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1、工业机器人工作站系统集成,主讲教师：汪励,单元二 搬运工作站工业机器人的选型,工作任务描述: 根据系统要求选择工业机器人；画出安川机器人使用外部信号控制其运行的电路图。 学习目标: 通过本任务学习，应能： 1.了解工业机器人的组成及各部分的作用。 2.熟悉工业机器人的技术参数及选择依据。 3.掌握工业机器人的接口技术及控制方法。,所谓工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人，而搬运机器人就是用于搬运工作的工业机器人。 工业机器人是目前技术上最成熟的机器人，它是能根据预先编制的操作程序自动重复工作的自动化机器，其应用非常广泛，种类也很多，选择一个适合的工业机器人来满足生产需要显得
2、十分关键。,知识准备,一、工业机器人的组成与分类,知识准备,1工业机器人的组成 工业机器人是机电一体化的系统，它通常由执行机构、机械本体、控制系统、检测系统等几部分组成，组成部分关系图如图所示。,知识准备,1工业机器人的组成 (1) 执行机构 执行机构可以抓起工件，并按规定的运动速度、运动轨迹、把工件送到指定位置处，放下工件。通常执行机构有以下几个部分。 1) 手部 手部是工业机器人用来握持工件或工具的部位，直接与工件或工具接触。有些工业机器人直接将工具（如电焊枪、油漆喷枪、容器等）固定在手部，它就不再另外安装手部了。 2) 腕部 腕部是将手部和臂部连接在一起的部件。它的作用是调整手部的方位和
3、姿态，并可扩大臂部的活动范围。 3) 臂部 臂部支承着腕部和手部，使手部活动的范围扩大。 无论是手部、腕部或是臂部都有许多轴孔，孔内有轴，轴和孔之间形成一个关节，机器人有一个关节就有了一个自由度。,一、工业机器人的组成与分类,知识准备,1工业机器人的组成 (2) 机械本体 1) 机械本体的作用 机械本体用来支承手部、腕部和臂部，驱动装置及其他装置也固定在机械本体上。 2) 行走机构 行走机构用来移动工业机器人。对于可以行走的工业机器人，其机械本体是可以移动的；否则，机械本体直接固定在基座上。有的行走机构是模仿人的双腿，有的只不过是轨道和车轮机构而已。,一、工业机器人的组成与分类,知识准备,1工
4、业机器人的组成 (3) 驱动系统 驱动系统装在机械本体内，驱动系统的作用是向执行元件提供动力。根据不同的动力源，驱动系统的传动方式也分为液压式、气动式、电动式和机械式四种。,一、工业机器人的组成与分类,知识准备,1工业机器人的组成 (4) 控制系统 1) 控制系统的作用 控制系统是工业机器人的指挥中心，控制工业机器人按规定的程序动作。控制系统还可存储各种指令（如动作顺序、运动轨迹、运动速度以及动作的时间节奏等），向各个执行元件发出指令。必要时，控制系统可对自己的行为加以监视，一旦有越轨的行为，能自己排查出故障发生的原因并及时发出报警信号。 2) 人工智能系统 人工智能系统赋予工业机器人五种感觉
5、功能，以实现机器人对工件的自动识别和适应性操作。具有自适应性的智能化的机械系统也是当前机电一体化技术的发展方向，模糊计算机的应用虽然处于这一步的初级阶段，但真正具有自适应性的智能化系统必将在这里突破。,一、工业机器人的组成与分类,知识准备,1工业机器人的组成 (5) 监测系统 监测系统主要用来检测自己的执行系统所处的位置、姿势，并将这些情况及时反馈给控制系统，控制系统根据这个反馈信息在发出调整动作的信号，使执行机构进一步动作，从而使执行系统以一定的精度到达规定的位置和姿势。,一、工业机器人的组成与分类,知识准备,2工业机器人的分类 (1) 按臂部的运动形式分类 1) 直角坐标型的臂部可沿三个直
6、角坐标移动； 2) 圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作； 3) 球坐标型的臂部可回转、俯仰和伸缩； 4) 关节型的臂部有多个转动关节；,一、工业机器人的组成与分类,知识准备,2工业机器人的分类 (2) 按执行机构运动的控制机能分类 工业机器人按执行机构运动的控制机能，可分点位型和连续轨迹型。 点位型：控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业； 连续轨迹型：可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。,一、工业机器人的组成与分类,知识准备,2工业机器人的分类 (3) 按程序输入方式分类 工业机器人按程序输入方式分有编程输入型和示教输入
7、型两类。 编程输入型是将计算机上已编好的作业程序文件，通过RS232串口或者以太网等通信方式传送到机器人控制系统。,一、工业机器人的组成与分类,知识准备,2工业机器人的分类 (3) 按程序输入方式分类 示教输入型的示教方法有两种： 一种是由操作者用手动控制器（示教器），将指令信号传给驱动系统，使执行机构按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍； 另一种是由操作者直接移动执行机构，按要求的动作顺序和运动轨迹操演一遍。在示教过程的同时，工作程序的信息即自动存入程序存储器中在机器人自动工作时，控制系统从程序存储器中检出相应信息，将指令信号传给驱动机构，使执行机构再现示教的各种动作。 示教输入程序的工业机器
8、人也称为示教再现型工业机器人。,一、工业机器人的组成与分类,知识准备,2工业机器人的分类 (3) 按程序输入方式分类 具有触觉、力觉或视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。,一、工业机器人的组成与分类,知识准备,2工业机器人的分类 (4) 按用途分类 工业机器人按用途可分为搬运机器人、焊接机器人、装配机器人、上下料机器人、码垛机器人、喷漆机器人、涂胶机器人、采矿机器人、食品工业机器人等。 工业机器人的部分应用如图所示。,一、工业机器人的组成与
9、分类,a) 弧焊机器人 b) 搬运机器人 c)点焊机器人 d) 机床上下料机器人,知识准备,(1) 自由度（DOF） 机器人的自由度（Degree of Freedom）是指其末端执行器相对于参考坐标系能够独立运动的数目，但并不包括末端执行器的开合自由度。自由度是机器人的一个重要技术指标，它是由机器人的结构决定的，并直接影响到机器人是否能完成与目标作业相适应的动作。,二、工业机器人的主要技术参数,知识准备,(2) 工作空间 机器人的工作空间（Working Space）是指机器人末端上参考点所能达到的所有空间区域。由于末端执行器的形状尺寸是多种多样的，为真实反映机器人的特征参数，工作空间是指不
10、安装末端执行器时的工作区域。,二、工业机器人的主要技术参数,知识准备,(3) 额定负载、额定速度 机器人在保持运动平稳性和位置精度的前提下所能达到的最大速度称为额定速度。 机器人在额定速度和规定性能范围内，末端执行器所能承受负载的允许值称为额定负载。,二、工业机器人的主要技术参数,知识准备,(4) 分辨率 机器人的分辨率由系统设计参数决定，并受到位置反馈检测单元性能的影响。 分辨率分为编程分辨率和控制分辨率，统称为系统分辨率。 编程分辨率是指程序中可以设定的最小距离单位，又称基准分辨率； 控制分辨率是指位置反馈回路能够检测到的最小位移量。 当编程分辨率和控制分辨率相等时，系统性能达到最高。,二
11、、工业机器人的主要技术参数,知识准备,(5) 精度 机器人精度是指定位精度和重复定位精度。 定位精度是指机器人手部实际到达位置与目标位置之间的差异；重复定位精度是指机器人重复定位其手部与同一目标位置的能力。,二、工业机器人的主要技术参数,知识准备,在选择工业机器人时，为了满足功能要求，必须从可搬运重量、工作空间、自由度等方面来分析，只有它们同时被满足或者增加辅助装置后即能满足功能要求的条件，所选用的工业机器人才是可用的。 机器人的选用也常受机器人市场供应因素的影响，所以，还需考虑市场价格，只有那些可用而且价格低廉、性能可靠，且有较好的售后服务，才是最应该优先选用的。,三、工业机器人的选择,知识
12、准备,目前，机器人在许多生产领域里得到了广泛应用，如装配、焊接、喷涂和搬运码垛等。各种应用领域必然会有各自不同的环境条件，为此，机器人制造厂家根据不同的应用环境和作业特点，不断地研究、开发和生产出了各种类型的机器人供用户选用。各生产厂家都对自己的产品给出了最合适的应用领域，不仅光考虑了功能要求，还考虑了其他应用中的问题，如强度刚度、轨迹精度、粉尘及温湿度等特殊要求。,三、工业机器人的选择,知识准备,同时还要考虑工作站对生产节拍的要求。生产节拍（生产周期）是指机器人工作站完成一个工件规定的处理作业内容所要求的时间，也就是用户规定的丰产量对机器人工作站工作效率的要求。在总体设计阶段，首先要根据计划
13、年产量计算出生产节拍，然后对具体工件进行分析，计算各环节处理动作的时间，确定出完成一个工件处理作业的生产周期。 工业机器人选型时还要着重考虑负载能力、工作范围、重复精度等技术参数是否满足要求。,三、工业机器人的选择,知识准备,安川MH6机器人是由日本安川公司（YASKAWA）开发的用于工业领域的机器人，广泛应用于搬运、码垛、焊接、浇铸、涂胶、取放、水刀切割、灌注等工业领域。它拥有6个自由度，使用高精度伺服电机驱动，在一定工作范围中可以像人的手臂一样灵活、准确的运动。它拥有40个通用I/O接口，单个机器人可同时与多个外部设备配套，同时也可以多个机器人共同协作运动，高效而准确的完成各种复杂的工序，
14、极大的提高了工业生产的效率和精度。,四、安川MH6机器人的认识,知识准备,1. 安川MH6机器人的组成 安川MH6机器人系统由机器人本机、控制柜和示教编程器组成。 (1) 机器人本体 MH6机器人本体由6个高精密伺服电机按特定关系组合而成，如图所示。,四、安川MH6机器人的认识,知识准备,1. 安川MH6机器人的组成 本体的6个伺服电机分别控制机器人的S、L、U、R、B、T各轴的运动，6轴的位置及运动方向如图所示。,四、安川MH6机器人的认识,为了避免各轴运转过度导致设备损坏，各轴均有限位设置，控制箱本身程序中已设置软限位，该限位略小于硬限位。实际工作中，当设备将要运行至硬限位时，电机将会减速
15、，到软限位时停止并提示“超出运动范围”。,知识准备,安川MH6机器人本体的主要技术参数,四、安川MH6机器人的认识,知识准备,1. 安川MH6机器人的组成 (2) DX100控制柜 机器人控制柜DX100主要由主控、伺服驱动、内置PLC 等部分组成。除了控制机器人动作外,还可以实现输入输出控制等。 主控部分按照示教编程器提供的信息，生成工作程序,并对程序进行运算，发出各轴的运动指令，交给伺服驱动；伺服驱动部分将从主控来的指令进行处理，产生伺服驱动电流，驱动伺服电机；内置PLC 则主要进行输入输出控制。,四、安川MH6机器人的认识,知识准备,DX100控制柜规格,四、安川MH6机器人的认识,知识
16、准备,1. 安川MH6机器人的组成 (2) DX100控制柜 DX100 由单独的部件和功能模块（多种基板）组成。出现故障后的失灵元件通常可容易地用部件或模块来进行更换。DX100的部件和基板配置如图所示。,四、安川MH6机器人的认识,知识准备,1. 安川MH6机器人的组成 (2) DX100控制柜 1) 电源接通单元(JZRCR-YPU01-1),四、安川MH6机器人的认识,电源接通单元是由电源接通顺序基板(JANCD-NTU）和伺服电源接触器(1KM, 2KM) 以及线路滤波器(1Z) 组成，如图所示。,电源接通单元根据来自电源接通顺序基板的伺服电源控制信号的状态，打开或关闭伺服电源接触器，供给伺服单元电源（三相交流200至220V）。电源接通单元经过线路滤波器对控制电源供给电源（单相交流200至220V）。,知识准备,1. 安川MH6机器人的组成 (2) DX100控制柜 2) 基本轴控制基板（SRDA-EAXA01） 基本轴控制基板（SRDA-EAXA01）控制机器人六个轴的伺服电机，它也控制整流器、PWM 放大器和电源接通单元的电源
