《工业机器人的生产线及工作站》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业机器人的生产线及工作站（98页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第八章工业机器人的生产线及工作站工业机器人作为先进制造技术和自动化装备的典型代表，不仅对于先 进制造业的发展具有重要的作用，而且对于高科技产业和传统产业的发 展具有显著的促进作用。作为新兴的高新技术产业和智能化产业，工业机器人产业具有一般的高新技术产业所表现的特征：高投入、高风险、高回报、高技术、高难 度、高潜能等。机器人作为实现FMS(Flexible Manufacturing System) FA(Factory Automation) CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)的支 柱，以及在海洋、宇航空间、核能、军事、救灾、采掘、农业
2、、林业与 公共福利事业等领域中，表现岀越来越强的生命力，目前，工业机器人在发达工业国家.已成为企业必不可少的设备之一。本章将着重介绍组成FMS、FA、CIMs的重要基础自动化加工单元机器人工作站和机器人生产线的构成及设计巳原则，机器人末端执行器(工具)和变位机等扩大机器人应 用领域和范围的关键辅助设备与技木在生产线中引入机器人系统的方法1）可行性分析技术的可行性和先进性一用户现场调查、相似作业实例调查投资上的可能性和合理性工程实施中的可能性和可变更性2）工作站和生产线的详细设计规划及系统设计布局设计扩大机器人应用范围的辅助设备的选用和设计控制系统设计支持系统一故障、停机对策工程施工设计编制采购
3、资料3）制造与试运行制造与试运行是根据详细设计阶段确定的施工图纸、说明书，进行布置、工艺分析、 制作、采购，然后进行安装、测试、调整，使之达到预期的技本要求，同时对管理人 员、操作人员进行培训。4）交付使用运作率检查、改进、评估工业机器人工作站的构成及设计原则机器人工作站是指使用一台或多台机器人，配以相应的周 边设备，用于完成某一特定工序作业的独立生产系统，也可 称为机器人工作单元。它主要由机器人及其控制系统、辅助 设备以及其它周边设备所构成。在这种构成中，机器人及其 控制系统应尽量选用标准装置，对于个别特殊的场合（如冶 金行业的热钢坯的搬运机器人）需设计专用机器人。而末端 执行器等辅助设备以
4、及其他周边设备则随应用场合和工件特 点的不同存在着较大差异，因此，这里只能阐述一般的工作 站的构成和设计原则，并结合实例加以简要说明。6图办1机器人弧焊匸作站1机器人皿一末端执行器;3机器人控制柜詔一工件|5三轴变位机泮一焊机,7、-送丝机怡一焊枪清理装迓1）机器人2）机器人末端执行器3）夹具和变位器4) 机器人座架5)6)7)8)配套及安全装置动另源工作对象的储运设备 检查、监视和控制系统这个工作站的特点在于人工装卸工件的时间小于机器人焊接工作时间，可以 充分地利用机器人，生产效率高；操作者远离机器人工作空间，安全性好。 釆用转台交换工件，整个工作站占用面积相对较小，整体布局也利于工件的物流
5、。id 5弋弧焊枪1 -安全肪碰樟装置：2 安全助碑慷装證焯线?3焊枪导线；卜-轴；5绝缘理M烬枪机器人末端执行器（称 工具）是机器人的主要 辅助设备，也是工作站 中重要的组成部分。同 一台机器人，由于于安 装了不同的末端执行器, 会完成不同的作业，用 于不同的牛产场合，多 数情况下需专门设计， 它与机器人的机型、整 体布局、工作顺序都有 着直接关系。选用带有安全防碰撞装 瓷的标准机器人用焊枪。图93变位机1-支座r2 - JL件；3H也置夹具扳討底座;5_交流伺服屯机访减速器w- A位戟史其板夹具和变位机是固 定作业对象并改变 其相对于机器人的 位置和姿态的设备, 它可在机器人规定 的工作空
6、间和相灵 活度条件获得高质 量的作业图机器人配置方式攵一标離加高挂MAN挂配套及安全装置配套及安全装置是机 器人及其辅助设备的外 围设备及配件。它们各 自相对独立，又比较分 散，但每一部分都是不 可缺少的。它包括配套设备、电气控制柜、 操作箱.安全保护装 置和走线槽管保护装 置等内容。本例中的焊 接电源、焊枪和送丝机 构是一套独立的配套设 备，安全栅以及操作区 的对射型光电管等起安 全保护作用，另外还 有一套焊枪嘴清理装置;图55焊枪嘴清理装置动力源：在机器人的周边设备中多采用气、液作为动力，因此.常需配置气、液压 站以及相应的管线、阀门等装置。对于电源有一些持殊需要的设备或仪表，也应配 置专
7、用的电源系统（可编程电源-delta.安捷伦、朝阳等）。工作对象的储运设备作业对象常需在工作站中暂存、供料、移动或翻转，所以工作站也常配置暂置台、 供料器、移动小车或翻转台架等设备。检査、监视和控制系统检查和监视系统对于某些工作站来说是非常必要的，持别是用于生产线的工作站。比如工作对象是否到位，有无质量事故，各种设备足否正常运转，都需要配置检查 和监视系统。一般说来.机器人工作站多是一个自动化程度相当高的工作单元，它多备有自己 的控制系统。目前使用最多的是PLC系统，该系统既能管理本站有序的正常工作， 又能和上级管理计算机相联，向它提供各种信息，比如产品计数等等。机器人工作站的一般设计原则1）
8、设计前必须充分分析作业对象，拟定最合理的作业工艺;2）必须满足作业的功能要求和环境条件；3）必须满足生产节拍要求；4）整体及各组成部分必须全部满足安全规范及标准;5）各设备及控制系统应具有故障显示及报警装置；6）便于维护修理；7）操作系统应简单明了，便于操作和人工干预;操作系统便于联网控制;9）工作站便于组线 10）经济实惠，快速投产这10项设计原则共同体现着工作站用户的多方面的需 要，简单地说就是干方百计地满足用户的要求。作业顺序和工艺要求对作业对象（工件）及其技术要求进行认真细致的分析，是整个设计的关 键环行，它直接影响工作站的总体布局、机器人型号的选定、末端执行 器和变位机等的结构以及其
9、他周边机器的型号等方面。在设计工作.这 一内容所投入的精力和时间约占总设计时间的15% 50%。工件越复杂, 作业难度越大，投入精力的比例就越大；分析的越透彻，工作站的设计 依据就越充分，将来工作站的性能就可能越好、调试时间和修改变动量 就可能越少。一般来说，工件的分析包含以下几个方面：1）工件的形状2）工件的尺寸及精度3）工件的质量、材料、强度4）作业要求一年产量、工作制度、占用空间、操作方式、自动化程度机器人的选择在选择机器人时，为了满足功能要求，必须从持重、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，所选用的机器人才是可用的。机器人的选用
10、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。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，机器入制造厂家根据不同的应用环境和作业特点， 不断地研究、开发相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台适的应用领域，他们不光考 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、粉尘及温湿度等持珠要求。在设计工作站选用机器人时，应有先参考生产厂家提供的产 品说明*d图s-1) n由度仃作
11、业的於条一堆垛$1电子插件沁一焊件必一上、F料尸点【.件空刚图5-9机器人甚点尸与匸作点“的关系工作站对生产节拍的要求生产节拍是指完成一个工件规定的处理作业内容所要求的 时间，也就是用户规定的丰产量对机器人工作站工作效率的 要求。生产周期是机器人工作站完成一个工件规定的处理作 业内容所需要的时间，也就是工作站完成一个工件规定的处 理作业内容所需要花费的时间。在总体设计阶段，首先要根 据计划年产量计算出生产节拍，然后对具体工件进行分析， 计算各个处理动作的时间，确定出完成一个工件处理作业的 生产周期。生产周期生产节拍的处理方法：1）重新评估设计工作站2）增加辅助装置3）增加机器人数量4）增加机器
12、人工作站数量A生产节抱的计算按照用户技术要求中提出的工件年产量、全年工作日、每日班 数和每班工作小时数等内容，根据式5-2计算出生产节拍Ta 吟肝(5-2)式中I 工件年产量，单位为件/站D全年工作日，即全年实际工作天数，单位为右C每口班数 = 13,单位为个；H-每天实际工作小时数，单位为2B弧焊的作业时间弧焊的作业时间包括保护气断开时间和熔焊时间即:7=片+出(5-3)A= (0. 3 +K)* M(5-4)/?=竽+M 几(5-5)式中 T-弧焊作业时间，单位为s；/I -一-保护P断开时间即*申熔焊时间*单位为“B -熔焊时间.单位为沢M焊缝条数单位为条；K焊缝之间机器人的移动时间单佗
13、沟s ；L各焊缝长度之和。即焊缝总长.单位为V - 机器人焊枪熔焊时的移动速度，单-位为mm/s； 7； 起弧收弧时间,单位为5机器人持枪点焊作业时间T= (r+K) 戸十S十2.0(5-6)式中T一-点焊作亚时间，单位为铝个点的点焊时间訂=15铝如点焊枪质量差异较大时，可通过实验进行修正。单位为恥 K焊点之间机器人移动时间，单位为榊 P工件的总焊点数.5点焊枪姿态变化时间，单位为黒S5-5点焊枪姿态变化时间$胸取值点焊枪 姿势变 换方式rLnS值90l.Bs452. Os1802. 5903OsS-6各种机材动作时阖推荐值续表56续表5-6机构名称机构示意图搬运机（伺眼电机驭动）20kg/
14、I辐道传送I、宀.-_二,-动作时间水平走行30m/min垂直升降15m/minL工件抓取LSs工件释放1- 5s1 Om/min安全规范和标准。根据“工业机器人安全规范”国家标准，在作安全防护设计时，应遵循以下两条 原则：1）自动操作期间安全防护空间内无人；2）当安全防护空间内有人进行示教、程序验证等工作时，应消除危险或至少降 低危险。工作站必须设置各种传感器,包括光幕、电磁场、压敏装置、超声和红外装置以及摄像装置等，当人员无故进入防护区时，立即使工作站中 的各种运动设备停止工作。mm图574限定空间和宾全防护空间1机器入$2末竭蜿行器曲一工件沁一控制戏动力设备疮一相关设备池一安全防护裝豎;?限定空间，8（8+?最大工作空间#1连E门订连犠装置b brr3宀J
