生产设备保养与作业流程6.ppt

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1、12 六月 2023生产设备保养与作业流程6 工业机器人编程及仿真 工业机器人编程及仿真 机器人编程的种类与特征 机器人编程的种类与特征 机器人的语言功能 机器人的语言功能 CP CP 控制方式 控制方式 PTP PTP控制方式 控制方式 仿真技术 仿真技术 a.a.设计机器人时结构分析和运动分析的仿真技术 设计机器人时结构分析和运动分析的仿真技术;b.b.支持机器人编程的仿真技术。支持机器人编程的仿真技术。机器人作业示教的仿真 机器人作业示教的仿真 机器人建模 机器人建模 支持机器人编程的仿真技术 支持机器人编程的仿真技术 离线仿真技术 离线仿真技术 在线仿真技术 在线仿真技术 典型的工业机

2、器人 典型的工业机器人 弧焊机器人 弧焊机器人 弧焊机器人的应用范围 弧焊机器人的应用范围 弧焊机器人的的性能要求 弧焊机器人的的性能要求 速度的稳定性 速度的稳定性 轨迹精度 轨迹精度 弧焊机器人的分类 弧焊机器人的分类 弧焊机器人技术的发展趋势 弧焊机器人技术的发展趋势 光学式焊接传感器 光学式焊接传感器 标准焊接条件设定装置 标准焊接条件设定装置 离线示教 离线示教 其 其 他 他 2.5.2 2.5.2 点焊机器人 点焊机器人(1)(1)点焊机器人的应用范围 点焊机器人的应用范围 汽车工业是点焊机器人一个典型的应用领域。一般装配每台汽 汽车工业是点焊机器人一个典型的应用领域。一般装配每

3、台汽车车体大约需要完成 车车体大约需要完成3001 3001一 一4001 4001个焊点，而其中的 个焊点，而其中的60%60%是由机器人 是由机器人完成的。在有些大批量汽车生产线上，服役的机器人台数甚至高达 完成的。在有些大批量汽车生产线上，服役的机器人台数甚至高达151 151台。台。引人机器人会取得下述效益 引人机器人会取得下述效益:a.a.改善多品种混流生产的柔性 改善多品种混流生产的柔性;b.b.提高焊接质量昈提高生产率 提高焊接质量昈提高生产率;c.c.把工人从恶劣的作业环境中解放出来。把工人从恶劣的作业环境中解放出来。今天，机器人已经成为汽车生产行业的支柱装备。今天，机器人已经

4、成为汽车生产行业的支柱装备。(2)(2)点焊机器人的性能要求 点焊机器人的性能要求 最 最初 初，点 点焊 焊机 机器 器人 人只 只用 用于 于增 增强 强焊 焊作 作业 业(往 往己 己拼 拼接 接好 好的 的工 工件 件上 上增 增加 加焊 焊点 点)。后 后来 来为 为了 了保 保证 证拼 拼接 接精 精度 度，又 又让 让机 机器 器人 人完 完成 成定 定位 位焊 焊作 作业 业。这样点焊机器人逐渐被要求具有更全的作业性能。这样点焊机器人逐渐被要求具有更全的作业性能。具体来说有 具体来说有:a.a.安装面积小，工作空间大 安装面积小，工作空间大;b.b.节 节距 距的 的多 多点

5、点定 定位 位(例 例如 如每 每0.3 0.3一 一0.4S 0.4S移 移动 动30 30一 一50mm 50mm节 节距 距后 后定 定位 位););c.c.定位精度高 定位精度高(+0.25mm)(+0.25mm)，以确保焊接质量，以确保焊接质量;d.d.持重大 持重大(60(60一 一150kgf)150kgf)，以便携带内装变压器的焊钳，以便携带内装变压器的焊钳;f.f.示教简单，节省工时 示教简单，节省工时 g.g.安全可靠性好。安全可靠性好。(3)(3)点焊机器人的分类 点焊机器人的分类 在 在驱 驱动 动形 形式 式方 方面 面，由 由于 于电 电伺 伺服 服技 技术 术的

6、的迅 迅速 速发 发展 展，液 液压 压伺 伺服 服在 在机 机器 器人 人中 中的 的应 应用 用逐 逐渐 渐减 减少 少，甚 甚至 至大 大型 型机 机器 器人 人也 也在 在朝 朝电 电机 机驱 驱动 动方 方向 向过 过渡 渡。随 随着 着微 微电 电子 子技 技术 术的 的发 发展 展，机 机器 器人 人技 技术 术在 在性 性能 能、小 小型 型化 化、可 可靠 靠性 性以及维修等方面的进步日新月异。以及维修等方面的进步日新月异。在 在机 机型 型方 方面 面尽 尽管 管主 主流 流仍 仍是 是多 多用 用途 途的 的大 大型 型六 六轴 轴垂 垂直 直多 多关 关节 节型 型机

7、机器 器人 人，但 但是 是出 出于 于机 机器 器人 人加 加工 工条 条件 件的 的需 需要 要，一 一些 些汽 汽车 车制 制造 造厂 厂家 家也 也在 在进 进行开发立体配置的 行开发立体配置的3 3一 一5 5轴小型专用机器人的尝试。轴小型专用机器人的尝试。(4)(4)典型点焊机器人的规格 典型点焊机器人的规格 以持重 以持重1 120kgf 20kgf，最高速度，最高速度4m/s 4m/s的六轴垂直多关节机器人为例，的六轴垂直多关节机器人为例，其规格性能如图 其规格性能如图2-25 2-25、图、图2-26 2-26及表 及表7-8 7-8所示。这是一种典型的点焊 所示。这是一种典

8、型的点焊机器人，可胜任大多数本体装配工序的点焊作业。机器人，可胜任大多数本体装配工序的点焊作业。(5)(5)点焊机器人技术的发展动向 点焊机器人技术的发展动向 目前正在开发一种新的点焊机器人系统，它的概念如图 目前正在开发一种新的点焊机器人系统，它的概念如图2-27 2-27。这种系统力图把焊接技术与 这种系统力图把焊接技术与CAD CAD、CAM CAM技术完美地结合起来，提 技术完美地结合起来，提高生产准备工作的效率，缩短产品设计投产的周期，从而使整个机 高生产准备工作的效率，缩短产品设计投产的周期，从而使整个机器人系统取得更高的效益。器人系统取得更高的效益。2.5.3 2.5.3 装配机

9、器人 装配机器人（1 1）装配机器人）装配机器人（装配单元、装配线）（装配单元、装配线）水平多关节型机器人 水平多关节型机器人是装配机器人的典型代表。是装配机器人的典型代表。它共有 它共有4 4个自由度 个自由度:两个回转关节，上下移动以及手腕的转动。两个回转关节，上下移动以及手腕的转动。最近开始在一些机器人上配备各种可换手，以增加通用性。最近开始在一些机器人上配备各种可换手，以增加通用性。手爪 手爪主要有 主要有电动手爪 电动手爪和 和气动手爪 气动手爪两种形式 两种形式 气动手爪 气动手爪相对来说比较简单，价格便宜，相对来说比较简单，价格便宜，因而在一些要求不太高的场合用得比较多。因而在一

10、些要求不太高的场合用得比较多。电动手爪 电动手爪造价比较高，主要用在一些特殊场合 造价比较高，主要用在一些特殊场合 带 带有 有传 传感 感器 器的 的装 装配 配机 机器 器人 人可 可以 以更 更好 好地 地顺 顺应 应对 对象 象物 物进 进行 行柔 柔软 软的 的操 操作 作。装 装配 配机 机器 器人 人经 经常 常使 使用 用的 的传 传感 感器 器有 有视 视觉 觉传 传感 感器 器、触 触觉 觉传 传感 感器 器、接 接近觉传感器 近觉传感器和 和力传感器 力传感器等。等。视 视觉 觉传 传感 感器 器主 主要 要用 用于 于零 零件 件或 或工 工件 件的 的位 位置 置补

11、补偿 偿，零 零件 件的 的判 判别 别、确认等。确认等。触 触觉 觉和 和接 接近 近觉 觉传 传感 感器 器一 一般 般固 固定 定在 在指 指端 端，用 用来 来补 补偿 偿零 零件 件或 或工 工件 件的位置误差，防止碰撞等。的位置误差，防止碰撞等。力传感器 力传感器一般装在腕部，用来检测腕部受力情况，一般在精密 一般装在腕部，用来检测腕部受力情况，一般在精密装配或去飞边一类需要力控制的作业中使用。装配或去飞边一类需要力控制的作业中使用。（2 2）装配机器人的周边设备 装配机器人的周边设备 机器人进行装配作业时，除机器人主机、手爪、传感器外，零 机器人进行装配作业时，除机器人主机、手爪

12、、传感器外，零件 件供给装置 供给装置和 和工件搬运装置 工件搬运装置也至为重要。无论从投资额的角度还是 也至为重要。无论从投资额的角度还是从安装占地面积的角度，它们往往比机器人主机所占的比例大。周 从安装占地面积的角度，它们往往比机器人主机所占的比例大。周边设备常由 边设备常由可编程控制器控制 可编程控制器控制，此外一般还要有，此外一般还要有台架 台架、安全栏 安全栏等。等。零件供给器 零件供给器 零件供给器的作用是保证机器人能逐个正确地抓取待装配零件，零件供给器的作用是保证机器人能逐个正确地抓取待装配零件，保证装配作业正常进行。保证装配作业正常进行。v v给料器 给料器 用振动或回转机构把

13、零件排齐，并逐个送到指定位置。用振动或回转机构把零件排齐，并逐个送到指定位置。v v托 托 盘 盘 大 大零 零件 件或 或易 易磕 磕碰 碰划 划伤 伤的 的零 零件 件加 加工 工完 完毕 毕后 后一 一般 般应 应码 码放 放在 在称 称为 为 托 托盘 盘 的 的容 容器 器中 中运 运输 输，托 托盘 盘装 装置 置能 能按 按一 一定 定精 精度 度要 要求 求把 把零 零件 件送 送到 到给 给定 定位置，然后再由机器人一个一个取出。位置，然后再由机器人一个一个取出。输 输送 送装 装置 置 在 在机 机器 器人 人装 装配 配线 线上 上，输 输送 送装 装置 置承 承担 担把

14、 把工 工件 件搬 搬运 运到 到各 各作 作业 业地 地点 点的 的任 任务 务，输 输送 送装 装置 置中 中以 以传 传送 送带 带居 居多 多。输 输送 送装 装置 置的 的技 技术 术问 问题 题是 是停止精度、停止时的冲击和减速振。减震器可用来吸收冲击能。停止精度、停止时的冲击和减速振。减震器可用来吸收冲击能。2.5.4 2.5.4 喷涂机器人 喷涂机器人(painting robot)(painting robot)喷涂机器人 喷涂机器人广泛用于汽车车体、家电产品和各种塑料制品的喷 广泛用于汽车车体、家电产品和各种塑料制品的喷涂作业。涂作业。喷涂机器人 喷涂机器人在使用环境和动作

15、要求上有如下的特点 在使用环境和动作要求上有如下的特点:工作环境包含易爆的喷涂剂蒸气 工作环境包含易爆的喷涂剂蒸气;沿轨迹高速运动，途经各点均为作业点 沿轨迹高速运动，途经各点均为作业点;多数和被喷涂件都搭载在传送带上，边移动边喷涂，所以它 多数和被喷涂件都搭载在传送带上，边移动边喷涂，所以它需要一些特殊性能。需要一些特殊性能。喷涂机器人 喷涂机器人通常有 通常有液压喷涂机器人 液压喷涂机器人和 和电动喷涂机器人 电动喷涂机器人两类。两类。(1)(1)液压喷涂机器人 液压喷涂机器人 机 机器 器人 人的 的结 结构 构为 为六 六轴 轴多 多关 关节 节型 型，工 工作 作空 空间 间大 大，

16、腰 腰回 回转 转采 采用 用液 液压 压马 马达 达驱 驱动 动，手 手臂 臂采 采用 用油 油缸 缸驱 驱动 动。手 手部 部采 采用 用柔 柔性 性用 用腕 腕结 结构 构，可 可绕 绕臂 臂的 的中 中心 心轴 轴沿 沿任 任意 意方 方向 向做 做110 110弯 弯曲 曲，而 而且 且在 在任 任意 意弯 弯曲 曲状 状态 态下 下可 可绕 绕腕 腕中 中心 心轴 轴扭 扭转 转420 420。由 由于 于腕 腕部 部不 不存 存在 在奇 奇异 异位 位形 形，所 所以 以能 能喷 喷涂 涂形 形态 态复 复杂 杂的 的工 工件并具有很高的生产率。件并具有很高的生产率。关键技术：关

17、键技术：高精度伺服控制技术 高精度伺服控制技术 v v在 在补 补偿 偿臂 臂姿 姿态 态、变 变速 速变 变化 化引 引起 起的 的惯 惯性 性矩 矩变 变化 化的 的位 位置 置反 反馈 馈回 回路 路中 中采 采用可变 用可变PID PID控制 控制;v v在 在速 速度 度反 反馈 馈系 系统 统中 中进 进行 行可 可变 变P P控 控制 制，以 以补 补偿 偿作 作业 业中 中喷 喷涂 涂速 速度 度可 可能 能发生的大幅度的变化 发生的大幅度的变化;v v实施加减速控制，以防止在运动轨迹的拐点产生振动。实施加减速控制，以防止在运动轨迹的拐点产生振动。液压系统的限速措施 液压系统的

18、限速措施 用遥控操作进行示教和修正时，需要操作者靠近机器人作业。用遥控操作进行示教和修正时，需要操作者靠近机器人作业。为了安全起见，不但应在软件上采取限速措施，而且在硬件方面应 为了安全起见，不但应在软件上采取限速措施，而且在硬件方面应加装限速液压回路。加装限速液压回路。防爆技术 防爆技术 喷涂机器人主机和操作板必须满足本质防爆安全规程的有关规 喷涂机器人主机和操作板必须满足本质防爆安全规程的有关规定。定。(2)(2)电动喷涂机器人 电动喷涂机器人 近年来，由于 近年来，由于AC AC伺服电机的应用和高速伺服技术的迸步，在 伺服电机的应用和高速伺服技术的迸步，在喷涂机器人中采用电驱动已经参展为

19、可能。现阶段，电动喷涂机器 喷涂机器人中采用电驱动已经参展为可能。现阶段，电动喷涂机器人多采用耐压或内压防爆结构，限定在 人多采用耐压或内压防爆结构，限定在1 1级危险环境 级危险环境(在通常条件下 在通常条件下有生成危险气体介质之虞 有生成危险气体介质之虞)和 和2 2级危险环境 级危险环境(在异常条件下有生成危 在异常条件下有生成危险气体介质之虞 险气体介质之虞)下使用。下使用。电 电动 动喷 喷涂 涂机 机器 器人 人一 一般 般也 也有 有六 六个 个轴 轴，但 但工 工作 作空 空间 间大 大。在 在设 设计 计手 手臂 臂时 时注 注意 意了 了减 减轻 轻重 重量 量和 和简 简

20、化 化结 结构 构，结 结果 果降 降低 低了 了惯 惯性 性负 负荷 荷，提 提高 高了 了高 高速 速动作的轨迹精度。动作的轨迹精度。该 该机 机具 具有 有与 与液 液压 压喷 喷涂 涂机 机器 器人 人完 完全 全一 一样 样的 的控 控制 制功 功能 能。只 只是 是驱 驱动 动改用 改用AC AC伺服电机和相应的驱动电路，维修保养十分方便。伺服电机和相应的驱动电路，维修保养十分方便。电动喷涂机器人 电动喷涂机器人采用所谓内压防爆方式，就是指往电气箱中 采用所谓内压防爆方式，就是指往电气箱中人为地注人高压气体 人为地注人高压气体(比易爆危险气体介质的压力高 比易爆危险气体介质的压力高

21、)的做法。在此 的做法。在此基础上，如再采用无火花 基础上，如再采用无火花AC AC电机和无刷旋转变压器，则可组成安 电机和无刷旋转变压器，则可组成安全性更好的防爆系统。全性更好的防爆系统。2.6 2.6 其他用途的工业机器人 其他用途的工业机器人 v v搬运机器人 搬运机器人 主要用于工厂中一些工序的上下料作业、拆垛和码垛作业等。主要用于工厂中一些工序的上下料作业、拆垛和码垛作业等。这类机器人精度相对低一些，但负荷比较大，运动速度比较高。其 这类机器人精度相对低一些，但负荷比较大，运动速度比较高。其机器人操作机多采用点焊或弧焊机器人结构，也有的采用框架式和 机器人操作机多采用点焊或弧焊机器人

22、结构，也有的采用框架式和直角坐标式结构形式。随着工厂自动化程度的不断提高和生产节拍 直角坐标式结构形式。随着工厂自动化程度的不断提高和生产节拍的加快，搬运机器人使用得越来越多。的加快，搬运机器人使用得越来越多。v v水切割机器人、激光加工机器人 水切割机器人、激光加工机器人 它通过 它通过高压水 高压水和 和激光 激光这种新的工具，对工件实施切割、焊接 这种新的工具，对工件实施切割、焊接或者是金属材料的表面特殊处理，可以实现金属及其他材料的特殊 或者是金属材料的表面特殊处理，可以实现金属及其他材料的特殊加工。高压水切割的特点是其切缝处光滑，无需进行二次处理，并 加工。高压水切割的特点是其切缝处

23、光滑，无需进行二次处理，并且避免了其他热加工手段带来的工件变形。激光加工则是充分利用 且避免了其他热加工手段带来的工件变形。激光加工则是充分利用了激光的特性，实现对工件的精密切割、钻孔、焊接以及表面热处 了激光的特性，实现对工件的精密切割、钻孔、焊接以及表面热处理这些作业往往是传统的加工手段无法完成的。理这些作业往往是传统的加工手段无法完成的。v v 检查和测量机器人 检查和测量机器人 集三种功能于一体，包括机器人的运动控制、操作对象状态 集三种功能于一体，包括机器人的运动控制、操作对象状态的感知以及对所采集到的信息进行分析和判断，最终给出检查和测 的感知以及对所采集到的信息进行分析和判断，最

24、终给出检查和测量结果。检查和测量机器人主要用于工件的形状测量、装配检查以 量结果。检查和测量机器人主要用于工件的形状测量、装配检查以及产品缺陷检查等。及产品缺陷检查等。随着信息技术和微电子技术的发展，这些行业也迫切需要机器 随着信息技术和微电子技术的发展，这些行业也迫切需要机器人进行作业。但这些行业的特点是超精密化和精细化，产品的质量 人进行作业。但这些行业的特点是超精密化和精细化，产品的质量与环境的好坏有直接关系，在这种环境下作业对机器人有特殊要求，与环境的好坏有直接关系，在这种环境下作业对机器人有特殊要求，因此产生了 因此产生了净化机器人 净化机器人。对于净化机器人，如何抑制尘埃粒子大小。

25、对于净化机器人，如何抑制尘埃粒子大小和数量是其关键问题。另外，现代制造业中，许多器件的制造需要 和数量是其关键问题。另外，现代制造业中，许多器件的制造需要在真空环境下进行，因此也出现了 在真空环境下进行，因此也出现了真空机器人 真空机器人。净化机器人和真空。净化机器人和真空机器人除对环境有很高的要求之外，其速度和精度也有了很大提高。机器人除对环境有很高的要求之外，其速度和精度也有了很大提高。并且机器人的结构不同于一般工业机器人的结构，具有一定的特殊 并且机器人的结构不同于一般工业机器人的结构，具有一定的特殊性。性。2.7 2.7 工业机器人发展趋势 工业机器人发展趋势 机 机器 器人 人技 技

26、术 术是 是一 一种 种综 综合 合性 性高 高技 技术 术，它 它涉 涉及 及到 到多 多种 种相 相关 关技 技术 术及 及学 学科 科，如 如机 机构 构学 学、控 控制 制工 工程 程、计 计算 算机 机、人 人工 工智 智能 能、微 微电 电子 子学 学、传 传感 感技 技术 术、材 材料 料科 科学 学以 以及 及仿 仿生 生学 学等 等科 科学 学技 技术 术。因 因此 此机 机器 器人 人技 技术 术的 的发 发展 展一 一方 方面 面带 带动 动了 了相 相关 关技 技术 术及 及学 学科 科的 的发 发展 展，另 另一 一方 方面 面也 也取 取决 决于 于这 这些 些相

27、相关 关技 技术 术和学科的发展进程。和学科的发展进程。(1)(1)机器人操作机 机器人操作机 负载 负载/自重比大、高速高精度的机器人操作机一直是机器人设 自重比大、高速高精度的机器人操作机一直是机器人设计者追求的目标，通过有限元模拟分析及仿真设计等现代设计方法 计者追求的目标，通过有限元模拟分析及仿真设计等现代设计方法的运用，机器人操作机已实现了优化设计。的运用，机器人操作机已实现了优化设计。(2)(2)并联机器人 并联机器人 采 采用 用并 并联 联机 机构 构，利 利用 用机 机器 器人 人技 技术 术，实 实现 现高 高精 精度 度测 测量 量及 及加 加工 工，这 这是 是机 机器 器人 人技 技术 术向 向数 数控 控技 技术 术的 的拓 拓展 展，为 为将 将来 来实 实现 现机 机器 器人 人和 和数 数控 控技 技术 术的 的一 一体 体化 化奠 奠定 定了 了基 基础 础。意 意大 大利 利comau comau公 公司 司、日 日本 本fanuc fanuc等 等公 公司 司已 已开 开发 发出 出了此类产品。了此类产品。