)床內(nèi)部和沖壓機(jī)熱處理機(jī)床的自動(dòng)上下料。8.2.1搬運(yùn)機(jī)器人的分類及特點(diǎn)1．搬運(yùn)機(jī)器人的分類（3）側(cè)壁式搬運(yùn)機(jī)器人側(cè)壁式搬運(yùn)機(jī)器人也是一種直角坐標(biāo)型機(jī)器人，可依據(jù)作業(yè)任務(wù)的不同選擇對(duì)應(yīng)的直線運(yùn)動(dòng)單元，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的搬運(yùn)，主要應(yīng)用于立體庫(kù)類，如標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、檔案自動(dòng)存?。ㄒ?jiàn)圖8-31）、全自動(dòng)銀行保管箱存取系統(tǒng)等。8.2.1搬運(yùn)機(jī)器人的分類及特點(diǎn)1．搬運(yùn)機(jī)器人的分類（4）擺臂式搬運(yùn)機(jī)器人從結(jié)構(gòu)上來(lái)看，擺臂式搬運(yùn)機(jī)器人類似碼垛機(jī)，如圖8-32所示，其末端執(zhí)行器可以繞x軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)4軸聯(lián)動(dòng)，可以完成產(chǎn)品的搬運(yùn)任務(wù)。擺臂式搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易、靈活，廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。8.2.1搬運(yùn)機(jī)器人的分類及特點(diǎn)1．搬運(yùn)機(jī)器人的分類（5）關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人是當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域中常見(jiàn)的機(jī)型，如圖8-33所示，行為動(dòng)作與人手臂的動(dòng)作類似，一般擁有4～6個(gè)軸，自由度高、動(dòng)作靈活、運(yùn)動(dòng)慣性小、通用性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊、相對(duì)工作空間大、占地面積小，能繞過(guò)機(jī)體和工作機(jī)械之間的障礙物進(jìn)行工作，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作。8.2.1搬運(yùn)機(jī)器人的分類及特點(diǎn)1．搬運(yùn)機(jī)器人的分類（6）AGV搬運(yùn)機(jī)器人自動(dòng)導(dǎo)引車（AutomatedGuidedVehicle，AGV），也稱AGV搬運(yùn)機(jī)器人，是指安裝有導(dǎo)向設(shè)備，以充電電池為驅(qū)動(dòng)力，可以按要求路徑行車，可以完成多樣化移載的車輛，如圖8-34所示。在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中，AGV搬運(yùn)機(jī)器人以輪式和履帶式移動(dòng)為主流，相較其他形式的搬運(yùn)機(jī)器人，具備行動(dòng)便捷、工作效能高、構(gòu)造簡(jiǎn)易、可預(yù)測(cè)性強(qiáng)、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，AGV搬運(yùn)機(jī)器人可分為列車型、平板車型、帶移載裝置型、貨叉型及帶升降工作臺(tái)型。與其他工業(yè)設(shè)備相比，AGV搬運(yùn)機(jī)器人的活動(dòng)不依賴鋪裝路軌、橡膠支座架等定位裝置，不受場(chǎng)所、路面和室內(nèi)空間的限定，可以充分地發(fā)揮自動(dòng)性、機(jī)動(dòng)性特點(diǎn)，促進(jìn)生產(chǎn)制造的高效化、智能化、集約化、柔性化發(fā)展。8.2.1搬運(yùn)機(jī)器人的分類及特點(diǎn)2．搬運(yùn)機(jī)器人的特點(diǎn)搬運(yùn)機(jī)器人在實(shí)際應(yīng)用中具有如下特點(diǎn)。（1）根據(jù)作業(yè)任務(wù)的要求，能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)機(jī)器人的動(dòng)作節(jié)拍、移動(dòng)速率、末端執(zhí)行器動(dòng)作狀態(tài)，可更換不同的末端執(zhí)行器以適應(yīng)不同的物料，末端執(zhí)行器更換方便、快捷。（2）搬運(yùn)機(jī)器人自身占地面積相對(duì)小、動(dòng)作工作空間大，可以設(shè)置在狹窄的空間，節(jié)約空間，可留出較大的廠房面積，有利于生產(chǎn)廠房中生產(chǎn)線的布置。（3）搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零部件少、故障率較低、性能可靠、保養(yǎng)維修簡(jiǎn)單、所需庫(kù)存零部件少，可以很方便地與傳送帶、移動(dòng)滑軌等輔助設(shè)備集成，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)。（4）搬運(yùn)機(jī)器人適用性很強(qiáng)，可根據(jù)任務(wù)的變化進(jìn)行調(diào)整，如產(chǎn)品的尺寸、體積、形狀及托盤的外形尺寸發(fā)生變化，搬運(yùn)機(jī)器人只需在人機(jī)界面上稍做修改即可，不需要更改生產(chǎn)工藝流程，可最大限度地減少對(duì)正常生產(chǎn)的影響。（5）搬運(yùn)機(jī)器人能耗低，大大降低了客戶的運(yùn)行成本。（6）搬運(yùn)機(jī)器人操作簡(jiǎn)單，在控制柜屏幕上操作即可完成全部控制，只需定位抓起點(diǎn)和擺放點(diǎn)，操作非常簡(jiǎn)單。8.2.2搬運(yùn)機(jī)器人的系統(tǒng)組成搬運(yùn)機(jī)器人是一個(gè)完整的系統(tǒng)。在多數(shù)情況下，以機(jī)器人為核心，輔以配套裝置，可構(gòu)建搬運(yùn)機(jī)器人工作站，除AGV搬運(yùn)機(jī)器人外，其他搬運(yùn)機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成類似，我們以關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人為例進(jìn)行介紹。關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人主要由機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)、搬運(yùn)系統(tǒng)（氣體發(fā)生裝置、真空發(fā)生裝置和手爪等）和安全保護(hù)系統(tǒng)等組成。8.2.2搬運(yùn)機(jī)器人的系統(tǒng)組成1．機(jī)器人本體關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人本體為多軸機(jī)器人，通常為4、5、6軸機(jī)器人。機(jī)器人本體由機(jī)械部分、控制部分、傳感部分組成，通常具有回轉(zhuǎn)、抬臂、前伸、手腕旋轉(zhuǎn)、手腕彎曲、手腕扭轉(zhuǎn)等關(guān)節(jié)。8.2.2搬運(yùn)機(jī)器人的系統(tǒng)組成2．控制系統(tǒng)針對(duì)搬運(yùn)任務(wù)，關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人的控制系統(tǒng)加強(qiáng)了與搬運(yùn)系統(tǒng)的聯(lián)系，增加了各種傳感器，比如行程開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等，便于搬運(yùn)任務(wù)的完成，有些搬運(yùn)機(jī)器人還有獨(dú)立的搬運(yùn)任務(wù)人機(jī)界面，更注重搬運(yùn)任務(wù)的可控性、集成性和連貫性，可以對(duì)搬運(yùn)任務(wù)中的物品類型、手爪、路線、姿態(tài)等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，更好地完成搬運(yùn)任務(wù)。8.2.2搬運(yùn)機(jī)器人的系統(tǒng)組成3．搬運(yùn)系統(tǒng)關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)系統(tǒng)主要包括真空發(fā)生裝置、氣體發(fā)生裝置、液壓發(fā)生裝置、手爪等，搬運(yùn)系統(tǒng)的核心是末端執(zhí)行器，常見(jiàn)的搬運(yùn)機(jī)器人末端執(zhí)行器有吸附式、夾鉗式和仿生式等幾種，除手爪外其余裝置均為標(biāo)準(zhǔn)件，企業(yè)常用空氣控壓站對(duì)整個(gè)車間提供壓縮空氣和抽真空。8.2.2搬運(yùn)機(jī)器人的系統(tǒng)組成4．安全保護(hù)系統(tǒng)隨著搬運(yùn)機(jī)器人的普及，其在取代人工的同時(shí)，也產(chǎn)生了許多安全問(wèn)題，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜導(dǎo)致系統(tǒng)的靈活性、可靠性和穩(wěn)定性下降，如何兼顧搬運(yùn)效率和生產(chǎn)安全是安全保護(hù)系統(tǒng)的核心。為了保證搬運(yùn)機(jī)器人的安全生產(chǎn)，搬運(yùn)機(jī)器人的安全保護(hù)系統(tǒng)分為以下兩種。（1）急停按鈕、安全門鎖、光電保護(hù)器、雙手按鈕等安全繼電器構(gòu)成的硬件保護(hù)系統(tǒng)。（2）多層安全傳感器、可編程安全控制模塊等組成的多段式控制系統(tǒng)。根據(jù)工作任務(wù)的不同，搬運(yùn)機(jī)器人可能具有其中一種或多種安全保護(hù)系統(tǒng)，在兼顧生產(chǎn)安全的前提下，提高搬運(yùn)效率。8.2.2搬運(yùn)機(jī)器人的系統(tǒng)組成5．輔助設(shè)備完整的集成化搬運(yùn)生產(chǎn)線，除了需要搬運(yùn)機(jī)器人（包含搬運(yùn)機(jī)器人和搬運(yùn)設(shè)備）外，還需要一些周邊輔助設(shè)備協(xié)同工作。常見(jiàn)的搬運(yùn)機(jī)器人輔助裝置有增加移動(dòng)范圍的滑移平臺(tái)等。增加滑移平臺(tái)是搬運(yùn)機(jī)器人增加自由度常用的方法，可將滑移平臺(tái)安裝在地面上或龍門框架上。8.2.2搬運(yùn)機(jī)器人的系統(tǒng)組成6．搬運(yùn)機(jī)器人布局常見(jiàn)的搬運(yùn)機(jī)器人工作站可采用I型、L型、O型等布局。I型布局通常使用直角坐標(biāo)型搬運(yùn)機(jī)器人作業(yè)，如圖8-35所示，這種布局要求設(shè)備呈一字排列，對(duì)廠房高度、長(zhǎng)度、寬度有很高要求，搬運(yùn)機(jī)器人的工作運(yùn)動(dòng)方式為直線搬運(yùn)，效率比較低，不能滿足工序復(fù)雜以及對(duì)放置位置、相位等有特殊要求的工件上下料的作業(yè)需要。L型布局是指將搬運(yùn)機(jī)器人安裝在龍門架上，使其行走在機(jī)床上方，如圖8-36所示，這種布局編程方便快捷，可以最大限度地節(jié)約地面資源，廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料及生產(chǎn)線轉(zhuǎn)運(yùn)等大批量產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程，但是這種布局對(duì)廠房要求較高，建設(shè)成本較高。O型布局又稱島式加工單元，如圖8-37所示，主要以關(guān)節(jié)式搬運(yùn)機(jī)器人為中心，搬運(yùn)機(jī)器人可以是固定式或者移動(dòng)式，機(jī)床圍繞其周圍形成環(huán)狀，此種布局結(jié)構(gòu)緊湊，可提高生產(chǎn)效率、節(jié)約空間，適合小空間廠房作業(yè)，廣泛應(yīng)用于各種智能制造加工單元。8.2.3編寫典型搬運(yùn)任務(wù)程序電動(dòng)機(jī)部件搬運(yùn)應(yīng)用是工業(yè)生產(chǎn)中的典型任務(wù)，其工作流程是搬運(yùn)機(jī)器人通過(guò)工具快換裝置安裝合適的搬運(yùn)工具（本任務(wù)選擇平口手爪工具），按照任務(wù)要求，將電動(dòng)機(jī)外殼、轉(zhuǎn)子和端蓋3個(gè)電動(dòng)機(jī)部件依次搬運(yùn)至指定位置，再完成電動(dòng)機(jī)的組裝，如圖8-38所示，最后將平口手爪工具放回工具快換裝置。在搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)電動(dòng)機(jī)外殼、轉(zhuǎn)子、端蓋的任務(wù)中，運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃使用了多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，目標(biāo)點(diǎn)都是通過(guò)示教得到的，對(duì)程序結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，減少示教目標(biāo)點(diǎn)，提高編程效率。8.3焊接機(jī)器人的應(yīng)用焊接是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中常用的一種加工工藝，在裝備制造、汽車制造、工程機(jī)械等行業(yè)中占有重要的地位。焊接時(shí)的電弧、火花及煙霧等對(duì)人體會(huì)造成傷害，同時(shí)焊接構(gòu)件的焊接精度和速度要求越來(lái)越高，焊接工藝的復(fù)雜性、勞動(dòng)強(qiáng)度、勞動(dòng)保護(hù)、產(chǎn)品質(zhì)量、批量化生產(chǎn)等要求，使得焊接工藝對(duì)于自動(dòng)化、機(jī)械化的要求極為迫切。焊接機(jī)器人是從事焊接作業(yè)（包括切割與噴涂作業(yè)）的工業(yè)機(jī)器人，如圖8-50所示，其末端軸的機(jī)械接口，通常是一個(gè)連接法蘭，可以安裝不同類型的工具和末端執(zhí)行器，在焊接機(jī)器人末端軸法蘭裝接焊鉗或焊槍，按要求軌跡及速度移動(dòng)焊接工具，即可完成焊接作業(yè)。8.3.1焊接機(jī)器人的分類及特點(diǎn)按照焊接工藝的不同，焊接機(jī)器人可分為點(diǎn)焊機(jī)器人、弧焊機(jī)器人、攪拌摩擦焊機(jī)器人、激光焊接機(jī)器人等類型。目前焊接機(jī)器人中應(yīng)用比較普遍的主要有2種：點(diǎn)焊機(jī)器人和弧焊機(jī)器人。1．點(diǎn)焊機(jī)器人點(diǎn)焊機(jī)器人如圖8-51所示，是完成點(diǎn)焊自動(dòng)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，約占焊接機(jī)器人總數(shù)的50%，其末端握持的作業(yè)工具是焊鉗。點(diǎn)焊機(jī)器人不僅要有足夠的負(fù)載能力，而且在點(diǎn)與點(diǎn)之間移位時(shí)速度要快捷，動(dòng)作要平穩(wěn)，定位要準(zhǔn)確，以減少移位的時(shí)間，提高機(jī)械臂工作效率。通常，裝配一臺(tái)汽車車身大約需要完成4000～5000個(gè)焊點(diǎn)，引入點(diǎn)焊機(jī)器人可以取代笨重、單調(diào)、重復(fù)的人工體力勞動(dòng)，還可以更好地保證點(diǎn)焊質(zhì)量，可長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)工作，提高30%以上的工作效率，如圖8-52所示。點(diǎn)焊機(jī)器人可以與其他設(shè)備組成柔性自動(dòng)生產(chǎn)系統(tǒng)，特別適合新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和大批量定制化生產(chǎn)，增強(qiáng)企業(yè)應(yīng)變能力。8.3.1焊接機(jī)器人的分類及特點(diǎn)點(diǎn)焊機(jī)器人的運(yùn)行坐標(biāo)形式有直角坐標(biāo)式、圓柱坐標(biāo)式、球坐標(biāo)式和關(guān)節(jié)坐標(biāo)式等類型。點(diǎn)焊機(jī)器人在發(fā)展初期只用于增強(qiáng)焊接作業(yè)，后期為了保證工件拼接精度，又要求點(diǎn)焊機(jī)器人完成定位點(diǎn)焊作業(yè)。隨著技術(shù)發(fā)展，點(diǎn)焊機(jī)器人逐漸被要求有更全的作業(yè)性能，主要特點(diǎn)如下。（1）點(diǎn)焊作業(yè)一般采用點(diǎn)位控制（PTP），重復(fù)定位精度≤±1

mm。（2）點(diǎn)焊機(jī)器人工作空間大于焊接所需的空間（由焊點(diǎn)位置和數(shù)量確定）。（3）根據(jù)焊接工件形狀、種類、材質(zhì)、焊縫位置選用焊鉗。（4）根據(jù)選用的焊鉗結(jié)構(gòu)、焊件材質(zhì)、焊件厚度及焊接電流波形來(lái)選取點(diǎn)焊機(jī)器人額定負(fù)載。（5）點(diǎn)焊機(jī)器人具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較高的可靠性，平均無(wú)故障工作時(shí)間超過(guò)2000

h，平均修復(fù)時(shí)間不大于30min，具有較強(qiáng)的故障自診斷功能。（6）點(diǎn)焊機(jī)器人具有較高的點(diǎn)焊速度，單次點(diǎn)焊按時(shí)間（含加壓、焊接、維持、休息、移位等點(diǎn)焊循環(huán)）與生產(chǎn)線物流速度匹配。8.3.1焊接機(jī)器人的分類及特點(diǎn)2．弧焊機(jī)器人弧焊機(jī)器人如圖8-53所示，可以完成弧焊自動(dòng)作業(yè)?；『笝C(jī)器人在計(jì)算機(jī)的控制下可以實(shí)現(xiàn)對(duì)連續(xù)軌跡和點(diǎn)位的控制，還可以利用直線插補(bǔ)和圓弧插補(bǔ)功能焊接由直線、弧線組成的空間形焊縫?；『笝C(jī)器人機(jī)械本體通常是關(guān)節(jié)式（5～6個(gè)自由度）機(jī)器人。在中大型工件（如車輛、船體、鍋爐、大電機(jī)等）的焊接作業(yè)中，為加大工作空間，通常將焊接機(jī)器人懸掛起來(lái)，或安裝在移動(dòng)平臺(tái)上使用?；『笝C(jī)器人還配有焊縫自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，適用于中小批量定制化焊接生產(chǎn)，廣泛應(yīng)用于通用機(jī)械、金屬、航空航天、機(jī)車車輛及造船等行業(yè)。根據(jù)焊接工藝的不同，弧焊機(jī)器人主要有熔化極焊接作業(yè)和非熔化極焊接作業(yè)兩種類型，具有焊接作業(yè)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、生產(chǎn)率高、焊縫質(zhì)量高等特點(diǎn)。8.3.1焊接機(jī)器人的分類及特點(diǎn)2．弧焊機(jī)器人弧焊機(jī)器人主要特點(diǎn)如下。（1）弧焊作業(yè)采用連續(xù)路徑控制（CP），重復(fù)定位精度不超過(guò)±0.5

mm。（2）弧焊機(jī)器人工作空間大于焊接所需工作空間，為節(jié)省空間，經(jīng)常將焊接機(jī)器人懸掛起來(lái)或安裝在移動(dòng)平臺(tái)（如滑軌、AGV等）上使用。（3）按工件形狀、焊件材質(zhì)、焊接電源、弧焊方法等參數(shù)選擇合適種類的弧焊機(jī)器人。（4）弧焊機(jī)器人需要其他周邊輔助設(shè)備組成弧焊機(jī)器人工作站，包括行走機(jī)構(gòu)、移動(dòng)機(jī)架、定位裝置、夾具及變位機(jī)。（5）弧焊機(jī)器人應(yīng)具有防碰撞、焊槍矯正、焊縫自動(dòng)跟蹤、熔透控制、焊縫始端檢出、定點(diǎn)擺弧、擺動(dòng)焊接、多層焊接、清槍剪絲等功能。（6）弧焊機(jī)器人具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較高的可靠性、較強(qiáng)的故障自診斷功能，平均無(wú)故障工作時(shí)間超過(guò)2000h，平均修復(fù)時(shí)間不大于30min。（7）在弧焊作業(yè)中，弧焊機(jī)器人具有較高的速度穩(wěn)定性，一般情況下焊速約為5～50mm/s，在高速焊接中，采用伺服焊槍、高速送絲機(jī)等設(shè)備保證焊接的穩(wěn)定性。（8）弧焊工藝復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)示教工作量大，占用大量生產(chǎn)時(shí)間，因此弧焊機(jī)器人多采用離線編程。其方法為借助虛擬仿真技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)，將焊件與弧焊機(jī)器人的位置關(guān)系和焊接動(dòng)作進(jìn)行圖形仿真，然后將示教程序傳給生產(chǎn)線上的機(jī)器人。8.3.2焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成1．焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成概述焊接機(jī)器人一般由機(jī)器人本體、控制系統(tǒng)、焊接系統(tǒng)（包括變位機(jī)、焊接電源、焊槍、焊鉗、焊接傳感器等）以及安全設(shè)備等組成。8.3.2焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成1．焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成概述（1）機(jī)器人本體機(jī)器人本體是焊接機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在焊接領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的是6自由度關(guān)節(jié)式機(jī)器人，6自由度關(guān)節(jié)式機(jī)器人已被證明在結(jié)構(gòu)尺寸相同的情況下可以獲得最大的工作空間，并以較高的位置精度和最優(yōu)的路徑達(dá)到指定位置，機(jī)器人本體可以控制焊槍到達(dá)作業(yè)任務(wù)所要求的空間位置、姿態(tài)以及做連續(xù)運(yùn)動(dòng)。8.3.2焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成1．焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成概述（2）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)可以與在同一層次或不同層次的計(jì)算機(jī)形成通信網(wǎng)絡(luò)，并與傳感器相配合，實(shí)現(xiàn)焊接點(diǎn)位、路徑和參數(shù)的離線編程，焊接專家系統(tǒng)的應(yīng)用以及生產(chǎn)數(shù)據(jù)的管理。8.3.2焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成1．焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成概述（3）焊接系統(tǒng)焊接系統(tǒng)是焊接機(jī)器人完成任務(wù)的核心，主要由變位機(jī)、焊接電源、焊鉗、焊槍、焊接控制器、焊接傳感器及水、電、氣等輔助部分組成。變位機(jī)能通過(guò)夾具來(lái)裝夾和定位被焊工件，將被焊接工件旋轉(zhuǎn)或平移到最佳的焊接位置。在應(yīng)用中，變位機(jī)的負(fù)載能力及運(yùn)行方式由任務(wù)決定，通常配置兩臺(tái)變位機(jī)，當(dāng)其中一臺(tái)進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，另一臺(tái)則完成工件的裝卸，充分發(fā)揮焊接機(jī)器人的效能，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。焊接控制器能完成焊接參數(shù)輸入、程序下載、控制及故障自診斷，實(shí)現(xiàn)與焊接機(jī)器人控制系統(tǒng)的通信交互。焊接傳感器可以實(shí)現(xiàn)工件焊縫及坡口的定位與跟蹤、焊縫熔透信息的檢測(cè)等。8.3.2焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成1．焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成概述（4）安全設(shè)備安全設(shè)備是焊接機(jī)器人系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要保障，具有各類接觸覺(jué)傳感器或接近覺(jué)傳感器，包括驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)過(guò)熱自斷電保護(hù)、動(dòng)作超限位自斷電保護(hù)、超速自斷電保護(hù)、機(jī)器人系統(tǒng)工作空間干涉自斷電保護(hù)及人工急停等保護(hù)措施。8.3.2焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成2．點(diǎn)焊機(jī)器人的焊接系統(tǒng)點(diǎn)焊機(jī)器人的焊接系統(tǒng)由點(diǎn)焊控制器進(jìn)行控制，通過(guò)發(fā)出焊接開(kāi)始指令，自動(dòng)控制和調(diào)整焊接參數(shù)（如電流、壓力、時(shí)間），控制焊鉗的大小行程及夾緊/松開(kāi)動(dòng)作。焊接作業(yè)對(duì)點(diǎn)焊機(jī)器人的要求：一是運(yùn)動(dòng)的定位精度，由點(diǎn)焊機(jī)器人本體和控制器來(lái)保證；二是點(diǎn)焊質(zhì)量的控制精度，由點(diǎn)焊機(jī)器人焊接系統(tǒng)來(lái)保證。焊接系統(tǒng)主要由阻焊變壓器、點(diǎn)焊鉗、點(diǎn)焊控制器及水路、電路、氣路及其輔助設(shè)備等組成。（1）點(diǎn)焊鉗點(diǎn)焊鉗從用途上可分為C型和X型兩種，如圖8-55所示，通過(guò)機(jī)械接口安裝在機(jī)械末端。8.3.2焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成2．點(diǎn)焊機(jī)器人的焊接系統(tǒng)（2）點(diǎn)焊控制器點(diǎn)焊控制器是一種相對(duì)獨(dú)立的多功能電焊微機(jī)控制裝置，用于點(diǎn)焊機(jī)器人焊接系統(tǒng)，主要功能如下。①

點(diǎn)焊過(guò)程的時(shí)序控制、順序控制預(yù)壓、加壓、焊接、維持、休止等。②

焊接電流波形的調(diào)制，恒流控制精度在1%～2%。③

同時(shí)存儲(chǔ)多套焊接參數(shù)。④

電極磨損后的自動(dòng)階梯電流補(bǔ)償、焊接點(diǎn)數(shù)記錄及電極壽命預(yù)報(bào)。⑤

故障自診斷功能，故障進(jìn)行顯示并報(bào)警，直至自動(dòng)停機(jī)。⑥

與機(jī)器人控制器及示教器的通信聯(lián)系。⑦

斷電保護(hù)功能，系統(tǒng)斷電后內(nèi)存數(shù)據(jù)不會(huì)丟失。8.3.2焊接機(jī)器人的系統(tǒng)組成3．弧焊機(jī)器人的焊接系統(tǒng)弧焊機(jī)器人焊接的質(zhì)量主要取決于焊槍運(yùn)動(dòng)的軌