1、編號(hào) XXXXXXX畢畢業(yè)業(yè)論論文文題 目工業(yè)機(jī)器人工作站的集成設(shè)計(jì) -工作站集成方案的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名XXX學(xué) 號(hào)XXXXX系 部XXXXXXXXXX專 業(yè)XXXX班 級(jí)XXX指導(dǎo)教師XXXX顧問教師XXX摘 要摘摘 要要工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用越來越廣泛，而單一的工業(yè)機(jī)器人本體不能充分發(fā)揮其協(xié)同作業(yè)的功用，為了解決這一問題，將 ABB 工業(yè)機(jī)器人本體與搬運(yùn)單元、碼垛單元、打磨拋光單元、繪畫單元以及安全單元等外圍設(shè)備進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)機(jī)器人與周圍環(huán)境的信息交互。本論文設(shè)計(jì)內(nèi)容共六章，主要論述了工業(yè)機(jī)器人技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)、工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ)、工業(yè)機(jī)器人工作站集成方案、工業(yè)機(jī)器人工作站集成安裝

2、與維護(hù)以及工業(yè)機(jī)器人工作站的調(diào)試過程。實(shí)踐表明：工業(yè)機(jī)器人工作站性能穩(wěn)定，工作良好。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞： ABB 工業(yè)機(jī)器人； 集成； 工作站； 安裝與維護(hù)； AbstractIAbstractAbstractIndustrial robot technology in domestic are getting more and more, and not a single body of industrial robots and give full play to the coordination function, in order to solve this problem, ABB ind

3、ustrial robot and handling unit, palletizing unit, polishing unit, painting unit and peripheral equipment such as integrated security unit, to achieve the information exchange industry the robot and the environment. This thesis includes six chapters, mainly discusses the current situation and develo

4、pment trend of industrial robot technology, robot technology, industrial robot workstation based integration scheme, integrated industrial robot workstation installation and maintenance and debugging process of industrial robot workstation. The practice shows that the industrial robot workstation is

5、 stable and works well.Keyword:Keyword: ABB; Integrate; Workstation； Installation and maintenance目 錄II目目 錄錄摘摘 要要.IABSTRACT .II第一章第一章 概述概述.11.1 課題研究背景.11.2 課題研究趨勢(shì).21.3 課題設(shè)計(jì)目的和意義.31.4 工業(yè)機(jī)器人的行業(yè)應(yīng)用.3第二章第二章 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ).92.1 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu).92.2 工業(yè)機(jī)器人的控制器及控制系統(tǒng).112.3 工業(yè)機(jī)器人的示教器.112.4 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù).12.12.12.12

6、.13.13.132.5 工業(yè)機(jī)器人的類型.13.14.14.15.152.6 工業(yè)機(jī)器人的控制方式.162.7 工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式.17第三章第三章 工業(yè)機(jī)器人工作站集成方案設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人工作站集成方案設(shè)計(jì).193.1 工業(yè)機(jī)器人工作站總體方案.19.19.19.203.2 工業(yè)機(jī)器人的本體.213.3 工業(yè)機(jī)器人的控制柜.213.4 工業(yè)機(jī)器人的示教器.223.5 工業(yè)機(jī)器人的手爪.233.6 工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)機(jī)構(gòu).243.7 工業(yè)機(jī)器人的安全單元.273.8 工業(yè)機(jī)器人的電氣系統(tǒng).273.9 工業(yè)機(jī)器人的氣動(dòng)系統(tǒng).273.10 工業(yè)機(jī)器人的工作臺(tái).28第四章第四章 工業(yè)機(jī)器人工作站集成

7、安裝與維護(hù)工業(yè)機(jī)器人工作站集成安裝與維護(hù).29目 錄III4.1 工業(yè)機(jī)器人的搬運(yùn).294.2 工業(yè)機(jī)器人的安裝.304.3 工業(yè)機(jī)器人工作站電氣系統(tǒng)安裝.304.4 工業(yè)機(jī)器人的工作站維保.34第五章第五章 工業(yè)機(jī)器人工作站的調(diào)試工業(yè)機(jī)器人工作站的調(diào)試.375.1 工業(yè)機(jī)器人調(diào)試說明.37.37.375.2 工業(yè)機(jī)器人調(diào)試說明.37第六章第六章 總結(jié)與展望總結(jié)與展望.436.1 系統(tǒng)的先進(jìn)性.436.2 系統(tǒng)的社會(huì)效益.436.3 本人收益.43致致 謝謝.45參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).47淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文0第一章第一章 概述概述1.1 課題研究背景課題研究背景其實(shí)在很早很早以前，就

8、有類似機(jī)器人的機(jī)器出現(xiàn)，只不過不是以人的模樣出現(xiàn)，所以就沒有所謂的機(jī)器人。比如：我國(guó)赫赫有名的木牛流馬：西周時(shí)期我國(guó)的能上巧匠偃師研制出了能歌善舞的水制伶人二這是史書己載的我國(guó)最早的機(jī)器人。春秋后期我 H 著名的水履魯班，曾制造過只木鳶，豈能在空中， 三日不下”1800 年前的議代人科學(xué)家張衡不儀發(fā)明了地動(dòng)儀，而且發(fā)明了計(jì)坐鼓車：車行一里。乍卜水人擊鼓下，每行十里則擊鐘一下。三國(guó)時(shí)期，蜀國(guó)丞相渚葛亮發(fā)明了木牛流馬，并用它束運(yùn)送乍糧支援前方戰(zhàn)爭(zhēng)還有就是自動(dòng)機(jī)： 公元前 2 世紀(jì)亞圳山大時(shí)代的占希臘人發(fā)明丁最原始的機(jī)器人自動(dòng)機(jī)。大千世界，萬事萬物都遵循著從無到有、從低到高的發(fā)展規(guī)律，機(jī)器人也不例外

9、。早在三千多年前的西周時(shí)代，中國(guó)就出現(xiàn)了能歌善舞的木偶，稱為“倡者”，這可能是世界上最早的“機(jī)器人”。然而真正的工業(yè)機(jī)器人的出現(xiàn)并不久遠(yuǎn)，二十世紀(jì) 50、60 年代，隨著機(jī)構(gòu)理論和伺服理論的發(fā)展，機(jī)器人開始進(jìn)入了實(shí)用化和工業(yè)化階段。20 世紀(jì) 70 年代開始，世界各國(guó)開始把機(jī)器人作為工業(yè)領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。到目前為止，經(jīng)過 50 多年的發(fā)展，日本、美國(guó)、法國(guó)、德國(guó)的工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品已日趨成熱和完善，也相繼地形成了一批具有影響力的著名工業(yè)機(jī)器人公司。比如瑞典的 ABB Robotics，日本的發(fā)那科 (FANUC)和安川電機(jī) (Yaskawa)，德國(guó)的庫卡 KUKA，美國(guó)的 Emerson Indus

10、trial Automation，意大利的 COMAU，英國(guó)的 AutoTech Robotics，加拿大的 Jcd International Robotics，以色列的 Robogroup Tek 公司等，這些公司已經(jīng)成為各自國(guó)家和當(dāng)?shù)氐闹е援a(chǎn)業(yè)。工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的重要的現(xiàn)代制造業(yè)自動(dòng)化裝備。在國(guó)外，工業(yè)機(jī)器人技術(shù)日趨成熟，已經(jīng)成為一種標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備而得到工業(yè)界廣泛應(yīng)用，從而也形成了一批在國(guó)際上較有影響力的、知名工業(yè)機(jī)器人公司。目前，國(guó)際上的工業(yè)機(jī)器人公司主要分為日系和歐系。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等

11、公司的產(chǎn)品。歐系中主要有德國(guó)的 KUKA、CLOOS、瑞典的 ABB、意大利的COMAU 及奧地利的 IGM 公司。工業(yè)機(jī)器人已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、工廠自動(dòng)化(FA)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動(dòng)工具。據(jù)專家預(yù)測(cè)，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)是第一章 概述1繼車、計(jì)算機(jī)之后出現(xiàn)的一種新的大型高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。2002 年至 2004 年，根據(jù)聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(UNECE)和國(guó)機(jī)器人聯(lián)合會(huì)(IFR)的統(tǒng)計(jì)，世界工業(yè)機(jī)器人市場(chǎng)前景看好，年增長(zhǎng)率平均在 10左右。2005 年增長(zhǎng)率達(dá)到創(chuàng)記錄的 30，其中亞洲工業(yè)機(jī)器人增長(zhǎng)幅度最為突出，高達(dá) 45。2007 年，全球新安裝工業(yè)機(jī)器人的數(shù)量將超過十萬套。中

12、國(guó)的工業(yè)機(jī)器人起步于 20 世紀(jì) 70 年代，清華、哈工大、華中科大、沈陽自動(dòng)化研究所等一批科研院所最早開始了工業(yè)機(jī)器人的理論研究。80-90 年代，沈陽自動(dòng)化研究所和中國(guó)第一汽車制造集團(tuán)進(jìn)行了機(jī)器人的試制和初步應(yīng)用工作。進(jìn)入 21 世紀(jì)以來，在國(guó)家政策的大力支持下，廣州數(shù)控、沈陽新松、安徽奇瑞裝備、南京埃斯頓等一批優(yōu)秀的本土機(jī)器人公司開始涌現(xiàn)，工業(yè)機(jī)器人也開始在中國(guó)形成了初步產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。目前，我國(guó)的科研人員已基本掌握了工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、控制系統(tǒng)硬件和軟件技術(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和軌跡規(guī)劃技術(shù)，也形成了機(jī)器人部分關(guān)鍵元器件的規(guī)?；a(chǎn)能力。一些公司開發(fā)出的噴漆、弧焊、點(diǎn)焊、裝配、搬運(yùn)等機(jī)器人

13、已經(jīng)在多家企業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)線上獲得規(guī)模應(yīng)用，弧焊機(jī)器人也已廣泛應(yīng)用在汽車制造廠的焊裝線上?？偟膩砜?，我國(guó)的工業(yè)機(jī)器人技術(shù)開發(fā)和工程應(yīng)用水平與國(guó)外相比還有一定的差距。如在可靠性方面低于國(guó)外產(chǎn)品；機(jī)器人的工程應(yīng)用起步較晚，應(yīng)用領(lǐng)域窄；生產(chǎn)線系統(tǒng)技術(shù)與國(guó)外有差距；在應(yīng)用規(guī)模上，在市場(chǎng)占有量上也低于國(guó)外優(yōu)秀機(jī)器人公司。主要原因在于國(guó)內(nèi)沒有形成大規(guī)模機(jī)器人產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)有的機(jī)器人生產(chǎn)都是應(yīng)用戶的要求，“一客戶，一次重新設(shè)計(jì)”，品種規(guī)格多、批量小、零部件通用化程度低、供貨周期長(zhǎng)、成本高，而且質(zhì)量、可靠性不穩(wěn)定。因此迫切需要解決產(chǎn)業(yè)化前期的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)工業(yè)

14、機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。1.2 課題研究趨勢(shì)課題研究趨勢(shì)工業(yè)機(jī)器人在許多生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實(shí)踐證明，它在提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)效益，改善工人勞動(dòng)條件等方面，有著令世人矚目的作用。在新的世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器人產(chǎn)業(yè)必將得到更加快速的發(fā)展，工業(yè)機(jī)器人將得到更加廣泛的應(yīng)用。1.技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)在技術(shù)發(fā)展方面，工業(yè)機(jī)器人正向結(jié)構(gòu)輕量化、智能化、模塊化和系統(tǒng)淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文2化的方向發(fā)展。未來主要的發(fā)展趨勢(shì)有：（1）機(jī)器人結(jié)構(gòu)的模塊化和可重構(gòu)化；（2）控制技術(shù)的高性能化、網(wǎng)絡(luò)化；（3）控制軟件架構(gòu)的開放化、高級(jí)語言化；（4）伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的高集成度和一體化；（5）多

15、傳感器融合技術(shù)的集成化和智能化；（6）人機(jī)交互界簡(jiǎn)單化、協(xié)同化。 2.應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)自工業(yè)機(jī)器人誕生以來，汽車行業(yè)一直是其應(yīng)用的主要場(chǎng)合。2014 年北美機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)在年度報(bào)告中指出，截止 2013 年底，汽車行業(yè)仍然是北美機(jī)器人最大的應(yīng)用市場(chǎng)，但其在電子/電氣行業(yè)、金屬加工行業(yè)、化工行業(yè)、食品等行業(yè)的出貨量卻增速迅猛。由此可見，未來工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用依托汽車產(chǎn)業(yè)，并迅速向各行業(yè)延伸。對(duì)于機(jī)器人行業(yè)來講，這是一個(gè)非常積極的信號(hào)。3.產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)據(jù)國(guó)際機(jī)器人聯(lián)合會(huì)公布的數(shù)據(jù)顯示，2013 年全球機(jī)器人裝機(jī)量達(dá)到17.9 萬臺(tái)，亞洲/澳洲占 10 萬臺(tái)，中國(guó) 36560 臺(tái)，整個(gè)行業(yè)產(chǎn)值 300 億

16、美元。2014 年，全球機(jī)器人銷量 22.5 萬臺(tái)，亞洲的銷量占到 2/3，中國(guó)市場(chǎng)的機(jī)器人銷量近 45500 臺(tái)，增長(zhǎng) 35%。到目前為止，全球的主要機(jī)器人市場(chǎng)集中在亞洲、澳洲、歐洲、北美，其累計(jì)安裝量已超過 200 萬臺(tái)。相信在不久的將來，工業(yè)機(jī)器人的時(shí)代將很快來臨，并將在智能制造領(lǐng)域掀起一場(chǎng)變革。1.3 課題設(shè)計(jì)目的和意義課題設(shè)計(jì)目的和意義工業(yè)機(jī)器人是綜合應(yīng)用計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、自動(dòng)檢測(cè)及精密機(jī)械裝置等高新技術(shù)產(chǎn)物，是技術(shù)密集 度及自動(dòng)化程度很高的典型機(jī)電一體化加工設(shè)備。使用工業(yè)機(jī)器人的優(yōu)越性是顯而易見的，不僅精度高， 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。而且自動(dòng)化程度極高，可大大減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效

17、率。特別值得一提的是， 工業(yè)機(jī)器人可完成一般人工操作難以完成的精密工作，如激光切割、精密裝配等，因而工業(yè)機(jī)器人在自動(dòng)化生產(chǎn)中的地位越來越重要。 工業(yè)機(jī)器人按照 ISO 定義，是面向工業(yè)領(lǐng)域的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人是自動(dòng)執(zhí)行工作的機(jī)器裝置，是靠自身動(dòng)力和控制能力來實(shí)現(xiàn)各種功第一章 概述3能的一種機(jī)器。它可以接受人類指揮，也可以按照預(yù)先編排的程序運(yùn)行，現(xiàn)代的工業(yè)機(jī)器人還可以根據(jù)人工智能技術(shù)制定的原則綱領(lǐng)行動(dòng)。1.4 工業(yè)機(jī)器人的行業(yè)應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的行業(yè)應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人按作業(yè)任務(wù)的不同可以分為焊接、搬運(yùn)、裝配、碼垛、涂裝等類型機(jī)器人 。 1焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人是從事焊接作業(yè)的工業(yè)機(jī)

18、器人，見圖 1-1 焊接機(jī)器人常用于汽車制造領(lǐng)域，是應(yīng)用最為廣泛的工業(yè)機(jī)器人之一。目前，焊接機(jī)器人機(jī)的使用量約占全部工業(yè)機(jī)器人總量的 30%。 圖 1-1 焊接機(jī)器人焊接機(jī)器人又可以分為點(diǎn)焊和弧焊。從上世紀(jì) 60 年代開始以來，焊接機(jī)器人焊接技術(shù)已日益成熟，在長(zhǎng)期使用過程中，主要體現(xiàn)了以下優(yōu)點(diǎn)： 可以穩(wěn)定提高焊件的焊接質(zhì)量； 提高了企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率； 改善了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，替代人類在惡略環(huán)境下工作； 降低了工人操作技術(shù)的要求； 縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少了設(shè)備投資。2搬用機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人是可以進(jìn)行自動(dòng)搬運(yùn)作業(yè)的工業(yè)機(jī)器人，見圖 1-2。最早的搬運(yùn)機(jī)器人是 1960 年美國(guó)設(shè)計(jì)的 Ver

19、satran 和 Unimate，搬運(yùn)時(shí)機(jī)器人末端夾具設(shè)備握持工件，指將工件從一個(gè)加工位置移動(dòng)到另一個(gè)加工位置。目前世界上使用的搬運(yùn)機(jī)器人超過 10 萬臺(tái)，其廣泛應(yīng)用于機(jī)床上下料、沖壓機(jī)自動(dòng)化生淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文4產(chǎn)線、自動(dòng)裝配流水線、碼垛搬運(yùn)、集裝箱等的自動(dòng)搬運(yùn)場(chǎng)合。圖 1-2 搬運(yùn)機(jī)器人搬用機(jī)器人又分為可以移動(dòng)的搬用小車（AGV），用于碼垛的碼垛機(jī)器人、用于分解的分解機(jī)器人、用于機(jī)床上下料的上下料機(jī)器人等。其主要作用就是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、物料或工具的搬用，主要優(yōu)點(diǎn)在于： 提高生產(chǎn)效率，一天可以 24 小時(shí)無間斷工作； 改善工人勞動(dòng)條件，可在有害環(huán)境下工作； 降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人工

20、； 縮短了產(chǎn)品改型換代的準(zhǔn)備周期，減少相應(yīng)的設(shè)備投資； 可實(shí)現(xiàn)工廠自動(dòng)化、無人化生產(chǎn)。3裝配機(jī)器人裝配機(jī)器人是專門為裝配而設(shè)計(jì)的機(jī)器人。常用的裝配機(jī)器人主要可以完成生產(chǎn)線上一些零件的裝配或拆卸工作。從結(jié)構(gòu)上來分，主要有 PUMA 機(jī)器人（可編程通用裝配操作手）和 SCARA 機(jī)器人（平面雙關(guān)節(jié)型機(jī)器人)兩種類型。 PUMA 機(jī)器人是美國(guó) Unimation 公司 1977 年研制的由一種計(jì)算機(jī)控制的多關(guān)節(jié)裝配機(jī)器人。一般有 5-6 個(gè)自由度, 可以實(shí)現(xiàn)腰、肩、肘的回轉(zhuǎn)以及手腕的彎曲、旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)等功能，見圖 1-3。第一章 概述5圖 1-3 PUMA562 機(jī)器人SCARA 機(jī)器人是一種圓柱坐標(biāo)

21、型的特殊類型的工業(yè)機(jī)器人，有 3 個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，其軸線相互平行，在平面內(nèi)進(jìn)行定位和定向。另一個(gè)關(guān)節(jié)是移動(dòng)關(guān)節(jié)，用于完成末端件在垂直于平面的運(yùn)動(dòng)，如圖 1-4 所示，這類機(jī)器人的結(jié)構(gòu)輕便、響應(yīng)快，例如 Adept1 型 SCARA 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)速度可達(dá) 10m/s，比一般關(guān)節(jié)式機(jī)器人快數(shù)倍。它最適用于平面定位，垂直方向進(jìn)行裝配的作業(yè)。圖 1-4 SCARA 機(jī)器人與一般工業(yè)機(jī)器人比較，裝配機(jī)器人具有精度高、柔順性好、工作范圍小、能與其他系統(tǒng)配套使用等特點(diǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)中使用裝配機(jī)器人可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低成本，提高生產(chǎn)自動(dòng)化水平。目前，裝配機(jī)器人主要用于各種電器制造（包括家用電器, 如電視機(jī)、錄音機(jī)、

22、洗衣機(jī)、電冰箱、吸塵器）、小型電機(jī)、汽車及其部件、計(jì)算機(jī)、玩具、機(jī)電產(chǎn)品及其組件的裝配等方面。圖1-5 為裝配機(jī)器人裝配作業(yè)?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文6圖 1-5 裝配機(jī)器人作業(yè)4.噴涂機(jī)器人噴涂機(jī)器人是可進(jìn)行自動(dòng)噴漆或噴涂其他涂料的工業(yè)機(jī)器人，1969 年由挪威 Trallfa 公司發(fā)明。噴漆機(jī)器人主要由機(jī)器人本體、計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的控制系統(tǒng)組成。液壓驅(qū)動(dòng)的噴漆機(jī)器人還包括液壓油源，如油泵、油箱和電機(jī)等。噴涂機(jī)器人多采用 5 或 6 自由度關(guān)節(jié)式結(jié)構(gòu)，手臂有較大的運(yùn)動(dòng)空間，并可做復(fù)雜的軌跡運(yùn)動(dòng)，其腕部一般有 23 個(gè)自由度，可靈活運(yùn)動(dòng)。較先進(jìn)的噴漆機(jī)器人腕部采用柔性手腕，既可向各個(gè)方向彎

23、曲，又可轉(zhuǎn)動(dòng)，其動(dòng)作類似人的手腕，能方便地通過較小的孔伸入工件內(nèi)部，噴涂其內(nèi)表面。噴漆機(jī)器人一般采用液壓驅(qū)動(dòng)，具有動(dòng)作速度快、防爆性能好等特點(diǎn)，可通過手把手示教或點(diǎn)位示數(shù)來實(shí)現(xiàn)示教。噴漆機(jī)器人廣泛用于汽車、儀表、電器、搪瓷等工藝生產(chǎn)部門，圖 1-6 為噴漆機(jī)器人在汽車表面噴涂作業(yè)。圖 1-6 噴涂機(jī)器人作業(yè)噴涂機(jī)器人的主要優(yōu)點(diǎn)： 柔性大。工作范圍大大。 提高噴涂質(zhì)量和材料使用率。第一章 概述7 易于操作和維護(hù)?？呻x線編程，大大的縮短現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試時(shí)間。 設(shè)備利用率高。噴涂機(jī)器人的利用率可達(dá) 90%-95%。1）：點(diǎn)焊機(jī)器人：點(diǎn)焊機(jī)器人廣泛應(yīng)用于焊接薄板材料。裝配每臺(tái)汽車車體一般大約需要完成 3000

24、4000 個(gè)焊點(diǎn)。其中 60%的是點(diǎn)焊機(jī)器人完成的。2）：弧焊機(jī)器人：弧焊機(jī)器人應(yīng)用于焊接金屬連續(xù)結(jié)合的焊縫工藝，絕大多數(shù)可以完成自動(dòng)送絲、熔化電極和氣體保護(hù)下進(jìn)行焊接工作。弧焊機(jī)器人的應(yīng)用范圍很廣，除汽車行業(yè)外，在通用機(jī)械、金屬結(jié)構(gòu)等需哦多行業(yè)中都有應(yīng)用。 3)：噴漆機(jī)器人：噴漆機(jī)器人廣泛應(yīng)用于汽車車體、家電產(chǎn)品和各種塑料制品的噴漆工作。 4)：裝配機(jī)器人：采用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)裝配，是近十幾年來才發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)。從目前的情況來看，整個(gè)機(jī)械制造過程中自動(dòng)化程度最低的就是裝配工藝。 5)：搬運(yùn)機(jī)器人：隨著計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù)、物流技術(shù)、自動(dòng)倉儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，搬運(yùn)機(jī)器人在現(xiàn)代制造業(yè)中的應(yīng)用越來

25、越廣泛。機(jī)器人可用于零件的加工過程中，物料、工輔量具的裝卸和儲(chǔ)運(yùn)，可用于將零件從一個(gè)輸送裝置送到另一個(gè)輸送裝置，或從一臺(tái)機(jī)床上加工完得零件取下再安裝到另一臺(tái)機(jī)床上去?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文8第二章第二章 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ)2.1 工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人是一種模擬人手臂、手腕和手動(dòng)功能的機(jī)電一體化裝置。一臺(tái)通用的工業(yè)機(jī)器人從體系結(jié)構(gòu)來看，可以分為三大部分：機(jī)器人本體、控制器及系統(tǒng)、示教器，具體結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示。示教器機(jī)器人本體控制器圖 2-1 工業(yè)機(jī)器人組成1機(jī)器人本體機(jī)器人本體是工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械主體，是完成各種作業(yè)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。一般包含互

26、相連接的機(jī)械臂、驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)裝置以及各種內(nèi)外部傳感器。工作時(shí)通過末端夾具也稱末端執(zhí)行器用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人對(duì)工作目標(biāo)的夾取、搬用等動(dòng)作。機(jī)械臂：大部分工業(yè)機(jī)器人為關(guān)節(jié)型機(jī)器人，關(guān)節(jié)型機(jī)器人的機(jī)械臂是由若干個(gè)機(jī)械關(guān)節(jié)連接在一起的集合體。圖 2-2 為典型 6 關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人，由機(jī)座、腰部關(guān)節(jié) 1、大臂關(guān)節(jié) 2、肘部關(guān)節(jié) 3、操作臂關(guān)節(jié) 4、腕部關(guān)節(jié) 5 和手部關(guān)節(jié) 6 構(gòu)成。圖 2-2 6 關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人第二章 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ)9機(jī)座：是構(gòu)成機(jī)器人的支撐部分，內(nèi)部安裝有機(jī)器人的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)裝置。腰部：是連接機(jī)器人機(jī)座和大臂的中間支撐部分。工作時(shí)，腰部可以通過關(guān)節(jié) 1 在機(jī)座上轉(zhuǎn)動(dòng)。臂部：6 關(guān)節(jié)機(jī)

27、器人的臂部一般由大臂和小臂構(gòu)成，大臂通過關(guān)節(jié) 2 與腰部相連，小臂通過肘關(guān)節(jié) 3 與大臂相連。工作時(shí)，大、小臂各自通過關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)。手腕：連接小臂和末端執(zhí)行器的部分，主要用于改變末端執(zhí)行器的空間位姿，聯(lián)合機(jī)器人的所有關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)機(jī)器人預(yù)期的動(dòng)作和狀態(tài)。2.驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)裝置工業(yè)機(jī)器人的機(jī)座、腰部關(guān)節(jié)、大臂關(guān)節(jié)、肘部關(guān)節(jié)、操作臂關(guān)節(jié)、腕部關(guān)節(jié)和手部關(guān)節(jié)構(gòu)成了機(jī)器人的外部結(jié)構(gòu)或機(jī)械結(jié)構(gòu)。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)關(guān)節(jié)必須有驅(qū)動(dòng)裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成。圖 2-2 為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的組成，要構(gòu)成多關(guān)節(jié)機(jī)器人，其每個(gè)關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)及傳動(dòng)裝置缺一不可。圖 2-2 機(jī)器人運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)構(gòu)成 驅(qū)動(dòng)裝置是向機(jī)器人各機(jī)械臂提供

28、動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的裝置。不同類型的機(jī)器人，驅(qū)動(dòng)采用的動(dòng)力源不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式也不同。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式主要有四種：液壓式、氣壓式、電氣式和機(jī)械式。電力驅(qū)動(dòng)是目前使用最多的一種驅(qū)動(dòng)方式，其特點(diǎn)是電源取用方便，響應(yīng)快，驅(qū)動(dòng)力大，信號(hào)檢測(cè)、傳遞、處理方便，并可以采用多種靈活的控制方式，驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般采用步進(jìn)電機(jī)或伺服電機(jī)，目前也有采用力矩電機(jī)，但是造價(jià)較高，控制也較為復(fù)雜，和電機(jī)相配的減速器一般采用諧波減速器、擺線針輪減速器或者行星齒輪減速器。4.傳感器為檢測(cè)作業(yè)對(duì)象及工作環(huán)境，在工業(yè)機(jī)器人上安裝了諸如觸覺傳感器、淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文10視覺傳感器、力覺傳感器、接近傳感器、超聲波傳感器和聽

29、覺傳感器。這些傳感器可以大大改善機(jī)器人工作狀況和工作質(zhì)量，使它能夠更充分地完成復(fù)雜的工作。2.2 工業(yè)機(jī)器人的工業(yè)機(jī)器人的控制器及控制系統(tǒng)控制器及控制系統(tǒng)控制器是構(gòu)成工業(yè)機(jī)器人的神經(jīng)中樞，由計(jì)算機(jī)硬件、軟件和一些專用電路、控制器、驅(qū)動(dòng)器等構(gòu)成。工作時(shí)，根據(jù)編寫的指令以及傳感信息控制機(jī)器人本體完成一定的動(dòng)作或路徑，主要用于處理機(jī)器人工作的全部信息，其正面內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 2-3 所示。圖 2-3 控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)為實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制，除計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)外，還必須有相應(yīng)的軟件控制系統(tǒng)。通過軟件系統(tǒng)的支持，可以方便的建立、編輯機(jī)器人控制程序。目前，世界各大機(jī)器人公司都有自己的完善的軟件控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的

30、作業(yè)控制。2.3 工業(yè)機(jī)器人的工業(yè)機(jī)器人的示教器示教器示教器是人機(jī)交互的一個(gè)接口，也稱示教盒或示教編程器，主要由液晶屏和可供觸摸的操作按鍵組成。操作時(shí)由控制者手持設(shè)備，通過按鍵將需要控制的全部信息通過與控制器連接的電纜送入控制柜中的存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的控制。示教器是機(jī)器人控制系統(tǒng)的重要組成部分，操作者可以通過示教器進(jìn)行手動(dòng)示教，控制機(jī)器人到達(dá)不同位姿，并記錄各個(gè)位姿點(diǎn)坐標(biāo)，也可以利用機(jī)器人語言進(jìn)行在線編程，實(shí)現(xiàn)程序回放，讓機(jī)器人按編寫好的程序完成軌跡運(yùn)動(dòng)。第二章 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ)11示教編程器上設(shè)有用于對(duì)機(jī)器人進(jìn)行示教和編程所需的操作鍵和按鈕，一般情況下不同機(jī)器人廠商示教編程器外觀各不

31、相同，但一般包含中央的液晶顯示區(qū)、功能按鍵區(qū)、急停按鈕和出入線口。圖 2-4 為工業(yè)機(jī)器人的示教器外觀。圖 2-4 工業(yè)機(jī)器人示教器在盤右上角，如右圖所示紅色鍵不管示教操作盤有效開關(guān)的狀態(tài)如何，都會(huì)使執(zhí)行中的程序停止，機(jī)器人伺服電源被切斷，使得機(jī)器人進(jìn)入急停狀態(tài)。2.4 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)參數(shù)雖然工業(yè)機(jī)器人的種類、用途不盡相同，但任一工業(yè)機(jī)器人都有其使用的工作范圍和要求。目前，工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)有以下幾種：自由度、分辨率、精度和重復(fù)定位精度、工作范圍、最大工作速度和承載能力。自由度是指機(jī)器人所具有的獨(dú)立坐標(biāo)軸運(yùn)動(dòng)的數(shù)目，不包括末端執(zhí)行器的開合自由度。一般情況下機(jī)器人的一

32、個(gè)自由度對(duì)應(yīng)一個(gè)關(guān)節(jié)，所以自由度與關(guān)節(jié)的概念是相等的。自由度是表示機(jī)器人動(dòng)作靈活程度的參數(shù)，自由度越多就越靈活，但結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜，控制難度越大，所以機(jī)器人的自由度要根據(jù)其用途設(shè)計(jì)，一般在 36 個(gè)之間。具有 6 個(gè)自由度，可以進(jìn)行復(fù)雜空間曲面的弧焊作業(yè)。從運(yùn)動(dòng)學(xué)的觀點(diǎn)看，在完成某一特定作業(yè)時(shí)具有多余自由度的機(jī)器人，叫做冗余自由度機(jī)器人，又叫冗余度機(jī)器人。例如，PUMA562 機(jī)器人去執(zhí)行印制電路板上接插元器件的作業(yè)時(shí)就是一個(gè)冗余度自由機(jī)器人。利用冗余的自由度可以增加機(jī)器人的靈淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文12活性，躲避障礙物和改善動(dòng)力性能。 分辨率是指機(jī)器人每個(gè)關(guān)節(jié)所能實(shí)現(xiàn)的最小移動(dòng)距離或最小

33、轉(zhuǎn)動(dòng)角度。工業(yè)機(jī)器人的分辨率分編程分辨率和控制分辨率兩種。編程分辨率是指控制程序中可以設(shè)定的最小距離，又稱基準(zhǔn)分辨率。當(dāng)機(jī)器人某關(guān)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 0.1，機(jī)器人關(guān)節(jié)端點(diǎn)移動(dòng)直線距離為 0.01mm，其基準(zhǔn)分辨率即為 0.01mm?？刂品直媛适窍到y(tǒng)位置反饋回路所能檢測(cè)到的最小位移，即與機(jī)器人關(guān)節(jié)電機(jī)同軸安裝的編碼盤發(fā)出單個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)過的角度。工業(yè)機(jī)器人精度是指定位精度和重復(fù)定位精度。定位精度是指機(jī)器人手部實(shí)際到達(dá)位置與目標(biāo)位置之間的差異，用反復(fù)多次測(cè)試的定位結(jié)果的代表點(diǎn)與指定位置之間的距離來表示。重復(fù)定位精度是指機(jī)器人重復(fù)定位手部于同一目標(biāo)位置的能力，以實(shí)際位置值的分散程度來表示。實(shí)際應(yīng)用中常以重復(fù)

34、測(cè)試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差值的 3 倍來表示，它是衡量一列誤差值的密集度。工作范圍是指機(jī)器人手臂末端或手腕中心所能到達(dá)的所有點(diǎn)的集合，也叫做工作區(qū)域。因?yàn)槟┒瞬僮髌鞯男螤詈统叽缡嵌喾N多樣的，為了真實(shí)地反映機(jī)器人的特征參數(shù)，一般工作范圍是指不安裝末端操作器的工作區(qū)域。工作范圍的形狀和大小是十分重要的，機(jī)器人在執(zhí)行某作業(yè)時(shí)可能會(huì)因?yàn)榇嬖谑植坎荒艿竭_(dá)的作業(yè)死區(qū)而不能完成任務(wù)。運(yùn)動(dòng)速度影響機(jī)器人的工作效率和運(yùn)動(dòng)周期，它與機(jī)器人所提取的重力和位置精度均有密切的關(guān)系。運(yùn)動(dòng)速度高，機(jī)器人所承受的動(dòng)載荷增大，必將承受著加減速時(shí)較大的慣性力，影響機(jī)器人的工作平穩(wěn)性和位置精度。就目前的技術(shù)水平而言，通用機(jī)器人的最大直線運(yùn)

35、動(dòng)速度大多在 1000 mm/s 以下，最大回轉(zhuǎn)速度一般不超過 120/s。 最大工作速度，有的廠家指工業(yè)機(jī)器人自由度上最大的穩(wěn)定速度，有的廠家指手臂大合成速度，通常歐洲技術(shù)參數(shù)中就有說明。工作速度越高，工作效率就越高。但是，工作速度越高就要花費(fèi)更多的時(shí)間去升速或降速。承載能力是指機(jī)器人在作業(yè)范圍內(nèi)的任何位姿上所能承受的最大質(zhì)量。第二章 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ)13承載能力不僅取決于負(fù)載的質(zhì)量，而且與機(jī)器人運(yùn)行的速度和加速度的大小和方向有關(guān)。為了安全起見，承載能力這一技術(shù)指標(biāo)是指高速運(yùn)行時(shí)的承載能力。承載能力不僅指負(fù)載，而且包括了機(jī)器人末端操作器的質(zhì)量根據(jù)承載能力不同工業(yè)機(jī)器人大致分為：1.微型機(jī)

36、器人承載能力為 1N 以下；2.小型機(jī)器人承載能力不超過 105N；3.中型機(jī)器人承載能力為 105106N；4.大型機(jī)器人承載能力為 106107N；5.重型機(jī)器人承載能力為 107N 以上。2.5 工業(yè)機(jī)器人的類型工業(yè)機(jī)器人的類型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，典型機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)特征是用其坐標(biāo)特性來描述。按結(jié)構(gòu)特征來分，工業(yè)機(jī)器人通常可以分為直角坐標(biāo)機(jī)器人、柱面坐標(biāo)機(jī)器人、極坐標(biāo)機(jī)器人、多關(guān)節(jié)型機(jī)器人、并連關(guān)節(jié)型等機(jī)器人。圖 2-5 工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)形式類型直角坐標(biāo)機(jī)器人是指在工業(yè)應(yīng)用中，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)控制的、可重復(fù)編程的、在空間上具有相互垂直關(guān)系的三個(gè)獨(dú)立自由度的多用途機(jī)器人，結(jié)構(gòu)見圖2-6。淮安信

37、息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文14圖 2-6 直角坐標(biāo)機(jī)器人從圖中可以看出，機(jī)器人在空間坐標(biāo)系中有三個(gè)相互垂直的移動(dòng)關(guān)節(jié)X/Y/Z，每個(gè)關(guān)節(jié)都可以在獨(dú)立的方向移動(dòng)。直角坐標(biāo)機(jī)器人的特點(diǎn)是直線運(yùn)動(dòng)、其控制簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是靈活性較差，自身占據(jù)空間較大。目前，直角坐標(biāo)機(jī)器人可以非常方便的用于各種自動(dòng)化生產(chǎn)線中，可以完成諸如焊接、搬運(yùn)、上下料、包裝、碼垛、檢測(cè)、探傷、分類、裝配、貼標(biāo)、噴碼、打碼、噴涂、目標(biāo)跟隨、排爆等一系列工作。直角坐標(biāo)機(jī)器人是以 XYZ 直角坐標(biāo)系統(tǒng)為基本數(shù)學(xué)模型，以伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)為驅(qū)動(dòng)的單軸機(jī)械臂為基本工作單元，以滾珠絲桿、同步皮帶、齒輪齒條為常用的傳動(dòng)方式所架構(gòu)起來的機(jī)器人系統(tǒng)，可

38、以完成在 XYZ 三維坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)的到達(dá)和遵循可控的運(yùn)動(dòng)軌跡。直角坐標(biāo)機(jī)器人采用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)其的驅(qū)動(dòng)及編程控制，直線、曲線等運(yùn)動(dòng)軌跡的生成為多點(diǎn)插補(bǔ)方式，操作及編程方式為引導(dǎo)示教編程方式或坐標(biāo)定位方式。特點(diǎn)：1、自由度運(yùn)動(dòng)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度之間的空間夾角為直角；2、自動(dòng)控制的，可重復(fù)編程，所有的運(yùn)動(dòng)均按程序運(yùn)行；3、一般由控制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、操作工具等組成。4、靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同。5、高可靠性、高速度、高精度。6、可用于惡劣的環(huán)境，可長(zhǎng)期工作，便于操作維修。柱面坐標(biāo)機(jī)器人是指軸能夠形成圓柱坐標(biāo)系的機(jī)器人，如圖 2-7 所示。其結(jié)構(gòu)主要由一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)座形成的

39、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)和垂直、水平移動(dòng)的兩個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)構(gòu)成。柱面坐標(biāo)機(jī)器人末端執(zhí)行器的姿態(tài)由（z、r、）決定。柱面坐標(biāo)機(jī)器人具有空間結(jié)構(gòu)小，工作范圍大，末端執(zhí)行器速度高、控制簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)靈活等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)在于工作時(shí)，必須有沿 r 軸線前后方向的移動(dòng)空間，空間利用率低。第二章 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ)15圓柱坐標(biāo)手臂看起來有點(diǎn)像一個(gè)機(jī)器人升降機(jī)。它的工作行程類似一個(gè)后壁圓筒，這也是它名稱的由來。像旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)和極坐標(biāo)手臂一樣，它的肩關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)也是通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)底盤來實(shí)現(xiàn)的。前臂安裝在一個(gè)類似升降機(jī)的裝置上面，前臂沿著圓柱提升和下降，捉取不同高度的物體。為了讓手臂可以捉取三維空間里面的物體，前臂上面配備了一個(gè)和極坐標(biāo)手臂相似的

40、伸展關(guān)節(jié)。圖 2-7 柱面坐標(biāo)機(jī)器人極坐標(biāo)型機(jī)器人結(jié)構(gòu)如圖 2-8 所示，一般由兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)構(gòu)成，其軸線按極坐標(biāo)配置，R 為移動(dòng)坐標(biāo)， 是手臂在鉛垂面內(nèi)的擺動(dòng)角， 是繞手臂支撐底座垂直的轉(zhuǎn)動(dòng)角。這種機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所形成的軌跡表面是半球面，所以又稱為球坐標(biāo)型機(jī)器人。圖 2-8 極坐標(biāo)機(jī)器人極坐標(biāo)機(jī)器人同樣占用空間小，操作靈活且范圍大，但運(yùn)動(dòng)學(xué)模型較復(fù)淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文16雜，難以控制。極坐標(biāo)手臂的工作行程是一個(gè)半球的形狀。和旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)手臂差不多，極坐標(biāo)手臂同樣也可以非常靈活地捉取散落在機(jī)器人身邊的各種物體。像旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)手臂一樣，轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)著整個(gè)手臂的旋轉(zhuǎn)。這個(gè)功能有點(diǎn)類似肩關(guān)節(jié)

41、的轉(zhuǎn)動(dòng)。極坐標(biāo)手臂的肩關(guān)節(jié)無法伸展和彎曲，第二個(gè)自由度的肘關(guān)節(jié)可以控制前臂的上下運(yùn)動(dòng)。第三個(gè)自由度實(shí)現(xiàn)的是前臂的各種伸展運(yùn)動(dòng)。前臂“內(nèi)部”關(guān)節(jié)的伸縮帶動(dòng)著夾持器在機(jī)器人上收放。如果沒有前臂內(nèi)部的關(guān)節(jié)，手臂只能捉取放在前面的一個(gè)有限的二維圓周里面的物體。極坐標(biāo)手臂通常用于工業(yè)機(jī)器人，這種類型的手臂非常適合作為一個(gè)固定設(shè)備使用。為了增加靈活性也可以把它們安裝在移動(dòng)式機(jī)器人上面。關(guān)節(jié)機(jī)器人，也稱關(guān)節(jié)手臂機(jī)器人或關(guān)節(jié)機(jī)械手臂，是當(dāng)今工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一種機(jī)器人。多關(guān)節(jié)型機(jī)器人按照關(guān)節(jié)的構(gòu)型又可分為垂直多關(guān)節(jié)型和水平多關(guān)節(jié)型機(jī)器人。垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人主要由機(jī)座和多關(guān)節(jié)臂組成，目前常見的關(guān)節(jié)臂是 3-

42、6 個(gè)， 6 關(guān)節(jié)臂機(jī)器人其結(jié)構(gòu)如圖 2-9 所示。圖 2-9 垂直多關(guān)節(jié)機(jī)器人由上圖可知，這類機(jī)器人由多個(gè)旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)關(guān)節(jié)組成，其結(jié)構(gòu)緊湊、工作空間大、動(dòng)作接近人類，工作時(shí)能繞過機(jī)座周圍的一些障礙物，對(duì)裝配、噴涂、焊接等多種作業(yè)都有良好的適應(yīng)性，且適合電機(jī)驅(qū)動(dòng)，關(guān)節(jié)密封、防塵比較容易。水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人，也稱 SCARA（Selective Copmliance Assembly Robot Arm）。 SCARA 是一種水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人，結(jié)構(gòu)如圖 2-10。這類機(jī)器人一般具有四個(gè)軸和四個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，它的第一，二，四軸具有轉(zhuǎn)動(dòng)特性，第第二章 工業(yè)機(jī)器人的技術(shù)基礎(chǔ)17三軸具有線性移動(dòng)特性，并且第三

43、軸和第四軸可以根據(jù)工作需要的不同，制造成相應(yīng)多種不同形態(tài)。圖 2-10 水平多關(guān)節(jié)機(jī)器人SCARA 機(jī)器人特點(diǎn)在于作業(yè)空間與占地面積比很大，使用起來方便；在垂直升降方向剛性好，尤其適合平面裝配作業(yè)。目前，SCARA 機(jī)器人廣泛應(yīng)用于電子產(chǎn)品工業(yè)、汽車工業(yè)、塑料工業(yè)、藥品工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域，用以完成搬取、裝配、噴涂和焊接等操作。優(yōu)點(diǎn)：有很高的自由度，56 軸，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作可以自由編程，完成全自動(dòng)化的工作提高生產(chǎn)效率，可控制的錯(cuò)誤率代替很多不適合人力完成、有害身體健康的復(fù)雜工作，比如，汽車外殼點(diǎn)焊缺點(diǎn)：價(jià)格高，導(dǎo)致初期投資的成本高生產(chǎn)前的大量準(zhǔn)備工作，比如，編程和計(jì)算機(jī)模擬過程

44、的時(shí)間耗費(fèi)長(zhǎng)2.6 工業(yè)機(jī)器人的控制方式工業(yè)機(jī)器人的控制方式工業(yè)機(jī)器人根據(jù)控制方式的不同可以分為伺服控制機(jī)器人和非伺服控制機(jī)器人兩種。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)最常見的方式就是伺服系統(tǒng)。伺服系統(tǒng)是指精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過程的反饋控制系統(tǒng)，在很多情況下，機(jī)器人伺服系統(tǒng)的作用是驅(qū)動(dòng)機(jī)器人機(jī)械手準(zhǔn)確地跟隨系統(tǒng)輸出位移指令，達(dá)到位置的精確控制和軌跡的準(zhǔn)確跟蹤。伺服控制機(jī)器人又可細(xì)分為連續(xù)軌跡控制類和點(diǎn)位控制機(jī)器人。點(diǎn)位方淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文18式控制機(jī)器人其運(yùn)動(dòng)為空間點(diǎn)到點(diǎn)之間的直線運(yùn)動(dòng)。連續(xù)軌跡控制機(jī)器人其運(yùn)動(dòng)軌跡可以使空間的任意連續(xù)曲線。2.7 工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)方式根據(jù)能量

45、轉(zhuǎn)換方式的不同，工業(yè)機(jī)器人驅(qū)動(dòng)類型可以劃分為液壓驅(qū)動(dòng)、氣壓驅(qū)動(dòng)、電力驅(qū)動(dòng)和新型驅(qū)動(dòng)四種類型。1.氣壓驅(qū)動(dòng)具有速度快、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便、價(jià)格低等特點(diǎn)。適于在中、小負(fù)荷的機(jī)器人中采用。但因難于實(shí)現(xiàn)伺服控制，多用于程序控制的機(jī)械人中，如在上、下料和沖壓機(jī)器人中應(yīng)用較多。2.液壓驅(qū)動(dòng)由于液壓技術(shù)是一種比較成熟的技術(shù)。它具有動(dòng)力大、力(或力矩)與慣量比大、快速響應(yīng)高、易于實(shí)現(xiàn)直接驅(qū)動(dòng)等特點(diǎn)。適于在承載能力大，慣量大以及在防焊環(huán)境中工作的這些機(jī)器人中應(yīng)用。但液壓系統(tǒng)需進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換(電能轉(zhuǎn) 換成液壓能)，速度控制多數(shù)情況下采用節(jié)流調(diào)速，效率比電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)低。液壓系統(tǒng)的液體泄泥會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，工作噪聲

46、也較高。因這些弱點(diǎn)，近年來，在負(fù)荷為 100kz 以下的機(jī)器人中往往被電動(dòng)系統(tǒng)所取代。3.電力驅(qū)動(dòng)由于低慣量，大轉(zhuǎn)矩交、直流伺服電機(jī)及其配套的伺服驅(qū)動(dòng)器(交流變頻器、直流脈沖寬度調(diào)制器)的廣泛采用，這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在機(jī)器人中被大量選用。這類系統(tǒng)不需能量轉(zhuǎn)換，使用方便，控制靈活。大多數(shù)電機(jī)后面需安裝精密的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。直流有刷電機(jī)不能直接用于要求防爆的環(huán)境中，成本也較上兩種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高。但因這類驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)比較突出，因此在機(jī)器人中被廣泛的選用。4.新型驅(qū)動(dòng)伴隨著機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了利用新的工作原理制造的新型驅(qū)動(dòng)器，如靜電驅(qū)動(dòng)器、壓電驅(qū)動(dòng)器、形狀記憶合金驅(qū)動(dòng)器、人工肌肉及光驅(qū)動(dòng)器等。淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)

47、院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文19第三章第三章 工業(yè)機(jī)器人工作站集成方案設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人工作站集成方案設(shè)計(jì)3.1 工業(yè)機(jī)器人工作站總體方案工業(yè)機(jī)器人工作站總體方案本設(shè)計(jì)的工作站綜合了自動(dòng)控制、位置控制、電機(jī)控制、氣動(dòng)控制、可編程控制器、傳感器等技術(shù)，該裝置由 ABB 工業(yè)機(jī)器人、控制器及機(jī)器人示教盒、工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)單元、工業(yè)機(jī)器人軌跡繪制單元、工業(yè)機(jī)器人碼垛單元、工業(yè)機(jī)器人打磨拋光單元、工業(yè)機(jī)器人手爪、安全單元、電器控制系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)器人工作臺(tái)等組成。通過更換抓取工裝可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的搬運(yùn)、碼垛、軌跡模擬畫圖、打磨拋光等功能。圖 3-1 工業(yè)機(jī)器人工作站集成原理圖1.輸入電源:AC220V10%(單相三線)；

48、2.整體功率：1kVA；3.外形尺寸：160014001500mm；4.氣源壓力：0.40.6MPa。5.工作環(huán)境：溫度-5C+40C；濕度 85%（25C）；海拔4000m；6.安全保護(hù)：具有漏電保護(hù)，安全符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)7.重量：150Kg第三章 工業(yè)機(jī)器人工作站集成方案設(shè)計(jì)20圖 3.1 工業(yè)機(jī)器人工作站集成材料清單序號(hào)名稱規(guī)格數(shù)量單位品牌1工業(yè)機(jī)器人含 IRB120-3/0.6 六自由度 3Kg 工業(yè)機(jī)器人本體、IRC5 控制器、示教器5套ABB2機(jī)器人搬運(yùn)單元包括網(wǎng)格坐標(biāo)機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)工件、搬運(yùn)手爪工裝5套康尼2.1網(wǎng)格坐標(biāo)機(jī)構(gòu)由鋁型材搭建5套康尼2.2搬運(yùn)工件尺寸 2420mm 鋁制工件4

49、5個(gè)康尼3機(jī)器人軌跡繪制單元包括軌跡畫圖機(jī)構(gòu)、畫筆工裝5套康尼3.1軌跡畫圖機(jī)構(gòu)畫圖板尺寸：21630115mm(配 1個(gè)擦板)5套康尼4機(jī)器人碼垛單元包括 44 倉儲(chǔ)庫、皮帶傳送機(jī)構(gòu)、工件（6060mm）和母體工裝等5套康尼4.144 倉儲(chǔ)庫主體由鋁型材搭建，庫位容量 16 個(gè)5套康尼4.2皮帶傳送機(jī)構(gòu)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電壓 DC24V。皮帶傳動(dòng)，傳動(dòng)速度 20 米/min5套康尼4.3工件外形 6060mm ，材質(zhì)：尼龍80個(gè)康尼5機(jī)器人打磨拋光單元包括拋光機(jī)構(gòu)、打磨拋光工裝等5套康尼5.1拋光機(jī)構(gòu)被拋光工件材料：不銹鋼。固定臺(tái)主體采用鋁型材制作。5套康尼6機(jī)器人手爪5套康尼6.1母體工裝主要

50、由氣爪、手指、光線放大器感應(yīng)頭、導(dǎo)電電極、真空氣路等組成。5套康尼6.2搬運(yùn)手爪工裝氣路自動(dòng)對(duì)接，無需人工輔助5套康尼6.3畫筆工裝畫筆采用軟筆5套康尼6.4打磨拋光工裝直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，毛氈拋光輪5套康尼7安全單元由型材、茶色有機(jī)玻璃、光幕組成。5套康尼8電控系統(tǒng)5套康尼8.1PLCFX2N-64MR-D5個(gè)三菱8.2光電開關(guān)E3Z-LS615個(gè)歐姆龍8.3光纖傳感器BF3RX+FT-320-05（反射型）5個(gè)AUTONICS8.4直流電機(jī)Z2D10-24GN 2GN18K 功率：10W 減速比 18：15個(gè)中大8.5直流電機(jī)ZYTD-38SRZ-R空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速：4000RPM 功率：7W 電源：2

51、4V 額定轉(zhuǎn)數(shù)：1700 額定轉(zhuǎn)矩 7505個(gè)正科8.6開關(guān)電源DR-120-24 DC24V,5A5個(gè)明緯8.7光幕DQA30/10-290 檢測(cè)距離 0.3-3 米光幕高度 290mm,光束 30 個(gè)5套戴迪斯科光電8.8接觸器LC1-D18M7C5個(gè)施耐德8.9漏電保護(hù)器DZ47-60 3P C325個(gè)正泰8.10電源開關(guān)、急停按鈕、開關(guān)等LA42HD-11/24V RG5套天逸9氣動(dòng)系統(tǒng)5套康尼淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文219.1單電控兩位五通電磁閥4V210-06-B DC24V10個(gè)亞德客9.2真空吸盤ZPR20BN-40-B65個(gè)SMC9.3真空發(fā)生器VN-05-H-T2-

52、PQ1-VQ1-R015個(gè)FESTO9.4數(shù)字式壓力開關(guān)ZSE30A-01-P-LA15個(gè)SMC9.5空氣過濾減壓閥AC2000-A5個(gè)亞德客9.6底座200M-2F 可以安裝 6 個(gè)電磁閥5個(gè)亞德客9.7靜音空氣壓縮機(jī)FB-95/7 型（5 臺(tái)共用 1 個(gè)氣泵）1個(gè)風(fēng)暴10工作臺(tái)鋁型材和鈑金焊接構(gòu)成5套康尼11附件5套康尼12安裝調(diào)試13運(yùn)輸3.2 工業(yè)機(jī)器人的本體工業(yè)機(jī)器人的本體工業(yè)機(jī)器人的本體由 IRB120 機(jī)器人、機(jī)器人控制器、示教盒組成。機(jī)器人本體通過配備氣爪及手指、吸盤、畫筆、拋光輪等執(zhí)行件相應(yīng)地完成物件的抓取、放置、軌跡模擬畫圖、打磨拋光等操作。機(jī)器人本體由六自由度關(guān)節(jié)組成，抓

53、取物體重量3kg。固定在型材實(shí)訓(xùn)桌上，活動(dòng)范圍半徑大于 580mm，角度不小于 330，機(jī)器人本體具體參數(shù)如下表 3.2 所示。圖 3.2 工業(yè)機(jī)器人本體性能參數(shù)形式形式單位單位規(guī)格值規(guī)格值機(jī)種6 軸標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格動(dòng)作自由度6安裝姿勢(shì)地板、垂吊活動(dòng)范圍半徑mm580周圍溫度040本體重量kg25位置往返精度mm0.01可搬重量kg3（額定）集成信號(hào)源手腕設(shè) 10 路信號(hào)集成氣源bar5防護(hù)等級(jí)P30軸 1 旋轉(zhuǎn)330（-165+165）軸 2 手臂220（-110+110）軸 3 手臂160（-90+70）軸 4 手腕320（-160+160）軸 5 彎曲240（-120+120）動(dòng)作范圍軸 6 翻

54、轉(zhuǎn)度800（-400+400）軸 1 旋轉(zhuǎn)250軸 2 手臂250軸 3 手臂250軸 4 手腕320軸 5 彎曲320最大速度軸 6 翻轉(zhuǎn)度/秒420第三章 工業(yè)機(jī)器人工作站集成方案設(shè)計(jì)223.3 工業(yè)機(jī)器人的控制柜工業(yè)機(jī)器人的控制柜ABB 工業(yè)機(jī)器人控制器包含兩個(gè)模塊，控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，兩個(gè)模塊通常合并在一個(gè)控制器機(jī)柜中，控制模塊包含主機(jī)、I/O 電路板和閃存等所有的電子控制裝置，運(yùn)行操作機(jī)器人（即 RobotWare 系統(tǒng)）所需的所有軟件。驅(qū)動(dòng)模塊包含為機(jī)器人電機(jī)供電的所有電源電子設(shè)備。IRC5 驅(qū)動(dòng)模塊最多可包含 9 個(gè)驅(qū)動(dòng)單元，它能處理 6 根內(nèi)軸以及 2 根普通軸或附加軸。使用一

55、個(gè)控制器運(yùn)行多個(gè)機(jī)器人時(shí)，必須為每個(gè)附加的機(jī)器人添加額外的驅(qū)動(dòng)模塊，但只需使用一個(gè)控制模塊。圖 3-2 ABB 工業(yè)機(jī)器人控制柜3.4 工業(yè)機(jī)器人的示教器工業(yè)機(jī)器人的示教器ABB 工業(yè)機(jī)器人示教器是進(jìn)行機(jī)器人的手動(dòng)操縱、程序編寫、參數(shù)配置以及監(jiān)控用的手持裝置，示教器用于執(zhí)行與操作機(jī)器人系統(tǒng)有關(guān)的許多任務(wù)，可在惡劣的工業(yè)環(huán)境下持續(xù)運(yùn)作，是我們最常打交道的控制裝置，其觸摸屏易于清潔，且防水、防油、防濺錫。ABB 工業(yè)機(jī)器人示教器由硬件和軟件組成，其本身就是一臺(tái)完整的計(jì)算機(jī)，通過集成線纜和接頭連接到控制器。但操作示教器時(shí)，通常會(huì)手持該設(shè)備。慣用右手者用左手持設(shè)備，右手在觸摸屏上執(zhí)行操作。而慣用左手者

56、可以輕松通過將顯示器旋轉(zhuǎn) 180 度，使用右手持設(shè)備?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文23 圖 3-3 ABB 工業(yè)機(jī)器人示教器3.5 工業(yè)機(jī)器人的手爪工業(yè)機(jī)器人的手爪1.母體工裝母體工裝直接安裝在機(jī)器人上，可以直接抓取其他 3 種工裝進(jìn)行作業(yè)，也可以直接抓取方形工件進(jìn)行搬運(yùn)入庫工作。母體工裝主要由氣爪、手指、光線放大器感應(yīng)頭、導(dǎo)電電極、真空氣路等組成。母體工裝在抓取打磨拋光工裝和真空吸盤工裝時(shí)，電路和氣路能夠自動(dòng)對(duì)接，無需人工輔助。圖 3-4 ABB 工業(yè)機(jī)器人母體工裝2.搬運(yùn)手爪工裝由母體工裝和真空吸盤工裝組成，氣路自動(dòng)對(duì)接，無需人工輔助。通過真空吸盤吸附來搬運(yùn)工件。第三章 工業(yè)機(jī)器人工作

57、站集成方案設(shè)計(jì)24圖 3-5 ABB 工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)工裝3.畫筆工裝由母體工裝和畫筆工裝組成。畫筆采用軟筆。通過機(jī)器人驅(qū)動(dòng)，在畫圖板上畫各樣的形狀，模擬軌跡焊接。圖 3-6 ABB 工業(yè)機(jī)器人畫筆工裝4.打磨拋光工裝由母體工裝和打磨拋光工裝組成。通過直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)毛氈拋光輪對(duì)工件面面進(jìn)行模擬拋光。母體工裝畫筆畫筆工裝淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文25圖 3-7 ABB 工業(yè)機(jī)器人打磨拋光工裝3.6 工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)機(jī)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人的作業(yè)機(jī)構(gòu)1.工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)單元該單元由網(wǎng)格坐標(biāo)機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)工件、搬運(yùn)手爪工裝等組成。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人通過與之配套的手爪實(shí)現(xiàn)在該單元的物料搬運(yùn)。網(wǎng)格坐標(biāo)機(jī)構(gòu)如圖 3-8 所示，

58、通過絲網(wǎng)印刷將網(wǎng)格印制在鋁板上，網(wǎng)格間距 3030mm。工件標(biāo)配 9 個(gè)圓形工件，尺寸 2420mm。工件上印 19 數(shù)字號(hào)碼。圖 3-8 ABB 工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)單元2.工業(yè)機(jī)器人軌跡繪制單元該單元由軌跡畫圖機(jī)構(gòu)、畫筆工裝等組成。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人通過與之配套的手爪實(shí)現(xiàn)在該單元的模擬軌跡繪圖。畫圖板通過快速鎖緊螺釘壓緊，有利于畫圖板損壞時(shí)快速更換。母體工裝打磨拋光工裝直流電機(jī)毛氈拋光輪快速壓緊螺釘標(biāo)準(zhǔn)畫圖板第三章 工業(yè)機(jī)器人工作站集成方案設(shè)計(jì)26圖 3-9 ABB 工業(yè)機(jī)器人軌跡繪制單元3.工業(yè)機(jī)器人碼垛單元該單元主要由 44 庫位、皮帶傳送機(jī)構(gòu)、工件（6060mm）和母體工裝等組成。人工將工件機(jī)器人

59、通過與之配套的手爪實(shí)現(xiàn)將皮帶輸送機(jī)構(gòu)傳動(dòng)過來的物料送到 4x4 倉儲(chǔ)庫中碼垛，該倉儲(chǔ)庫主體由鋁型材搭建，庫位容量16 個(gè)，庫位尺寸 70120mm, 倉儲(chǔ)庫總體尺寸 534520120mm。圖 3-10 ABB 工業(yè)機(jī)器人碼垛單元4.皮帶傳送機(jī)構(gòu)該送料機(jī)構(gòu)人工放料，放料處的光電傳感器感應(yīng)到物體時(shí)，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)皮帶轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使工件向前運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工件運(yùn)動(dòng)到待抓取位時(shí)，待抓取位的光電傳感器感應(yīng)到物體，通知機(jī)器人來抓取工件?；窗残畔⒙殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)論文27圖 3-11 ABB 工業(yè)機(jī)器人皮帶機(jī)構(gòu)5.工業(yè)機(jī)器人打磨拋光單元該單元由拋光機(jī)構(gòu)、打磨拋光工裝等組成。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人通過與之配套的手爪實(shí)現(xiàn)在該

60、單元的模擬打磨拋光。被拋光工件采用不銹鋼。固定臺(tái)主體采用鋁型材制作。圖 3-12 ABB 工業(yè)機(jī)器人打磨機(jī)構(gòu)3.7 工業(yè)機(jī)器人的安全單元工業(yè)機(jī)器人的安全單元安全單元主要包括了安全器件安裝支架，安全光幕傳感器，安裝在設(shè)備前后側(cè)方便設(shè)備調(diào)試和學(xué)員學(xué)習(xí)，工作臺(tái)的兩邊側(cè)面采用安全玻璃對(duì)設(shè)備進(jìn)行防護(hù)。第三章 工業(yè)機(jī)器人工作站集成方案設(shè)計(jì)28圖 3-13 ABB 工業(yè)機(jī)器人安全單元3.8 工業(yè)機(jī)器人的電氣系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的電氣系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)主要由可編程控制器、線槽、電線、接線端子、主令電氣、檢測(cè)傳感器等組成。具有接地保護(hù)、斷電保護(hù)、漏電保護(hù)功能，安全性符合相關(guān)的國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)。安裝電器的網(wǎng)孔板可以抽出，方便接線