工业机器人技术及应用第5章复习课程.ppt
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1、工业机器人技术及应用第5章课前回顾 所 处 位 置 如何使用在线示教方式进行工业机器人任务编程?如何进行工业机器人离线作业示教再现?【课 前 回 顾】返回 目录 2/52 学习目标 所 处 位 置 了解搬运机器人的分类及 能够识别搬运机器人工作 特点 站基本构成【学 掌握搬运机器人的系统组 能够进行搬运机器人的简 习 目 成及其功能 单作业示教 标】熟悉搬运机器人作业示教 的基本流程 熟悉搬运机器人的周边设 备与布局 返回 目录 3/52 认知目标认知目标能力目标能力目标导入案例 所 处 机器人助力机床上下料,国产高效智能压铸装备研制成功 位 置 智能压铸岛是以压铸机为核心设备构成的一组智能化
2、生产单元,以无人化生 产管理方式自动完成从原材料到【合格铸件成品间的工艺生产流程,导 入 实现压铸生产的程序化、数字化 案 和远程控制。高效智能压铸岛以 例】压铸机为 核心,配备 3-10 个机器 人和多部 AGV 小车,集成多个控 制系统、伺服系统、检测系统于 一体,包括铝液智能熔化系统、伺服定量浇注系统、炉料回收系 统、智能熔体含气量检测系统、真空压铸系统自动模温机、自动三维伺服喷涂机械手、耐高温抗腐蚀的装件取件 机器人、镶嵌自动快速加热和均温装置、自动型芯冷却系统、自动余料去除及飞 边清理装置、大型精密压铸模具、输送带、冷却装置、在线智能检测系统、激光 打标机、智能转运小车、压铸生产信息
3、化管理系统、嵌入式专用控制器、压铸专 返回 家系统等设备和系统。目录 4/52 5.1 搬运机器人的分类及特点 搬运机器人具有通用性强、工作稳定的优点,且操作简便、功能丰富,逐渐 所 向第三代智能机器人发展,其主要优点有。处 位 置 动作稳定和提高搬运准确性。【提高生产效率,解放繁重体力劳动,课 堂 实现“无人”或“少人”生产。认 知】改善工人劳作条件,摆脱有毒、有 害环境。柔性高、适应性强,可实现多 形状、不规则物料搬运。定位准确,保证批量一致性。降低制造成本,提高生产效益。返回 目录 5/52 5.1 搬运机器人的分类及特点 从结构形式上看,搬运机器人可分为 龙门式搬运机器人、悬臂式搬运机
4、器 所 处 人、侧壁式搬运机器人、摆臂式搬运机器人和关节式搬运机器人。位 置 【课 堂 认 知】悬臂式搬运机器人 龙门式搬运机器人 侧壁式搬运机器人 返回 摆臂式搬运机器人 关节式搬运机器人 搬运机器人分类 目录 6/52 5.1 搬运机器人的分类及特点 龙门式搬运机器人 所 处 其坐标系主要由 X 轴、Y 轴和 Z 轴组成。其多采用模块化结构,可依据负 位 载位置、大小等选择对应直线运动单元及组合结构形式,可实现实现大物料、置 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。悬臂式搬运机器人【课 其坐标系主要由 X 轴、Y 轴和 Z 轴组成。其也
5、可随不同的应用采取相应 堂 认 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 知 处理机床自动上下料。】X Z Y Y Z X 返回 悬臂式搬运机器人 龙门式搬运机器人 目录 7/52 5.1 搬运机器人的分类及特点 侧壁式搬运机器人 所 处 其坐标系主要由 X 轴、Y 轴和 Z 轴组成。其也可随不同的应用采取相应的结 位 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 置 等。摆臂式搬运机器人【课 其坐标系主要由 X 轴、Y 轴和 Z 轴组成。Z 轴主要是升降,也称为主轴。Y 堂 轴的移动主要通过外加滑轨,X 轴末端连接控制器,其绕 X 轴的转动,实
6、现 4 认 知 轴联动。广泛应用于国内外生产厂家,是关节式机器人的理想替代品,但其】负载程度相对于关节式机器人小。X Z Z Y Y X 返回 侧壁式搬运机器人 摆臂式搬运机器人 目录 8/52 5.1 搬运机器人的分类及特点 关节式搬运机器人 所 处 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 56 个轴,行为 位 动作类似于人的手臂,具有结构紧凑、占地空间小、相对工作空间大、自由度高 置 等特点,适合于几乎任何轨迹或角度的工作。【课 堂 认 知】关节式搬运机器人 龙门式、悬臂式、侧壁式和摆臂式搬运机器人均在直角式坐标系下作业,其适应范围相对较窄、针对性较强,适合定制专用机来满足
7、特定需求。直角式(桁架式)搬运机器人和关节式机器人在实际运用中都有如下特性:1)能够实时调节动作节拍、移动速率、末端执行器动作状态。2)可更换不同末端执行器以适应物料形状的不同,方便、快捷。返回 3)能够与传送带、移动滑轨等辅助设备集成,实现柔性化生产。目录 4)占地面积相对小、动作空间大,减少厂源限制。9/52 5.2 搬运机器人的系统组成 搬运机器人是一个完整系统。以关节式搬运机器人为例,其工作站主要有 操作 所 机、控制系统、搬运系统(气体发生装置、真空发生装置和手爪等)和安全保护装 处 置组成。位 置 5 3 1 2 6【课 堂 认 知 4】1 机器人控制柜;2 示教器;3 气体发生装
8、置;4 真空发生装置;5 操作机;6 端拾器(手爪)搬运机器人系统组成 返回 目录 10/52 5.2 搬运机器人的系统组成 关节式搬运机器人常见的本体有 4-6 轴。6 轴搬运机器人本体部分具有回转、所 抬臂、前伸、手腕旋转、手腕弯曲和手腕扭转 6 个独立旋转关节,多数情况下 5 轴 处 位 搬运机器人略去手腕旋转这一关节,4 轴搬运机器人则略去了手腕旋转和手腕弯 置 曲这两个关节运动。【课 堂 认 知】c)六轴 a)四轴 b)五轴 返回 搬运机器人运动轴 目录 11/52 5.2 搬运机器人的系统组成 常见的搬运机器人末端执行器有 吸附式、夹钳式 和 仿人式 等。所 处 吸附式 吸附式末端
9、执行器依据吸力不同可分为 气吸附 和 磁吸附。位 置 1)气吸附 主要是利用吸盘内压力和大气压之间压力差进行工作,依据压 力差分为真空吸盘吸附、气流负压气吸附、挤压排气负压气吸附等。【课 堂 通过连接真空发生装置和气 认 知 体发生装置实现抓取和释放】工件,工作时,真空发生装置 将吸盘与工件之间的空气吸走 使其达到真空状态,此时,吸 盘内的大气压小于吸盘外大气 压,工件在外部压力的作用下 被抓取。1 橡胶吸盘;2 固定环;3 垫片 4 支撑杆;5 螺母;6 基板 真空吸盘吸附 返回 目录 12/52 5.2 搬运机器人的系统组成 1)气吸附 主要是利用吸盘内压力和大气压之间压力差进行工作,依据
10、压 所 力差分为真空吸盘吸附、气流负压气吸附、挤压排气负压气吸附等。处 位 置 【课 堂 利用流体力学原理,通过 认 知 压缩空气(高压)高速流】动带走吸盘内气体(低压)使吸盘内形成负压,同样 利用吸盘内外压力差完成 取件动作,切断压缩空气 随即消除吸盘内负压,完 成释放工件动作。1 橡胶吸盘;2 心套;3 透气螺钉 4 支撑架;5 喷嘴;6 喷嘴套 气流负压气吸附 返回 目录 13/52 5.2 搬运机器人的系统组成 1)气吸附 主要是利用吸盘内压力和大气压之间压力差进行工作,依据压 所 力差分为真空吸盘吸附、气流负压气吸附、挤压排气负压气吸附等。处 位 置 【课 堂 认 利用吸盘变形和拉
11、知 杆移动改变吸盘内】外部压力完成工件 吸取和释放动作。1 橡胶吸盘;2 弹簧;3 拉杆 挤压排气负压气吸附 返回 目录 14/52 5.2 搬运机器人的系统组成 2)磁吸附 利用磁力进行吸取工件,常见的磁力吸盘分为 永磁吸盘、电磁吸 所 处 盘、电永磁吸盘 等。位 置 利用磁力线通路的连续性及【磁场叠加性而工作,永磁吸 课 堂 盘的磁路为多个磁系,通过 认 磁系之间的相互运动来控制 知】工作磁极面上的磁场强度的 强弱进而实现工件的吸附和 释放动作。1 非导磁体;2 永磁铁;3 磁轭;4 工件 永磁吸附 返回 目录 15/52 5.2 搬运机器人的系统组成 所 夹钳式 通过手爪的开启闭合实现对
12、工件的夹取,由手爪、驱动机构、传动 处 机构、连接和支承元件组成。多用于负载重、高温、表面质量不高等吸附式无 位 置 法进行工作的场合。常见手爪前端形状分 V 型爪、平面型爪、尖型爪 等。1)V 型爪 常用于圆柱形工件,其加持稳固可靠,误差相对较小。【2)平面型爪 多数用于加持方形工件(至少有两个平行面如方形包装盒等),厚 课 堂 板形或者短小棒料。认 知 3)尖型爪 常用于加持复杂场合小型工件,避免与周围障碍物相碰撞,也可加】持 炽热工件,避免搬运机器人本体受到热损伤。V 型爪 平面型爪 尖型爪 返回 目录 16/52 5.2 搬运机器人的系统组成 2)磁吸附 利用磁力进行吸取工件,常见的磁
13、力吸盘分为 永磁吸盘、电磁吸 所 处 盘、电永磁吸盘 等。位 1 置-+2【课 堂 认 利用内部激磁线圈通 知 直流电后产生磁力,】而吸附导磁性工件。3 1 直流电源;2 激磁线圈;3 工件 电磁吸附 电永磁吸附 是利用永磁磁铁产生磁力,利用激磁线圈对吸力大小进行 控制,起到“开、关”作用。磁吸附只能吸附对磁产生感应物体起作用,故对于要求不能有剩磁的工 件无法使用,且磁力受高温影响较大,故在高温下工作亦不能选择磁吸附,返回 所以在使用过程中有一定局限性。常适合要求抓取精度不高且在常温下工作 目录 的工件。17/52 5.2 搬运机器人的系统组成 根据被抓取工件形状、大小及抓取部位的不同,爪面形
14、式常有平滑爪面、齿 所 处 形爪面和柔性爪面。位 置 指爪面光滑平整,多数用来加持已加工好的工件表面,保证加工 平滑爪面【课 表面无损伤。堂 认 知】指爪面刻有齿纹,主要目的是增加与加持工件的摩擦力,确保加持 齿形爪面 稳固可靠,常用于加持表面粗糙毛坯或半成品工件。内镶有橡胶、泡沫、石棉等物质,起到增加摩擦、保护已加工工件 表面、隔热等作用。多用于加持已加工工件、炽热工件、脆性或薄 柔性爪面 壁工件等。返回 目录 18/52 5.2 搬运机器人的系统组成 仿人式 仿人式末端执行器是针对特殊外形工件进行抓取的一类手爪,其主 所 要包括 柔性手 和 多指灵巧手。处 位 置 1)柔性手 柔性手的抓取
15、是多关节柔性手腕,每个手指有多个关节链组成,有 摩擦轮和牵引丝组成,工作时通过一根牵引线收紧另一根牵引线放松实现抓取,其抓取不规则、圆形等轻便工件。【课 2)多指灵巧手 多指灵巧手包括多根手指,每根手指都包含 3 个回转自由度且 堂 为独立控制,实现精确操作,广泛应用于核工业、航天工业等高精度作业。认 知】柔性手 灵巧手 返回 目录 19/52 5.2 搬运机器人的系统组成 搬运机器人夹钳式、仿人式手爪需要连接相应外部信号控制装置及传感系统,所 处 以控制搬运机器人手爪实时的动作状态及力的大小,其手爪驱动方式多为 气动、电 位 动和液压驱动,对于轻型和中型的零件采用气动的手爪,对于重型的零件采
16、用液压 置 手爪,对于精度要求高或复杂的场合采用伺候的手爪。依据手爪开启闭合状态的传动装置可分为 回转型 和 移动型。【课 堂 传动装置 认 知】夹钳式手爪常用形式,是通过斜楔、滑槽、连杆、齿轮 回转型 螺杆或蜗轮蜗杆等机构组合形成,可适时改变传动比以 实现对夹持工件不同力的需求。手爪做平面移动或者直线往复移动来实现开启闭合,多 移动型 用于夹持具有平行面的工件,设计结构相对复杂,应用 不如回转型手爪广泛。搬运机器人主要包括机器人和搬运系统组成。机器人由搬运机器人本体及完 成搬运路线控制的控制柜组成。而搬运系统中末端执行器主要有吸附式、夹钳式 返回 目录 和仿人式等形式。20/52 5.3 搬
17、运机器人的作业示教 搬运机器人主要适应对象为大批量、重复性强或是工件重量较大以及工作环境 所 处 具有高温、粉尘等条件恶劣情况。位 特点:定位精确、生产质量稳定、工作节拍可调、运行平稳可靠、维修方便。置 TCP 点确定:末端执行器不同而设置在不同位置,就吸附式而言其 TCP 一般设在法兰中心【课 线与吸盘平面交点处;夹钳式其 TCP 一般设在法兰中心线与手爪前端面交点处。堂 认 知】返回 吸盘式吸盘式 TCP 生产再现 目录 21/52 5.3 搬运机器人的作业示教 TCP 点确定:所 处 末端执行器不同而设置在不同位置,就吸附式而言其 TCP 一般设在法兰中心线 位 与吸盘平面交点处;夹钳式
18、其 TCP 一般设在法兰中心线与手爪前端面交点处。置 【课 堂 认 知】夹钳式夹钳式 TCP 生产再现 返回 目录 22/52 5.3 搬运机器人的作业示教 5.3.1 冷加工搬运作业 所 处 以机加工件搬运为例,选择龙门式(5 轴),末端执行器为气吸附,采用在线 位 示教方式为机器人输入搬运作业程序。置 【课 堂 认 知】2 1 13 6 12 7 3 8 11 5 9 4 10 返回 搬运运动轨迹图例 目录 23/52 5.3 搬运机器人的作业示教 5.3.1 冷加工搬运作业 所 处 程序点说明 位 置 程序点 说明 吸盘动作 程序点 说明 吸盘动作【程序点 1 程序点 8 机器人原点 搬
19、运中间点 吸取 课 堂 认 程序点 2 程序点 9 移动中间点 搬运中间点 吸取 知】程序点 3 程序点 10 搬运临近点 搬运作业点 放置 程序点 4 程序点 11 搬运作业点 吸取 搬运规避点 程序点 5 程序点 12 搬运中间点 吸取 移动中间点 程序点 6 程序点 13 搬运中间点 吸取 机器人原点 程序点 7 搬运中间点 吸取 返回 目录 24/52 5.3 搬运机器人的作业示教 5.3.1 冷加工搬运作业 所 处 位 置 登陆程序点登陆程序点 8 登陆程序点登陆程序点 9 示教前的准备 【课 登陆程序点登陆程序点 7 新建一个程序 登陆程序点登陆程序点 10 堂 认 知】再现搬运
20、登录程序点登录程序点 1 登陆程序点登陆程序点 6 登陆程序点登陆程序点 11 登陆程序点登陆程序点 12 运行确认(跟踪)登录程序点登录程序点 2 登录程序点登录程序点 5 登陆程序点登陆程序点 13 设定搬运条件 登录程序点登录程序点 3 登录程序点登录程序点 4 返回 目录 冷加工搬运机器人作业示教流程 25/52 5.3 搬运机器人的作业示教 5.3.1 冷加工搬运作业 所 处 位(1)示教前的准备 置 1)确认自己和机器人之间保持安全距离。2)机器人原点确认。【课 堂(2)新建作业程序 认 知 点按示教器的相关菜单或按钮,新建一个作业程序,如“Handle_cold”。】(3)程序点
21、的登录 示教模式下,手动操作移动龙门搬运机器人轨迹设定程序点 1 至程序点 13,程 序点 1 和程序点 13 需设置在同一点,可方便编写程序,此外程序点 1 至程序点 13 需处 于与工件、夹具互不干涉位置。返回 目录 26/52 5.3 搬运机器人的作业示教 5.3.1 冷加工搬运作业 所 冷加工搬运作业示教 处 位 置 程序点 示教方法 按第 3 章手动操作机器人要领移动机器人到搬运原点。程序点 1 插补方式选择“PTP”。【(机器人原点)确认并保存程序点 1 为搬运机器人原点。课 堂 手动操作搬运机器人到移动中间点,并调整吸盘姿态。认 程序点 2 知 插补方式选择“PTP”。】(移动中
22、间点)确认并保存程序点 2 为搬运机器人作业移动中间点。手动操作搬运机器人到搬运作业临近点,并调整吸盘姿态。程序点 3 插补方式选择“PTP”。(搬运临近点)确认并保存程序点 3 为搬运机器人作业临近点。手动操作搬运机器人移动到搬运起始点且保持吸盘位姿不变。插补方式选择“直线插补”。程序点 4 再次确认程序点,保证其为作业起始点。(搬运作业点)若有需要可直接输入搬运作业命令。返回 目录 27/52 5.3 搬运机器人的作业示教 5.3.1 冷加工搬运作业 所 处 冷加工搬运作业示教 位 置 程序点 示教方法 手动操作搬运机器人到搬运中间点,并适度调整吸盘姿态。程序点 5【插补方式选择“直线插补
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