1、第五章搬運機器人及其操作應用5.1 搬運機器人的分類及特點5.2 搬運機器人的系統組成5.3 搬運機器人的作業示教5.3.1 冷加工搬運機器人5.3.2 熱加工搬運機器人學習目標導入案例課堂認知擴展與提升本章小結思考練習5.4 搬運機器人的周邊設備5.4.1 周邊設備5.4.2 周邊設備課前回憶如何使用在線示教方式進行工業機器人任務編程如何進行工業機器人離線作業示教再現學習目標認知目標了解搬運機器人的分類及特點掌握搬運機器人的系統組成及其功能熟悉搬運機器人作業示教的根本流程熟悉搬運機器人的周邊設備與布局水平目標能夠識別搬運機器人工作站根本構成能夠進行搬運機器人的簡單作業示教導入案例機器人助力機

2、床上下料,國產高效智能壓鑄裝備研制成功智能壓鑄島是以壓鑄機為核心設備構成的一組智能化生產單元,以無人化生產管理方式自動完成從原材料到合格鑄件成品間的工藝生產流程,實現壓鑄生產的程序化、數字化和遠程限制.高效智能壓鑄島以壓鑄機為核心,配備3-10個機器人和多部AGV小車,集成多個限制系統、伺服系統、檢測系統于一體,包括鋁液智能熔化系統、伺服定量澆注系統、爐料回收系統、智能熔體含氣量檢測系統、真空壓鑄系統自動模溫機、自動三維伺服噴涂機械手、耐高溫抗腐蝕的裝件取件機器人、鑲嵌自動快速加熱和均溫裝置、自動型芯冷卻系統、自動余料去除及飛邊清理裝置、大型精密壓鑄模具、輸送帶、冷卻裝置、在線智能檢測系統、激

3、光打標機、智能轉運小車、壓鑄生產信息化治理系統、嵌入式專用限制器、壓鑄專家系統等設備和系統.課堂認知5.1搬運機器人的分類及特點搬運機器人具有通用性強、工作穩定的優點,且操作簡便、功能豐富,逐漸向第三代智能機器人開展,其主要優點有.動作穩定和提升搬運準確性.提升生產效率,解放繁重體力勞動,實現“無人或“少人生產.改善工人勞作條件,擺脫有毒、有害環境.柔性高、適應性強,可實現多形狀、不規那么物料搬運.定位準確,保證批量一致性.降低制造本錢,提升生產效益.從結構形式上看,搬運機器人可分為龍門式搬運機器人、懸臂式搬運機器人、側壁式搬運機器人、擺臂式搬運機器人和關節式搬運機器人.攜臂式搬運機器人關節式

4、搬運機器人掖運機器人分類龍門式搬運機器人其坐標系主要由X軸、Y軸和Z軸組成.其多采用模塊化結構,可依據負載位置、大小等選擇對應直線運動單元及組合結構形式,可實現實現大物料、重噸位搬運,采用直角坐標系,編程方便快捷,廣泛運用于生產線轉運及機床上下料等大批量生產過程.懸臂式搬運機器人其坐標系主要由X軸、Y軸和Z軸組成.其也可隨不同的應用采取相應的結構形式廣泛運用于臥式機床、立式機床及特定機床內部和沖壓機熱處理機床自動上下料龍門式搬運機器人懸臂式搬運機器人側壁式搬運機器人其坐標系主要由X軸、Y軸和Z軸組成.其也可隨不同的應用采取相應的結構形式.主要運用于立體庫類,如檔案自動存取、全自動銀行保管箱存取

5、系統等.擺臂式搬運機器人其坐標系主要由X軸、Y軸和Z軸組成.Z軸主要是開降,也稱為主軸.Y軸的移動主要通過外加滑軌,X軸末端連接限制器,其繞X軸的轉動,實現4軸聯動.廣泛應用于國內外生產廠家,是關節式機器人的理想替代品,但其負載程度相對于關節式機器人小.側壁式搬運機器人擺臂式搬運機器人關節式搬運機器人關節式搬運機器人是當今工業產業中常見的機型之一,其擁有56個軸,行為動作類似于人的手臂,具有結構緊湊、占地空間小、相對工作空間大、自由度高等特點,適合于幾乎任何軌跡或角度的工作.關節式搬運機器人龍門式、懸臂式、側壁式和擺臂式搬運機器人均在直角式坐標系下作業,具適應范圍相對較窄、針對性較強,適合定制

6、專用機來滿足特定需求.直角式桁架式搬運機器人和關節式機器人在實際運用中都有如下特性：1 能夠實時調節動作節拍、移動速率、末端執行器動作狀態.2 可更換不同末端執行器以適應物料形狀的不同,方便、快捷.3 能夠與傳送帶、移動滑軌等輔助設備集成,實現柔性化生產.4 占地面積相對小、動作空間大,減少廠源限制.5 .2搬運機器人的系統組成搬運機器人是一個完整系統.以關節式搬運機器人為例,其工作站主要有操作機、限制系統、搬運系統氣體發生裝置、真空發生裝置和手爪等和平安保護裝置組成.搬運機器人系統組成關節式搬運機器人常見的本體有4-6軸.6軸搬運機器人本體局部具有回轉、抬臂、前伸、手腕旋轉、手腕彎曲和手腕扭

7、轉6個獨立旋轉關節,多數情況下5軸搬運機器人略去手腕旋轉這一關節,4軸搬運機器人那么略去了手腕旋轉和手腕彎曲這兩個關節運動.搬運機器人運動軸常見的搬運機器人末端執行器有吸附式、夾鉗式和仿人式等.吸附式吸附式末端執行器依據吸力不同可分為氣吸附和磁吸附.1氣吸附主要是利用吸盤內壓力和大氣壓之間壓力差進行工作,依據壓力差分為真空吸盤吸附、氣流負壓氣吸附、擠壓排氣負壓氣吸附等.通過連接真空發生裝置和氣體發生裝置實現抓取和釋放工件,工作時,真空發生裝置將吸盤與工件之間的空氣吸走使其到達真空狀態,此時,吸盤內的大氣壓小于吸盤外大氣壓,工件在外部壓力的作用下被抓取.1橡膠吸盤；2固定環；3墊片4一支撐桿；5

8、螺母；6基板真空吸盤吸附利用流體力學原理,通過壓縮空氣高壓高速流動帶走吸盤內氣體低壓使吸盤內形成負壓,同樣利用吸盤內外壓力差完成取件動作,切斷壓縮空氣隨即消除吸盤內負壓,完成釋放工件動作.1橡膠吸盤；2一心套；3透氣螺釘4一支撐架；5一噴嘴；6一噴嘴套氣流負壓氣吸附利用吸盤變形和拉桿移動改變吸盤內外部壓力完成工件吸取和釋放動作.磁吸盤等.1非導磁體；2永磁鐵；3磁軻；4工件永磁吸附利用內部激磁線圈通直流電后產生磁力,而吸附導磁性工件.1一直流電源；2激磁線圈；3工件1一橡膠吸盤；2一彈簧；3一拉桿擠壓排氣負壓氣吸附2磁吸附利用磁力進行吸取工件,常見的磁力吸盤分為永磁吸盤、電磁吸盤、電永利用磁力

9、線通路的連續性及磁場疊加性而工作,永磁吸盤的磁路為多個磁系,通過磁系之間的相互運動來限制工作磁極面上的磁場強度的強弱進而實現工件的吸附和釋放動作.稗的狀態口電磁吸附電永磁吸附是利用永磁磁鐵產生磁力,利用激磁線圈對吸力大小進行限制,起到“開、關作用.磁吸附只能吸附對磁產生感應物體起作用,故對于要求不能有剩磁的工件無法使用,且磁力受高溫影響較大,故在高溫下工作亦不能選擇磁吸附,所以在使用過程中有一定局限性.常適合要求抓取精度不高且在常溫下工作的工件.根據被抓取工件形狀、大小及抓取部位的不同,爪面形式常有平滑爪面、齒形爪word版本整理分享面和柔性爪面.平滑爪面：指爪面光滑平整,多數用來加持已加工好

10、的工件外表,保證加工外表無損傷.齒形爪面：指爪面刻有齒紋,主要目的是增加與加持工件的摩擦力,保證加持穩固可靠,常用于加持外表粗糙毛坯或半成品工件.柔性爪面：內鑲有橡膠、泡沫、石棉等物質,起到增加摩擦、保護已加工工件表面、隔熱等作用.多用于加持已加工工件、熾熱工件、脆性或薄壁工件等.夾鉗式：通過手爪的開啟閉合實現對工件的夾取,由手爪、驅動機構、傳動機構、連接和支承元件組成.多用于負載重、高溫、外表質量不高等吸附式無法進行工作的場合.常見手爪前端形狀分V型爪、平面型爪、尖型爪等.1V型爪常用于圓柱形工件,具加持穩固可靠,誤差相對較小.2平面型爪多數用于加持方形工件至少有兩個平行面如方形包裝盒等,厚

11、板形或者短小棒料.V型爪平面型爪3尖型爪常用于加持復雜場合小型工件,防止與周圍障礙物相碰撞,也可加持熾熱工件,防止搬運機器人本體受到熱損傷.尖型爪仿人式仿人式末端執行器是針對特殊外形工件進行抓取的一類手爪,其主要包括柔性手和多指靈巧手.1柔性手柔性手的抓取是多關節柔性手腕,每個手指有多個關節鏈組成,有摩擦輪和牽引絲組成,工作時通過一根牽引線收緊另一根牽引線放松實現抓取,其抓取不規那么、圓形等輕便工件.2多指靈巧手多指靈巧手包括多根手指,每根手指都包含3個回轉自由度且為獨立限制,實現精確操作,廣泛應用于核工業、航天工業等高精度作業.靈巧手柔性手搬運機器人夾鉗式、仿人式手爪需要連接相應外部信號限制

12、裝置及傳感系統,以限制搬運機器人手爪實時的動作狀態及力的大小,其手爪驅動方式多為氣動、電動和液壓驅動,對于輕型和中型的零件采用氣動的手爪,對于重型的零件采用液壓手爪,對于精度要求高或復雜的場合采用伺候的手爪.依據手爪開啟閉合狀態的傳動裝置可分為回轉型和移動型.夾鉗式手爪常用形式,是通過斜楔、滑槽、連桿、齒輪螺桿或蝸輪蝸桿等機構組合形成,可適時改變傳動比以實現對夾持工件不同力的需求.手爪做平面移動或者直線往復移動來實現開啟閉合,多用于夾持具有平行面的工件,設計結構相對復雜,應用不如回轉型手爪廣泛.搬運機器人主要包括機器人和搬運系統組成.機器人由搬運機器人本體及完成搬運路線限制的限制柜組成.而搬運

13、系統中末端執行器主要有吸附式、火鉗5.3搬運機器人的作業示教搬運機器人主要適應對象為大批量、重復性強或是工件重量較大以及工作環境具有高溫、粉塵等條件惡劣情況.特點：定位精確、生產質量穩定、工作節拍可調、運行平穩可靠、維修方便.TCP點確定:末端執行器不同而設置在不同位置,就吸附式而言其TCP一般設在法蘭中央線與吸盤平面交點處；夾鉗式其TCP一般設在法蘭中央線與手爪前端面交點處.吸盤式TCP生產再現TCP點確定：末端執行器不同而設置在不同位置,就吸附式而言其TCP一般設在法蘭中央線與吸盤平面交點處；夾鉗式其TCP一般設在法蘭中央線與手爪前端面交點處.L具中央花江蘭中央線與手爪前螭面的交點處夾鉗式

14、TCP生產再現5.3.1 冷加工搬運作業以機加工件搬運為例,選擇龍門式5軸,末端執行器為氣吸附,采用在線示教方式為機器人輸入搬運作業程序o搬運運動軌跡圖例步登陸程序點登陸程序點10登陸程序闌I再現搬運IIE陸程序點運行確認跟蹤登陸程序點設定搬運條牛13程序點說明程序點說明吸盤動作程序點說明吸盤動作程序點1機器人原點程序點8搬運中間點吸取程序點2移動中間點程序點9搬運中間點吸取程序點3搬運臨近點程序點10搬運作業點放置程序點4搬運作業點吸取程序點11搬運躲避點程序點5搬運中間點吸取程序點12移動中間點程序點6搬運中間點吸取程序點13機器人原點程序點7搬運中間點吸取冷加工搬運機器人作業示教流程5.

15、3.2 冷加工搬運作業1示教前的準備1確認自己和機器人之間保持平安距離.2機器人原點確認.Handle_cold2新建作業程序點按示教器的相關菜單或按鈕,新建一個作業程序,如3程序點的登錄示教模式下,手動操作移動龍門搬運機器人軌跡設定程序點1至程序點13,程序點1和程序點13需設置在同一點,可方便編寫程序,此外程序點1至程序點13需處于與工件、夾具互不干預位置.冷加工搬運作業示教程序點示教方法程序點1機器人原點?按第3章手動操作機器人要領移動機器人到搬運原點.?插補方式選擇“PTP.程序點2移動中間點?確認并保存程序點1為搬運機器人原點.?手動操作搬運機器人到移動中間點,并調整吸盤姿態.?插補

16、方式選擇“PTP.程序點3搬運臨近點?確認并保存程序點2為搬運機器人作業移動中間點.?手動操作搬運機器人到搬運作業臨近點,并調整吸盤姿態.?插補方式選擇“PTP.程序點4搬運作業點?確認并保存程序點3為搬運機器人作業臨近點.?手動操作搬運機器人移動到搬運起始點且保持吸盤位姿/、變.?插補方式選擇“直線插補.?再次確認程序點,保證具為作業起始點.?假設有需要口直接輸入搬運作業命令.程序點5搬運中間點?手動操作搬運機器人到搬運中間點,并適度調整吸盤姿態.?插補方式選擇“直線插補.?確認并保存程序點5為搬運機器人作業中間點.程序點6-9搬運中間點?手動操作搬運機器人到搬運中間點,并適度調整吸盤姿態.

17、?插補方式選擇“PTP.?確認并保存程序點6-9為搬運機器人作業中間點.程序點10搬運作業點?手動操作搬運機器人移動到搬運終止點且調整吸盤位姿以適合安放工件.?插補方式選擇“直線插補.?再次確認程序點,保證具為作業終止點.?假設有需要口直接輸入搬運作業命令.程序點示教方法程序點11搬運躲避點?手動操作搬運機器人到搬運作業躲避點.?插補方式選擇“直線插補.?確認并保存程序點11為搬運機器人作業躲避點.程序點12移動中間點?手動操作搬運機器人到移動中間點,并調整吸盤姿態.?插補方式選擇“PTP.?確認并保存程序點12為搬運機器人作業移動中間點.程序點13機器人原點?手動操作搬運機器人到機器人原點.

18、?插補方式選擇“PTP.?確認并保存程序點13為搬運機器人原點.4設定作業條件1在作業開始命令中設定搬運開始標準及搬運開始動作次序.2在搬運結束命令中設定搬運結束標準及搬運結束動作次序.3手動調節相應大小的負壓.依據實際情況,在編輯模式下合理選擇配置搬運工藝參數.5檢查試運行1翻開要測試的程序文件.2移動光標到程序開頭位置.3按住示教器上的有關【跟蹤功能鍵】,實現搬運機器人單步或連續運轉6再現搬運1 翻開要再現的作業程序,并將光標移動到程序的開始位置,將示教器上的【模式開關】設定到“再現/自動狀態.2 按示教器上【伺服ON按鈕】,接通伺服電源.3 按【啟動按鈕】,搬運機器人開始運行.5.3.2

19、熱加工搬運作業模鍛工件搬運為例,選擇關節式6軸,末端執行器為夾鉗式,采用在線示教方式為機器人輸入搬運作業程序,此程序由編號1至10的10個程序點組成.熱加工搬運機器人軌跡圖例鋰序白總明升強小教流程(1)示教前的準備1 )確認自己和機器人之間保持平安距離.2 )機器人原點確認.通過機器人機械臂各關節處的標記或調用原點程序復位機器人.(2)新建作業程序點按示教器的相關菜單或按鈕,新建一個作業程序,如“Handle_hot.(3)程序點的登錄示教模式下,手動操作移動搬運機器人軌跡設定程序點1至程序點10,程序點1和程序點10需設置在同一點,可方便編寫程序,此外程序點1至程序點10需處于與工件、夾具互

20、不干預位置.熱加工搬運作業示教程序點示教方法程序點1機器人原點?按第3章手動操作機器人要領移動機器人到搬運原點.?插補方式選擇“PTP.?確認并保存程序點1為搬運機器人原點.程序點2搬運臨近點?手動操作搬運機器人到搬運作業臨近點,并調整夾鉗姿態.?插補方式選擇“PTP.?確認并保存程序點2為搬運機器人作業臨近點.程序點3搬運作業點?手動操作搬運機器人移動到搬運起始點且保持夾鉗位姿不變.?插補方式選擇“直線插補.?再次確認程序點,保證其為作業起始點.?假設有需要可直接輸入搬運作業命令.程序點4搬運中間點?手動操作搬運機器人到搬運中間點,并適度調整夾鉗姿態.?插補方式選擇“直線插補.?確認并保存程

21、序點4為搬運機器人作業中間點.程序點5-6搬運中間點?手動操作搬運機器人到搬運中間點,并適度調整夾鉗姿態.?插補方式選擇“PTP.?確認并保存程序點5-6為搬運機器人作業中間點.程序點7搬運中間點?手動操作搬運機器人到搬運中間點,并適度調整夾鉗姿態.?插補方式選擇“直線插補.?確認并保存程序點7為搬運機器人作業中間點.程序點8搬運作業點?手動操作搬運機器人移動到搬運終止點且調整夾鉗位姿以適合安放工件.?插補方式選擇“直線插補.?再次確認程序點,保證其為作業終止點.?假設有需要可直接輸入搬運作業命令.程序點9搬運躲避點?手動操作搬運機器人到搬運作業躲避點.?插補方式選擇“直線插補.?確認并保存程

22、序點9為搬運機器人作業躲避點.程序點10機器人原點?手動操作搬運機器人到機器人原點.?插補方式選擇“PTP.?確認并保存程序點10為搬運機器人原點.5.4.1周邊設備常見的搬運機器人輔助裝置有增加移動范圍的滑移平臺、適宜的搬運系統裝置和平安保護裝置等.1滑移平臺增加滑移平臺是搬運機器人增加自由度最常用的方法,可安裝在地面上或龍門框架上.地面女裝龍門架安裝滑移平臺安裝方式2搬運系統主要包括真空發生裝置、氣體發生裝置、液壓發生裝置等,此部分裝置均為標準件,企業常用空氣控壓站對整個車間提供壓縮空氣和抽真空.5.4.2工位布局常見搬運機器人工作站可采用L型、環狀、“品字、“一字等布局.L型布局將搬運機

23、器人安裝在龍門架上,使其行走在機床上方,大限度節約地面資源.L型布局環狀布局又稱“島式加工單元,以關節式搬運機器人為中央,機床圍繞其周圍形成環狀,進行工件搬運加工,可提升生產、節約空間,適合小空間廠房作業.環狀布局“一字布局直角桁架機器人通常要求設備成一字排列,對廠房高度、長度具有一定要求,工作運動方式為直線編程,很難能滿足對放置位置、相位等有特別要求工件的上下料作業需要“一字排列布局擴展與提升搬運機器人技術的新開展1 .機器人系統操作機日本FANUC公司推出的FANUCR-2000iB,有緊湊的手腕結構、狹小的后部干涉區域、可高密度布置機構等特點；瑞士ABB公司推出的IRB6660-100/

24、3.3,解決坯件大、重、距離長等壓機上下料的難題,縮短生產節拍,是處理大坯件最快速的壓機上下料機器人.FANUCR-2000iBABBIRB6660-100/3.3限制器實現同時對幾臺機器人和幾個外部軸的協同限制,如FANUC推出的機器人限制柜R-30iA,可實現散堆工件搬運,大幅度提升CPU的處理水平,增加最新軟件功能,實現機器人的智能化與網絡化,有高速動作性能、內置視覺功能、散堆工件取出功能、故障診斷功能優點.散堆工件的拾取與搬運示教器COMAU司的無線示教器WiTP與機器人限制單元之間的連接“配對-解配對平安連接程序,多個限制器可由一個示教器限制.它可與其他Wi-Fi資源實現數據傳送與接

25、收,有效范圍達100m,且各系統間無干擾.COMAUB線示教器WiTP2 .傳感技術傳感技術運用到搬運機器人中,拓寬了搬運機器人的應用范圍,提升了生產效率,保證了產品質量的穩定性和可追溯性.3.維廣域傳感器搬運機器人視覺傳感系統搬運機器人傳感系統的流程是：視覺系統采集被測目標的相關數據,限制柜內置相應系統進行圖象處理和數據分析,轉換成相應數據量,傳給搬運機器人,機器人以接收到的數據為依據,進行相應作業.小型工件散堆拾取3 .AGV搬運車AGV搬運車是一種無人搬運車(AutomatedGuidedVehicle),指裝備有電磁或光學等自動導引裝置,能夠沿規定的導引路徑行駛,具有平安保護以及各種移

26、載功能的運輸車.通常AGV搬運車可分為列車型、平板車型、帶移載裝置型、貨叉型及帶升降工作臺型.列車型AGV列車型最早開發的產品,由牽引車和拖車組成,一輛牽引車可假設干節拖車,適合成批量小件物品長距離運輸,在倉庫離生產車間較遠時運用廣泛.平板型AGV平板車型多需要人工卸載,載重量500Kg以下的輕型車主要用于小件物品搬運,適用于電子行業、家電行業、食品行業等場所.帶移栽裝置型AGV帶移載裝置型帶移載裝置型AGV車裝有輸送帶或輻子輸送機等類型移載裝置,通常和地面板式輸送機或輻子機配合使用,以實現無人化自動搬運作業.貨叉型AGV貨叉型貨叉型AGV類似于人工駕駛的叉車起重機,本身具有自動裝卸載水平,主要用于物料自動搬運作業以及在組裝線上做組裝移開工作臺使用.帶升降工作臺型AGV帶升降工作臺型帶升降工作臺型AGV主要應用于機器制造業和汽車制造業的組裝作業,因車帶有升降工作臺可使操作者在最正確高度下作業,提升工作質量和效本章小結搬運機器人亦為工業機器人當中一員,通過軸之間的