工業機器人應用技術模塊七工業據機器人的應用工業機器人應用概述1焊接機器人2噴涂機器人3模塊七工業據機器人的應用搬運機器人4沖壓機器人5工業機器人的發展趨勢6本模塊主要介紹工業機器人的應用，內容包括工業機器人應用的分類和發展、步驟，焊接機器人的組成、分類和工作機理，噴涂機器人的特點、分類，搬運機器人的特點、分類，沖壓機器人的分類等。單元提要學習完本模塊的內容后，學生應能夠了解機器人應用的分類和領域，掌握機器人應用的準則和步驟；能夠在工作中選擇合適的工業機器人系統，并進行合適的評估。熟練掌握點焊、弧焊等焊接機器人的組成、分類、結構、工作機理和技術指標；能夠按照實例完成簡單焊接機器人的應用。熟練掌握搬運機器人的組成、優勢和適用范圍；能夠按照實例完成簡單搬運機器人的應用。掌握噴涂機器人的組成、分類、特點和工作機理；能夠按照實例完成簡單噴涂機器人的應用。學習要求學習單元一工業機器人應用概述

1.機器人應用的分類（1）工業機器人。工業機器人在焊接、搬運、裝配和噴漆等工作上表現良好。但是，它只能機械地按照規定的指令工作，并不領會外界條件和環境的變化。（2）操縱機器人。操縱機器人，如飛機的自動駕駛儀等，可以按照人的指令，靈活地執行命令。（3）智能機器人。智能機器人具有一定思維功能和自適應性，它能夠根據環境的變化做出判斷，并決定采取相應的動作，它是上述3種機器人中的最高形態。一、機器人應用的分類與發展

2.工業機器人應用的發展一、機器人應用的分類與發展一套典型的工業機器人系統除了機器人本體之外，還需要配備控制器、控制系統軟件、工作站臺及其他輔助系統。到目前為止，工業機器人是最成熟、應用最廣泛的一類機器人，截至2010年，全世界已經銷售約230萬臺工業機器人，已經進行裝備使用的約190萬臺。總體來看，日本在工業機器人領域的發展居世界首位，成為工業機器人的王國；美國發展得也很迅速，目前在新安裝的臺數方面已經超過日本；中國開始進入產業化的階段，已經研制出多種工業機器人樣機，已有小批量在生產中使用。一、機器人應用的分類與發展

1.

工業機器人的應用準則(1)從惡劣工種開始采用工業機器人。工業機器人可以在有毒、風塵、噪聲、振動、高溫、易燃易爆等危險、有害的環境中長期、穩定地工作。在技術、經濟合理的情況下，采用工業機器人逐步把人從這些工作崗位上替代下來，將從根本上改善勞動條件。(2)在生產效率和質量落后的部門應用工業機器人。現代化的大生產分工越來越細，操作越來越簡單，勞動強度越來越大。工業機器人可以高效地完成一些簡單、重復性的工作，使生產效率獲得明顯的改善。二、工業機器人應用的步驟(3)從長遠需要選擇使用工業機器人。一般來講，人的壽命比機械的壽命長，不過，如果經常對機械進行保養和維修，對易換件進行補充和更換，也有可能使機械壽命超過人。另外，工人會由于其自身的意志而放棄某些工作，造成辭職或停工，而工業機器人沒有自己的意愿，因此機器人的使用不會在工作中途因故障以外的原因停止工作，能夠持續從事相應的工作，直至其機械壽命完結。與只能完成單一特定作業的固定式自動化設備不同，工業機器人不受產品性能、所執行類型或具體行業的限制。若產品更新換代頻繁，通常只需要重新編制機器人程序，并換裝不同型式的“手部”即可。二、工業機器人應用的步驟工業機器人可以連續生產或處理較多較重零件，從而增加產量。工業機器人可以改善對主要設備和配套裝置的使用率等，從而提高生產率。因較合理地利用而直接節省材料，省去防護擋板和工作手套等為間接節省材料。減少為提高操作、維護和管理人員的技術水平所需要的人員調換與附加訓練費用。3）生產效率提高2）材料節省1）勞力節省

2.采用工業機器人的成本計算二、工業機器人應用的步驟增加的費用包括生產線停工用于工業機器人安裝及調試的費用、系統安裝的費用。使用機器人能夠保證使用現有設備、勞力和空間來生產更多的產品，而無須增加設備費用。為工業機器人系統自動裝卸和輸送，從可進行設備調整。因采用工業機器人而保證有恒定的循環時間及有效的潤滑，可以延長模具的使用壽命。因工業機器人不需要人工操作時，可進一步減少工傷事件的發生。用于工業機器人系統的能源消耗增加，而用于區域照明和取暖的能量消耗減少。6）增加費用5）設備4）能源的增減二、工業機器人應用的步驟7）償還期計算可以用償還期Y定量地衡量工業機器人使用的合理性。償還期Y的計算公式為（7-1）式中，Y為無盈虧所需年數；P為機器人價格；A為工裝夾具費；I為安裝費；C為投資稅收抵免；L為每小時勞動力費用；M為每小時節約材料費；O為機器人系統運行維護費；H為每年每班工作小時數；D為每年折舊費；TR為公司稅率。二、工業機器人應用的步驟式（7-1）只是一個近似的計算公式，沒有考慮由于使用工業機器人，制造的產品能一直保持高質量所取得的經濟效益，也沒有評估機器人能采取適當的應急措施從而防止昂貴的生產工藝設備遭到破壞所節約的費用等。如果工業機器人的使用壽命大于其償還期，那么使用機器人是有效益的。二、工業機器人應用的步驟

3.應用工業機器人時人力的投入在應用工業機器人代替工人操作時，要考慮工業機器人的現實能力及工業機器人技術知識的現狀和對未來的預測。用現有的機器人原封不動地取代目前正在工作的所有工人，并接替他們的工作，顯然是不現實的。二、工業機器人應用的步驟就工人的綜合能力而言，機器人與人相比差距很大。例如，人從肩到五指，僅在一個手臂上就有27個自由度，而工業機器人的一個手臂，最多也只能有8個自由度。人具有至少能搬運與自身重量相等的重物的能力，而目前的工業機器人只能搬運相當于自重1/20左右的重物。在智能方面，人通過教育和經驗，能獲得許多記憶以外的全新事物，人能從保留至今的記憶中選擇與其有關的信息。此外，為處理這些記憶，人本身能編制出相應的程序，同時，還具備將處理結果反饋回來作為信息的經驗增加到記憶中的自身增值能力和學習能力。工業機器人只能在給定的程序和存儲的范圍內，對外部事物的變化做出相應的判斷，以目前工業機器人的智能，還無法不斷地對預先給定程序以外的事物進行處理。無論從哪一方面進行比較，人和工業機器人之間都存在很大的差別。二、工業機器人應用的步驟對工人而言，即使在個人之間存在著能力上的差別，但除了那些需要特殊技術或通過長期訓練才能掌握的操作之外，一般人都能通過短時間的指導和訓練很容易地掌握幾種不同的作業，而且能在極短的時間內從一種作業變換到另一種作業，一個工人能在比較寬的范圍內處理幾種不同的工作。機器人的通用性則較小，讓工業機器人去完成這些工作是不可能的。為擴大靈活性，要求工業機器人能夠更換手腕，或增加存儲容量和程序種類。在平均能力方面，與工人相比，工業機器人顯得過于遜色；但在承受環境條件的能力和可靠性方面，工業機器人則較優秀。因此，要把工業機器人安排在生產線中的恰當位置上，使它成為工人的好助手。二、工業機器人應用的步驟

4.采用工業機器人的步驟(1)全面考慮并明確自動化要求，包括提高勞動生產率、增加產量、減輕勞動強度、改善勞動條件、保障經濟效益和社會就業等問題。(2)制定機器人化技術。在全面和可靠的調查研究基礎上，制訂長期的機器人化計劃，包括確定自動化目標、培訓技術人員、編繪作業類別一覽表、編制機器人化順序表和大致日程表等。(3)探討采用機器人的條件。(4)對輔助作業和機器人性能進行標準化。二、工業機器人應用的步驟二、工業機器人應用的步驟(5)設計機器人化作業系統方案。設計并比較各種理想的、可行的或折中的機器人化作業系統方案，選定最符合使用目的的機器人及其配套裝置來組成機器人化柔性綜合作業系統。(6)選擇適宜的機器人系統評價指標。建立和選用適宜的機器人化作業系統評價指標與方法，既要考慮到能夠適應產品變化和生產計劃變更的靈活性，又要兼顧目前和長遠的經濟效益。(7)詳細設計和具體實施。對選定的實施方案進一步進行分部具體設計工作，并提出具體實施細則，交付執行。二、工業機器人應用的步驟完整的焊接機器人系統一般由機器人操作機、變位機、機器人控制器、焊接系統（專用焊接電源、焊槍或焊鉗等）、焊接傳感器(圖中未標注)、中央控制計算機和安全設備(圖中未標注)等組成。一、焊接機器人概述圖7-1焊接機器人系統組成學習單元二焊接機器人

1.

機器人操作機機器人操作機是焊接機器人系統的執行機構。其任務是精確地保證末端執行器（焊槍）所要求的位置、姿態并實現其運動。一般情況下，工業機器人操作機從結構上至少應具有3個可自由編程運動關節。由于具有6個旋轉關節的鉸接開鏈式機器人操作機從運動學上已被證明能以最小的結構尺寸獲取最大的工作空間，并能以較高的位置精度和最優的路徑到達指定位置，因而這種類型的機器人操作機在焊接領域得到廣泛的應用。一、焊接機器人概述

2.

變位機一、焊接機器人概述機器人控制器是整個機器人系統的神經中樞。控制器負責處理焊接機器人工作過程中的全部信息，并控制其全部動作。

3.機器人控制器一、焊接機器人概述

4.

焊接系統一、焊接機器人概述在焊接過程中，盡管機器人操作機、變位機、裝卡設備和工具能達到很高的精度，但由于存在被焊工件幾何尺寸、位置誤差及焊接過程中的熱變形，傳感器仍是焊接過程中不可缺少的設備。傳感器的任務是實現工件坡口的定位、跟蹤及焊縫熔透信息的獲取。

5.焊接傳感器一、焊接機器人概述

6.中央控制計算機中央控制計算機在工業機器人向系統化、PC化和網絡化的發展過程中發揮著重要的作用。中央控制計算機通過相應接口與機器人控制器相連接，主要用于在同一層次或不同層次的計算機間形成通信網絡，同時與傳感系統相配合，實現焊接路徑和參數的離線編程、焊接專家系統的應用及生產數據的管理。一、焊接機器人概述

7.安全設備安全設備是焊接機器人系統安全運行的重要保障，其主要包括驅動系統過熱自斷電保護、動作超限位自斷電保護、超速自斷電保護、機器人系統工作空間干涉自斷電保護及人工急停斷電保護等，它們起到防止機器人傷人的作用。在機器人的工作部還裝有各類觸覺或接近覺傳感器，可以使機器人在過分接近工件或發生碰撞時停止工作。一、焊接機器人概述

4.

焊接機器人的特點二、焊接機器人的特點及分類(1)工作穩定，焊接質量高，可以保證焊縫的均勻性。(2)勞動生產率高，一天可24h連續生產。(3)改善工人勞動條件，可在有害環境下工作。(4)降低對工人操作技術的要求。(5)縮短產品改型換代的準備周期，減少相應的設備投資。(6)可實現小批量產品的焊接自動化。(7)能在空間站建設、核電站維修、深水焊接等極限條件下完成人工難以進行的焊接作業。(8)為焊接柔性生產線提供技術基礎。二、焊接機器人的特點及分類點焊機器人是用于點焊自動作業的工業機器人，其末端持握的作業工具是焊鉗。實際上，工業機器人在焊接領域應用最早的是從汽車裝配生產線上的電阻點焊開始的，如圖7-2所示。其點焊過程比較簡單，只需點位控制，至于焊鉗在點與點之間的移動軌跡，則沒有嚴格要求，對機器人的精度和重復精度的控制要求比較低。

2.焊接機器人的分類1)點焊機器人二、焊接機器人的特點及分類圖7-2汽車車身的機器人點焊作業二、焊接機器人的特點及分類二、焊接機器人的特點及分類(1)安裝面積小，工作空間大。(2)快速完成小節距的多點定位（如每0.3~0.4s移動30~50mm節距后定位）。(3)定位精度高(±0.25mm)，以確保焊接質量。(4)持重大(50~150kg)，以方便攜帶內裝變壓器的焊鉗。(5)內存容量大，示教簡單，節省工時。(6)點焊速度與生產線速度相匹配，可靠性好。二、焊接機器人的特點及分類弧焊機器人是用于弧焊（主要有熔化極氣體保護焊和非熔化極氣體保護焊）自動作業的工業機器人，其末端持握的工具是弧焊作業用的各種焊槍。事實上，弧焊過程比點焊過程要復雜得多，被焊工件由于局部加熱熔化和冷卻而產生變形，焊縫軌跡會發生變化。手工焊時，有經驗的焊工可以根據眼睛所觀察到的實際焊縫位置適時調整焊槍位置、姿態和行走速度，以適應焊縫軌跡的變化。然而，機器人要適應這種變化，必須首先像人一樣要“看”到這種變化，然后采取相應的措施調整焊槍位置和姿態，以實現對焊縫的實時跟蹤。2）弧焊機器人二、焊接機器人的特點及分類由于弧焊過程伴有強烈弧光、煙塵、熔滴過渡不穩定從而引起焊絲短路、大電流強磁場等復雜環境因素，所以機器人要檢測和識別焊縫所需要的特征信號的提取并不像其他加工制造過程那么容易。因此，焊接機器人的應用并不是一開始就用于電弧焊作業，而是伴隨焊接傳感器的開發及其在焊接機器人中的應用，使機器人弧焊作業的焊縫跟蹤與控制問題得到有效解決。焊接機器人在汽車制造中的應用也相繼從原來比較單一的汽車裝配點焊很快地發展為汽車零、部件及其裝配過程中的電弧焊。弧焊工藝已在諸多行業中得到普及，弧焊機器人在通用機械、金屬結構等行業中得到廣泛應用，在數量上大有超過點焊機器人之勢，如圖7-3所示。二、焊接機器人的特點及分類圖7-3工程機械的機器人弧焊作業二、焊接機器人的特點及分類二、焊接機器人的特點及分類15423能夠通過示教器設定焊接條件（電流、電壓、速度等）。要有擺動功能。要有坡口填充功能。要有焊接異常功能檢測。要有焊接傳感器（焊接起始點檢測、焊縫跟蹤）的接口功能。其他一些基本性能要求二、焊接機器人的特點及分類激光焊接機器人是用于激光焊自動作業的工業機器人，通過高精度工業機器人來實現更加柔性的激光加工作業，其末端持握的工具是激光加工頭。現代金屬加工對焊接強度和外觀效果等質量的要求越來越高，傳統的焊接手段由于極大的熱輸入，不可避免地會帶來工件扭曲變形等問題。為彌補工件變形，需要大量的后續加工手段，從而導致費用上升。而采用全自動的激光焊接技術，具有最小的熱輸入量，產生極小的熱影響區，在顯著提高焊接產品品質的同時，降低了后續工作的時間。另外，由于焊接速度快和焊縫深寬比大，能夠極大地提高焊接效率和穩定性。3)激光焊接機器人二、焊接機器人的特點及分類近年來激光技術飛速發展，涌現出可與機器人柔性耦合的、采用光纖傳輸的高功率工業型激光器，促進了機器人技術與激光技術的結合，而汽車產業的發展需求帶動了激光加工機器人產業的形成與發展。從20世紀90年代開始，德國、美國、日本等發達國家投入大量的人力和物力研發激光加工機器人。進入21世紀，德國的KUKA、瑞典的ABB、日本的FANUC等機器人公司相繼研制出激光焊接機器人（見圖7-4）、激光切割機器人（見圖7-5）的系列產品。二、焊接機器人的特點及分類圖7-4激光焊接機器人圖7-5激光切割機器人二、焊接機器人的特點及分類目前，在國內外汽車產業中，激光焊接機器人、激光切割機器人已成為最先進的制造技術，并獲得了廣泛應用。德國大眾汽車、美國通用汽車、日本豐田汽車等公司的汽車裝配生產線已大量采用激光焊接機器人代替傳統的電阻點焊設備，不僅提高了產品質量和檔次，而且減輕了汽車車身重量，節約了大量材料，使企業獲得了很高的經濟效益，提高了企業的市場競爭能力。在中國，一汽大眾、上海大眾等汽車公司也引進了激光焊接機器人生產線。二、焊接機器人的特點及分類二、焊接機器人的特點及分類點焊機器人主要由操作機、控制系統和點焊焊接系統3部分組成，如圖7-6所示。操作者可通過示教器和操作面板進行點焊機器人運動位置和動作程序的示教，設定運動速度、點焊參數等。點焊機器人按照示教程序規定的動作、順序和參數進行點焊作業，其過程是完全自動化的。為適應靈活的動作要求，點焊機器人本體通常選用關節型工業機器人，一般具有6個自由度，驅動方式主要有液壓驅動和電氣驅動兩種。其中，電氣驅動具有保養維修簡便、能耗低、速度快、精度高、安全性好等優點，因此應用較為廣泛。

1.點焊機器人三、焊接機器人的系統組成圖7-6點焊機器人系統組成1—機器人變壓器；2—焊接控制器；3—水冷機；4—氣/水管路組合體；5—操作機；6—焊鉗；7—供電及控制電纜；8—示教器；9—控制柜三、焊接機器人的系統組成點焊機器人控制系統由本體控制和焊接控制兩部分組成。本體控制部分主要是實現機器人本體的運動控制；焊接控制部分則負責對點焊控制器進行控制，發出焊接開始指令，自動控制和調整焊接參數（電流、壓力、時間），控制焊鉗的大小行程、夾緊／松開動作。點焊焊接系統主要由點焊控制器（時控器）、焊鉗（含阻焊變壓器）及輔助部分(水、電、氣等)組成。點焊控制器是由微處理器及部分外圍接口芯片組成的控制系統，它可根據預定的焊接監控程序，完成焊接參數輸入、焊接程序控制及焊接系統的故障自診斷，并實現與機器入控制柜、示教器的通信聯系。三、焊接機器人的系統組成機器人點焊用焊鉗種類繁多，從外形結構上有C型和X型兩種。C型焊鉗用于點焊垂直及近于垂直傾斜位置的焊點，如圖7-7所示；X型焊鉗則主要用于點焊水平及近于水平傾斜位置的焊點，如圖7-8所示。圖7-7C型焊鉗圖7-8X型焊鉗三、焊接機器人的系統組成（1）按電極臂加壓驅動方式，點焊機器人焊鉗又分為氣動焊鉗和伺服焊鉗兩種。①氣動焊鉗。氣動焊鉗是目前點焊機器人比較常用的。它利用氣缸來加壓，一般具有2或3個行程，能夠使電極完成大開、小開和閉合3個動作，電極壓力一旦調定后是不能隨意變化的。②伺服焊鉗。伺服焊鉗采用伺服電動機驅動完成焊鉗的張開和閉合，因此其張開度可以根據實際需要任意選定并預置，且電極間的壓緊力也可以無級調節。三、焊接機器人的系統組成與氣動焊鉗相比，伺服焊鉗具有以下優點。a.提高工件的表面質量。伺服焊鉗由于采用的是伺服電動機，電極的動作速度在接觸到工件前，可由高速準確調整至低速。這樣就可以形成電極對工件的軟接觸，減輕電極沖擊所造成的壓痕，從而也減輕了后續工件的表面修磨處理量，提高了工件的表面質量。另外，利用伺服控制技術可以對焊接參數進行數字化控制管理，可以保證提供最合適的焊接參數數據，確保焊接質量。三、焊接機器人的系統組成b.提高生產效率。伺服焊鉗的加壓、放開動作由機器人自動控制，每個焊點的焊接周期可大幅度降低。機器人在點與點之間的移動過程中，焊鉗就開始閉合，在焊完一點后，焊鉗一邊張開，機器人一邊位移，不必等機器人到位后焊鉗才閉合或焊鉗完全張開后機器人再移動。與氣動焊鉗相比，伺服焊鉗的動作路徑可以控制到最短，縮短生產節拍，在最短的焊接循環時間里建立一致性的電極間壓力。由于在焊接循環中省去了預壓時間，該焊鉗比氣動加壓快5倍，提高了生產效率。c.改善工作環境。焊鉗閉合加壓時，不僅壓力大小可以調節，而且在閉合時兩電極為輕輕閉合，電極對工件是軟連接，對工件無沖擊，減少了撞擊變形，且不會在使用氣動加壓焊鉗時出現排氣噪聲。因此，該焊鉗清潔、安靜，改善了操作環境。三、焊接機器人的系統組成（2）依據阻焊變壓器與焊鉗的結構關系，點焊機器人焊鉗可分為分離式、內藏式和一體式3種。①分離式焊鉗。阻焊變壓器與鉗體相分離，鉗體安裝在機器人機械臂上，而阻焊變壓器懸掛在機器人上方，可在軌道上沿機器人手腕移動的方向移動，兩者之間用二次電纜相連，如圖7-9（a）所示。其優點是減小了機器人的負載，運動速度快，價格便宜。分離式焊鉗的主要缺點是需要大容量的阻焊變壓器，電力損耗較大，能源利用率低。此外，粗大的二次電纜在焊鉗上引起的拉伸力和扭轉力作用于機器人機械臂上，限制了點焊工作區間與焊接位置的選擇。三、焊接機器人的系統組成三、焊接機器人的系統組成圖7-9點焊機器人焊鉗（阻焊變壓器與焊鉗的結構）三、焊接機器人的系統組成③一體式焊鉗。一體式焊鉗就是先將阻焊變壓器和鉗體安裝在一起，然后共同固定在機器人機械臂末端法蘭盤上，如圖7-9（c）所示。一體式焊鉗的主要優點是省掉了粗大的二次電纜及懸掛變壓器的工作架，直接將焊接變壓器的輸出端連到焊鉗的上、下電極臂上，另一個優點是節省能量。例如，輸出電流12000A，分離式焊鉗需75kVA的變壓器，而一體式焊鉗只需25kVA。一體式焊鉗的缺點是焊鉗重量大，體積大，要求機器人本體的承載能力大于60kg。此外，焊鉗重量在機器人活動手腕上產生慣性力易引起過載，這就要求在設計時，盡量減小焊鉗重心與機器人機械臂軸心線間的距離。三、焊接機器人的系統組成中頻焊鉗相對于工頻焊鉗主要有以下優點。①直流焊接。焊機采用1kHz逆變電源，三相交流電經變壓器次級整流，可提供出連續的直流焊接電流，從而提高熱效率，消除電流尖峰，增寬焊接電流工藝范圍，消除輸出極的電感消耗，無集膚效應。因此，大大提高了焊接質量。②焊接變壓器小型化。焊接變壓器的鐵芯截面積與輸入交流頻率成反比，故中頻輸入可減小變壓器鐵芯截面積，也就減小了變壓器的體積和重量。中頻整流焊接變壓器的質量約為單相交流式的1/5～1/3，而焊鉗質量減小1/3~1/2。這一點對機器人焊鉗來講非常重要，可使機器人本體的負載能力減小，在降低成本的同時獲得了更高的運動速度。三、焊接機器人的系統組成③提高電流控制的響應速度，實現工頻電阻焊機無法實現的焊接工藝。以1kHz逆變電源為例，焊鉗可實現周波控制，其電流控制響應速度為1ms(工頻焊機的響應速度最快為20ms)，從而有利于提高焊接質量，并可以方便地實現焊接電流控制。④三相平衡負載，降低了電網成本；功率因數高，節能效果好。三、焊接機器人的系統組成

2.

弧焊機器人圖7-10弧焊機器人系統的組成1—氣瓶；2—焊絲桶；3—送絲機；4—操作機；5—焊槍；6—工作臺；7—供電及控制電纜；8—弧焊電源；9—示教器；10—機器人控制柜三、焊接機器人的系統組成綜上所述，點焊機器人焊鉗主要以驅動和控制兩者組合的形式來區分，可以采用工頻氣動式、工頻伺服式、中頻氣動式、中頻伺服式。這幾種形式應該說各有特點，每種都有其特定的用戶，從技術優勢和發展趨勢來看，中頻伺服機器人焊鉗應為未來的主流，它集中了中頻直流點焊和伺服驅動的優勢，是其他形式無法比擬的。國內上述4種形式焊鉗都有使用，其中工頻氣動機器人焊鉗成本低，技術相對成熟，應用最多，中頻氣動機器人焊鉗的應用也比較廣泛，特別是在焊鉗結構較大或超大時，基本采用此種形式。三、焊接機器人的系統組成弧焊機器人操作機的結構與點焊機器人的基本相似，主要區別在于末端執行器——焊槍，如圖7-11所示。從理論上講，雖然5自由度機器人就可以用于電弧焊，但是對復雜形狀的焊縫，用5自由度機器人難以勝任。因此，除非焊縫比較簡單，否則應盡量選用6自由度機器人，以保證焊槍的任意空間位置和姿態。圖7-11弧焊機器人用焊槍三、焊接機器人的系統組成三、焊接機器人的系統組成弧焊系統是完成弧焊作業的核心裝備，主要由弧焊電源、送絲機、焊槍和氣瓶等組成。弧焊機器人多采用氣體保護焊（CO2、MIG、MAG和TIG），通常使用的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈沖或非脈沖式等焊接電源都可以裝到機器人上進行電弧焊。由于機器人控制柜采用數字控制，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制柜之間加一個接口。近年來，國外機器人生產廠商都有自己特定的配套焊接設備，這些焊接設備內已插入相應的接口板，所以在有些弧焊機器人系統中并沒有附加接口板。三、焊接機器人的系統組成三、焊接機器人的系統組成安全設備是弧焊機器人系統安全運行的重要保障，主要包括驅動系統過熱自斷電保護、動作超限位自斷電保護、超速自斷電保護、機器人系統工作空間干涉自斷電保護和人工急停斷電保護等，它們起到防止機器人傷人或保護周邊設備的作用。在機器人的末端焊槍上還裝有各類觸覺或接近傳感器，可以使機器人在過分接近工件或發生碰撞時停止工作（相當于暫停或急停開關）。當發生碰撞時，一定要檢驗焊槍是否被碰歪，否則由于工具中心點的變化，焊接的路徑將會發生較大的變化，從而焊出廢品。三、焊接機器人的系統組成圖7-12激光焊接機器人系統組成1—激光器；2—光導系統；3—遙控盒；4—送絲機；5—激光加工頭；6—操作機；7—機器人控制柜；8—焊接電源三、焊接機器人的系統組成

3.激光焊接機器人機器人是高度柔性的加工系統，這就要求激光器必須具有高度柔性，所以目前激光焊接機器人都選用光纖傳輸的激光器，如固體激光器、半導體激光器、光纖激光器等。在機器人手臂的夾持下，運動由機器人的運動決定，因此能匹配完全的自由軌跡加工，完成平面曲線、空間直線、異形曲線等特殊軌跡的激光焊接。三、焊接機器人的系統組成(1)大功率可光纖傳輸激光器。(2)光纖耦合和傳輸系統。(3)激光光束變換光學系統。(4)6自由度機器人本體。(5)機器人數字控制系統（控制器、示教器）。(6)激光加工頭。(7)材料進給系統（高壓氣體、送絲機、送粉器）。三、焊接機器人的系統組成

(8)焊縫跟蹤系統，包括視覺傳感器、圖像處理單元、伺服控制單元、運動執行機構及專用電纜等。(9)焊接質量檢測系統，包括視覺傳感器、圖像處理單元、缺陷識別系統及專用電纜等。(10)激光加工工作臺。三、焊接機器人的系統組成從大功率激光器發出的激光，經光纖耦合傳輸到激光光束變換光學系統，再經過整形聚焦后進入激光加工頭。根據用途不同（切割、焊接、熔覆）選擇不同的激光加工頭，并配用不同的材料進給系統（高壓氣體、送絲機、送粉器）。激光加工頭裝于6自由度機器人本體手臂末端，其運動軌跡和激光加工參數由機器人數字控制系統提供指令進行設置。先由激光加工操作人員在機器人示教器上進行在線示教或在計算機上進行離線編程。材料進給系統將材料（高壓氣體、金屬絲、金屬粉末）與激光同步輸入激光加工頭，高功率激光與進給材料同步作用，完成加工任務。在加工過程中，機器視覺系統對加工區進行檢測，檢測信號反饋至機器人控制系統，從而實現加工過程的實時控制。三、焊接機器人的系統組成圖7-13激光焊接機器人控制系統架構三、焊接機器人的系統組成綜上所述，焊接機器人主要包括機器人和焊接設備兩部分。機器人由機器人本體和控制柜（硬件及軟件）組成。而焊接裝備，以弧焊及點焊為例，則由焊接電源（包括其控制系統）、送絲機（弧焊）、焊槍（焊鉗）等部分組成。對于智能機器人，還應有傳感系統，如激光或攝像傳感器及其控制裝置等。三、焊接機器人的系統組成

2.連續軌跡控制方式連續軌跡控制方式用于指定點與點之間的運動軌跡所要求的曲線，如直線或圓弧。這種控制方式的特點是連續地控制工業機器人末端執行器在作業空間中的位姿，使其嚴格按照預先設定的軌跡和速度在一定的精度要求內運動，速度可控，軌跡光滑，運動平穩，以完成作業任務。工業機器人各關節連續、同步地進行相應的運動，其末端執行器可形成連續的軌跡。這種控制方式的主要技術指標是機器人末端執行器的軌跡跟蹤精度及平穩性。在用機器人進行弧焊、噴漆、切割等作業時，應選用連續軌跡控制方式。三、機器人的控制方式學習單元三噴涂機器人噴涂機器人（見圖7-14）已廣泛用于汽車車體、家電產品和各種塑料制品的噴涂作業。一、噴涂機器人概述圖7-14噴涂機器人

1.

噴涂機器人的環境要求工作環境包含易爆的噴涂劑蒸汽。沿軌跡高速運動，途經各點均為作業點。多數的被噴涂件都搭載在傳送帶上，邊移動邊噴涂。與其他用途的工業機器人相比，噴涂機器人在使用環境和動作方面的要求如下：一、噴涂機器人概述

(1)機器人的運動鏈要有足夠的靈活性，以適應噴槍對工件表面的不同姿態要求，多關節型最常用，它有5或6個自由度。(2)要求速度均勻，特別是在軌跡拐角處誤差要小，以避免噴涂層不均。(3)控制方式通常以手把手的示教方式為多見，因此要求在其整個工作空間內示教時省力，要考慮重力平衡問題。(4)可能需要軌跡跟蹤裝置。(5)一般均用連續軌跡控制方式。

2.噴涂機器人的技術要求一、噴涂機器人概述(1)最大限度地提高涂料的利用率、降低噴涂過程中的VOC（有害揮發性有機物）排放量。(2)顯著提高噴槍的運動速度，縮短生產節拍，效率顯著高于傳統的機械噴涂。(3)柔性強，能夠適應多品種、小批量的噴涂任務。(4)能夠精確保證噴涂工藝的一致性，獲得較高質量的噴涂產品。(5)與高速旋杯經典涂裝站相比，可以減少30%~40%的噴槍數量，降低系統故障率和維護成本。

1.噴涂機器人的特點二、噴涂機器人的特點及分類

2.噴涂機器人的分類1）球型手腕噴涂機器人球型手腕噴涂機器人與通用工業機器人手腕結構類似，手腕3個關節軸線相交于一點，即目前絕大多數商用機器人所采用的Bendix手腕，如圖7-15所示。該手腕結構能夠保證機器人運動學逆解具有解析解，便于離線編程的控制，但是由于其腕部第二關節不能實現360°周轉，故工作空間相對較小。采用球型手腕的噴涂機器人多為緊湊型結構，其工作半徑多為0.7~1.2m，多用于小型工件的噴涂。二、噴涂機器人的特點及分類圖7-15Bendix手腕結構及噴涂機器人二、噴涂機器人的特點及分類2）非球型手腕噴涂機器人二、噴涂機器人的特點及分類非球型手腕噴涂機器人根據相鄰軸線的位置關系又可分為正交非球型手腕和斜交非球型手腕兩種形式，如圖7-16所示。圖7-16（a）所示為正交非球型手腕，其相鄰軸線夾角為90°；圖7-16（b）所示的斜交非球型手腕的手腕相鄰兩軸線不垂直，而是呈一定的角度。圖7-16非球型手腕噴涂機器人二、噴涂機器人的特點及分類現今應用的噴涂機器人中很少采用正交非球型手腕，主要是其在結構上相鄰腕關節彼此垂直，容易造成從手腕中穿過的管路出現較大的彎折、堵塞甚至折斷管路。相反，斜交非球型手腕若做成中空的，各管線從中穿過，直接連接到末端高轉速旋杯噴槍上，在作業過程中內部管線較為柔順，故被各大廠商所采用。二、噴涂機器人的特點及分類二、噴涂機器人的特點及分類15423能夠通過示教器方便地設定流量、霧化氣壓、噴幅氣壓及靜電量等噴涂參數。具有供漆系統，能夠方便地進行換色、混色，確保高質量、高精度的工藝調節。具有多種安裝方式，如落地、倒置、角度安裝和壁掛等能夠與轉臺、滑臺、輸送鏈等一系列的工藝輔助設備輕松集成。結構緊湊，減少密閉噴涂室（簡稱噴房）尺寸，降低通風要求。其他一些基本性能要求二、噴涂機器人的特點及分類典型的噴涂機器人工作站主要由操作機、機器人控制柜、供漆系統、自動噴槍/旋杯、噴房(圖中未標注)、防爆吹掃系統等組成，如圖7-17所示。三、噴涂機器人的系統組成圖7-17噴涂機器人系統組成1—機器人控制柜；2—示教器；3—供漆系統；4—防爆吹掃系統；5—操作機；6—自動噴槍/旋杯噴涂機器人與普通工業機器人相比，操作機在結構方面的差別除了球型手腕與非球型手腕外，主要是防爆、油漆及空氣管路和噴槍的布置所導致的差異，歸納起來主要特點如下：一般手臂工作范圍寬大，進行噴涂作業時可以靈活避障；手腕一般有2個或3個自由度，輕巧快速，適合內部、狹窄的空間及復雜工件的噴涂；較先進的噴涂機器人采用中空手臂和柔性中空手腕（見圖7-18）。三、噴涂機器人的系統組成圖7-18柔性中空手腕采用中空手臂和柔性中空手腕使得軟管、線纜可內置，從而避免軟管與工件間發生干涉，減少管道粘著薄霧、飛沫，最大限度降低灰塵粘到工件的可能性，縮短生產節拍；一般在水平手臂搭載噴涂工藝系統，從而縮短清洗、換色時間，提高生產效率，節約涂料及清洗液，如圖7-19所示。圖7-19集成于手臂上的噴涂工藝系統三、噴涂機器人的系統組成三、噴涂機器人的系統組成供漆系統主要由涂料單元控制盤、氣源、流量調節器、齒輪泵、涂料混合器、換色閥、供漆供氣管路及監控管線組成。涂料單元控制盤簡稱氣動盤，它接收機器人控制系統發出的噴涂工藝的控制指令，精準控制調節器、齒輪泵、噴槍／旋杯完成流量、空氣霧化和空氣成型的調整；同時控制涂料混合器、換色閥等以實現自動化的顏色切換和指定的自動清洗等功能，實現高質量和高效率的噴涂。著名噴涂機器人生產商ABB、FANUC等均有其自主生產的成熟供漆系統模塊配套，圖7-20所示為噴涂系統的主要部件。三、噴涂機器人的系統組成圖7-20噴涂系統的主要部件三、噴涂機器人的系統組成空氣噴涂是指利用壓縮空氣的氣流，流過噴槍噴嘴孔形成負壓，在負壓的作用下涂料從吸管吸入，經過噴嘴噴出，通過壓縮空氣對涂料進行吹散，以達到均勻霧化的效果。空氣噴涂一般用于家具、3C產品外殼、汽車等產品的噴涂。

1.

空氣噴涂圖7-21自動空氣噴槍三、噴涂機器人的系統組成

2.高壓無氣噴涂高壓無氣噴涂是一種較先進的噴涂方法，其采用增壓泵將涂料增至6~30MPa的高壓，通過很細的噴孔噴出，使涂料形成扇形霧狀，具有較高的涂料傳遞效率和生產效率，表面質量明顯優于空氣噴涂。三、噴涂機器人的系統組成靜電噴涂一般以接地的被涂物為陽極，接電源負高壓的霧化涂料為陰極，使得涂料霧化顆粒上帶電荷，通過靜電作用，吸附在工件表面。通常應用于金屬表面或導電性良好且結構復雜的表面，或是球面、圓柱面等的噴涂，其中高速旋杯式靜電噴槍已成為應用最廣的工業噴涂設備，如圖7-22所示。

3.

靜電噴涂圖7-22高速旋杯式靜電噴槍三、噴涂機器人的系統組成三、噴涂機器人的系統組成圖7-23高速旋杯式靜電噴槍的工作原理1—工件；2—旋杯；3—供氣系統；4—供漆系統；5—高壓靜電發生系統三、噴涂機器人的系統組成三、噴涂機器人的系統組成三、噴涂機器人的系統組成圖7-24防爆吹掃系統的工作原理

1—空氣接口；2—控制柜；3—吹掃單元；4—吹掃單元控制電纜；5—操作機控制電纜；6—吹掃傳感器控制電纜；7—軟管；8—吹掃傳感器三、噴涂機器人的系統組成綜上所述，噴涂機器人主要包括機器人和自動噴涂設備兩部分。機器人由防爆機器人本體及完成噴涂工藝控制的控制柜組成，而自動噴涂設備主要由供漆系統及自動噴槍／旋杯組成。三、噴涂機器人的系統組成學習單元四搬運機器人搬運機器人是近代自動控制領域出現的一項高新技術，涉及力學、機械學、電氣液壓氣動技術、自動控制技術、傳感器技術、單片機技術和計算機技術等學科領域，已成為現代機械制造生產體系中的一項重要組成部分。它的優點是可以通過編程完成各種預期的任務，在自身結構和性能上有了人和機器的各自優勢，尤其體現出了人工智能和適應性。一、搬運機器人概述搬運機器人機身緊湊、運行速度極快，適用于大、中型重物搬運。其獨有的多功能設計廣泛適應各種制造業需求。搬運機器人擁有高速機動能力，可充分適應對速度和柔性要求都較高的應用場合。設計緊湊的防護型機器人還能應用于普通機器人無法勝任的鑄造、噴霧等生產環境。鑄造專家型搬運機器人達到IP67防護等級，耐高壓蒸汽清洗，是惡劣生產環境的理想選擇。一、搬運機器人概述

1.搬運機器人的優點1)緊湊型設計緊湊型設計使搬運機器人的荷重最高，并使其在物料搬運、上料和下料、弧焊應用中的工作范圍得到最優化。具有同類產品中最高的精確度及加速度，可確保高產量及低廢品率，從而提高生產率。一、搬運機器人概述2)可靠性與經濟性兼顧搬運機器人結構堅固耐用，例行維護間隔時間長。機器人采用具有良好平衡性的雙軸承關節鋼臂，第2軸配備扭力撐桿，并裝備免維護的齒輪箱和電纜，達到了極高的可靠性。為確保運行的經濟性，傳動系統采用優化設計，實現了低功耗和高轉矩的兼顧。一、搬運機器人概述3)多種通信方式一、搬運機器人概述4)縮短節拍時間一、搬運機器人概述

中空臂技術進一步增強了離線編程的便利性。管線運動可控且易于預測，使編程和模擬能如實預演機器人系統的運行狀態，大幅縮短程序調試時間，加快投產進度。編程時間從頭至尾最多可節省90%。5)加快編程進度一、搬運機器人概述6)生產能力和利用率搬運機器人擁有大作業范圍，因此一個搬運機器人能夠在一個搬運機器人單元或多個單元內對多個站點進行操作。搬運機器人除能夠進行“基本”物料搬運之外還能完成增值作業任務，這一點有助于提高機器人的利用率。因此，生產能力和利用率可以同時得到提高，并減少投資。一、搬運機器人概述

所有管線均采用妥善的緊固和保護措施，不僅減小了運行時的擺幅，還能有效防止焊接飛濺物和切削液的侵蝕，顯著延長了使用壽命。其采購和更換成本可最多降低75%，還可每年減少多達3次的停產檢修。7)降低投資成本一、搬運機器人概述8)省空間、增產能搬運機器人設計緊湊，無松弛管線，占地極小。在物料搬運和上、下料作業中，搬運機器人能更加靠近所配套的機械設備。在弧焊應用中，上述設計優勢可降低與其他搬運機器人發生干擾的風險，為高密度、高產能作業創造了有利條件。一、搬運機器人概述9)高能力和高人員安全標準在設備管理應用環境下，它可以提供比傳統解決方案更為理想的操作。搬運機器人可以從頂部和側面到達機器。此外，頂架安裝的搬運機器人能夠從機器正面到達機器，以進行維護作業、小規模搬運和快速切換等工作。由于在手動操作機器時搬運機器人不在現場，因此可以提高人員安全性。一、搬運機器人概述

搬運機器人的安裝方式包括落地安裝、斜置安裝、壁掛安裝、倒置安裝及支架安裝，有助于減少占地面積及增加設備的有效應用，其中壁掛式安裝的表現尤為顯著。這些特點使工作站的設計更具創意，并優化了各種工業領域及應用中的搬運機器人占地面積。10)靈活的安裝方式一、搬運機器人概述成品搬運機器人的任務是將打捆好的成品包從裝運小車上搬下來，放到傳送帶上去。捆包的重量為250kg，過去這項工作通常要由兩個工人來翻轉。

2.成品搬運機器人工作站圖7-25成品搬運機器人工作站一、搬運機器人概述（1）碼垛機器人的適用范圍。碼垛機器人是能將不同外形尺寸的包裝貨物，整齊、自動地碼（拆）在托盤上的機器人，所以也稱為托盤碼垛機器人。為充分利用托盤的面積和保證碼堆物料的穩定性，碼垛機器人具有物料碼垛順序、排列設定器。通過自動更換工具，碼垛機器人可以適應不同的產品，并能夠在惡劣環境下工作。碼垛機器人對各種形狀的產品（箱、罐、包或板材類等）均可作業，還能根據用戶要求進行拆垛作業。

3.碼垛機器人1）碼垛機器人的適用范圍及分類一、搬運機器人概述PPT模板下載：行業PPT模板：節日PPT模板：PPT素材下載：PPT背景圖片：PPT圖表下載：優秀PPT下載：PPT教程：Word教程：Excel教程：資料下載：PPT課件下載：范文下載：試卷下載：教案下載：

對崗不對人按碼垛機構的不同可以分為多關節坐標型、直角坐標型等；員工積極參與評價結果公開（2）碼垛機器人的分類。根據抓具形式的不同可以分為側夾型、底拖型及真空吸盤型等。此外，碼垛機器人還可分為固定型和移動型。一、搬運機器人概述2）德國庫卡公司的拆、碼垛機器人（1）庫卡機器人公司及其碼垛機器人簡介。庫卡(KUKA)公司是全球頂級工業機器人制造商之一，總部位于德國奧格斯堡。庫卡自動化設備（上海）有限公司是其在中國的全資子公司。庫卡公司工業機器人年產量近1萬臺，至今已在全球安裝了15萬臺工業機器人。庫卡機器人廣泛應用在儀器、汽車、航天、消費產品、物流、食品、制藥、醫學、鑄造、塑料等工業中，主要應用于材料處理、機床裝料、裝配、包裝、堆垛、焊接、表面修整等領域。庫卡的客戶遍布世界各地，并在全球擁有20多家子公司和2200多名員工。一、搬運機器人概述一、搬運機器人概述庫卡機器人應用于包裝機械行業已有多年歷史，現在最新型的庫卡拆、碼垛機器人采用了精巧的聚碳纖維材料制造，令機器人在極其輕巧的同時具有更高強度，使其尤其適用于高負載作業。該機器人的拆、碼垛過程采用了FEM的最優化操作方式，4軸傾斜式設計降低了維護、保養的成本。一、搬運機器人概述（2）庫卡拆、碼垛機器人描述。①庫卡KR100PA機器人主機構。機身的主要移動部件（除臂部外）由聚碳纖維鑄成，重量輕，扭力大，韌性強，具有較好的力學性能和較強的抗振動能力，如圖7-26所示。圖7-26庫卡拆、碼垛機器人主機構一、搬運機器人概述機器人底座采用CRP工藝制造，制造過程中用CAD和FEM優化其設計，確保了最大的底座持重能力和最低的底座重量。驅動系統采用機電一體化設計，所有軸都由數字化交流伺服電動機驅動，交流伺服驅動系統有過載、過流、缺相、超差等各種保護，性能安全、可靠。機器人的各部件結構精簡，容易拆裝。特殊的幾何構造使機器人只占用極少的空間就能發揮極大的工作能力，能夠充分利用工作場地空間。先進的設計令機器人能夠高速、精確、穩定地運行，并易于維護。機器人運動的軌跡十分精確，重復定位精度小于0.35mm。一、搬運機器人概述圖7-27庫卡拆、碼垛機器人KRC2控制器②庫卡機器人KRC2控制器。KRC2控制器采用開放式體系結構，具有聯網功能的基于PC技術；總線標準采用CAN/DeviceNet及Ethernet；配有標準局部現場總線(Interbus、FIFIO、Profibus)插槽；整合示波器功能，提供機器人診斷、程序編輯支援等功能；庫卡控制盤的Windows界面使操作及程序編輯更加簡單、直觀；采用緊湊型、可堆疊的設計；一種控制器適用于所有庫卡機器人；庫卡控制盤按照人機工程學原理來設計；具有軟盤及光碟數據文件備份功能；機器人采用C/S架構，可以通過Internet進行遠程診斷。一、搬運機器人概述KRC2edition2005(ed05)是一套根據客戶需要量身定制的控制系統。在該系統中運用了自動化技術中久經考驗的驅動技術及標準PC組件，提供了可靠性保障，并始終與尖端技術接軌。例如，可以在基本柜中集成最多兩個附加軸，最多可以控制6個附加軸和1個組柜。控制系統的突出優勢在于保養和操作簡易方便，其模塊化的結構及易于維修的設計使部件可以輕松、簡單地得以更換。KRC2edition2005的功能包括多種多樣的診斷和故障查找功能，可通過Internet進行遠程維修，并有各種擴展選項和全面的安全設計等，能夠為用戶提供各種優化生產的解決方案。一、搬運機器人概述一、搬運機器人概述③庫卡控制盤。采用人機工程學設計的手持操縱器用于對相應的庫卡機器人控制系統進行示教和操作，起著人機接口的作用，如圖7-28所示。圖7-28庫卡拆、碼垛機器人KCP控制盤一、搬運機器人概述庫卡控制盤裝有8英寸全彩色顯示屏(VGA分辨率，640×480)、6D鼠標、7m長電纜(用于連接控制盤及控制器)、緊急停止和驅動開關、模式選擇及授權開關、鍵盤端口等，并提供以太網端口。這樣從機器人控制系統的投入運行到編制程序，再到程序控制和所有控制步驟的診斷都可以直接在機器人上完成。適合于在庫卡控制盤上運行的Windows界面為用戶引導所有的工作步驟，并使編程更快捷、高效。三擋位確認開關和附加的緊急停止按鍵確保了機器人的安全操作，輕巧、便攜的控制器為用戶提供了最大限度的舒適度，六維輸入設備的簡單操作實現了快速導航和高效編程，自由布置的功能鍵和個性化屏幕界面設計使用戶個性化操作成為現實。一、搬運機器人概述④輔助系統。機器人通過配置真空吸頭、碼垛定位夾具、尼龍（紙）袋機械夾爪、紙箱機械夾爪、塑料箱機械夾爪等不同的輔助系統，便能完成尼龍（紙）袋、紙箱、塑料箱、玻璃瓶的拆、碼垛任務。一、搬運機器人概述（3）庫卡機器人的特點。庫卡機器人的控制和編程系統裝有庫卡公司開發的PalletTech貨盤處理軟件，可離線編程，具有不影響生產，快速調試和轉換，優化擺放形式，節省工程量和運輸成本等優點。系統反應迅速，無論什么樣的拆、碼垛任務，庫卡機器人和所選擇的輔助系統都能提供一流的解決方案，并采用更快、更靈活的結構來縮短起動時間。PalletTech貨盤處理軟件和庫卡機器人的KRC2控制系統確保簡單、高效地執行指令，能控制整條生產線，并能通過總線整合成為更高級的結構，有同視窗類似的標準界面。Windows用戶界面編程簡單，并提供了新的圖像編輯程序，允許使用直觀的符號進行編程和操作。一、搬運機器人概述

1.搬運機器人的特點二、搬運機器人的特點及分類主要優點(1)動作穩定、提高搬運準確性。(2)提高生產效率，解放繁重體力勞動，實現“無人”或“少人”生產。(3)改善工人勞作條件，擺脫有毒、有害環境。(4)柔性高、適應性強，可實現多形狀、不規則物料搬運。(5)定位準確，保證批量一致性。(6)降低制造成本，提高生產效益。搬運機器人（見圖7-29）也是工業機器人中的一員，其結構形式多和其他類型機器人相似，只是在實際制造生產中逐漸演變出多機型，以適應不同場合。按結構形式，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、擺臂式搬運機器人及關節式搬運機器人。

2.

搬運機器人的分類圖7-29搬運機器人二、搬運機器人的特點及分類1）龍門式搬運機器人龍門式搬運機器人坐標系主要由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（在移動軸上添加旋轉軸便可成為4軸或5軸搬運機器人）。其結構形式決定其負載能力，可實現大物料、重噸位搬運，采用直角坐標系，編程方便、快捷，廣泛應用于生產線轉運及機床上、下料等大批量生產過程，如圖7-30所示。圖7-30龍門式搬運機器人二、搬運機器人的特點及分類2）懸臂式搬運機器人懸臂式搬運機器人坐標系主要由X軸、Y軸和Z軸組成。懸臂式搬運機器人也可隨不同的應用采取相應的結構形式（在Z軸的下端添加旋轉或擺動就可以延伸成為4軸或5軸機器人）。此類機器人結構多數為Z軸隨Y軸移動，但有時針對特定的場合，Y軸也可在Z軸下方，方便進入設備內部進行搬運作業，廣泛應用于臥式機床、立式機床、特定機床內部和沖壓機熱處理機床的自動上、下料。圖7-30龍門式搬運機器人二、搬運機器人的特點及分類3）側壁式搬運機器人側壁式搬運機器人坐標系主要由X軸、Y軸和Z軸組成。側臂式搬運機器人也可隨不同的應用采取相應的結構形式（在Z軸的下端添加旋轉或擺動就可以延伸成為4軸或5軸機器人），專用性強，主要應用于立體庫類，如檔案自動存取、全自動銀行保管箱存取系統等。圖7-32側壁式搬運機器人二、搬運機器人的特點及分類4）擺臂式搬運機器人擺臂式搬運機器人坐標系主要由X軸、Y軸和Z軸組成。Z軸主要是升降軸，也稱為主軸。Y軸的移動主要通過外加滑軌，X軸末端連接控制器，其繞X軸的轉動，實現4軸聯動。此類機器人具有較高的強度和穩定性，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搬運機器人小。圖7-33擺臂式搬運機器人二、搬運機器人的特點及分類關節式搬運機器人是當今工業中常見的機型之一，其擁有5或6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。采用標準關節機器人配合供料裝置，就可以組成一個自動化加工單元。一個機器人可以服務于多種類型加工設備的上、下料，從而節省自動化的成本。由于采用關節機器人單元，自動化單元的設計制造周期短、柔性大，產品換型轉換方便，甚至可以實現較大變化的產品形狀的換型要求。5）關節式搬運機器人二、搬運機器人的特點及分類有的關節型機器人可以內置視覺系統，對于一些特殊的產品還可以通過增加視覺識別裝置對工件的放置位置、相位、正反面等進行自動識別和判斷，并根據結果進行相應的動作，實現智能化的自動化生產，同時可以讓機器人在裝卸工件之余進行工件的清洗、吹干、檢驗和去毛刺等作業，大大提高了機器人的利用率。關節機器人可以落地安裝、天吊安裝也可以安裝在軌道上服務更多的加工設備。例如，FANUCR-1000iA、R2000iB等機器人可用于沖壓薄板材的搬運，而ABBIRB140、IRB6660等多用于熱鍛機床之間的搬運，二、搬運機器人的特點及分類圖7-34關節式搬運機器人二、搬運機器人的特點及分類綜上所述，龍門式搬運機器人、懸臂式搬運機器人、側壁式搬運機器人、擺臂式搬運機器人均在直角坐標系下作業，其工作主要是通過完成沿著X、Y、Z軸上的線性運動來完成的，所以不能滿足對放置位置、相位等有特別要求的工件的上、下料作業需要。同時，如果采用直角式（桁架式）機器人上、下料，對廠房高度有一定的要求且機床設備需“一”字并列排序。直角式（桁架式）搬運機器人和關節式搬運機器人在實際應用中都有以下特性：能夠實時調節動作節拍、移動速率、末端執行器的動作狀態。可更換不同末端執行器，以適應物料形狀的不同，方便、快捷。能夠與傳送帶、移動滑軌等輔助設備集成，實現柔性化生產。占地面積相對小，動作空間大，減少廠源限制。二、搬運機器人的特點及分類關節式搬運機器人常見的本體一般為4~6軸。搬運機器人本體在結構設計上與其他關節式工業機器人本體類似，在負載較輕時兩者本體可以互換，但負載較重時搬運機器人本體通常會有附加連桿，其依附于軸形成平行四連桿機構，起到支撐整體和穩固末端作用，且不因臂展伸縮而產生變化。6軸搬運機器人本體部分具有回轉、抬臂、前伸、手腕旋轉、手腕彎曲和手腕扭轉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軸搬運機器人則是略去了手腕旋轉和手腕彎曲這兩個關節運動。二、搬運機器人的特點及分類二、搬運機器人的特點及分類搬運機器人的末端執行器是夾持工件移動的一種夾具，過去一種執行器（手爪）只能抓取一種或一類在形狀、大小、重量上相似的工件，具有一定的局限性。隨著科學技術的不斷發展，執行器（手爪）也在一定范圍內具有可調性，可配備感知器，以確保其具有足夠的夾持力，保證足夠夾持精度。常見的搬運末端執行器有吸附式、夾鉗式和仿人式等。(1)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。二、搬運機器人的特點及分類①氣吸附。氣吸附主要是利用吸盤內壓力和大氣壓之間的壓力差進行工作，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，如圖7-35所示。圖7-35氣吸附吸盤1—螺母；2—基板；3—支撐桿；4—墊片；5—固定環；6、11、15—橡膠吸盤；7—噴嘴；8—支撐架；9—透氣螺釘；10—心套；12—噴嘴套；13—拉桿；14—彈簧四、機器人控制系統舉例a.真空吸盤吸附。真空吸盤吸附通過連接真空發生裝置和氣體發生裝置抓取和釋放工件，工作時，真空發生裝置將吸盤與工件之間的空氣吸走，使其達到真空狀態，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。b.氣流負壓氣吸附。氣流負壓氣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。c.擠壓排氣負壓氣吸附。擠壓排氣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。二、搬運機器人的特點及分類吸盤類型繁多，一般分為普通型和特殊型兩種，普通型包括平面吸盤、超平吸盤、橢圓吸盤、波紋管型吸盤和圓形吸盤，特殊型吸盤是為了滿足在特殊應用場合使用而設計的，通常可分為專用型吸盤和異型吸盤，特殊型吸盤結構形狀因吸附對象的不同而不同。吸盤的結構對吸附能力的大小有很大影響，但材料也對吸附能力有較大影響，目前吸盤常用材料多為丁腈橡膠(NBR)、天然橡膠(NR)和半透明硅膠(SIT5)等。不同結構和材料的吸盤被廣泛應用于汽車覆蓋件、玻璃板件、金屬板材的切割、上料和下料等場合，適合抓取表面相對光滑、平整、堅硬及微小的材料，具有高效、無污染、定位精度高等優點。二、搬運機器人的特點及分類②磁吸附。磁吸附利用磁力吸取工件，常見的磁力吸盤分為電磁吸盤［見圖7-36(a)］、永磁吸盤［見圖7-36(b)］、電永磁吸盤等。圖7-36磁力吸盤的工作原理1—非導磁體；2—永磁鐵；3—磁軛；4—工件1—直流電源；2—激磁線圈；3—工件二、搬運機器人的特點及分類a.電磁吸盤。電磁吸盤是在內部激磁線圈通直流電后產生磁力，吸附導磁性工件的。b.永磁吸盤。永磁吸盤是利用磁力線通路的連續性及磁場疊加性工作的，一般永磁吸盤（多用釹鐵硼為內核）的磁路為多個磁系，通過磁系之間的相互運動來控制工作磁極面上的磁場強度，進而實現工件的吸附和釋放動作。c.電永磁吸盤。電永磁吸盤是利用永磁磁鐵產生磁力，激磁線圈對吸力大小進行控制，并起到開、關作用的。電永磁吸盤結合了永磁吸盤和電磁吸盤的優點，應用前景十分廣泛。二、搬運機器人的特點及分類二、搬運機器人的特點及分類（2）夾鉗式。夾鉗式末端執行器通常采用手爪拾取工件，手爪與人手相似，是現代工業機器人廣泛應用的一種形式，通過手爪的開啟和閉合實現對工件的夾取，一般有手爪、驅動機構、傳動機構、連接和支承元件組成。夾鉗式末端執行器多用于負載重、高溫、表面質量不高等吸附式無法進行工作的場合。手爪是直接與工件接觸的部件，其形狀將直接影響抓取工件的效果，但在多數情況下只需兩個手爪配合就可完成一般工件的夾取，對于復雜工件可以選擇三爪或多爪進行抓取。常見手爪前端形狀分V型爪、平面型爪、尖型爪等。二、搬運機器人的特點及分類

①V型爪。V型爪常用于圓柱形工件的夾持，其夾持穩固、可靠，誤差相對較小，如圖7-37所示。圖7-37V型爪二、搬運機器人的特點及分類②平面型爪。平面型爪多用于夾持方形工件（至少有兩個平行面，如方形包裝盒等）、厚板形或短小棒料的夾持，如圖7-38所示。③尖型爪。尖型爪常用于夾持復雜場合小型工件，避免與周圍障礙物相碰撞，也可夾持熾熱工件，避免搬運機器人本體受到熱損傷，如圖7-39所示。圖7-38平面型爪圖7-39尖型爪二、搬運機器人的特點及分類二、搬運機器人的特點及分類二、搬運機器人的特點及分類圖7-40仿人式手爪二、搬運機器人的特點及分類搬