第8章：工業機器人應用內容安排復習-工業機器人基礎4大核心內容工業機器人應用現狀-三大類，4大家族ABB工業機器人學習與自制三維圖展示ABB機器人離線仿真編程演示1234齊次坐標變換矩陣：1.運動學問題：運動學正問題：給出關節變量值，求手部在空間笛卡爾坐標下的位姿；運動學逆問題：給出手部要到達的目標位姿，求所需的關節變量值；復習復習2.動力學問題：動力學正問題：根據各關節的驅動力（或力矩），求解機器人的運動（關節位移、速度和加速度），主要用于機器人的仿真；動力學逆問題：已知機器人關節的位移、速度和加速度，求解所需要的關節力矩/力，是實時控制的需要。復習3.工業機器人四大核心部件：諧波減速機RV減速機本體控制器伺服控制4.關節機器人伺服控制系統框圖復習1.工業機器人應用現狀-三大類關節機器人DeltaScara工業機器人主要有三大類：關節機器人，并聯機器人以及SCARA此外，《中國制造2025》明確規劃了以智能制造為主攻方向，我國制造業對工業機器人及其技術人才具有井噴式的需求，尤其對具有系統集成應用、離線仿真編程能力的人才具有巨大需求。1.工業機器人應用現狀1.工業機器人應用現狀-四大家族我國市場中除了四大家族之外，還有松下，川崎，OTC，那智，史陶比爾，現代等，而我國本土品牌僅占4%，主要為國外品牌壟斷。請陳晶、馮偉微、施鋒鋒展示他們小組針對ABB機器人IRB2600-15/1.85

的學習及三維繪圖成果。小組展示環節我國工業機器人的主要應用領域其中焊接、噴涂、碼垛、搬運占據75%的市場應用，是最主要的應用領域工業機器人的應用領域弧焊機器人

激光焊機器人

電阻焊機器人

自動化焊接機器人

點焊機器人

等離子切割機器人

工業機器人的應用領域清潔機器人

上料機器人

物料輸送機器人

材料去除機器人

包裝機器人

噴漆機器人

工業機器人的應用領域部件移動機器人

裝配機器人

打保險機器人

自動鉆孔機器人

設備維護機器人

包裝機器人

堆跺機器人

機器人的應用領域涂層機器人

去毛刺機器人

磨銷機器人

高溫噴涂機器人

機器人的應用領域醫用并聯機器人

機器人的應用領域天文望遠鏡

繩索機器人

工業機器人的應用領域三桿并聯機床

工業機器人的應用領域六桿并聯機床

8.1工業機器人的應用準則和步驟使用機器人的準則（弗農經驗準則）應當從惡劣工種（3k）開始執行機器人計劃考慮到在生產率落后的部門應用機器人要估計長遠需要使用費用與機器人不成正比力求簡單實效確保人員和設備安全不要期望賣主提供全套承包服務不要忘記機器人需要人1．全面考慮并明確自動化要求。2．制訂機器人化技術。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。5．設計機器人化作業系統方案。6．選擇適宜的機器人系統評價指標。7．詳細設計和具體實施。機器人應用于生產系統的步驟：8.2機器人在制造業（汽車）中的應用焊接是現代機械制造業中一種必要的工藝方法，在汽車制造中得到廣泛的應用。汽車的發動機、變速器、車橋、車架、車身、車廂六大總成都離不開焊接技術的應用。在汽車零部件的制造中，點焊、凸焊、縫焊、滾點(凸)焊、焊條電弧焊、CO2氣體保護焊、氬弧焊、氣焊、釬焊、摩擦焊、電子束焊和激光焊等各種焊接方法中，由于點焊、氣體保護焊、釬焊具有生產量大、自動化程度高、高速、低耗、焊接變形小、易操作的特點，所以特別適合汽車車身薄板覆蓋零部件的焊接，因此在汽車生產中應用最多。在投資費用中點焊約占75%，其他焊接方法只占25%。

汽車工業所用焊接方法及零部件的應用情況(1)點焊：主要用于車身總成、地板、車門、側圍、后圍、前橋和小零部件等的焊接。(2)多點焊：用于車身底板、載貨車車廂、車門、發動機罩蓋和行李箱蓋等的焊接。(3)凸焊及滾凸焊：用于車身零部件、減振器閥桿、制動蹄、螺釘、螺帽和小支架等的焊接。(4)縫焊：用于車身頂蓋雨檐、減振器封頭、燃油箱、消聲器和機油盤等的焊接。(5)對焊：用于鋼圈、進排氣閥桿、刀具等的焊接。1.電阻焊(1)CO2保護焊：用于車廂、后橋、車架、減振器閥桿、橫梁、后橋殼管、傳動軸、液壓缸和千斤頂等的焊接。(2)氬弧焊：用于機油盤、鋁合金零部件的焊接和補焊。(3)焊條電弧焊：用于厚板零部件，如支架、備胎架、車架等的焊接。(4)埋弧焊：用于半橋套管、法蘭、天然氣汽車的壓力容器等的焊接。2.電弧焊(1)摩擦焊：用于汽車閥桿、后橋、半軸、轉向桿和隨車工具等的焊接。(2)電子束焊：用于齒輪、后橋等的焊接。(3)激光焊割：用于車身底板、齒輪、零件下料及修邊等的焊接。

3.特種焊4.氧乙炔焊用于車身總成的補焊。5.釬焊用于散熱器、銅與鋼件、硬質合金的焊接。如何選用焊接機器人？選用焊接機器人需要注意以下幾個方面：重量包括腕部的負重和背部（上臂）的負重。機器人用于弧焊時，其腕部負重包括焊槍、把持器、防碰撞傳感器以及焊接集成電纜，一般為4~5kg，而安裝在機器人背部的送絲機構一般在10kg左右，因此，要求機器人腕部具備5kg以上的負重能力，背部具備10kg以上的負重能力。機器人用于點焊時,因焊鉗重量大小差別較大，所以，對機器人可搬重量的選擇也就更為重要。但是，常用點焊機器人腕部的握重能力一般在100kg以上。當使用大型焊鉗時，就有必要選用130kg、165kg甚至具有更大握重能力的機器人。1.機器人負重2.機器人自由度數機器人焊接作業不同于搬運，因為焊接工藝的需要，就要求機器人具有一定的靈活性。為了滿足各種焊接姿態，一般要求機器人具備6個自由度。3.機器人動作范圍機器人動作范圍是指腕部回轉中心達到的最大空間。機器人裝上焊槍或焊鉗后，工具末端所能到達的空間范圍會更大，但是，因為焊接姿態的需要，焊槍或焊鉗末端經常會在機器人懷部空間作業。所以，在對機器人動作范圍進行選擇時要以焊槍或焊鉗在機器人懷部空間作業時的可達范圍考慮。3.機器人重復定位精度機器人重復精度包含兩個方面：一是點到點的重復精度；二是軌跡的重復精度。弧焊機器人的重復精度一般要求為±0.1mm,點焊機器人的重復精度一般要求為±0.5mm。4.機器人儲存容量機器人存儲容量一般是以所能儲存示教程序的步數和動作指令的條數標注的。焊接機器人一般要求能夠儲存3000步程序、1500條指令以上。儲存容量是可以追加的，但這是選項。因此，在選擇機器人時也要注意這項。5.機器人預留輸入輸出點

機器人一般都為用戶預留了部分用于連接或控制周邊設備的輸入輸出點。但這些點是非常有限的。如果用戶需要更多的輸入輸出點，則需要機器人廠家追加I/O基板，用戶也可自己追加PLC控制系統。6.機器人的干涉性機器人的上臂與工件、焊槍（焊鉗）與工件、焊接電纜與工件、機器人上臂與焊接電纜、焊接電纜與變位機構、機器人與機器人之間都會發生干涉。因此，機器人的干涉性也是一個重要的方面。如果機器人要伸入到工件內部進行焊接作業或者需要高密度配置機器人，則應該選用干涉性較小的機器人，也就是焊接電纜內置型的機器人。7.機器人的軟件功能

弧焊機器人必須具備弧焊基本功能，如規范參數的設定、引弧熄弧、引弧熄弧確認、再引弧、再起動、防粘絲、擺焊、手動送絲、手動退絲、再現時規范參數的修訂、脈沖參數的任意設定等。如果需要，還可以選加始端檢出、焊縫跟蹤、多層焊等功能。如果應用于需要高頻引弧的焊接方法時，還必須具備防高頻干擾功能。點焊機器人在具備點焊功能的同時，還必須具備空打功能、手動點焊功能、電極粘連檢出功能、自動修正電極修磨量功能等在操作中，機器人應該具備坐標系選擇、示教點修正、點動操作、手動試運轉、通信等功能。在安全方面,機器人應該具備安全速度設定、示教鎖定、干涉領域監視、試運轉檢查、自診斷以及報警顯示等功能。如果需要外部軸擴展，則需要確認機器人的外部軸控制軸數以及外部軸協調能力等。8.機器人的安裝環境機器人的安裝環境一般有如下要求（舉例）：溫度：0~+45℃（運轉時）；-10~+60℃（運輸保管時）；濕度：最大90%，不允許結露；振動：0.5G以下；電源：AC380（-15%~+10%）；其他：避免易燃、腐蝕性氣體、液體、勿濺水、油、粉塵等，勿近電氣噪聲源。因此，在選用機器人時，要對機器人的安裝環境與自己工廠的環境作比較。8.3MOTOMAN點焊機器人系統及應用系統基本構成

圖典型電焊機器人系統的構成注：★機器人標準配備

電焊設備標準配備☆焊接設備標準附件定義：利用電流通過焊件及其接觸處所產生的電阻熱，將焊件局部加熱到塑性或熔化狀態，然后在壓力下形成焊接接頭的焊接方法。點焊工作原理特點：焊接變形小、易操作、不使用外加焊接耗材等特點，使其成為焊接質量穩定、生產效率高、易于實現自動化大規模生產的目前最常用的焊接方法之一，在汽車工業中得到廣泛應用。在一輛白車身約4000個焊點的焊接中電阻焊占了95%。焊接部位產生的熱量：當機器人在車身不同的部位焊接時，需要不同的焊接參數。焊接控制器中存儲了多種焊接規范，每組焊接規范對應一組焊接工藝參數。焊節參數：焊接時間、焊接電流和焊接壓力點焊工作原理點焊專業機器人MOTOMAN－ES系列的主要特點

將點焊電纜、冷卻水管以及氣管為內藏式，保證該電纜對焊接不構成干涉，使機器人的示教效率有很大的提高。在機器人R臂上特別設計機構部位有動力電纜接口、水管接口、氣管接口以及電氣控制接口。管道內藏式R軸兩種機型的對照與普通點焊機器人相比，焊接電纜壽命有很大的提高。普通點焊機器人電纜使用壽命是2000～4000h，該型機器人可達到24000h。因此，這將降低用戶機器人維護保養費用，同時極大地減少機器人的維護工作量以及由于維護保養所造成的非生產時間。ES系列機器人與點焊鉗間的管線連接，已經提供了標準接頭，極大地方便了各種類型點焊鉗的安裝和維護。選用氣動焊鉗時的連接方式選用電動焊鉗時的連接方式

ES系列點焊機器人的應用

1.能夠構建密集布置的高效率的機器人點焊系統可在復雜的空間里進行焊接操作可以在一個焊接工位，同時布置幾臺機器人2.能夠充分利用離線仿真功能

利用機器人離線仿真模擬軟件，對生產線上機器人與機器人、機器人與夾具間是否干涉進行檢查。但以前由于機器人的管線是外置的，而模擬程序無法真實反映線管的狀態，因此模擬程序對機器人的干涉檢查與實際還有很大的差別。而ES系列機器人線管內置，很好地解決了以上問題，可以通過在模擬軟件中建立正確的模型，真實地反映機器人的實際工作狀態，從而確認點焊機器人與焊接夾具間的位置關系，并實現離線編程，大大減少了現場調試的工作量。

分為C型和X型兩種類型焊鉗。C型焊鉗主要用于點焊垂直及近似于垂直傾斜位置的焊縫；X型焊鉗主要用于點焊水平及近似于水平傾斜位置的焊縫。不同型號的自動焊鉗上都設計了一套電極位置自動微調機構,保證焊鉗在一定的范圍內根據工件的位置形狀自動確定焊接平面,獲得滿意的焊接效果,并避免由于工件的誤差而引起的焊接變形,具有自動補償功能。通常的焊鉗：一體式氣動焊鉗焊鉗

伺服焊鉗：指用伺服電動機驅動的點焊鉗，焊鉗的張開和閉合由伺服電機機驅動，脈沖碼盤反饋。焊鉗的張開度可以根據實際需要任意選定并預置，而且電極間的壓緊力也可以無級調節，是近年開發出的可提高焊點質量的性能較高的機器人焊鉗。

與ES系列機器人配套使用的伺服點焊鉗的驅動電動機，作為機器人的第7軸，其動作都由機器人控制柜直接控制。

對應于伺報焊鉗的特點，ES系列機器人也開發出了許多輔助功能，對于機器人的焊接質量、工作效率及示教工作的方便性都有很大的提高。其輔助功能如下：1.間隙示教（1）目的：分別設定上電極和下電極的間隙值，在打點位置進行示教并登錄，上下電極分別按間隙值自動偏移并自動登錄位置點，這樣每示教一個焊點就可以少示教兩個點，示教起來簡單方便。（2）功能：分別按設定的間隙偏移后自動登錄位置，從而實現位置的登錄。2.根據焊鉗姿態加壓補償功能（1）目的：根據焊接時焊鉗的姿態對加壓力的變化實現補償，可以在穩定的加壓力條件下進行點焊。（2）功能：事先測定向上加壓與向下加壓時的壓力差。計算出與重力方向相反的焊鉗焊接姿態時的加壓力差，自動補償焊鉗電動機的轉矩。3.電極粘著檢出功能（1）目的電極與工件發生粘著時，如果沒有“電極粘著檢出功能”，可能會造成焊鉗或工件的損壞。（2）功能機器人或焊鉗動作過程中出現電動機轉矩異常時，就會立即停止。4.接觸動作控制功能（柔和接觸）

（1）目的：降低焊鉗與工件的接觸噪聲。（2）功能：通過調整接觸壓力和接觸速度，從而降低焊鉗與工件接觸時的噪聲。焊接機器人、焊接電源、工裝夾具、變位器及其它周邊設備及系統控制等部分構成。8.4弧焊機器人系統

PLC控制器采用西門子公司的S7-300系列，主操作盤使用西門子公司TP系列觸摸屏，機器人控制系統使用安川電氣最新的NX100系列控制柜。系統各設備之間改變了以往直接通過物理輸入輸出點連接的方式，采用PROFIBUS和ASi（執行器\傳感器）總線方式，大大縮短了配線時間，提高了系統可靠性，節省了調試時間。

觸摸屏作為系統主操作界面，簡單直觀，顯示信息內容廣泛詳細。通過觸摸屏來完成設備動作方式的設定并可以直接編輯夾具上各動作機構的動作順序。

安川機器人弧焊系統的特點控制系統主要包括幾個部分：PLC控制器、主操作盤、機器人控制系統、夾具、安全附屬系統。

系統實現了詳細的生產任務管理功能，包括計數統計、班次管理等，方便客戶進行生產管理。

這種新的系統配置方式，實現了莫托曼工業機器人作為一種高度自動化的生產工具的普遍適用性，即一臺機器人配合使用不同的夾具，可以完成多種產品的生產。同時，操作的簡單化使機器人工作站的日常維護工作和故障檢修變的更加簡單。

MOTOMAN-VA1400-------7軸弧焊專用機器人在下臂中間部位增加1個回轉關節（E-軸）

由于可借助E-軸做出工作臂回轉姿勢，因此，很容易在確保最佳焊接姿勢的同時，避免工件以及夾具對機器人工作臂的干擾。可對大型工件以及從夾具的各個方向以最佳的姿勢進行焊接。進入工件內部以及內面焊接也都更容易。此外，動作范圍擴大到最大1434mm。各軸的動作速度也比以前機型最多提高了5％。搬運重量為3kg，重復定位精度為±0.08mm。以前，焊接汽車車架以及車座框架之類的長型、大型、復雜形狀工件時，是在工件定位器的側面位置設置機器人，并且1道工序設置數臺機器人，將作業分割成多道工序來進行的，以避免干擾以及確保正確的焊接姿勢。而VA1400通過機器人工作臂的回轉避免干擾，即使從工件的上方進行焊接，焊槍也能取最佳焊接姿勢，因此，可將機器人配備在架或定位器之上。與設置在側面位置相比，設備面積可減少到原來的1/2。

由于很容易避免配置在近處的機器人之間的工作臂干擾，因此，不僅可在狹窄空間內設置多臺機器人，而且用1臺機器人即可處理原來需2臺機器人負責的2個工序的工作。因此，設備面積以及機器人臺數可比原來減少。

與原來機型相同，焊槍以及焊槍電纜內置在機器人工作臂中。由于動作時不干擾鄰近的機器人、外圍設備以及電纜，因此，容易進入狹窄場地。

另外，VA1400將焊接接地電纜、瓦斯軟管以及空氣軟管內置在機器人的基座里，提高了易用性和易維修性。弧焊機器人應用新技術弧焊機器人雙絲高速焊接；機器人激光電弧復合焊接；機器人激光跟蹤技術；TCP自動校零技術等。重型車橋焊裝生產線（含14臺機器人）輕型車橋焊裝生產線（含12臺機器人）

一、正確診斷的決定因素：

1.故障信息的準確報告；2.對故障的理論判斷分析能力；3.單元缺陷改進。

8.5焊接機器人故障診斷、維護及保養診斷準確性是理論基礎水平的反映，而維修的可靠性則是實踐操作技能水平的體現。故障診斷、維護保養信息系統故障診斷維護保養六軸臂機械執行部分；六軸臂數字傳遞部分；計算機控制器部分；焊接電源部分；變位機部分；接口部分；夾具部分；送絲供氣部分；顯示部分。將系統分成若干單元后，就像醫院根據人體部位分成若干科室，診斷的專業性較強，效果較好。二、焊接機器人故障信息類型人為故障：操作不當引發的故障。自然故障：設計缺陷引起的故障。人為故障的排除：a．機械類故障：僅針對機械零部件進行修理或更換；b．電氣類故障：首先檢查系統單元保護元件是否受損，未受損，則故障在前段；若受損，就對單元逐一檢查，也可采取單元件替換方式，分級處理。自然故障的排除：設計缺陷引起的故障排除是目前已知的故障排除中最困難的，因為該類故障非初期使用磨合故障，也非操作不慎故障，主要是設計不良所致，如果繼續維持原設計方案，故障就會反復出現。而這類故障多數屬于主機外圍系統的問題，如變位機、夾具的可靠性和剛性問題，以及變位機拖動系統問題。1.焊接機器人控制部分單元控制板元件故障，反映在六軸臂在工作時突然死機；2.送絲系統故障，有時往往一個導電嘴就足以死機；3.穩壓電源故障，這類故障常引發整個系統不穩定，但對焊接參數影響較小，這類故障在初期的診斷中較困難；4.六軸臂某個軸系執行元件伺服電機等故障。還有多種突發故障現象，修理的難點主要是診斷分析較難和備件的準備不足。制造質量或元件質量是造成突發故障的一個重要因素。突發性故障排除嚴格操作規程管理，可以減少人為故障；在維修中對原設計不合理的部分進行改進，可以降低故障率；改進使用環境，提高焊接機器人的清潔度，可以降低自然故障；提高焊接機器人外圍設備及控制板元件質量、制造工藝質量，可以降低故障率。在診斷和維修過程中，必須建立嚴格的規范的信息反饋程序，從故障發生到故障排除需全過程跟蹤；同時還需建立科學的保養維修制度，使焊接機器人始終處于良好的工作狀態之中。總結：（一）日檢查及維護

1.送絲機構。包括送絲力距是否正常，送絲導管是否損壞，有無異常報警。2.氣體流量是否正常。3.焊槍安全保護系統是否正常(禁止關閉焊槍安全保護工作)。4.水循環系統工作是否正常。5.測試TCP(建議編制一個測試程序，每班交接后運行)。

三、機器人的日常維護及保養（二）周檢查及維護

1.擦洗機器人各軸。2.檢查TCP的精度。3.檢查清渣油油位。4.檢查機器人各軸零位是否準確。5.清理焊機水箱后面的過濾網。6.清理壓縮空氣進氣口處的過濾網。7.清理焊槍噴嘴處雜質，以免堵塞水循環。8.清理送絲機構，包括送絲輪，壓絲輪，導絲管。9.檢查軟管束及導絲軟管有無破損及斷裂(建議取下整個軟管束用壓縮空氣清理)。10.檢查焊槍安全保護系統是否正常，以及外部急停按鈕是否正常。

（三）月檢查及維護

1.潤滑機器人各軸。其中1—6軸加白色的潤滑油。油號86E006。2.RP變位機和