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1、1,工业机器人技术及应用, 搬运机器人及其操作应用,讲授：陈克宗,2,章节目录,5.1 搬运机器人的分类及特点,5.2 搬运机器人的系统组成,5.3 搬运机器人的作业示教,5.3.1 冷加工搬运机器人,5.3.2 热加工搬运机器人,思考练习,学习目标 导入案例,扩展与提高 本章小结,课堂认知,5.4 搬运机器人的周边设备 .,5.4.1 周边设备,5.4.2 工位布局,返回,目录,1/52,3,课前回顾,所,处,位,置,如何使用在线示教方式进行工业机器人任务编程 ？,如何进行工业机器人离线作业示教再现 ？,【,课,前,回,顾,】,返回,目录,2/52,4,学习目标,所,处,位,置,了解搬运机器
2、人的分类及,能够识别搬运机器人工作,特点,站基本构成,【,学,掌握搬运机器人的系统组,能够进行搬运机器人的简,习,目,成及其功能,单作业示教,标,】,熟悉搬运机器人作业示教,的基本流程,熟悉搬运机器人的周边设,备与布局,返回,目录,3/52,认知目标,能力目标,5,导入案例,所,处,机器人助力机床上下料，国产高效智能压铸装备研制成功,位,置,智能压铸岛是以压铸机为核心设备构成的一组智能化生产单元，以无人化生,产管理方式自动完成从原材料到,【,合格铸件成品间的工艺生产流程，,导,入,实现压铸生产的程序化、数字化,案,和远程控制。 高效智能压铸岛以,例,】,压铸机为 核心，配备 3-10 个机器,
3、人和多部 AGV 小车，集成多个控,制系统、伺服系统、检测系统于,一体，包括铝液智能熔化系统、,伺服定量浇注系统、炉料回收系,统、智能熔体含气量检测系统、,真空压铸系统自动模温机、 自动三维伺服喷涂机械手、耐高温抗腐蚀的装件取件,机器人、镶嵌自动快速加热和均温装置、自动型芯冷却系统、自动余料去除及飞,边清理装置、大型精密压铸模具、输送带、冷却装置、在线智能检测系统、激光,打标机、智能转运小车、压铸生产信息化管理系统、嵌入式专用控制器、压铸专,返回,家系统等设备和系统。,目录,4/52,6,5.1 搬运机器人的分类及特点,搬运机器人具有通用性强、工作稳定的优点，且操作简便、功能丰富，逐渐,所,向
4、第三代智能机器人发展，其主要优点有。,处,位,置,动作稳定和提高搬运准确性 。,【,提高生产效率，解放繁重体力劳动，,课,堂,实现“无人”或“少人”生产 。,认,知,】,改善工人劳作条件，摆脱有毒、有,害环境 。,柔性高、适应性强，可实现多,形状、不规则物料搬运 。,定位准确，保证批量一致性 。,降低制造成本，提高生产效益。,返回,目录,5/52,7,5.1 搬运机器人的分类及特点,从结构形式上看，搬运机器人可分为 龙门式搬运机器人、悬臂式搬运机器,所,处,人、侧壁式搬运机器人、摆臂式搬运机器人和关节式搬运机器人 。,位,置,【,课,堂,认,知,】,悬臂式搬运机器人,龙门式搬运机器人,侧壁式搬
5、运机器人,返回,摆臂式搬运机器人,关节式搬运机器人,搬运机器人分类,目录,6/52,8,5.1 搬运机器人的分类及特点,龙门式搬运机器人,所,处,其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。其多采用模块化结构，可依据负,位,载位置、大小等选择对应直线运动单元及组合结构形式，可实现实现大物料、,置,重吨位搬运，采用直角坐标系，编程方便快捷， 广泛运用于生产线转运及机,床上下料等大批量生产过程。,悬臂式搬运机器人,【,课,其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。其也可随不同的应用采取相应,堂,认,的结构形式 。广泛运用于卧式机床、立式机床及特定机床内部和冲压机热,知,处理机床自动上下料
6、。,】,X,Z,Y,Y,Z,X,返回,悬臂式搬运机器人,龙门式搬运机器人,目录,7/52,9,5.1 搬运机器人的分类及特点,侧壁式搬运机器人,所,处,其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。其也可随不同的应用采取相应的结,位,构形式。主要运用于立体库类，如档案自动存取、全自动银行保管箱存取系统,置,等。,摆臂式搬运机器人,【,课,其坐标系主要由 X 轴、 Y 轴和 Z 轴组成。 Z 轴主要是升降，也称为主轴。 Y,堂,轴的移动主要通过外加滑轨， X 轴末端连接控制器，其绕 X 轴的转动，实现 4,认,知,轴联动。 广泛应用于国内外生产厂家，是关节式机器人的理想替代品，但其,】,负载程
7、度相对于关节式机器人小。,X,Z,Z,Y,Y,X,返回,侧壁式搬运机器人,摆臂式搬运机器人,目录,8/52,10,5.1 搬运机器人的分类及特点,关节式搬运机器人,所,处,关节式搬运机器人是当今工业产业中常见的机型之一，其拥有 56 个轴，行为,位,动作类似于人的手臂，具有结构紧凑、占地空间小、相对工作空间大、自由度高,置,等特点，适合于几乎任何轨迹或角度的工作。,【,课,堂,认,知,】,关节式搬运机器人,龙门式、悬臂式、侧壁式和摆臂式搬运机器人均在直角式坐标系下作业，,其适应范围相对较窄、针对性较强，适合定制专用机来满足特定需求。,直角式（桁架式）搬运机器人和关节式机器人在实际运用中都有如下
8、特性 :,1 ）能够实时调节动作节拍、移动速率、末端执行器动作状态。,2 ）可更换不同末端执行器以适应物料形状的不同，方便、快捷。,返回,3 ）能够与传送带、移动滑轨等辅助设备集成，实现柔性化生产。,目录,4 ）占地面积相对小、动作空间大，减少厂源限制。,9/52,11,5.2 搬运机器人的系统组成,搬运机器人是一个完整系统。以关节式搬运机器人为例，其工作站主要有 操作,所,机、控制系统、搬运系统（气体发生装置、真空发生装置和手爪等）和安全保护装,处,置组成。,位,置,5,3,1,2,6,【,课,堂,认,知,4,】,1 机器人控制柜； 2 示教器； 3 气体发生装置； 4 真空发生装置； 5
9、操作机； 6 端拾器（手爪）,搬运机器人系统组成,返回,目录,10/52,12,5.2 搬运机器人的系统组成,关节式搬运机器人常见的本体有 4-6 轴。 6 轴搬运机器人本体部分具有回转、,所,抬臂、前伸、手腕旋转、手腕弯曲和手腕扭转 6 个独立旋转关节，多数情况下 5 轴,处,位,搬运机器人略去手腕旋转这一关节， 4 轴搬运机器人则略去了手腕旋转和手腕弯,置,曲这两个关节运动。,【,课,堂,认,知,】,c) 六轴,a) 四轴,b) 五轴,返回,搬运机器人运动轴,目录,11/52,13,5.2 搬运机器人的系统组成,常见的搬运机器人末端执行器有 吸附式 、 夹钳式 和 仿人式 等。,所,处,吸
10、附式,吸附式末端执行器依据吸力不同可分为 气吸附 和 磁吸附 。,位,置,1) 气吸附 主要是利用吸盘内压力和大气压之间压力差进行工作，依据压,力差分为真空吸盘吸附、气流负压气吸附、挤压排气负压气吸附等。,【,课,堂,通过连接真空发生装置和气,认,知,体发生装置实现抓取和释放,】,工件，工作时，真空发生装置,将吸盘与工件之间的空气吸走,使其达到真空状态，此时，吸,盘内的大气压小于吸盘外大气,压，工件在外部压力的作用下,被抓取。,1 橡胶吸盘； 2 固定环； 3 垫片,4 支撑杆； 5 螺母； 6 基板,真空吸盘吸附,返回,目录,12/52,14,5.2 搬运机器人的系统组成,1) 气吸附 主要
11、是利用吸盘内压力和大气压之间压力差进行工作，依据压,所,力差分为真空吸盘吸附、气流负压气吸附、挤压排气负压气吸附等。,处,位,置,【,课,堂,利用流体力学原理，通过,认,知,压缩空气（高压）高速流,】,动带走吸盘内气体（低压）,使吸盘内形成负压，同样,利用吸盘内外压力差完成,取件动作，切断压缩空气,随即消除吸盘内负压，完,成释放工件动作。,1 橡胶吸盘； 2 心套； 3 透气螺钉,4 支撑架； 5 喷嘴； 6 喷嘴套,气流负压气吸附,返回,目录,13/52,15,5.2 搬运机器人的系统组成,1) 气吸附 主要是利用吸盘内压力和大气压之间压力差进行工作，依据压,所,力差分为真空吸盘吸附、气流负
12、压气吸附、挤压排气负压气吸附等。,处,位,置,【,课,堂,认,利用吸盘变形和拉,知,杆移动改变吸盘内,】,外部压力完成工件,吸取和释放动作。,1 橡胶吸盘； 2 弹簧； 3 拉杆,挤压排气负压气吸附,返回,目录,14/52,16,5.2 搬运机器人的系统组成,2) 磁吸附 利用磁力进行吸取工件， 常见的磁力吸盘分为 永磁吸盘、电磁吸,所,处,盘、电永磁吸盘 等。,位,置,利用磁力线通路的连续性及,【,磁场叠加性而工作，永磁吸,课,堂,盘的磁路为多个磁系，通过,认,磁系之间的相互运动来控制,知,】,工作磁极面上的磁场强度的,强弱进而实现工件的吸附和,释放动作。,1 非导磁体； 2 永磁铁； 3
13、磁轭； 4 工件,永磁吸附,返回,目录,15/52,17,5.2 搬运机器人的系统组成,所,夹钳式,通过手爪的开启闭合实现对工件的夹取，由手爪、驱动机构、传动,处,机构、连接和支承元件组成。多用于负载重、高温、表面质量不高等吸附式无,位,置,法进行工作的场合。常见手爪前端形状分 V 型爪、平面型爪、尖型爪 等。,1) V 型爪,常用于圆柱形工件，其加持稳固可靠，误差相对较小。,【,2) 平面型爪 多数用于加持方形工件（至少有两个平行面如方形包装盒等），厚,课,堂,板形或者短小棒料。,认,知,3) 尖型爪 常用于加持复杂场合小型工件，避免与周围障碍物相碰撞，也可加,】,持 炽热工件，避免搬运机器
14、人本体受到热损伤。,V 型爪,平面型爪,尖型爪,返回,目录,16/52,18,5.2 搬运机器人的系统组成,2) 磁吸附 利用磁力进行吸取工件， 常见的磁力吸盘分为 永磁吸盘、电磁吸,所,处,盘、电永磁吸盘 等。,位,1,置,-,+,2,【,课,堂,认,利用内部激磁线圈通,知,直流电后产生磁力，,】,而吸附导磁性工件。,3,1 直流电源； 2 激磁线圈； 3 工件,电磁吸附,电永磁吸附 是利用永磁磁铁产生磁力，利用激磁线圈对吸力大小进行,控制，起到“开、关”作用。,磁吸附只能吸附对磁产生感应物体起作用，故对于要求不能有剩磁的工,件无法使用，且磁力受高温影响较大，故在高温下工作亦不能选择磁吸附，
15、,返回,所以在使用过程中有一定局限性。常适合要求抓取精度不高且在常温下工作,目录,的工件。,17/52,19,5.2 搬运机器人的系统组成,根据被抓取工件形状、大小及抓取部位的不同，爪面形式常有平滑爪面、齿,所,处,形爪面和柔性爪面。,位,置,指爪面光滑平整，多数用来加持已加工好的工件表面，保证加工,平滑爪面,【,课,表面无损伤。,堂,认,知,】,指爪面刻有齿纹，主要目的是增加与加持工件的摩擦力，确保加持,齿形爪面,稳固可靠，常用于加持表面粗糙毛坯或半成品工件。,内镶有橡胶、泡沫、石棉等物质，起到增加摩擦、保护已加工工件,表面、隔热等作用。多用于加持已加工工件、炽热工件、脆性或薄,柔性爪面,壁工件等。,返回,目录,18/52,20,5.2 搬运机器人的系统组成,仿人式 仿人式末端执行器是针对特殊外形工件进行抓取的一类手爪，其主,所,要包括 柔性手 和 多指灵巧手 。,处,位,置,1) 柔性手 柔性手的抓取是多关节柔性手腕，每个手指有多个关节链组成，有,摩擦轮和牵引丝组成，工作时通过一根牵引线收紧另一根牵引线放松实现抓取，,其抓取不规则、圆形等轻便工件。,【,课,2) 多指灵巧手 多指灵巧手包括多根手指，每根手指都包含 3 个回转自由度且,堂,为独立控制，实现精确操作，广泛应用于核工业、航天工业等高精度作业。,认,知,】,柔性手,灵巧手,返回,目录,19
