項目二夾取式搬運機器人工作站工裝設計２.１項目描述２.２教學目的２.３知識準備２.４任務實現２.５考核評價返回項目二夾取式搬運機器人工作站工裝設計２.１項目描述返２.１項目描述本項目的主要內容為夾取式搬運機器人工作站工裝設計,包括:紙箱碼垛機器人夾取式末端執行器(抓手)設計、機器人底座設計、預定位裝置設計、導軌及氣缸選型和碼垛機器人工作站布局。返回２.１項目描述本項目的主要內容為夾取式搬運機器人工作站工裝２.２教學目的通過本項目的學習與實踐,學生應:１.了解機器人碼垛生產線的相關基礎知識及優點,了解常用的與其配套的組件;２.了解ＡＢＢＩＲＢ１４１０型機器人的工作范圍和相關參數;３.能夠根據實際需求進行直線導軌的選型,掌握ＡＢＢＡ直線導軌的選型規則及特性、導軌編號說明;４.能夠根據實際需求進行氣缸的選型,掌握ＣＨＥＬＩＣ氣缸的選型基準、氣缸編號說明和應用場合;５.能夠分析碼垛機器人工作站搬運工藝;下一頁返回２.２教學目的通過本項目的學習與實踐,學生應:下一頁返回２.２教學目的６.能夠根據碼垛搬運工藝進行機器人選型;７.能夠對多類型碼垛機器人末端執行器(抓手)進行工裝設計;８.能夠設計工件預定位裝置;９.能夠進行夾取式碼垛機器人工作站的合理布局。上一頁返回２.２教學目的６.能夠根據碼垛搬運工藝進行機器人選型;上一２.３知識準備２.３.１機器人碼垛生產線１.機器人碼垛生產線基礎知識碼垛,就是把貨物按照一定的擺放順序與層次整齊地堆疊好,

如圖２－１所示。橋式碼垛機(圖２－２)占用空間大,碼垛速度慢,垛型不規整。機械式碼垛機(高位碼垛機)(圖２－３)占用空間大、通用性差、機構復雜、耗電量高。優點是相對機器人碼垛價格比較低。機器人碼垛生產線整體示意圖,如圖２－４所示。下一頁返回２.３知識準備２.３.１機器人碼垛生產線下一頁返回２.３知識準備作為碼垛機器人的重要組成部分之一,碼垛機械手(也稱手爪或抓手)具有高可靠性、結構簡單新穎、質量小等特點,對碼垛機器人的整體工作性能具有非常重要的意義。可根據不同的產品,設計不同類型的機械手爪,使得碼垛機器人具有效率高、質量好、適用范圍廣、成本低等優勢,能很好地完成碼垛工作。常用碼垛機器人手爪主要包括:(１)夾抓式機械手爪(圖２－５):主要用于高速碼袋。說明:該類機械手爪主要用于袋裝物的碼放,如面粉、飼料、水泥、化肥等。上一頁下一頁返回２.３知識準備作為碼垛機器人的重要組成部分之一,碼垛機械２.３知識準備(２)夾板式機械手爪(圖２－６):主要用于箱盒碼垛。說明:該類手爪主要用于整箱或規則盒裝包裝物品的碼放,可用于各種行業。可以一次碼一箱(盒)或多箱(盒)。(３)真空吸取式機械手爪(圖２－７):主要適用于可吸取的碼垛物。說明:該類手爪主要用于適合吸盤吸取的碼放物,如覆膜包裝盒、聽裝啤酒箱、紙箱等。(４)混合抓取式機械手爪(圖２－８):適用于幾個工位的協作抓放。說明:組合式手爪是前三種手爪的靈活組合,同時滿足多個工位碼放。上一頁下一頁返回２.３知識準備(２)夾板式機械手爪(圖２－６):主要２.３知識準備２.機器人碼垛生產線其他組件(１)金屬檢測機,用于檢測食品、醫藥、化妝品、紡織品等生產過程中混入的金屬異物,

如圖２－９所示。(２)重量復檢機,通過重量檢測,亦可判斷出產品的數量、漏裝和錯裝以及對合格品、欠重品、超重品進行分別統計,以達到產品質量控制的目的,

如圖２－１０所示。(３)自動剔除機,用于完成包裝袋在出現含金屬異常物以及包裝袋在稱重復檢超出重量誤差時,包裝袋在輸送序列被移出去的過程。自動剔除機可集成到金屬檢測機或重量復檢機內,

如圖２－１１所示。上一頁下一頁返回２.３知識準備２.機器人碼垛生產線其他組件上一頁下一頁返２.３知識準備(４)倒袋機,是將輸送機送來的料袋按預定的編組程序對料袋進行輸送、倒袋和轉位,流轉到下道工序,

如圖２－１２所示。(５)整形機,包裝袋經過輸送線后,須經過輥子的壓緊、整形,將包裝袋內可能存在的積聚物均勻散開后才可以送至待碼輥道輸送機上,如圖２－１３所示。(６)待碼輸送機,與機械手爪配套,方便抓取,

如圖２－１４所示。(７)傳送帶(圖２－１５),便于物料輸送過程中的轉彎,以及與一個工序的對接。３.機器人碼垛生產線的主要優點(１)結構非常簡單,故障率低,易于保養及維修;上一頁下一頁返回２.３知識準備(４)倒袋機,是將輸送機送來的料袋按預定２.３知識準備(２)主要構成零部件少,維持費用很低;(３)碼垛機器人的碼垛能力比傳統碼垛機、人工碼垛都要高得多;(４)電源消耗低,電源消耗量大約為機械式碼垛機的五分之一;(５)碼垛機械手臂可設置在狹窄的空間,場地使用率高,應用靈活;(６)全部操作可在控制柜屏幕上手觸式完成,操作非常簡單;(７)碼垛機械手臂的應用非常靈活,一臺機械手臂可以同時處理最多６條生產線,無須硬件、設備上的改造與設置;(８)碼垛及碼垛層數可任意設置,碼垛整齊;(９)方便存儲與運輸。上一頁下一頁返回２.３知識準備(２)主要構成零部件少,維持費用很低;上２.３知識準備機器人碼垛生產線,不僅提高了產品的質量和勞動生產率,而且保障了人身安全,改善了勞動環境,減輕了勞動強度;同時對于節約原材料消耗以及降低生產成本也有著十分重要的意義。將工業機器人技術應用于運輸工業領域,促使碼垛自動化,可以加快物流速度,獲得整齊一致的物垛,減少物料的破損和浪費。因此,就提高生產規模和生產效率而言,碼垛機器人正發揮著越來越重要的作用。２.３.２ＡＢＢＩＲＢ１４１０工業機器人介紹ＡＢＢＩＲＢ１４１０是一款快速、可靠而經濟的機器人,以其堅固可靠的結構而著稱,成為任何弧焊應用和搬運小零件的最佳選擇。上一頁下一頁返回２.３知識準備機器人碼垛生產線,不僅提高了產品的質量和勞２.３知識準備Ｓ４控制器可以應用ＲＡＰＩＤ命令而縮短編程時間。ＡＢＢＩＲＢ１４１０機器人是一款緊湊、快速而靈活的機器人,主要設計用來進行焊接、涂膠和輕載取放工作。其他應用包括噴鍍、金屬涂抹、銑削、去毛刺、磨削、機床送料、注塑以及許多其他應用。該機器人在可靠性和多產方面擁有卓越的聲譽,已安裝超過１４０００臺。手臂有很好的平衡性和耐用性,能保持超過１５年不更換,得到良好的認可。ＡＢＢＩＲＢ１４１０繼承了ＡＢＢ的模塊化手臂意味著任何維護都能快速地完成。手臂因它的簡化和可靠性而引人注目,如沒有線纜,５、６軸先帶傳動再軸傳動意味著手腕可以保持十分緊湊,這對焊接應用非常有用,等等。上一頁下一頁返回２.３知識準備Ｓ４控制器可以應用ＲＡＰＩＤ命令而縮短編２.３知識準備其具體結構示意圖如圖２－１６所示。ＡＢＢＩＲＢ１４１０型號機器人是焊接機器人中最常見的一種。其承載力達到５ｋｇ,上臂可承受１８ｋｇ的附加載荷。這在同類機器人中絕無僅有。１８ｋｇ的附加荷載可以滿足一般的焊接掛載附件。現在的焊縫跟蹤、防撞感應裝置等都可以在其承載重量范圍內掛載。雖然ＡＢＢＩＲＢ１４１０常見被用于弧焊自動化。那么其他行業是否也能使用?上一頁下一頁返回２.３知識準備其具體結構示意圖如圖２－１６所示。上一頁２.３知識準備依據我們的實驗和ＡＢＢ官方給出的推薦,ＡＢＢＩＲＢ１４１０機器人也適用于自動化裝配、點膠、涂膠、密封、物料上下料、小件搬運等,而且這款機器人還有一個非常大的優勢,循徑精度達到±０.０５ｍｍ,所以對于精密裝配工作也毫不遜色。該型工業機器人工作范圍如圖２－１７所示,機器人手腕法蘭盤接口尺寸和承載分別如圖２－１８和圖２－１９所示,主要參數如表２－１所示,最大載荷為５ｋｇ,作業半徑為１４４４ｍｍ。２.３.３ＡＢＢＡＢＲＨ１５Ｂ直線導軌介紹上一頁下一頁返回２.３知識準備依據我們的實驗和ＡＢＢ官方給出的推薦,Ａ２.３知識準備１.ＡＢＢＡ直線導軌四大優點(１)免保養,低維護,無須潤滑管路系統與設備,

如圖２－２０所示。(２)使用壽命超長,長期自動維持軌道表面潤滑油膜保護,

如圖２－２１所示。(３)大幅節省潤滑油成本,

如圖２－２２所示。一般滑塊:０.０３ｍＬ/６ｍｉｎ×８ｈ/天×２７６天×１年＝６６２ｍＬ行走距離＝３５００ｋｍ/年上一頁下一頁返回２.３知識準備１.ＡＢＢＡ直線導軌四大優點上一頁下一頁２.３知識準備(４)易于維持機器清潔,無廢油品外漏污染環境之虞,

如圖２－２３所示。２.ＡＢＢＡ直線導軌十大特點?內建式免潤滑系統。?四方向等負載設計。?運行順暢新型鋼珠循環方式。?高剛性~四排珠４５°角接觸。?世界標準規格尺寸。?高精度、低摩擦系數、低維修成本。上一頁下一頁返回２.３知識準備(４)易于維持機器清潔,無廢油品外漏污染２.３知識準備?高移動速度,低噪聲。?全密封式油封。?可互換式設計。?綠色環保產品。３.ＡＢＢＡ直線導軌編號說明導軌的編號說明如圖２－２４所示。４.ＡＢＢＡＢＲＨ１５Ｂ直線導軌外形尺寸和相關參數ＡＢＢＡＢＲＨ１５Ｂ外形尺寸如圖２－２５所示,相關參數如表２－２、表２－３所示。上一頁下一頁返回２.３知識準備?高移動速度,低噪聲。上一頁下一頁返回２.３知識準備２.３.４ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ－ＳＥ２氣缸介紹１.氣缸選定基準(１)式樣:依照用途需要,選擇適合的機種式樣,并請注明其型式之代號。(２)出力:選擇出力大小(參照理論出力表),推力及拉力各承受不同的受壓面積,所以出力大小不同。(３)行程:依所需的位移距離,選擇氣缸的行程。上一頁下一頁返回２.３知識準備２.３.４ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ２.３知識準備(４)長度:(５,１０)、(１５,２０)、(２５,３０)、(３５,４０)、(４５,５０)的本體長度是相同的,采用十位數之尺寸,單位數是５ｍｍ采用內墊方式組合(詳見行程規格表),６０ｍｍ以上行程按標準值計算(?６、?１０、?１２、?１６長度表另計)。(５)牙型:軸端牙型,標準為內牙(無附加記號);外牙代號為“Ｂ”。(６)磁石:ＪＤ系列標準不附磁石(無附加記號);附加磁石的代號為“Ｓ”,本體長度會加長１０ｍｍ(?６、?１０、?１２５長度相同,詳見附加磁石的尺寸表)。(７)感應器:感應器有ＣＳ－３０Ｅ及ＣＳ－９Ｄ(Ｂ),因用途不同,請另外訂購(詳見感應器規格表)。上一頁下一頁返回２.３知識準備(４)長度:(５,１０)、(１５,２２.３知識準備(８)固定螺絲:螺絲規格選用詳見螺絲選用表。２.ＣＨＥＬＩＣ氣缸編號說明和規格表ＣＨＥＬＩＣ氣缸編號說明如圖２－２６所示,規格如表２－４所示。３.ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ－ＳＥ２氣缸尺寸和作動規格１)氣缸尺寸氣缸尺寸和規格如圖２－２７和表２－５所示。２)作動規格氣缸作動規格如表２－６所示。上一頁返回２.３知識準備(８)固定螺絲:螺絲規格選用詳見螺絲選用２.４任務實現２.４.１任務介紹本夾取式搬運機器人工作站采用圖２－１６所示ＡＢＢＩＲＢ１４１０機器人,將圖２－２８所示標準６號紙箱從輸送線上搬運至圖２－２９所示碼垛盤上,并完成該工作站的布局,即機器人從皮帶輸送線上夾取一個長×寬×高為２６０ｍｍ×１５０ｍｍ×１８０ｍｍ,封裝完成后質量約為２ｋｇ的標準６號紙箱,均勻地擺放在碼垛盤上。紙箱封裝完成后,經皮帶輸送線傳送至預定位置,同時進行預定位,防止紙箱脫落和跑偏。護欄擋柱高度約為９０ｍｍ,在上下料過程中,機器人不得與護欄的配件發生干涉。下一頁返回２.４任務實現２.４.１任務介紹下一頁返回２.４任務實現本任務要求完成夾取式搬運機器人末端執行器的設計、機器人底座設計、預定位裝置設計和工作站的布局。任務１夾取式搬運機器人末端執行器設計本任務利用工業機器人進行重２ｋｇ標準６號紙箱的搬運,因此工業機器人的末端執行器采用夾取式取料手。為了滿足夾取式末端執行器與工業機器人腕部法蘭之間的機械連接,以及夾取式末端執行器與工業機器人之間的氣動和電氣連接,需要進行上下料工作站工業機器人末端夾具碼垛抓手的設計,以及配套氣缸和導軌的選型。１.碼垛抓手設計上一頁下一頁返回２.４任務實現本任務要求完成夾取式搬運機器人末端執行器的設２.４任務實現本任務所在的生產線要求夾取式搬運機器人,從皮帶輸送線預定位置夾取已經封裝好的紙箱,放置于碼垛臺上,在此過程中要求紙箱不能脫落和夾緊變形,因此,需要設計一款碼垛抓手給予紙箱適當的力度。鑒于需搬運紙箱的材料、形狀和重量,碼垛抓手可設計成單板型機械手爪,一邊為固定抓板,如圖２－３０所示,另一邊為移動抓板,

如圖２－３１所示,通過抓手安裝板(圖２－３２)、直線導軌、氣缸和其他組件有機連接而成。為減輕碼垛抓手的整體重量,抓板、固定板及其配件可在適當地方進行鏤空,制作材質采用密度小、強度大的鋁合金。上一頁下一頁返回２.４任務實現本任務所在的生產線要求夾取式搬運機器人,從２.４任務實現設計移動抓板時,為保證其移動運行的穩定可靠性,以及后續生產中的易于維護性,選用一組自潤式直線導軌ＢＲＨ１５Ｂ(圖２－３３)作為移動抓板的移動單元。參照圖２－１８,ＡＢＢＩＲＢ１４１０型工業機器人手腕法蘭盤接口尺寸,同時需考慮到拆卸與安裝的便利性,設計抓手轉接板,

如圖２－３４所示,使其成為碼垛抓手安裝板與機器人腕部連接的橋梁。２.配套氣缸和導軌選型通過計算封裝后紙箱的重量,估算出碼垛抓手穩穩抓住紙箱所需的力量,選出移動抓板適當的行程,按照氣缸選型的相關規則,本碼垛抓手選用ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ－ＳＥ２氣缸。上一頁下一頁返回２.４任務實現設計移動抓板時,為保證其移動運行的穩定可靠２.４任務實現綜合氣缸的外形尺寸,設計抓手氣缸安裝板,

如圖２－３５所示。氣缸與移動抓板通過螺絲連接,通過控制氣流方向來控制移動抓板的活動。綜合直線導軌的相關尺寸,設計抓手移動安裝板(圖２－３６)和抓手加強筋(圖２－３７),使其與直線導軌和移動抓板連接成一個整體。為了防止直線導軌在運動過程中滑塊脫離導軌,在導軌兩端需設計滑塊限位塊,

如圖２－３８所示。為了加強碼垛抓手整體的結構強度,需設計加強筋２(圖２－３９),在合適的地方對結構整體予以加固。上一頁下一頁返回２.４任務實現綜合氣缸的外形尺寸,設計抓手氣缸安裝板,２.４任務實現綜合上述零配件,夾取式搬運機器人末端操作器碼垛抓手組裝后示意圖如圖２－４０所示。(１)組裝體自身長×寬×高為２２０ｍｍ×１９９ｍｍ×２４８ｍｍ。為增加摩擦力和夾取時抓手與紙箱進行軟接觸,可在固定抓板和移動抓板內側分別緊固一層ＰＶＣ摩擦片(圖２－４１),ＰＶＣ摩擦片尺寸為２２０ｍｍ×１５０ｍｍ×５ｍｍ。調配好的碼垛抓手可夾取工件寬度為１４０~１５８.５ｍｍ。(２)為實時檢測紙箱是否已經夾緊,即氣缸動作是否已到位,需在氣缸上裝兩個感應裝置:一為遠端,即氣缸撐桿完全撐開位置;二為近端,即氣缸撐桿完全縮回狀態,具體安裝方式可參考氣缸安裝說明。上一頁下一頁返回２.４任務實現綜合上述零配件,夾取式搬運機器人末端操作器２.４任務實現(３)為確保既夾緊紙箱不脫落,又不會將紙箱夾變形,需通過現場調整抓手氣缸安裝板的安裝位置來實現此目的。任務２夾取式搬運機器人底座設計機器人底座的設計必須考慮以下幾個方面:①機器人本身的固定;②機器人在垂直方向上的空間不足;③機器人操作工作面高度。因此機器人底座可以采用普通槽鋼和鋼板焊接而成,以地腳螺母支撐,

如圖２－４２所示。任務３夾取式搬運機器人預定位裝置設計上一頁下一頁返回２.４任務實現(３)為確保既夾緊紙箱不脫落,又不會將紙２.４任務實現如圖２－４３所示紙箱預定位裝置與皮帶輸送線組合在一起,在紙箱輸運的同時,通過預裝擋塊將紙箱校正,在特定位置設置擋桿將紙箱攔停,供多關節機器人抓取完成碼垛。２.４.２夾取式搬運機器人工作站布局與實現夾取式搬運機器人工作站布局如圖２－４４所示,它由皮帶輸送線、機器人工作站、碼垛盤及相關配件組成。相互之間的距離尺寸標注省略,條件允許時可將該工作站導入機器人仿真軟件,進行機器人運動干涉仿真。上一頁返回２.４任務實現如圖２－４３所示紙箱預定位裝置與皮帶輸送２.５考核評價考核任務１熟悉機器人碼垛生產線要求:了解機器人碼垛生產線的相關基礎知識及優點,了解常用的與其配套的組件。考核任務２掌握直線導軌和常用氣缸的選型要求:能夠獨立根據實際需求進行直線導軌和常用氣缸的選型和應用。考核任務３基本掌握碼垛機器人工作站的設計要求:能夠根據應用需求,合理設計碼垛機器人工作站,主要包括末端執行器(抓手)設計、工件預定位裝置和工作站布局。返回２.５考核評價考核任務１熟悉機器人碼垛生產線返回圖２－１倉庫碼垛貨物返回圖２－１倉庫碼垛貨物返回圖２－２橋式碼垛機返回圖２－２橋式碼垛機返回圖２－３機械式碼垛機返回圖２－３機械式碼垛機返回圖２－４機器人碼垛生產線返回圖２－４機器人碼垛生產線返回圖２－５夾抓式機械手爪返回圖２－５夾抓式機械手爪返回圖２－６夾板式機械手爪返回圖２－６夾板式機械手爪返回圖２－７真空吸取式機械手爪返回圖２－７真空吸取式機械手爪返回圖２－８混合抓取式機械手爪返回圖２－８混合抓取式機械手爪返回圖２－９金屬檢測機返回圖２－９金屬檢測機返回圖２－１０重量復檢機返回圖２－１０重量復檢機返回圖２－１１自動剔除機返回圖２－１１自動剔除機返回圖２－１２倒袋機返回圖２－１２倒袋機返回圖２－１３整形機返回圖２－１３整形機返回圖２－１４待碼輸送機返回圖２－１４待碼輸送機返回圖２－１５傳送帶返回圖２－１５傳送帶返回圖２－１６ＡＢＢＩＲＢ１４１０型工業機器人結構示意圖返回圖２－１６ＡＢＢＩＲＢ１４１０型工業機器人結構示意圖２－１７ＡＢＢＩＲＢ１４１０型工業機器人作業范圍返回圖２－１７ＡＢＢＩＲＢ１４１０型工業機器人作業范圍圖２－１８ＡＢＢＩＲＢ１４１０型工業機器人手腕法蘭盤接口尺寸返回圖２－１８ＡＢＢＩＲＢ１４１０型工業機器人手腕法蘭圖２－１９ＡＢＢＩＲＢ１４１０型工業機器人手腕承載返回圖２－１９ＡＢＢＩＲＢ１４１０型工業機器人手腕承載表２－１ＡＢＢＩＲＢ１４１０型工業機器人具體參數返回表２－１ＡＢＢＩＲＢ１４１０型工業機器人具體參數圖２－２０免保養,低維修返回圖２－２０免保養,低維修返回圖２－２１使用壽命長返回圖２－２１使用壽命長返回圖２－２２節約潤滑油成本返回圖２－２２節約潤滑油成本返回圖２－２３易于保養清潔返回圖２－２３易于保養清潔返回圖２－２４ＡＢＢＡ直線導軌編號說明返回圖２－２４ＡＢＢＡ直線導軌編號說明返回圖２－２５ＡＢＢＡＢＲＨ１５Ｂ直線導軌外形尺寸返回圖２－２５ＡＢＢＡＢＲＨ１５Ｂ直線導軌外形尺寸返回表２－２ＡＢＢＡＢＲＨ１５Ｂ直線導軌外形尺寸返回表２－２ＡＢＢＡＢＲＨ１５Ｂ直線導軌外形尺寸返回表２－３ＡＢＢＡＢＲＨ１５Ｂ直線導軌相關參數返回表２－３ＡＢＢＡＢＲＨ１５Ｂ直線導軌相關參數返回圖２－２６ＣＨＥＬＩＣ氣缸編號說明返回圖２－２６ＣＨＥＬＩＣ氣缸編號說明返回表２－４ＣＨＥＬＩＣ氣缸規格返回表２－４ＣＨＥＬＩＣ氣缸規格返回圖２－２７ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ－ＳＥ２氣缸尺寸圖返回圖２－２７ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ－ＳＥ２氣缸表２－５ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ－ＳＥ２氣缸規格返回表２－５ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ－ＳＥ２氣缸表２－６ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ－ＳＥ２氣缸作動規格表返回表２－６ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ－ＳＥ２氣缸圖２－２８原料紙箱返回圖２－２８原料紙箱返回圖２－２９碼垛盤返回圖２－２９碼垛盤返回圖２－３０抓手固定抓板返回圖２－３０抓手固定抓板返回圖２－３１抓手移動抓板返回圖２－３１抓手移動抓板返回圖２－３２抓手安裝板返回圖２－３２抓手安裝板返回圖２－３３直線導軌ＢＲＨ１５Ｂ返回圖２－３３直線導軌ＢＲＨ１５Ｂ返回圖２－３４抓手轉接板返回圖２－３４抓手轉接板返回圖２－３５抓手氣缸安裝板返回圖２－３５抓手氣缸安裝板返回圖２－３６抓手移動安裝板返回圖２－３６抓手移動安裝板返回圖２－３７抓手加強筋返回圖２－３７抓手加強筋返回圖２－３８滑塊限位塊返回圖２－３８滑塊限位塊返回圖２－３９抓手加強筋２返回圖２－３９抓手加強筋２返回圖２－４０夾取式搬運機器人末端操作器返回圖２－４０夾取式搬運機器人末端操作器返回圖２－４１ＰＶＣ摩擦片返回圖２－４１ＰＶＣ摩擦片返回圖２－４２機器人底座返回圖２－４２機器人底座返回圖２－４３預定位裝置示意圖返回圖２－４３預定位裝置示意圖返回圖２－４４夾取式搬運機器人工作站布局返回圖２－４４夾取式搬運機器人工作站布局返回項目二夾取式搬運機器人工作站工裝設計２.１項目描述２.２教學目的２.３知識準備２.４任務實現２.５考核評價返回項目二夾取式搬運機器人工作站工裝設計２.１項目描述返２.１項目描述本項目的主要內容為夾取式搬運機器人工作站工裝設計,包括:紙箱碼垛機器人夾取式末端執行器(抓手)設計、機器人底座設計、預定位裝置設計、導軌及氣缸選型和碼垛機器人工作站布局。返回２.１項目描述本項目的主要內容為夾取式搬運機器人工作站工裝２.２教學目的通過本項目的學習與實踐,學生應:１.了解機器人碼垛生產線的相關基礎知識及優點,了解常用的與其配套的組件;２.了解ＡＢＢＩＲＢ１４１０型機器人的工作范圍和相關參數;３.能夠根據實際需求進行直線導軌的選型,掌握ＡＢＢＡ直線導軌的選型規則及特性、導軌編號說明;４.能夠根據實際需求進行氣缸的選型,掌握ＣＨＥＬＩＣ氣缸的選型基準、氣缸編號說明和應用場合;５.能夠分析碼垛機器人工作站搬運工藝;下一頁返回２.２教學目的通過本項目的學習與實踐,學生應:下一頁返回２.２教學目的６.能夠根據碼垛搬運工藝進行機器人選型;７.能夠對多類型碼垛機器人末端執行器(抓手)進行工裝設計;８.能夠設計工件預定位裝置;９.能夠進行夾取式碼垛機器人工作站的合理布局。上一頁返回２.２教學目的６.能夠根據碼垛搬運工藝進行機器人選型;上一２.３知識準備２.３.１機器人碼垛生產線１.機器人碼垛生產線基礎知識碼垛,就是把貨物按照一定的擺放順序與層次整齊地堆疊好,

如圖２－１所示。橋式碼垛機(圖２－２)占用空間大,碼垛速度慢,垛型不規整。機械式碼垛機(高位碼垛機)(圖２－３)占用空間大、通用性差、機構復雜、耗電量高。優點是相對機器人碼垛價格比較低。機器人碼垛生產線整體示意圖,如圖２－４所示。下一頁返回２.３知識準備２.３.１機器人碼垛生產線下一頁返回２.３知識準備作為碼垛機器人的重要組成部分之一,碼垛機械手(也稱手爪或抓手)具有高可靠性、結構簡單新穎、質量小等特點,對碼垛機器人的整體工作性能具有非常重要的意義。可根據不同的產品,設計不同類型的機械手爪,使得碼垛機器人具有效率高、質量好、適用范圍廣、成本低等優勢,能很好地完成碼垛工作。常用碼垛機器人手爪主要包括:(１)夾抓式機械手爪(圖２－５):主要用于高速碼袋。說明:該類機械手爪主要用于袋裝物的碼放,如面粉、飼料、水泥、化肥等。上一頁下一頁返回２.３知識準備作為碼垛機器人的重要組成部分之一,碼垛機械２.３知識準備(２)夾板式機械手爪(圖２－６):主要用于箱盒碼垛。說明:該類手爪主要用于整箱或規則盒裝包裝物品的碼放,可用于各種行業。可以一次碼一箱(盒)或多箱(盒)。(３)真空吸取式機械手爪(圖２－７):主要適用于可吸取的碼垛物。說明:該類手爪主要用于適合吸盤吸取的碼放物,如覆膜包裝盒、聽裝啤酒箱、紙箱等。(４)混合抓取式機械手爪(圖２－８):適用于幾個工位的協作抓放。說明:組合式手爪是前三種手爪的靈活組合,同時滿足多個工位碼放。上一頁下一頁返回２.３知識準備(２)夾板式機械手爪(圖２－６):主要２.３知識準備２.機器人碼垛生產線其他組件(１)金屬檢測機,用于檢測食品、醫藥、化妝品、紡織品等生產過程中混入的金屬異物,

如圖２－９所示。(２)重量復檢機,通過重量檢測,亦可判斷出產品的數量、漏裝和錯裝以及對合格品、欠重品、超重品進行分別統計,以達到產品質量控制的目的,

如圖２－１０所示。(３)自動剔除機,用于完成包裝袋在出現含金屬異常物以及包裝袋在稱重復檢超出重量誤差時,包裝袋在輸送序列被移出去的過程。自動剔除機可集成到金屬檢測機或重量復檢機內,

如圖２－１１所示。上一頁下一頁返回２.３知識準備２.機器人碼垛生產線其他組件上一頁下一頁返２.３知識準備(４)倒袋機,是將輸送機送來的料袋按預定的編組程序對料袋進行輸送、倒袋和轉位,流轉到下道工序,

如圖２－１２所示。(５)整形機,包裝袋經過輸送線后,須經過輥子的壓緊、整形,將包裝袋內可能存在的積聚物均勻散開后才可以送至待碼輥道輸送機上,如圖２－１３所示。(６)待碼輸送機,與機械手爪配套,方便抓取,

如圖２－１４所示。(７)傳送帶(圖２－１５),便于物料輸送過程中的轉彎,以及與一個工序的對接。３.機器人碼垛生產線的主要優點(１)結構非常簡單,故障率低,易于保養及維修;上一頁下一頁返回２.３知識準備(４)倒袋機,是將輸送機送來的料袋按預定２.３知識準備(２)主要構成零部件少,維持費用很低;(３)碼垛機器人的碼垛能力比傳統碼垛機、人工碼垛都要高得多;(４)電源消耗低,電源消耗量大約為機械式碼垛機的五分之一;(５)碼垛機械手臂可設置在狹窄的空間,場地使用率高,應用靈活;(６)全部操作可在控制柜屏幕上手觸式完成,操作非常簡單;(７)碼垛機械手臂的應用非常靈活,一臺機械手臂可以同時處理最多６條生產線,無須硬件、設備上的改造與設置;(８)碼垛及碼垛層數可任意設置,碼垛整齊;(９)方便存儲與運輸。上一頁下一頁返回２.３知識準備(２)主要構成零部件少,維持費用很低;上２.３知識準備機器人碼垛生產線,不僅提高了產品的質量和勞動生產率,而且保障了人身安全,改善了勞動環境,減輕了勞動強度;同時對于節約原材料消耗以及降低生產成本也有著十分重要的意義。將工業機器人技術應用于運輸工業領域,促使碼垛自動化,可以加快物流速度,獲得整齊一致的物垛,減少物料的破損和浪費。因此,就提高生產規模和生產效率而言,碼垛機器人正發揮著越來越重要的作用。２.３.２ＡＢＢＩＲＢ１４１０工業機器人介紹ＡＢＢＩＲＢ１４１０是一款快速、可靠而經濟的機器人,以其堅固可靠的結構而著稱,成為任何弧焊應用和搬運小零件的最佳選擇。上一頁下一頁返回２.３知識準備機器人碼垛生產線,不僅提高了產品的質量和勞２.３知識準備Ｓ４控制器可以應用ＲＡＰＩＤ命令而縮短編程時間。ＡＢＢＩＲＢ１４１０機器人是一款緊湊、快速而靈活的機器人,主要設計用來進行焊接、涂膠和輕載取放工作。其他應用包括噴鍍、金屬涂抹、銑削、去毛刺、磨削、機床送料、注塑以及許多其他應用。該機器人在可靠性和多產方面擁有卓越的聲譽,已安裝超過１４０００臺。手臂有很好的平衡性和耐用性,能保持超過１５年不更換,得到良好的認可。ＡＢＢＩＲＢ１４１０繼承了ＡＢＢ的模塊化手臂意味著任何維護都能快速地完成。手臂因它的簡化和可靠性而引人注目,如沒有線纜,５、６軸先帶傳動再軸傳動意味著手腕可以保持十分緊湊,這對焊接應用非常有用,等等。上一頁下一頁返回２.３知識準備Ｓ４控制器可以應用ＲＡＰＩＤ命令而縮短編２.３知識準備其具體結構示意圖如圖２－１６所示。ＡＢＢＩＲＢ１４１０型號機器人是焊接機器人中最常見的一種。其承載力達到５ｋｇ,上臂可承受１８ｋｇ的附加載荷。這在同類機器人中絕無僅有。１８ｋｇ的附加荷載可以滿足一般的焊接掛載附件。現在的焊縫跟蹤、防撞感應裝置等都可以在其承載重量范圍內掛載。雖然ＡＢＢＩＲＢ１４１０常見被用于弧焊自動化。那么其他行業是否也能使用?上一頁下一頁返回２.３知識準備其具體結構示意圖如圖２－１６所示。上一頁２.３知識準備依據我們的實驗和ＡＢＢ官方給出的推薦,ＡＢＢＩＲＢ１４１０機器人也適用于自動化裝配、點膠、涂膠、密封、物料上下料、小件搬運等,而且這款機器人還有一個非常大的優勢,循徑精度達到±０.０５ｍｍ,所以對于精密裝配工作也毫不遜色。該型工業機器人工作范圍如圖２－１７所示,機器人手腕法蘭盤接口尺寸和承載分別如圖２－１８和圖２－１９所示,主要參數如表２－１所示,最大載荷為５ｋｇ,作業半徑為１４４４ｍｍ。２.３.３ＡＢＢＡＢＲＨ１５Ｂ直線導軌介紹上一頁下一頁返回２.３知識準備依據我們的實驗和ＡＢＢ官方給出的推薦,Ａ２.３知識準備１.ＡＢＢＡ直線導軌四大優點(１)免保養,低維護,無須潤滑管路系統與設備,

如圖２－２０所示。(２)使用壽命超長,長期自動維持軌道表面潤滑油膜保護,

如圖２－２１所示。(３)大幅節省潤滑油成本,

如圖２－２２所示。一般滑塊:０.０３ｍＬ/６ｍｉｎ×８ｈ/天×２７６天×１年＝６６２ｍＬ行走距離＝３５００ｋｍ/年上一頁下一頁返回２.３知識準備１.ＡＢＢＡ直線導軌四大優點上一頁下一頁２.３知識準備(４)易于維持機器清潔,無廢油品外漏污染環境之虞,

如圖２－２３所示。２.ＡＢＢＡ直線導軌十大特點?內建式免潤滑系統。?四方向等負載設計。?運行順暢新型鋼珠循環方式。?高剛性~四排珠４５°角接觸。?世界標準規格尺寸。?高精度、低摩擦系數、低維修成本。上一頁下一頁返回２.３知識準備(４)易于維持機器清潔,無廢油品外漏污染２.３知識準備?高移動速度,低噪聲。?全密封式油封。?可互換式設計。?綠色環保產品。３.ＡＢＢＡ直線導軌編號說明導軌的編號說明如圖２－２４所示。４.ＡＢＢＡＢＲＨ１５Ｂ直線導軌外形尺寸和相關參數ＡＢＢＡＢＲＨ１５Ｂ外形尺寸如圖２－２５所示,相關參數如表２－２、表２－３所示。上一頁下一頁返回２.３知識準備?高移動速度,低噪聲。上一頁下一頁返回２.３知識準備２.３.４ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ－ＳＥ２氣缸介紹１.氣缸選定基準(１)式樣:依照用途需要,選擇適合的機種式樣,并請注明其型式之代號。(２)出力:選擇出力大小(參照理論出力表),推力及拉力各承受不同的受壓面積,所以出力大小不同。(３)行程:依所需的位移距離,選擇氣缸的行程。上一頁下一頁返回２.３知識準備２.３.４ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ２.３知識準備(４)長度:(５,１０)、(１５,２０)、(２５,３０)、(３５,４０)、(４５,５０)的本體長度是相同的,采用十位數之尺寸,單位數是５ｍｍ采用內墊方式組合(詳見行程規格表),６０ｍｍ以上行程按標準值計算(?６、?１０、?１２、?１６長度表另計)。(５)牙型:軸端牙型,標準為內牙(無附加記號);外牙代號為“Ｂ”。(６)磁石:ＪＤ系列標準不附磁石(無附加記號);附加磁石的代號為“Ｓ”,本體長度會加長１０ｍｍ(?６、?１０、?１２５長度相同,詳見附加磁石的尺寸表)。(７)感應器:感應器有ＣＳ－３０Ｅ及ＣＳ－９Ｄ(Ｂ),因用途不同,請另外訂購(詳見感應器規格表)。上一頁下一頁返回２.３知識準備(４)長度:(５,１０)、(１５,２２.３知識準備(８)固定螺絲:螺絲規格選用詳見螺絲選用表。２.ＣＨＥＬＩＣ氣缸編號說明和規格表ＣＨＥＬＩＣ氣缸編號說明如圖２－２６所示,規格如表２－４所示。３.ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ－ＳＥ２氣缸尺寸和作動規格１)氣缸尺寸氣缸尺寸和規格如圖２－２７和表２－５所示。２)作動規格氣缸作動規格如表２－６所示。上一頁返回２.３知識準備(８)固定螺絲:螺絲規格選用詳見螺絲選用２.４任務實現２.４.１任務介紹本夾取式搬運機器人工作站采用圖２－１６所示ＡＢＢＩＲＢ１４１０機器人,將圖２－２８所示標準６號紙箱從輸送線上搬運至圖２－２９所示碼垛盤上,并完成該工作站的布局,即機器人從皮帶輸送線上夾取一個長×寬×高為２６０ｍｍ×１５０ｍｍ×１８０ｍｍ,封裝完成后質量約為２ｋｇ的標準６號紙箱,均勻地擺放在碼垛盤上。紙箱封裝完成后,經皮帶輸送線傳送至預定位置,同時進行預定位,防止紙箱脫落和跑偏。護欄擋柱高度約為９０ｍｍ,在上下料過程中,機器人不得與護欄的配件發生干涉。下一頁返回２.４任務實現２.４.１任務介紹下一頁返回２.４任務實現本任務要求完成夾取式搬運機器人末端執行器的設計、機器人底座設計、預定位裝置設計和工作站的布局。任務１夾取式搬運機器人末端執行器設計本任務利用工業機器人進行重２ｋｇ標準６號紙箱的搬運,因此工業機器人的末端執行器采用夾取式取料手。為了滿足夾取式末端執行器與工業機器人腕部法蘭之間的機械連接,以及夾取式末端執行器與工業機器人之間的氣動和電氣連接,需要進行上下料工作站工業機器人末端夾具碼垛抓手的設計,以及配套氣缸和導軌的選型。１.碼垛抓手設計上一頁下一頁返回２.４任務實現本任務要求完成夾取式搬運機器人末端執行器的設２.４任務實現本任務所在的生產線要求夾取式搬運機器人,從皮帶輸送線預定位置夾取已經封裝好的紙箱,放置于碼垛臺上,在此過程中要求紙箱不能脫落和夾緊變形,因此,需要設計一款碼垛抓手給予紙箱適當的力度。鑒于需搬運紙箱的材料、形狀和重量,碼垛抓手可設計成單板型機械手爪,一邊為固定抓板,如圖２－３０所示,另一邊為移動抓板,

如圖２－３１所示,通過抓手安裝板(圖２－３２)、直線導軌、氣缸和其他組件有機連接而成。為減輕碼垛抓手的整體重量,抓板、固定板及其配件可在適當地方進行鏤空,制作材質采用密度小、強度大的鋁合金。上一頁下一頁返回２.４任務實現本任務所在的生產線要求夾取式搬運機器人,從２.４任務實現設計移動抓板時,為保證其移動運行的穩定可靠性,以及后續生產中的易于維護性,選用一組自潤式直線導軌ＢＲＨ１５Ｂ(圖２－３３)作為移動抓板的移動單元。參照圖２－１８,ＡＢＢＩＲＢ１４１０型工業機器人手腕法蘭盤接口尺寸,同時需考慮到拆卸與安裝的便利性,設計抓手轉接板,

如圖２－３４所示,使其成為碼垛抓手安裝板與機器人腕部連接的橋梁。２.配套氣缸和導軌選型通過計算封裝后紙箱的重量,估算出碼垛抓手穩穩抓住紙箱所需的力量,選出移動抓板適當的行程,按照氣缸選型的相關規則,本碼垛抓手選用ＣＨＥＬＩＣＪＤ２５×１０－Ｂ－ＳＥ２氣缸。上一頁下一頁返回２.４任務實現設計移動抓板時,為保證其移動運行的穩定可靠２.４任務實現綜合氣缸的外形尺寸,設計抓手氣缸安裝板,

如圖２－３５所示。氣缸與移動抓板通過螺絲連接,通過控制氣流方向來控制移動抓板的活動。綜合直線導軌的相關尺寸,設計抓手移動安裝板(圖２－３６)和抓手加強筋(圖２－３７),使其與直線導軌和移動抓板連接成一個整體。為了防止直線導軌在運動過程中滑塊脫離導軌,在導軌兩端需設計滑塊限位塊,

如圖２－３８所示。為了加強碼垛抓手整體的結構強度,需設計加強筋２(圖２－３９),在合適的地方對結構整體予以加固。上一頁下一頁返回２.４任務實現綜合氣缸的外形尺寸,設計抓手氣缸安裝板,２.４任務實現綜合上述零配件,夾取式搬運機器人末端操作器碼垛抓手組裝后示意圖如圖２－４０所示。(１)組裝體自身長×寬×高為２２０ｍｍ×１９９ｍｍ×２４８ｍｍ。為增加摩擦力和夾取時抓手與紙箱進行軟接觸,可在固定抓板和移動抓板內側分別緊固一層ＰＶＣ摩擦片(圖２－４１),ＰＶＣ摩擦片尺寸為２２０ｍｍ×１５０ｍｍ×５ｍｍ。調配好的碼垛抓手可夾取工件寬度為１４０~１５８.５ｍｍ。(２)為實時檢測紙箱是否已經夾緊,即氣缸動作是否已到位,需在氣缸上裝兩個感應裝置:一為遠端,即氣缸撐桿完全撐開位置;二為近端,即氣缸撐桿完全縮回狀態,具體安裝方式可參考氣缸安裝說明。上一頁下一頁返回２.４任務實現綜合上述零配件,夾取式搬運機器人末端操作器２.４任務實現(３)為確保既夾緊紙箱不脫落,又不會將紙箱夾變形,需通過現場調整抓手氣缸安裝板的安裝位置來實現此目的。任務２夾取式搬運機器人底座設計機器人底座的設計必須考慮以下幾個方面:①機器人本身的固定;②機器人在垂直方向上的空間不足;③機器人操作工作面高度。因此機器人底座可以采用普通槽鋼和鋼板焊接而成,以地腳螺母支撐,

如圖２－４２所示。任務３夾取式搬運機器人預定位裝置設計上一頁下一頁返回２.４任務實現(３)為確保既夾緊紙箱不脫落,又不會將紙２.４任務實現如圖２－４３所示紙箱預定位裝置與皮帶輸送線組合在一起,在紙箱輸運的同時,通過預裝擋塊將紙箱校正,在特定位置設置擋桿將紙箱攔停,供多關節機器人抓取完成碼垛。２.４.２夾取式搬運機器人工作站布局與實現夾取式搬運機器人工作站布局如圖２－４４所示,它由皮帶輸送線、機器人工作站、碼垛盤及相關配件組成。相互之間的距離尺寸標注省略,條件允許時可將該工作站導入機器人仿真軟件,進行機器人運動干涉仿真。上一頁返回２.４任務實現如圖２－４３所示紙箱預定位裝置與皮帶輸送２.５考核評價考核任務１熟悉機器人碼垛生產線要求:了解機器人碼垛生產線的相關基礎知識及優點,了解常用的與其配套的組件。考核任務２掌握直線導軌和常用氣缸的選型要求:能夠獨立根據實際需求進行直線導軌和常用氣缸的選型和應用。考核任務３基本掌握碼垛機器人工作站的設計要求:能夠根據應用需求,合理設計碼