項目四工業機器人諧波減速器裝配公司簡介匯博工業CATALOGUE一學習目標公司簡介CATALOGUE目錄四知識拓展二工作任務五評價反饋三實踐操作六練習與思考題1.能夠根據工作任務要求，選擇和加載機器人程序。2.能夠使用單步、連續等方式運行機器人程序。3.能夠根據運行結果對位置、姿態、速度等機器人程序參數進行調整。4.能夠操作工業機器人完成裝配任務。一、學習目標一、工作任務背景工業機器人的出現及應用不僅提高了生產率，而且解決了許多人工難以完成的工作，工業機器人在裝配領域的應用已經越來越廣泛。傳統裝配工作存在以下兩種方式。（1）人工裝配利用人工來完成裝配工作的方式效率較低，當裝配任務量較大時，需要安排更多的人來完成裝配工作，使得工廠需要消耗更多的資金用于支付工資。除此之外，工人也無法長時間連續進行裝配工作，因此，由人工裝配的局限性很大，甚至在一些大型裝配現場，人力根本無法完成裝配工作。二、工作任務（2）半自動化裝配進入20世紀后，一些工廠開始進行半自動化裝配，即工人利用裝配工具來完成裝配工作，比如在工廠的流水線上安裝傳送帶，而工人只需要站在自己的位置進行分揀，或者在大型裝配工作現場，工人可以利用起重機等完成裝配工作。盡管采用半自動化方式進行裝配，但是仍然存在很多弊端及局限性，比如在工廠流水線中進行裝配工作時，傳送帶所傳送的工件只能和傳送帶大小相等或者是小于傳送帶的寬度，如果傳送的工件過大，易使工件卡在傳送過程中。除此之外，傳送帶所傳送貨物的重量也是限制裝配工作的主要因素，并且傳送帶在固定安裝后很難進行移動，因此其靈活性也較差。在利用傳送帶進行裝配工作時，雖然減輕了人工的工作量，但是依舊無法長時間連續進行工作。在裝配大型工件時，雖然可以利用裝載機進行裝配工作，但是裝載機的體積較大，如果裝配工作環境過于狹小，那么裝載機便無法進入及正常地施展其功能。二、工作任務二、所需要的設備機器人裝配系統主要包括工業機器人本體、控制器、示教器、電源、氣泵、立體倉儲模塊、平口夾爪、弧口夾爪、吸盤、旋轉供料模塊、快換模塊、井式供料模塊、帶傳送模塊、伺服變位機和諧波減速器樣件，如圖4-1所示。二、工作任務三、任務描述這里以諧波減速器的裝配為典型案例，自動將夾爪裝配到機械臂上，通過弧口夾爪夾取剛輪，通過RFID讀取再放置在伺服變位機上。通過旋轉供料模塊，由安裝平口夾爪的工業機器人去抓取柔輪組合，并將柔輪組合裝配在剛輪上；再通過井式供料模塊將中間法蘭和輸出法蘭推出，由帶傳送模塊輸送到相機下面，經過拍照識別，再由吸盤裝配到剛輪中，完成剛輪組件的裝配任務，如圖4-2所示。裝配完成后，機器人將裝配好的剛輪組合搬送到指定的倉庫編碼中，最終工業機器人回到原點。圖4-2待裝配工件二、工作任務1.步進電動機（1）步進電動機簡介步進電動機機是一種可以將脈沖信號轉換為角位移或線位移的開環控制電動機，如圖4-3所示。在空載低頻的情況下，一個脈沖就是一步，可以精準地控制旋轉角度；步進電動機按照構造方式分為反應式、永磁式和混合式。在旋轉供料模塊中選用兩相混合式步進電動機。圖4-3步進電動機

圖4-4步進電動機驅動器三、實踐操作一、知識儲備（2）步進電動機驅動器步進電動機不能直接接到直流或交流電源上工作，必須接入專用的步進電動機驅動器（圖4-4）才能正常使用。圖4-5所示為控制器、步進電動機驅動器、步進電動機之間的關系，圖4-6所示為混合式步進電動機拆解圖。控制器將脈沖和方向信號發送到步進電動機驅動器，步進電動機驅動器將控制器發來的脈沖信號轉換為激勵步進電動機旋轉所需的功率信號。步進電動機驅動器通常都帶有細分功能，可以對步距角和電流進行細分，從而實現更精準的控制。圖4-5控制器、步進電動機驅動器和步進電動機之間的關系圖4-6混合式步進電動機拆解圖三、實踐操作（3）步進電動機的工作原理通常，步進電動機的轉子為永磁體，當電流流過定子繞組時，產生—矢量磁場，該磁場會帶動轉子旋轉一定的角度，使轉子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個角度，轉子也隨著該磁場旋轉一個步距角。每輸入一個電脈沖，步進電動機轉動一個角度，前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數成正比，轉速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，步進電動機就會反轉。所以可用控制脈沖數量、頻率及步進電動機各相繞組的通電順序來控制步進電動機的轉動，如圖4-7所示。圖4-7步進電動機的截面圖三、實踐操作（4）步進步進電動機的基本參數1）靜態指標①相數：指產生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數，也可以理解為步進電動機中線圈的組數。②拍數：指完成一個磁場周期性變化所需脈沖數或導電狀態，或指電動機轉過一個齒距角所需的脈沖數，用n表示。③步距角：指一個脈沖信號所對應的電動機轉動的角度，可以簡單理解為一個脈沖信號驅動的角度。④定位轉矩：指步進電動機各相繞組不通電且處于開路狀態時，由于混合式步進電動機轉子上有永磁材料產生磁場，從而產生的轉矩。⑤靜轉矩：指步進電動機在不考慮電動機負載情況下的轉矩值。靜轉矩越大，表示步進電動機的負載能力越強，工作性能越好。三、實踐操作2）動態指標①步距角精度：步進電動機轉動一個步距角的理論值與實際值的誤差。它可用百分比表示：誤差/步距角×100%。②失步：指步進電動機運轉時，運轉的步數不等于理論上的步數，也可以稱做丟步，一般是因負載太大或者是頻率過快造成的。③失調角：指轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，步進電動機運轉時存在失調角，由失調角產生的誤差采用細分驅動是不能解決的。④最大空載起動頻率：指步進電動機在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。⑤最大空載的運行頻率：指步進電動機不帶負載的最高轉速頻率。⑥運行轉矩頻特性：指在某些測試條件下測得的輸出轉矩與頻率之間的關系。⑦正反轉控制：通過改變通電順序而改變步進電動機的正反轉方向。三、實踐操作2.三相異步電動機工業機器人應用編程考核平臺上，帶傳送模塊使用的電動機為三相異步電動機，通過V20變頻器實現三相異步電動機的調速控制，即實現傳送帶的變速運行。（1）三相異步電動機簡介三相異步電動機是感應電動機的一種，是靠同時給三相對稱定子繞組通入三相對稱交流電流供電的電動機。由于三相異步電動機的轉子與定子旋轉磁場以相同的方向、不同的轉速旋轉，存在轉差率，所以叫三相異步電動機。三相異步電動機轉子的轉速低于定子旋轉磁場的轉速，轉子繞組因與定子磁場間存在相對運動而產生電動勢和電流，并與定子磁場相互作用產生電磁轉矩，實現能量變換。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節省材料。三、實踐操作（2）三相異步電動機工作原理為當電動機的三相定子繞組（各相差120°相位角）通入三相對稱交流電后，將產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場切割轉子繞組，從而在轉子繞組中產生感應電流（轉子繞組是閉合通路），載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下將產生電磁力，從而在三相異步電動機轉軸上形成電磁轉矩，驅動其旋轉，并且三相異步電動機的旋轉方向與旋轉磁場方向相同。以三相異步電動機為原動力拖動傳送帶運轉時，將三相異步電動機的電能傳輸給皮傳送帶，帶轉化為機械能。（3）三相異步電動機參數本考核平臺使用型號為3IK15GN-S/3GN20K，3AC220V15W的三相異步電動機。該電動機結構簡單、運行可靠、質量小、價格便宜。三、實踐操作（4）變頻器簡介變頻器是應用變頻技術與微電子技術，通過改變電動機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅動單元、檢測單元和微處理單元等組成。變頻器靠內部絕緣柵雙極晶體管（IGBT）的開斷來調整輸出電源的電壓和頻率，根據電動機的實際需要來提供其所需要的電源電壓，進而達到節能、調速的目的。另外，變頻器還有很多保護功能，如過電流、過電壓和過載保護等。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器得到了非常廣泛的應用。本平臺使用V20變頻器，型號為6SL3210-5BB12-5UV1，參數為AC220V0.25kW（標準版）。該款變頻器結構緊湊、堅固耐用、調試迅速、操作簡便且經濟實用，在帶傳送模塊中主要負責調整電動機的功率、實現電動機的變速運行，以達到省電的目的，同時變頻器還可以降低電力線路電壓波動的影響。SINAMICSV20變頻器（圖4-8）可通過RS485接口的USS協議與西門子PLC進行通信。可以通過參數設置為RS485接口選擇USS或者MODBUSRTU協議。圖4-8SINAMICSV20變頻器三、實踐操作3.伺服電動機“伺服”一詞是來源于希臘語“奴隸”的意思，那么伺服電動機也可以理解為絕對服從控制信號指揮的電動機，所以伺服電動機是指在伺服系統中被控制的電動機。如果單指一個電動機的話，那只能算一個被控的機械元件，加上閉環控制系統就可以稱之為伺服系統中的電動機。伺服電動機廣泛應用于各種控制系統中，能將輸入的電壓信號轉換為電動機軸上的機械輸出量，拖動被控制元件，從而達到控制目的。伺服電動機系統如圖4-9所示。伺服電動機要求：電動機的轉速要受所加電壓信號的控制，轉速能夠隨著所加電壓信號的變化而連續變化，轉矩能通過控制器輸出的電流進行控制，電動機的反映要快、體積要小、控制功率要小。伺服電動機主要應用在各種運動控制系統中，尤其是隨動系統。圖4-9伺服電動機系統三、實踐操作伺服電動機有直流伺服電動機和交流伺服電動機之分，早期，在控制精度要求不高的情況下，大都采用一般的直流電動機作伺服電動機。當前隨著永磁同步電動機技術的飛速發展，絕大部分的伺服電動機是指交流永磁同步伺服電動機或者直流無刷電動機。其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。（1）直流伺服電動機特性1）機械特性。在輸入的電樞電壓保持不變時，直流伺服電動機的轉速隨電磁轉矩變化而變化。2）調節特性。直流電動機在一定的電磁轉矩（或負載轉矩）下，直流伺服電動機的穩態轉速隨電樞控制電壓的變化而變化。3）動態特性。從原來的穩定狀態到新的穩定狀態，存在一個過渡過程。（2）交流伺服電動機特性1）無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養要求低。2）定子繞組散熱比較方便。3）慣量小，易于提高系統的快速性。三、實踐操作4.PLC設備組態（1）PLC設備組態環境（表4-1）三、實踐操作4.PLC設備組態（2）PLC設備組態的操作步驟（表4-2）三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作5.PLC標準軸設定

實訓平臺第七軸PLC標準軸設定步驟見表4-4。三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作6.示教器編程基本指令操作機器人子程序調用的操作步驟見表4-5。三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作二、任務實施1.旋轉供料模塊應用編程

（1）旋轉供料模塊的安裝步驟（表4-6）三、實踐操作三、實踐操作（2）旋轉供料模塊PLC編程的操作步驟（表4-7）三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作2.井式供料模塊應用編程（1）井式供料模塊的安裝步驟（表4-8）三、實踐操作三、實踐操作（2）井式供料模塊的編程1）井式供料模塊I/O變量見表4-9。三、實踐操作2）井式供料模塊PLC編程步驟見表4-10。三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作3.帶傳送模塊應用編程（1）帶傳送模塊的安裝步驟（表4-11）三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作（2）帶傳送模塊的組態與編程（表4-12）三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作4.伺服電動機模塊應用編程

（1）伺服電動機模塊的安裝步驟（表4-13）三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作（2）伺服電動機模塊的組態編程操作步驟（表4-14）三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作5.觸摸屏裝配啟動編程（1）觸摸屏裝配啟動編寫步驟見表4-15三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作（2）工業機器人諧波減速器的裝配運動軌跡規劃（圖4-10）圖4-10工業機器人諧波減速器的裝配運動軌跡規劃三、實踐操作（3）工業機器人諧波減速器裝配外部I/O功能說明見附錄B（4）使用示教器“工具/基坐標管理”功能標定平口夾爪的工具坐標的操作步驟（表4-16）三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作（4）工業機器人諧波減速器裝配程序的建立（表4-17~表4-20）三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作三、實踐操作6）工業機器人諧波減速器裝配主程序見表4-21裝配機器人是柔性自動化裝配系統的核心設備，由機器人操作機、控制器、末端執行器和傳感系統組成。其中，機器人操作機的結構類型有水平關節型、直角坐標型、多關節型和圓柱坐標型等；控制器一般采用多CPU或多級計算機系統，可實現運動控制和運動編程；末端執行器為適應不同的裝配對象而設計成各種手爪和手腕等；傳感系統用來獲取裝配機器人與環境和裝配對象之間相互作用的信息。裝配機器人廣泛應用在工業生產中的各個領域。主要用于各種電器制造(如電視機、錄音機、洗衣機、電冰箱和吸塵器等)、小型電機、汽車及其部件、計算機、玩具、機電產品及其組件的裝配等方面。例如在汽車裝配行業中，人工裝配已基本上被自動化生產線所取代，這樣既節約了勞動成本，降低了勞動強度，又提高了裝配質量，并且保證了裝配安全。隨著裝配機器人功能的不斷發展和完善，以及裝配機器人成本的降低，未來它將在更多的領域發揮更加重要的作用。四、知識拓展工業機器人在裝配工作中的應用及優勢如下：（1）靈活性強、局限性小在流水線中利用工業機器人來代替人工完成裝配工作，首先提高了裝配工作效率，其次由于它取代了人工裝配，可以減少采用人工裝配時所要支付的薪酬，工業機器人在購買及安裝后，僅在檢修維護時會用到少數資金。除此之外，工業機器人可以連續進行快速裝配工作，不會因長時間工作而產生疲勞感，在工作量大的裝配車間，可以在一臺工業機器人上安裝多個機械爪，使裝配速度大幅度提升。在一些較差的工作環境中，完全可以利用工業機器人來取代人工進行裝配工作，機器人不會因為環境因素而降低裝配速度，也不會因為有過多的防護措施使裝配效率下降。（2）操作性簡便雖然整個裝配工作流水線都是由工業機器人來完成，但是其操作并不復雜，只需要專業技術人員按照裝配工作要求，為工業機器人設定一系列的工作參數后，便可以進行裝配工作。在為工業機器人設定工作參數時，也無需在每臺工業機器人上進行設定，完全可以將各臺工業機器人通過互聯網連接，在計算機上進行統一設定。四、知識拓展（3）應用范圍廣工業機器人不僅可以在生產流水線上發揮重要作用，在其他裝配工作中同樣可以使用工業機器人，比如在快遞站點，對貨物進行裝配時，可以給機器人安裝二維碼識別設備，通過識別快遞物件上的二維碼，得到快遞發送地址的信息，工業機器人再根據二維碼上的信息，將貨物分揀到相對應的窗口。又如在港口碼頭，同樣可以利用工業機器人完成集裝箱的裝配工作。（4）工業機器人在裝配工作中的發展方向在工業機器人發展中，應該更加注重工業機器人的智能化及自主修復功能的發展。在智能化方面，可以對機器人加裝物理傳感器及光學傳感器，再對工業機器人設定智能思維，使工業機器人在裝配工作中能更大地發揮其作用。除此之外，現今工業機器人水平還無法保證其在工作過程中不會發生故障，因此，應針對這一影響裝配工作效率的因素進行改進，工業機器人應該擁有自我修復的能力，在工作中，通過工業機器人的檢測裝置及時發現自身故障，并能自我修復，減少影響裝配速度的因素。四、知識拓展近幾年來，我國在汽車、電子等行業相繼引進了不少配有裝配機器人的先進生產線。除此之外，我國一些大專院校和科研單位也相繼從國外進口了一些裝配機器人，這些設備的引入也在相關領域的研究工作