1、南京信息職業技術學院畢業設計論文作者 胡曉東 學號 21414D11 系部 機電學院 專業 機電一體化技術 題目 工業機器人快換裝置的設計與調試 指導教師 顏瑋 評閱教師 顏瑋 完成時間： 2017年 4 月 1日 畢業設計(論文)中文摘要(題目)：工業機器人快換裝置的設計與調試摘要：進入21世紀后，工業機器人進入到快速發展時期。工業機器人是一種通用性較強的自動化設備，末端執行器則是直接執行作業任務的裝置，大多數末端執行器的結構和尺寸都是根據其不同的作業任務要求來設計，從而形成了多種多樣的結構形式。通過對工業機器人運行程序的編輯，快換裝置能快速有效更換末端執行器，提高工業機器人作業的柔性，為工

2、業機器人在不同作業的應用提供了有利條件。關鍵詞：快換裝置；機器人；工業；畢業設計(論文)外文摘要Title: Design and debugging of quick change device for industrial robotAbstract: After entering in twenty-first Century, the industrial robot into a period of rapid development. Industrial robot is a kind of general automation equipment, the end e

3、ffector is a device for performing the task directly, the structure and size of most end effector are designed according to their different task requirements, thus forming a variety of structural forms.By editing the running program of industrial robot,quick change device can quickly and effectively

4、 replace the end effector,improve the flexibility of industrial robots,it provides a favorable condition for the application of industrial robots in different jobs. Keywords: Quick change device; robot; industry;目錄1 引言.12 工業機器人的發展現狀.12.1 我國工業機器人的發展現狀.12.2 國外工業機器人的發展現狀.13 工業機器人快換裝置的工作原理及其基本組成.24 工業機器

5、人快換裝置的電路氣路整體結構.35 工業機器人的運行程序.55.1 運行環境.55.2 動作流程.65.3 指令.65.4 程序編輯與調試.76 快換裝置的應用 .106.1 軸孔裝配機器人工作站運行程序 .106.2 獎牌包裝機器人工作站運行程序.11結論 .14致謝 .14參考文獻 .141 引言自從美國研制出第一臺可以使用的示教型工業機器人以來，國際上對工業機器人的開發和應用已經有50年的歷程。工業機器人是一種具有自動控制功能的機器，通過對其運行程序的編輯，工業機器人能夠完成各種作業，末端執行器則是一種直接執行作業任務的裝置。通常末端執行器是為特定的用途而專門設計的。如今已開發出噴漆、裝

6、配、焊接、搬運、注塑、碼垛等工業機器人。學校Estun工業機器人學院中的工業機器人需要夾持器安裝末端執行器，如果能夠設計相關的快換裝置，則可為工業機器人多種作業提供較好的展示平臺。2 工業機器人的發展現狀2.1 我國工業機器人的發展現狀我國在“七.五”科技攻關計劃中開始嘗試發展工業機器人技術，由于當時經濟實力的制約，發展緩慢，研究和應用水平也比較低。為了實現高技術發展與我國經濟建設相連接，863計劃國家對機器人技術的發展做出了重要戰略調整，明確把特種機器人與工業機器人及其應用工程并重，通過工業機器人的應用帶動關鍵技術和基礎研究的發展。從機器人的銷售量上來看，國內機器人市場增長非常迅速。我國的智

7、能機器人發展也取得了不少成果：相繼開發出了點焊機器人、摘果機器人、下棋機器人、伐根機器人等機種；在基礎技術的開發應用上有了很大的突破。通過科技攻關，目前已基本掌握了機器人操作機的設計制造技術，但是在多傳感器信息融合控制技術、機器人化機械等關鍵技術領域的開發應用方面才剛剛起步，需要在原有的基礎上攻堅克難，才能形成與系統配套可供實用的技術和產品。如今工業機器人在社會生活的各個方面的應用范圍越來越廣，如迎賓業務推廣、前臺問詢機器人、營業大廳的機器人導購宣傳員、畫像機器人、跳舞機器人等，因此對機器人的需求也越來越大。所以要加快攻克工業機器人的關鍵技術，對產品進行全面規劃，搞好系列化、通用化、模塊化設計

8、，積極推進機器人產業快速化發展。2.2 國外工業機器人的發展現狀工業機器人是現代制造業重要的自動化裝備，它囊括了電子、計算機、機械、傳感器、人工智能等先進技術。目前，國際上具有影響力的，著名的工業機器人供應商有安川、松下、American Robot、KUKA、CLOOS、瑞典ABB等公司。美國是世界上機器人強國之一，基礎雄厚，技術先進。上世紀80年代美國制定和采取了相應的政策和措施，一方面鼓勵工業界發展和應用機器人，另一方面制定計劃、提高投資，增加研究經費，把機器人看成美國再次工業化的特征，使美國的機器人迅速發展。隨著各大廠家應用機器人的技術成熟，很快占領了機器人市場。德國，不得不提它的支柱

9、產業汽車，德國作為工業強國，工業自動化水平都久負盛譽，強大的工業實力為其工業機器人的發展夯實了基礎。庫卡公司是德國最為知名的工業機器人生產商，是全球頂級工業機器人制造商之一。其產品主要應用于汽車、物流、食品、醫藥、鑄造等方面。近幾年德國的工業機器人在人機交互、機器視覺、機器互聯、服務機器人等方面發展迅速。近些年國外機器人領域發展趨勢：工業機器人的性能不斷提高主要表現在三個方面即高速度、高精度、高可靠性；機械結構向模塊化、可重構化發展；工業機器人控制系統從單一系統開始向基于PC機的控制器方向發展；機器人語言研究發展較快，語言類型多，應用廣。3 工業機器人快換裝置的工作原理及其基本組成工業機器人有

10、點焊、弧焊、裝配、噴漆等機器人，主要用于現代化的工廠和柔性加工系統中。下面簡單的介紹一下碼垛機器人是怎么工作的：首先把托盤從托盤庫中調出，放到預先設置好的位置，只要貨物輸送機旁的傳感器感應到貨物，碼垛機器人就會根據系統預設的程序把堆放好的貨物抓起，并依次按照一定的順序排列在托盤上，不斷的重復上述過程，直到把托盤裝滿，貨物裝滿后，托盤輸送機就會把托盤運送到下一個需要工作的地方。工業機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業的可編程操作機器，通過快換裝置可以更換不同的末端執行器，提高工業機器人的工作效率。如圖2所示為末端執行器的自動換接系統，快換裝置通常由主盤和工具盤組成，主盤安裝在

11、工業機器人手腕上，工具盤與末端操作器連接。快換裝置的釋放和夾緊可以由主盤和工具盤通過氣動的形式來實現。當操作器處于釋放狀態時，主盤上的釋放口開始供氣，產生的推力使活塞桿處于下壓狀態。鋼球收于內側。當操作器需要夾緊時，主盤上的夾緊口開始供氣，主盤內活塞拉力和內部彈簧使活塞桿回拉，并由鋼球將工具側定位夾緊套按壓在著座面上。排氣口在需要時，可進行氣體的排放，保證氣路的暢通。而檢測口，則與壓力開關相接，檢測快換裝置的連接情況。圖1 快換裝置的工作狀態4 工業機器人快換裝置的電路氣路整體結構工業機器人快換裝置由主盤和工具盤組成，主盤安裝在工業機器人手腕上，工具盤與末端執行器通過氣動的方式實現連接。快換裝

12、置的內部結構比較復雜，通常有彈簧、鋼球，保證其連接的精度，主盤和工具盤也通過氣動的形式相連接。主盤上有釋放口、夾緊口、排氣口和檢測口以及氣爪氣口，通過給不同的氣口通氣，可使其發生相應的動作。根據圖2安裝相應的氣閥，安裝氣路之前關閉氣泵，選擇正確尺寸的氣動接口。電磁閥的氣管通過安裝板內層氣源及執行器相連，使系統氣管整齊。其氣管不要交叉扭曲，防止管路受阻。不僅要對其工裝進行設計還要對其氣路 、電路進行設計和連接。根據氣路動作的觸發信號，選用電磁閥，電磁閥的信號來自于工業機器人的控制器，將此類I/O信號寫入示教器中，進行后續程序編輯的變量。其中輸入信號有：壓力開關、氣爪上的磁性開關，輸出信號有：4個

13、電磁閥位置信號，電機觸發信號，如圖3所示。連接后，氣路和電路運行良好，可進行相應的機器人程序調試運行。 圖2 快換裝置的氣路電磁閥上的電磁信號來源于機器人控制器，信號電壓24V。辨識I/O模塊24V和0V端口，注意電磁閥信號的正負極及在示教器中信號的變量。圖3 輸入控制器模塊IO信號注意事項：1） 安全操作，在連接電路或氣路前，保證關閉電源和氣源。2） 緊固器件時，選用合適的工具，使用力不能過小，也不可過大。3） 安裝系列閥前，理清安裝順序。5 工業機器人的運行程序5.1 運行環境1軸孔裝配機器人工作站 這組工業機器人由一臺六軸機器人本體，伺服箱，工作臺和工具架組成。我們機器人需要將小型圓柱體

14、放到工具臺上的小型料盤里，然后更換末端執行器，使用帶有電動式的打磨機打磨小圓柱體。 首先，啟動機器人伺服，將機器人首先運行到工具架上夾持末端執行器的正上方，并緩緩下降，連接夾持式末端執行器，行走到小圓柱體的上方，開始夾持小圓柱體，接著運行到料盤A上方，釋放小圓柱體到料槽里。然后，機器人運行到工具架上夾持式末端執行器的上方，緩緩下降，并且釋放末端執行器。然后運行到電動式末端執行器的上方，連接電動式末端執行器，運行到料盤上方小圓柱體處，開始打磨小圓柱體的上方。打磨結束后，將機器人運行到工具架的電動式末端執行器的上方，緩緩下降，釋放電動式末端執行器。然后，在更換夾持式末端執行器，將小圓柱體夾持到料盤

15、B中。 在我們這個軸孔裝配的工作站中，我們在進行對物料小圓柱體的搬運和加工這一步驟中變化使用了末端執行器，首先使用夾持式末端執行器，夾持式末端執行器對圓柱體，方形塊等等能夠很好的進行移動，然后，我們在其運行的過程當中，變換末端執行器，使用了帶電動式的小磨頭，從而對小圓柱體進行打磨的作業，這其中，就用到了我們的快換裝置，從而可以是機器人在很短的時間內完成多功能作業。2獎盤包裝機器人工作站 這組是一整套工業機器人生產線，由四組六軸工業機器人，一組四軸機器人，三個工具架，兩個工作臺，AGV小車組成。首先由機器人A將金牌吸附運行到工作臺1上進行掃碼，然后再將金牌吸附到流水線上，啟用升降臺將金牌移到左側

16、拍照，然后再由機器人B使用單吸附式末端執行器將獎盤吸附到攝像頭處，再運行到工作臺2上，此時啟用四軸機器人進行涂膠，接著更換末端執行器，在這里，尤其注意兩個末端執行器的更換口。六軸機器人B使用四吸附式末端執行器將金牌吸附到工作臺B上，然后六軸機器人B將獎盤吸附到工具架a上，六軸機器人C將獎盤吸附到料盤b上，并由六軸機器人C將獎盤吸附到料盤b上，此時六軸機器人D到料盤e取出上頂蓋，機器人D吸住頂蓋到攝像機拍照定位，取完照片后再由機器人C吸附到工具架b上，然后經由AGV小車吸上獎盤送到展架上。 在我們這個獎盤包裝的工作站中，我們在其中需要將金牌放到獎盤里，需要使用到不同的末端執行器，這樣，我們設計的

17、快換裝置就在其中起到至關重要的作用，在工作過程當中，首先我們需要四吸式吸盤將獎盤移到工作臺上，然后使用單吸式吸盤將獎牌移動到獎盤里，這套動作里用到了兩個不同結構特征的物料，所以，我們使用兩個不同的末端執行器進行操作。    5.2 動作運行流程機器人快換器的動作，可分解成為“移到工具架”、“卸下末端執行器”、“移動到另一個末端執行器的上方”、“連接末端執行器”、“抓取工件”等一系列任務。5.3 指令5.3.1 運動指令運動指令用來實現以指定速度、特定路線模式等將工具從一個位置移動到另一個指定位置。以下列舉了一些常用的指令：如可以使末端執行器實現點到點運動

18、的PTP指令，使末端執行器實現線性運動的Lin指令，使機器人末端做圓弧運動的Circ指令，還有可以實現位移運動的Movj指令。圖4 TCP末端圓弧運動簡圖5.3.2 系統功能指令系統功能指令通常有賦值指令（=）、注解指令（/）、設置機器人等待時間的waittime指令，還有用于停止所有程序執行的stop指令。 賦值指令主要是為了在程序運行中為各種變量進行賦值操作，就是將某一數值賦給某個變量，其左側為變量，右側為表達式。 注解指令主要是為了說明這個程序是執行什么樣的操作，便于理解。WaitTime指令主要用于設置機器人的等待時間，單位為ms。5.3.3 流程控制指令在本文軸孔裝配機器人工作站和獎

19、牌包裝機器人工作站調試中用到了調用指令（CALL）和等待指令（WAIT），他們都屬于流程控制指令。調用指令能夠調用項目中已經編輯好的程序，還能夠將其它程序作為子程序在需要的時候調出來使用。等待指令，只有當其表達式的值為TRUE時,機器人下一步工作指令才會執行。 5.4 程序編輯與調試5.4.1新建、編輯和加載程序在示教界面中點擊“程序新建”按鈕，在彈出的對話框中輸入程序名，可新建一個空的程序。打開程序對話框可查看系統中所有的程序文件及其屬性，點擊“示教界面”中的“打開程序”，可顯示程序文件列表，選擇一個現有的程序文件并點擊“確認”后可加載選中的該程序文件。如圖5所示程序只有在加載的情況下，編輯

20、界面背景為白色，但是在打開的情況下，背景就會變為灰色。圖5 程序界面5.4.2 工業機器人快換器運行程序1.工業機器人快換裝置的工作流程使用工業機器人完成工作，主要經過以下幾個工作環節，包括運動分析、運動規劃、示教前的準備、示教編程。2.工業機器人快換裝置的運動分析工業機器人快換器的運動可以分解為“移到工具架”、“卸下末端執行器”、“移動到另一個末端執行器的上方”、“連接末端執行器”、“抓取工件”等一系列任務。3.工業機器人快換器運動規劃和示教前的準備1）I/O配置使用氣動吸盤來抓取工件，氣動吸盤的打開與關閉需通過I/O信號控制。Estun機器人控制系統提供了完備的I/O通信接口，可以方便地與

21、周邊設備進行通信。本系統的I/O板提供的常用信號處理有輸入信號 x和輸出信號y。輸入/輸出主要是對這些輸入/輸出狀態進行管理和設置。2）工具坐標系設定如圖所示圖6 位置界面4.工業機器人快換器的運行程序為了使機器人能夠運動完成各種任務，就必須把機器人運動命令編成程序。利用工業機器人快換裝置可以更換不同的末端執行器實現不同的操作功能，快換裝置運行程序如下所示：Movj cp0/ 移動到cp0點 Set. Suck stop. /suck stop變量設置電磁閥控制快換裝置release 口的打開 Wait time (500) /等待500ms Movj cp1 /移動到cp1點 Movj cp

22、2 /移動到cp2點 Set suck start. /suck start變量設置電磁閥控制快換裝置LOCK口打開6 快換裝置的應用6.1 軸孔裝配機器人工作站運行程序1.示意圖CP5 CP1 CP2cp3CP3CP4圖7 軸孔裝配機器人工作站示意圖表1 I/O變量名對應表變量I/O備注lockDout (13)吸附工具盤jawDout (10)夾取工件releaseDout (15)釋放工具盤本程序由主程序和子程序（快換器運行程序）組成，以工業機器人運動的起始點為cp0點， MainLin cp1Set lock Lin cp2Set jaw trueLin cp3Set jaw fals

23、eLin cp1Set releaseCall()Lin cp4Set lockLin cp3Set motorCirc cp4Set releaseCall()Lin cp1Set lockLin cp3Set jaw trueLin cp5Set jaw false6.2 獎牌包裝機器人工作站運行程序1.示意圖圖8 獎牌包裝機器人工作站示意圖表2 I/O變量名對應表變量I/O備注lockDout (13)吸附工具盤releaseDout (15)釋放工具盤本程序由主程序和子程序（快換器運行程序）組成，以工業機器人運動的起始點為cp0點 MainMovj cp1Set lockMovj cp2Set. suck trueMovj cp3Set. suck falseMovj cp1Set release