工业机器人 第7章

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1、第7章 工业机器人系统,7.1 在生产中引入工业机器人系统的方法 7.2 工程工业机器人和外围设备 7.3 机械加工作业的机器人系统 7.4 装配作业的机器人系统 7.5 焊接作业的机器人系统 7.6 FMS和工业机器人 习题,7.1 在生产中引入工业机器人系统的方法,7.1.1 可行性分析 1. 技术上的可能性与先进性 这是可行性分析首先要解决的问题。为此,必须首先进行可行性调查, 主要包括: 用户现场调研和相似作业的实例调查等。充分取得了调查资料之后, 就要规划初步的技术方案, 为此要进行如下工作: 作业量及难度分析; 编制作业流程卡片; 绘制时序表, 确定作业范围并初选机器人型号; 确定

2、相应的外围设备; 确定工程难点并进行试验取证; 确定人工干预程度等。 最后, 提出几个规划方案并绘制相应的机器人工作站或生产线的平面配置图, 编制说明文件。然后对各方案进行先进性评估, 具体包括机器人系统、外围设备以及控制、通讯系统等的先进性。 ,2. 投资上的可能性和合理性 根据前面提出的技术方案, 按机器人系统、 外围设备、 控制系统以及安全保护设施等逐项进行估价, 并考虑工程进行中可以预见和不可预见的附加开支, 按工程计算方法得到初步的工程造价。,3. 工程实施过程中的可能性和可变更性 在满足前两项之后， 接下来便是引入方案, 还要对方案进行施工过程中可能性和可变更性的分析。 这是因为在

3、很多设备、原件等的制造、选购、运输、安装过程中, 还可能出现一些不可预见的问题, 必须找到发生问题时的替代方案。 在进行上述分析之后, 就可对机器人引入工程的初步方案进行可行性排序, 得出可行性结论, 并确定一个最佳方案, 再进行机器人工作站、 生产线的工程设计。,7.1.2 机器人工作站和生产线的详细设计 1. 规划及系统设计 规划及系统设计包括设计单位内部的任务划分, 机器人考查及询价, 编制规划单, 运行系统设计, 外围设备(辅助设备、 配套设备以及安全装置等)能力的详细计划, 关键问题的解决等。,2. 布局设计 布局设计包括机器人选用, 人-机系统配置, 作业对象的物流路线,电、液、气

4、系统走线,操作箱、电器柜的位置以及维护修理和安全设施配置等内容。 3. 扩大机器人应用范围辅助设备的选用和设计 此项工作的任务包括工业机器人用以完成作业的末端操作器、固定和改变作业对象位姿的夹具和变位机、改变机器人动作方向和范围的机座的选用和设计。一般来说,这一部分的设计工作量最大。,4. 配套和安全装置的选用和设计 此项工作主要包括为完成作业要求的配套设备(如弧焊的焊丝切断和焊枪清理设备等)的选用和设计; 安全装置(如围栏、 安全门等)的选用和设计以及现有设备的改造等内容。 5. 控制系统设计 此项设计包括选定系统的标准控制类型与追加性能, 确定系统工作顺序与方法及互锁等安全设计; 液压、

5、气动、 电气、 电子设备及备用设备的试验; 电气控制线路设计; 机器人线路及整个系统线路的设计等内容。,6. 支持系统 此项工作为设计支持系统,该系统应包括故障排队与修复方法, 停机时的对策与准备, 备用机器的筹备以及意外情况下的救急措施等内容。 7. 工程施工设计 此项设计包括编写工作系统的说明书, 机器人详细性能和规格的说明书、接收检查文本、标准件说明书, 绘制工程制图, 编写图纸清单等内容。,8. 编制采购资料 此项任务包括编写机器人估价委托书, 机器人性能及自检结果, 编制标准件采购清单、培训操作员计划、维护说明及各项预算方案等内容。,7.1.3 制造与试运行 1. 制作准备 制作准备

6、包括制作估价, 拟定事后服务及保证事项, 签订制造合同, 选定培训人员及实施培训等内容。 2. 制作与采购 此项任务包括设计加工零件的制造工艺, 零件加工, 采购标准件, 检查机器人性能, 采购件的验收检查以及故障处理等内容。,3. 安装与试运转 此项任务包括安装总体设备, 试运转检查, 试运转调整, 连续运转, 实施预期的机器人系统的工作循环、生产试车、 维护维修培训等内容。 4. 连续运转 连续运转包括按规划中的要求进行系统的连续运转和记录, 发现和解决异常问题, 实地改造, 接受用户检查, 写出验收总结报告等内容。 ,7.1.4 交付使用 1. 运转率检查 此项任务包括正常运转概率测定、

7、周期循环时间和产量的测定、停车现象分析及故障原因分析等内容。 2. 改进 此项任务包括正常生产必须改造事项的选定及实施和今后改进事项的研讨及规划等内容。,3. 评估 此项任务包括技术评估, 经济评估, 对现实效果和将来效果的研讨, 再研究课题的确定以及写出总结报告等内容。 由此看出, 在工业生产中引入机器人系统是一项相当细致复杂的系统工程,它涉及机、电、液、气、讯等诸多技术领域。 不仅要求人们从技术上进行可行性研究, 而且要从经济效益、 社会效益、企业发展等多方面进行可行性研究。只有立题正确、 投资准、选型好、设备经久耐用, 才能做到最大限度地发挥机器人的优越性, 提高生产效率。,7.2 工程

8、工业机器人和外围设备,1. 工业机器人和外围设备的任务 1) 自动化规模和工业机器人 实施自动化时, 无论使用工业机器人与否, 其规模的大小是一个重要的问题。工业机器人的规格和外围设备的规格都是随着自动化规模而变化的。 一般情况下,灵活性高的工业机器人的价格也高,但外围设备较为简单, 并能适应产品的型号变化。灵活性低的工业机器人,其外围设备较为复杂,当产品型号改变时,需要高额的投资。,2) 工业机器人和外围设备的选择 若要决定自动化的程度, 就必须确定工业机器人和外围设备的规格。 对于工业机器人而言, 首先必须确定的是选用市场出售的工业机器人还是选用特殊制造的工业机器人。 通常, 除生产一定数

9、量的同类工业机器人外,从市场上选择适合该系统使用的工业机器人, 既经济可靠, 又便于维护保养。,2. 外围设备的种类及注意事项 必须根据自动化的规模来决定工业机器人与外围设备的规格。 因作业对象不同, 其规格也多种多样。 从表7.1可看出, 机器人的作业内容大致可分为装卸、搬运作业和喷涂、焊接作业两种基本类型(后者持有喷枪、 焊枪或焊炬)。 当工业机器人进行作业时, 喷涂设备、焊接设备等作业装置都是很重要的外围设备。 这些作业装置一般都用于手工操作, 当用于工业机器人时, 必须对这些装置进行改造。,表7.1 工业机器人的作业和外围设备的种类,图 7.1 决定外围设备的过程,当采用以装卸为主要作

10、业内容的工业机器人实现自动化时, 决定外围设备的过程如图7.1所示。,7.3 机械加工作业的机器人系统,1. 概述 对机械加工的自动化生产, 必须根据生产线的形态,分不同情况进行考察, 一般分为以下几种情况: (1) 自动装卸专用机床的自动化(大批量加工)。 (2) 用机器人的通用数控机床的自动化(多品种、 中小批量生产)。 (3) 用机器人的多台专用机床或数控机床的自动化(多品种、 中批量的生产)。 (4) 由自动仓库、搬运台车、机器人等组成的机械加工工厂的无人化, 即柔性制造系统(FMS)(多品种、中批量生产)。,2. 轴类加工自动化系统 1) 基本事项 加工轴类的基本事项如下: (1)

11、工件概况见图7.2, 工件的种类达10种, 生产线适合每月固定产量的中批量生产。 (2) 有为了在加工中进行工件的热处理,由生产线上取出工件和将工件再一次放回到生产线上的情况; 也有从毛坯到成品, 生产线是连续的情况。,图 7.2 工件图,(3) 通过通用机床和工业机器人的组合, 可适应多种工件的柔性。 (4) 将已有的机床加以改造, 通过使用工业机器人, 用较低的价格实现自动化。 (5) 使用公司自制的工业机器人, 以实用为主, 采用维护简单的开关方式。 图7.3是系统的平面布置图。,图 7.3 系统布置图,2) 系统的构成 组成系统的主要机器说明如下: (1) 机器人本体。该系统采用由压缩

12、空气驱动, 机械止动定位的桥式行走型双臂工业机器人。 (2) 夹钳。装在机器人臂端的夹钳是由两根手指一副的手爪共两套组成, 能分别做左右运动, 通常采用的是能同心地夹住不同直径零件的定心式夹钳。 (3) 腕。 该腕有左右滑动(S轴)和把工件翻转的功能(轴)。 (4) 毛坯供给装置。在图7.3所示的双面加工机床后面的毛坯供给装置上装夹毛坯。 在此, 使用专用运载小车。 在毛坯切断加工时, 把装在小车里的毛坯用叉车按原样安装到机床上, 而后和机床同步, 按顺序自动送到生产线上。,(5) 中间工位(图7.3中的S1S7)。 在各机床间设置下列中间工位: S1: 两端加工后校正中心孔; S3、 S4:

13、 在生产线中间取出工件作热处理, 取出时用滑槽输送机, 放回时用斜槽输送机; S7: 送至磨床和把成品送出加工生产线, 兼用一台斜槽输送机; S2、 S4、 S5: 更换工件的夹钳及在机械发生故障时将其送出生产线。 S6: 把不合格品送出生产线。 (6) 控制装置。 采用触点式指令序列控制, 操作顺序由盒式程序的接插件确定。 可以简单地通过变换接插件来更换程序。 ,3) 自动化后的效果 经过自动化后, 可取得如下效果: (1) 5个人的工作由1个人承担; (2) 减少了半成品; (3) 生产量成倍增加。 除此之外, 用机械搬运质量为2030 kg的工件也比较安全。,3. 电动机轴加工生产线的自

14、动化 在多品种、小批量的电动机轴加工生产线中, 把工业机器人和外围设备巧妙地组合起来, 即可实现自动化。 1) 基本事项 人工作业的平面布置如图7.4所示。 该生产线自动化的基本要求如下;,图 7.4 人工作业时的平面布置,(1) 加工工件质量在2 kg以下, 具有16个品种; (2) 在本生产线中仅配备1名监视员兼毛坯供应员; (3) 有效利用空间, 以适用于以搬运式工业机器人为主体的生产线; (4) 多品种、 小批量的生产方式要求生产线具有柔性, 在这种情况下, 可用工业机器人和外围设备的组合; (5) 除机床的刀具调整和更换以外, 没有其他机械更换作业; ,(6) 工业机器人和外围设备程

15、序的更换, 可通过调整选择开关自动进行; (7) 为了解决各机床刀具调整与更换的周期长短不一的问题, 在机床之间应有储存零件的设备; (8) 毛坯的供给方式为分批式; (9) 自动流向最后的装配工序。,2) 系统的构成 图7.5为电动机轴加工自动生产线的总图。 下面说明组成该自动生产线的主要装置。,图 7.5 电动机轴自动加工生产线总图,(1) 工业机器人本体。该机器人是有效利用空间且定位精度高的电动装载式操作机。为了减少机床的损耗时间, 要用高速型机器人(升降速度: 40 m/min 48 m/min, 横向速度:40 m/min 48 m/min),停止时需使用缓冲器, 以提高定位精度。采

16、用新研制的手爪, 即使零件直径不同, 其中心也不会偏移。根据零件长度和阶梯位置的不同, 夹紧位置的选择应与各工序的加工基准面相适应,按夹紧位置分组, 并选择限位开关。 (2) 毛坯供给装置。 把作业人员担负的工作集中起来， 采取分批方式(储存量每批为100个)来供给毛坯。分离器转子每转一次便送出一个工件。,(3) 工序间搬运用输送机。使用储存式输送机, 配置在各机床的前后, 即使机床在调整和更换刀具或更换程序时, 生产线内的工件仍可流动。为了搬运多种工件, 设置有装载全部工件的存储单元。 (4) 搬入用交接装置。为使从输送机连续送过来的工件基准面一致, 应使工件压向可动挡块, 定好位, 用顶杆取出, 回转95, 再交给工业机器人。,(5) 搬出用交接装置。工业机器人接受加工完毕的工件时, 为了避免碰伤, 需夹住两端面并作90回转后交给输送机。 由于在第三工序和第七工序设置的交接装置与加工方向反向, 故要水平回转180。 (6) 检测装置。 为了控制加工尺寸, 在各工序中都设置检测装置。 如有不合格品, 则报警灯会亮,同时, 工业机器人与机床均停止运转, 等待调整。