单元二 搬运工作站工业机器人的选型.ppt
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1、工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电工业机器人工作站系统集成主讲教师:汪励单元二 搬运工作站工业机器人的选型工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电工作任务描述:根据系统要求选择工业机器人;画出安川机器人使用外部信号控制其运行的电路图。学习目标:通过本任务学习,应能:1.了解工业机器人的组成及各部分的作用。2.熟悉工业机器人的技术参数及选择依据。3.掌握工业机器人的接口技术及控制方法。工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电 所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人,而搬运机器人就是用于搬运工作的工业机器人。工业机器人是目
2、前技术上最成熟的机器人,它是能根据预先编制的操作程序自动重复工作的自动化机器,其应用非常广泛,种类也很多,选择一个适合的工业机器人来满足生产需要显得十分关键。知识准备知识准备 工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电一、工业机器人的组成与分类知识准备知识准备 1 1工业机器人的组成工业机器人的组成 工业机器人是机电一体化的系统,它通常由执行机构、机械本体、控制系统、检测系统等几部分组成,组成部分关系图如图所示。工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1 1工业机器人的组成工业机器人的组成(1)执行机构执行机构可以抓起工件,并按规定的运动速度、运
3、动轨迹、把工件送到指定位置处,放下工件。通常执行机构有以下几个部分。1)手部 手部是工业机器人用来握持工件或工具的部位,直接与工件或工具接触。有些工业机器人直接将工具(如电焊枪、油漆喷枪、容器等)固定在手部,它就不再另外安装手部了。2)腕部 腕部是将手部和臂部连接在一起的部件。它的作用是调整手部的方位和姿态,并可扩大臂部的活动范围。3)臂部 臂部支承着腕部和手部,使手部活动的范围扩大。无论是手部、腕部或是臂部都有许多轴孔,孔内有轴,轴和孔之间形成一个关节,机器人有一个关节就有了一个自由度。一、工业机器人的组成与分类工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1 1
4、工业机器人的组成工业机器人的组成(2)机械本体1)机械本体的作用 机械本体用来支承手部、腕部和臂部,驱动装置及其他装置也固定在机械本体上。2)行走机构 行走机构用来移动工业机器人。对于可以行走的工业机器人,其机械本体是可以移动的;否则,机械本体直接固定在基座上。有的行走机构是模仿人的双腿,有的只不过是轨道和车轮机构而已。一、工业机器人的组成与分类工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1 1工业机器人的组成工业机器人的组成(3)驱动系统 驱动系统装在机械本体内,驱动系统的作用是向执行元件提供动力。根据不同的动力源,驱动系统的传动方式也分为液压式、气动式、电动式
5、和机械式四种。一、工业机器人的组成与分类工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1 1工业机器人的组成工业机器人的组成(4)控制系统1)控制系统的作用 控制系统是工业机器人的指挥中心,控制工业机器人按规定的程序动作。控制系统还可存储各种指令(如动作顺序、运动轨迹、运动速度以及动作的时间节奏等),向各个执行元件发出指令。必要时,控制系统可对自己的行为加以监视,一旦有越轨的行为,能自己排查出故障发生的原因并及时发出报警信号。2)人工智能系统 人工智能系统赋予工业机器人五种感觉功能,以实现机器人对工件的自动识别和适应性操作。具有自适应性的智能化的机械系统也是当前机电
6、一体化技术的发展方向,模糊计算机的应用虽然处于这一步的初级阶段,但真正具有自适应性的智能化系统必将在这里突破。一、工业机器人的组成与分类工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1 1工业机器人的组成工业机器人的组成(5)监测系统监测系统主要用来检测自己的执行系统所处的位置、姿势,并将这些情况及时反馈给控制系统,控制系统根据这个反馈信息在发出调整动作的信号,使执行机构进一步动作,从而使执行系统以一定的精度到达规定的位置和姿势。一、工业机器人的组成与分类工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 2 2工业机器人的分类工业机器人的分类
7、(1)按臂部的运动形式分类1)直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动;2)圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作;3)球坐标型的臂部可回转、俯仰和伸缩;4)关节型的臂部有多个转动关节;一、工业机器人的组成与分类工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 2 2工业机器人的分类工业机器人的分类(2)按执行机构运动的控制机能分类工业机器人按执行机构运动的控制机能,可分点位型和连续轨迹型。点位型:控制执行机构由一点到另一点的准确定位,适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业;连续轨迹型:可控制执行机构按给定轨迹运动,适用于连续焊接和涂装等作业。一、工业机器人的组成与
8、分类工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 2 2工业机器人的分类工业机器人的分类(3)按程序输入方式分类工业机器人按程序输入方式分有编程输入型和示教输入型两类。编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件,通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制系统。一、工业机器人的组成与分类工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 2 2工业机器人的分类工业机器人的分类(3)按程序输入方式分类示教输入型的示教方法有两种:一种是由操作者用手动控制器(示教器),将指令信号传给驱动系统,使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍;另
9、一种是由操作者直接移动执行机构,按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时,工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时,控制系统从程序存储器中检出相应信息,将指令信号传给驱动机构,使执行机构再现示教的各种动作。示教输入程序的工业机器人也称为示教再现型工业机器人。一、工业机器人的组成与分类工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 2 2工业机器人的分类工业机器人的分类(3)按程序输入方式分类具有触觉、力觉或视觉的工业机器人,能在较为复杂的环境下工作;如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能,即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令
10、”自选或自编程序去适应环境,并自动完成更为复杂的工作。一、工业机器人的组成与分类工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 2 2工业机器人的分类工业机器人的分类(4)按用途分类工业机器人按用途可分为搬运机器人、焊接机器人、装配机器人、上下料机器人、码垛机器人、喷漆机器人、涂胶机器人、采矿机器人、食品工业机器人等。工业机器人的部分应用如图所示。一、工业机器人的组成与分类a)弧焊机器人 b)搬运机器人 c)点焊机器人 d)机床上下料机器人工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 (1)自由度(DOF)机器人的自由度(Degree of
11、 Freedom)是指其末端执行器相对于参考坐标系能够独立运动的数目,但并不包括末端执行器的开合自由度。自由度是机器人的一个重要技术指标,它是由机器人的结构决定的,并直接影响到机器人是否能完成与目标作业相适应的动作。二、工业机器人的主要技术参数工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 (2)工作空间机器人的工作空间(Working Space)是指机器人末端上参考点所能达到的所有空间区域。由于末端执行器的形状尺寸是多种多样的,为真实反映机器人的特征参数,工作空间是指不安装末端执行器时的工作区域。二、工业机器人的主要技术参数工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站
12、系统集成常州机电知识准备知识准备 (3)额定负载、额定速度机器人在保持运动平稳性和位置精度的前提下所能达到的最大速度称为额定速度。机器人在额定速度和规定性能范围内,末端执行器所能承受负载的允许值称为额定负载。二、工业机器人的主要技术参数工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 (4)分辨率机器人的分辨率由系统设计参数决定,并受到位置反馈检测单元性能的影响。分辨率分为编程分辨率和控制分辨率,统称为系统分辨率。编程分辨率是指程序中可以设定的最小距离单位,又称基准分辨率;控制分辨率是指位置反馈回路能够检测到的最小位移量。当编程分辨率和控制分辨率相等时,系统性能达到最高
13、。二、工业机器人的主要技术参数工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 (5)精度机器人精度是指定位精度和重复定位精度。定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异;重复定位精度是指机器人重复定位其手部与同一目标位置的能力。二、工业机器人的主要技术参数工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 在选择工业机器人时,为了满足功能要求,必须从可搬运重量、工作空间、自由度等方面来分析,只有它们同时被满足或者增加辅助装置后即能满足功能要求的条件,所选用的工业机器人才是可用的。机器人的选用也常受机器人市场供应因素的影响,所以,还需考
14、虑市场价格,只有那些可用而且价格低廉、性能可靠,且有较好的售后服务,才是最应该优先选用的。三、工业机器人的选择工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 目前,机器人在许多生产领域里得到了广泛应用,如装配、焊接、喷涂和搬运码垛等。各种应用领域必然会有各自不同的环境条件,为此,机器人制造厂家根据不同的应用环境和作业特点,不断地研究、开发和生产出了各种类型的机器人供用户选用。各生产厂家都对自己的产品给出了最合适的应用领域,不仅光考虑了功能要求,还考虑了其他应用中的问题,如强度刚度、轨迹精度、粉尘及温湿度等特殊要求。三、工业机器人的选择工业机器人工作站系统集成工业机器人
15、工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 同时还要考虑工作站对生产节拍的要求。生产节拍(生产周期)是指机器人工作站完成一个工件规定的处理作业内容所要求的时间,也就是用户规定的丰产量对机器人工作站工作效率的要求。在总体设计阶段,首先要根据计划年产量计算出生产节拍,然后对具体工件进行分析,计算各环节处理动作的时间,确定出完成一个工件处理作业的生产周期。工业机器人选型时还要着重考虑负载能力、工作范围、重复精度等技术参数是否满足要求。三、工业机器人的选择工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 安川MH6机器人是由日本安川公司(YASKAWA)开发的用于工业领域的机器人,
16、广泛应用于搬运、码垛、焊接、浇铸、涂胶、取放、水刀切割、灌注等工业领域。它拥有6个自由度,使用高精度伺服电机驱动,在一定工作范围中可以像人的手臂一样灵活、准确的运动。它拥有40个通用I/O接口,单个机器人可同时与多个外部设备配套,同时也可以多个机器人共同协作运动,高效而准确的完成各种复杂的工序,极大的提高了工业生产的效率和精度。四、安川MH6机器人的认识工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1.1.安川安川MH6MH6机器人的组成机器人的组成安川MH6机器人系统由机器人本机、控制柜和示教编程器组成。(1)机器人本体MH6机器人本体由6个高精密伺服电机按特定关
17、系组合而成,如图所示。四、安川MH6机器人的认识工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1.1.安川安川MH6MH6机器人的组成机器人的组成本体的6个伺服电机分别控制机器人的S、L、U、R、B、T各轴的运动,6轴的位置及运动方向如图所示。四、安川MH6机器人的认识 为了避免各轴运转过度导致设备损坏,各轴均有限位设置,控制箱本身程序中已设置软限位,该限位略小于硬限位。实际工作中,当设备将要运行至硬限位时,电机将会减速,到软限位时停止并提示“超出运动范围”。工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 安川MH6机器人本体的主要技术参数
18、四、安川MH6机器人的认识安装方式安装方式地面、壁挂、倒挂地面、壁挂、倒挂自由度自由度6负载负载6kg垂直可达距离垂直可达距离2486mm水平可达距离水平可达距离1422mm重复定位精度重复定位精度0.08mm最大动作范围最大动作范围S轴(旋转)-170+170L轴(下臂)-90+150U轴(上臂)-175+250R轴(手腕旋转)-180+180B轴(手腕摆动)-45+225T轴(手腕回转)-360+360最大速度最大速度S轴(旋转)220/SL轴(下臂)200/SU轴(上臂)220/SR轴(手腕旋转)410/SB轴(手腕摆动)410/ST轴(手腕回转)610/S容许力矩容许力矩R轴(手腕旋转
19、)11.8NmB轴(手腕摆动)9.8NmT轴(手腕回转)5.9m主体重量主体重量130kg电源容量电源容量1.5kVA工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1.1.安川安川MH6MH6机器人的组成机器人的组成(2)DX100控制柜机器人控制柜DX100主要由主控、伺服驱动、内置PLC 等部分组成。除了控制机器人动作外,还可以实现输入输出控制等。主控部分按照示教编程器提供的信息,生成工作程序,并对程序进行运算,发出各轴的运动指令,交给伺服驱动;伺服驱动部分将从主控来的指令进行处理,产生伺服驱动电流,驱动伺服电机;内置PLC 则主要进行输入输出控制。四、安川MH
20、6机器人的认识工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 DX100控制柜规格四、安川MH6机器人的认识控制柜本体控制柜本体构成构成立式安装、密闭形立式安装、密闭形冷却方式间接冷却周围温度0+45(运行时);-10+60(运输、保管时)相对湿度10%90%、没有结露电源三相AC200V/220V(+10-15%)60Hz(2%)接地D种接地(电阻100以下);专用接地输入输出信号专用信号(硬件)输入:23、输出:5;通用信号(标准最大)输入:40、输出:40(三极管输出:32、继电器输出:8)位置控制方式并行通讯方式(绝对值编码器絶)驱动单元交流(AC)伺服电机的
21、伺服单元加速度/负加速度软件伺服控制存储容量200000程序点、10000机器人命令工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1.1.安川安川MH6MH6机器人的组成机器人的组成(2)DX100控制柜DX100 由单独的部件和功能模块(多种基板)组成。出现故障后的失灵元件通常可容易地用部件或模块来进行更换。DX100的部件和基板配置如图所示。四、安川MH6机器人的认识工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1.1.安川安川MH6MH6机器人的组成机器人的组成(2)DX100控制柜1)电源接通单元(JZRCR-YPU01-1)四、
22、安川MH6机器人的认识电源接通单元是由电源接通顺序基板(JANCD-NTU)和伺服电源接触器(1KM,2KM)以及线路滤波器(1Z)组成,如图所示。电源接通单元根据来自电源接通顺序基板的伺服电源控制信号的状态,打开或关闭伺服电源接触器,供给伺服单元电源(三相交流200至220V)。电源接通单元经过线路滤波器对控制电源供给电源(单相交流200至220V)。工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1.1.安川安川MH6MH6机器人的组成机器人的组成(2)DX100控制柜2)基 本 轴 控 制 基 板(SRDA-EAXA01)基本轴控制基板(SRDA-EAXA01)
23、控制机器人六个轴的伺服电机,它也控制整流器、PWM 放大器和电源接通单元的电源接通顺序基板,如图所示。四、安川MH6机器人的认识工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1.1.安川安川MH6MH6机器人的组成机器人的组成(2)DX100控制柜通过安装选项的外部轴控制基板(SRDA-AXB01),可控制最多9个轴(包含机器人轴)的伺服电机。基本轴控制基板除机器人基本轴的控制之外,还具有通过防碰撞传感器(SHOCK)防止机器人发生碰撞事故的功能。防碰撞传感器的连接有直接连接、机器人内部电缆连接二种方法。四、安川MH6机器人的认识工业机器人工作站系统集成工业机器人工
24、作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1.1.安川安川MH6MH6机器人的组成机器人的组成(2)DX100控制柜 直接连接防碰撞传感器的信号线 直接连接防碰撞传感器的信号线的步骤如下:a.在基本轴控制基板EAXA-CN512(动力插头)里,用端子销子把短路连接的【SHOCK-】和SHOCK+】销子拆开。b.把拆下来的端子销【SHOCK-】和【SHOCK+】分别和碰撞传感器的信号线连接。直接连接防碰撞传感器的线路如图所示。四、安川MH6机器人的认识工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1.1.安川安川MH6MH6机器人的组成机器人的组成(2)DX100控制柜
25、直接连接防碰撞传感器四、安川MH6机器人的认识工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集成常州机电知识准备知识准备 1.1.安川安川MH6MH6机器人的组成机器人的组成(2)DX100控制柜 用机器人内部电缆连接防碰撞传感器 用机器人内部电缆连接防碰撞传感器的步骤如下:a.在基本轴控制基板EAXA-CN512(动力插头)里,用端子销子把短路连接的【SHOCK-】和SHOCK+】销子拆开。b.把分开的SHOCK(-)插头和机器人机内防碰撞传感器信号线的SHOCK(-)连接。用机器人内部电缆连接防碰撞传感器的线路如图所示。四、安川MH6机器人的认识工业机器人工作站系统集成工业机器人工作站系统集
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