工业机器人技术基础-第8章工业机器人典型行业应用.pptx

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,8.1.2机器人工作站的一般设计原则,8.1.2机器人工作站的一般设计原则,8.1.2机器人工作站的一般设计原则,8.1.2机器人工作站的一般设计原则,8.1.2机器人工作站的一般设计原则,8.1.2机器人工作站的一般设计原则,2、工作站的功能要求和环境条件机器人工作站的生产作业是由机器人连同它的末端执行器、夹具和变位机以及其他周边设备等具体完成的，其中起主导作用的是机器人。

因此，这一设计原则在选择机器人时必须首先满足。

满足作业的功能要求，具体到选择机器人时，可从三方面加以保证：

8.1.2机器人工作站的一般设计原则,1）确定机器人的持重能力机器人手腕所能抓取的质量是机器人的一个重要性能指标，习惯上称为机器人的可搬质量。

8.1.2机器人工作站的一般设计原则,2）确定机器人的工作空间工作空间是机器人运动时手臂末端或手腕中心所能到达的所有点的集合，也称为工作区域，它是机器人的另一个重要性能指标。

由于末端执行器的形状和尺寸是多种多样的，为真实反映机器人的特征参数，故作业范围是指不安装末端执行器时的工作区域。

8.1.2机器人工作站的一般设计原则,8.1.2机器人工作站的一般设计原则,8.1.2机器人工作站的一般设计原则,将生产周期与生产节拍进行比较，,这时，就需要重新研究这个工作站的总体构思。

如果这些措施仍不能满足生产周期小于生产节拍的要求，就要增设相同的机器人工作站，以满足生产节拍。

8.1.2机器人工作站的一般设计原则,8.1.2机器人工作站的一般设计原则,为了保证上述原则的实施，在工作站设计时，通常应该做到：

8.1.2机器人工作站的一般设计原则,

（2）点焊机器人点焊机器人（spotweldingrobot）用于点焊自动作业的工业机器人，末端持握的作业工具是焊钳。

一般来说，装配一台汽车车体大约需要几千个焊点，其中半数以上的焊点由机器人操作完成。

最初，点焊机器人只被用于增强焊接作业，后来逐渐被用于定位焊接作业，如图所示。

图8-1点焊机器人,图8-2弧焊机器人,

（2）激光焊接机器人激光焊接机器人是用于激光焊自动作业的工业机器人，通过高精度工业机器人实现更加柔性的激光加工作业，其末端持握的工具是激光加工头。

图为激光焊接机器人。

图8-3激光焊接机器人,图8-4点焊机器人工作站系统构成,2）电焊控制器焊接电流、通电时间和电极加压力是电焊的三大条件，而电焊控制器是合理控制这三大条件的装置，是电焊作业系统中最重要的设备。

图为电焊控制器。

图8-5电焊控制器,3）供电系统主要包括电源和机器人变压器，其作业是为点焊机器人系统提供动力，如图所示。

图8-7供气系统,4）供气系统包括气源、水气单元焊钳进气管等其中，水气单元包括压力开关、电缆、阀门管子、回路连接器和接触点等，提供水气回路。

供气系统如图所示。

图8-8供水系统,5）供水系统包括冷却水循环装置、焊钳冷水管、焊钳回水管等。

由于电焊是低压大电流焊接，在焊接过程中，导体会产生大量热量，所以焊钳、焊钳变压器需要水冷。

供水系统如图所示。

1）分离式焊钳该焊钳的特点是阻焊变压器与钳体相分离，钳体安装在机器人手臂上，而焊接变压器悬挂在机器人的上方，可在轨道上沿着机器人手腕移动的方向移动，二者之间用二次电缆相连，其优点是运动速度高，价格便宜。

主要缺点是需要大容量的焊接变压器，能源利用率低。

图8-9分离式焊钳,（a）分离式焊钳示意图,（b）分离式焊钳实际应用,2）内藏式焊钳如图所示，这种结构是将阻焊变压器安放到机器人手臂内，使其尽可能地接近钳体，变压器的二次电缆可以在内部移动。

当采用这种形式的焊钳时，必须同机器人本体统一设计。

优点是二次电缆较短，变压器的容量可以减小，但是使机器人本体的设计变得复杂。

图8-10内藏式焊钳,3）一体式焊钳如图所示，机器人常用的一体式焊钳就是将阻焊变压器和钳体安装在一起，然后共同固定在机器人手臂末端的法兰盘上。

优点是省掉了粗大的二次电缆及悬挂变压器的工作架，直接将焊接变压器的输出端连到焊钳的上下机臂上，另一个优点是节省能量。

此外，焊钳要求在设计时，尽量减小焊钳重心与机器人手臂轴心线间的距离。

图8-11一体式焊钳,

（2）点焊机器人焊钳从用途上可分为形和形两种，如图所示。

形焊钳则主要用于点焊水平及近于水平倾斜位置的焊缝；形焊钳用于点焊垂直及近于垂直倾斜位置的焊缝。

（3）按焊钳的行程，焊钳可以分为单行程和双行程。

（4）按加压的驱动方式，焊钳可以分为气动焊钳和电动焊钳，如图所示。

气动焊钳利用汽缸来加压，可具有个行程，能够使电极完成大开、小开和闭合个动作，电极压力一旦调顶不能随意变化目前比较常用。

电动焊钳采用伺服电机驱动完成焊钳的张开和闭合，焊钳张开度可任意选定并预置且电极间的压紧力可无级调节。

图8-13气动焊钳与电动伺服焊钳,图8-15弧焊机器人工作站系统构成,

（1）如图所示，按冷却方式分为气冷式、水冷式两类。

图8-17焊枪冷却方式,

（2）按与机器人连接的结构形式分为内置式、外置式焊枪。

图8-19弧焊电源,3、送丝机弧焊送丝机是为焊枪自动输送焊丝的装置，一般安装在机器人第轴上，由送丝电动机、加压控制柄、送丝滚轮、送丝导向管、加压滚轮等组成图，如图所示。

图8-20送丝机,（a）送丝机实物,（b）送丝机内部结构,图8-21焊丝盘架,焊丝盘架,1）变位机对于有些焊接场合，由于工件空间几何形状过于复杂，使焊接机器人末端工具无法到达指定的焊接位置或姿态。

此时可以采用变位机让焊接工件移动或转动，使工件上的待焊部位进入机器人的作业空间。

图8-22变位机,2）滑移平台为适用机器人领域不断延伸，保证大型结构件焊接作业，把机器人本体装在可移动的滑移平台或龙门架上，以扩大机器人本体的作业空间。

图8-23滑移平台,3）清枪装置机器人在施焊过程中焊钳的电极头氧化磨损，焊枪喷嘴内外残留的焊渣以及焊丝干伸长的变化等势必影响到产品的焊接质量及其稳定性。

常见清枪装置有焊钳电极修磨机（点焊）和焊枪自动清枪站（弧焊）。

4）自动换枪装置在弧焊机器人作业过程中，焊枪需要定期更换或清理焊枪配件，如导电嘴喷嘴等，这样不仅浪费工时，且增加维护费用。

采用自动换枪装置可有效解决此问题，使得机器人空闲时间大为缩短。

图8-26球型手腕喷涂机器人,1）球型手腕喷涂机器人如图所示，该手腕结构能够保证机器人运动学逆解具有解析，便于离线编程控制，但由于其腕部第二关节不能实现360旋转，故工作空间相对较小，工作半径多在0.71.2mm，多用于小型工件的喷涂。

2）非球型手腕喷涂机器人非球型手腕喷涂机器人，其手腕的3个轴线并非如球型手腕机器人一样相交于一点，而是相交于两点。

非球型手腕机器人相对于球型手腕机器人来说更适合喷涂作业。

1）有气喷涂机器人有气喷涂机器人也称低压有气喷涂，喷涂机依靠低压空气使油漆在喷出枪口后形成雾化气流作用于物体表面，有气喷涂相对于手刷而言无刷痕，而且平面相对均匀，单位工作时间短，如图所示。

图8-29有气喷涂机器人,2）无气喷涂机器人无气喷涂机器人可用于高粘度油漆施工，而且边缘清晰，甚至可用于一些有边界要求的喷涂项目，如图所示。

图8-30无气喷涂机器人,3.对喷涂机器人的要求在喷涂作业过程中，要求喷涂机器人有足够工作空间和尽可能紧凑灵活的手腕，即手腕关节要尽可能短。

其它基本性能要求如下：

图8-31喷涂机器人工作站系统,图8-32ABB汽车自动喷涂系统,

（1）空气喷涂空气喷涂是利用压缩空气将涂料雾化的喷涂方法，一般用于家具、产品外壳以及汽车等产品的喷涂，如图所示。

图8-34空气喷涂,

（2）高压无气喷涂高压无气喷涂是一种较先进的喷涂方法，采用增压泵将涂料增至高压，通过细喷孔喷出，使涂料形成雾化气流用于物体表面（墙面或木器面）的一种喷涂方式。

具有较高的涂料传递效率和生产效率，表面质量明显高于空气喷涂，如图所示。

图8-35高压无气喷涂,（3）静电喷涂一般地，静电喷涂以接地的被涂物为阳极，接电源负高压的雾化涂料为阴极，使涂料雾化颗粒带电荷，通过静电作用，吸附在工件表面。

通常应用于金属表面或导电性良好且结构复杂的表面、球面、圆柱面等喷涂，如图所示。

图8-36静电喷涂,图8-37码垛应用实况,图8-39码垛机器人工作站系统,图8-40吸附式末端执行器,图8-42抓取式手爪,图8-43组合式手爪,图8-44码垛生产线,图8-45金属检测机,

（1）金属检测机,

（2）重量复检机在自动化码垛流水作业中起到重要作用，可以检测出前工序是否漏装、装多，以及对合格品、欠重品、超重品进行统计，进而到达产品质量控制，如图所示。

图8-46重量复检机,图8-47自动剔除机,（3）自动剔除机自动剔除机是安装在金属检测机和重量复检机之后，主要用于剔除含金属异物及重量不合格等产品，如图所示。

图8-48倒袋机,（4）倒袋机倒袋机是将输送过来的袋装码垛物按照预定程序进行输送。

倒袋、转位等操作，以按流程进入后续工序，如图所示。

图8-49整形机,（5）整形机主要针对袋装码垛物，经整形机整形后袋装码垛物内可能存在的积聚物会均匀分散，之后进入后续工序，如图所示。

图8-50待码输送机,（6）待码输送机待码输送机是码垛机器人生产线的专用输送设备，码垛货物聚集于此，便于码垛机器人末端执行器抓取，可提高码垛机器人灵活性，如图所示。

（7）传送带传送带是自动化码垛生产线上必不可少的一个环节，其针对不同的厂源条件可选择不同的形式，如图图所示。

图8-52全面式码垛,

（1）全面式码垛码垛机器人安装在生产线末端，可针对一条或两条生产线，具有较小的输送线成本与占地面积，较大灵活性和增加生产量等优点，如图所示。

图8-53集中式码垛,

（2）集中式码垛码垛机器人被集中安装在某一区域，可将所有生产线集中在一起，具有较高的输送线成本，节省生产区域资源，节约人员维护，一人便可全部操纵，如图所示。

图8-54一进一出,图8-55一进两出,图8-56两进两出,（3）两进两出是两条输送链输入，两条码垛输出，多数两进两出系统不会需要人工干预，码垛机器人自动定位摆放托盘，是目前应用最多的一种码垛形式，也是性价比最高的一种规划形式，如图所示。

（4）四进四出系统多配有自动更换托盘功能，主要应对于多条生产线的中等产量或低等产量的码垛，如图所示。

图8-57四进四出,图8-58龙门式搬运机器人,

（1）龙门式搬运机器人,龙门式搬运机器人坐标系主要由轴、轴和轴组成。

可实现实现大物料、重吨位搬运，采用直角坐标系，编程方便快捷，广泛运用于生产线转运及机床上下料等大批量生产过程，如图所示。

图8-59悬臂式搬运机器人,

（2）悬臂式搬运机器人坐标系主要由轴、轴和轴组成。

也可随不同的应用采取相应的结构形式。

广泛运用于卧式机床、立式机床及特定机床内部和冲压机热处理机床自动上下料，如图所示。

（3）侧壁式搬运机器人其坐标系主要由轴、轴和轴组成。

其也可随不同的应用采取相应的结构形式。

主要运用于立体库类，如档案自动存取、全自动银行保管箱存取系统等，如图所示。

图8-60侧壁式搬运机器人,（4）摆臂式搬运机器人,图8-61摆臂式搬运机器人,图8-62关节式搬运机器人,（5）关节式搬运机器人关节式搬运机器人是当今工业产业中常见的机型之一，其拥有个轴，具有结构紧凑、占地空间小、相对工作空间大、自由度高等特点，适合于几乎任何轨迹或角度的工作，如图所示。

图8-63搬运机器人系统组成,图8-68工具型打磨机器人,全伺服研磨机（单层+双层）+全伺服清光机+固定端电主轴+机器人）,图8-70抛光打磨机器人工作站系统,图8-71抛光打磨工作站单元,图8-72用于水龙头的机器人抛光打磨生产线,2、抛光打磨机器人产线如图所示为应用于用于水龙头的机器人抛光打磨生产线，该生产线主要由机器人本体、打磨装置、抛光装置、取料储料装置、成品出料装置等多个部分组成，通过机