工业机器人PCB异形插件工作站

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1、工业机器人 PCB 异形插件工作站1 产品介绍当前社会，信息化和互联网已经深入到每一个人的生活中，以电脑、通讯、消费性电子 为主的3C产品消费也成为人们的最大消费之一。由于3C产品品目繁杂、订单化生产、产品 质量要求高，使得生产企业在实际制造过程中需要依赖大量的操作工人，在规定的较短时间 内完成动作单一重复性工作，劳动量强度极大。随着大量采用高响应驱动技术和轻量化结构 设计，桌面式低负载工业机器人已成功应用于3C电子产品的生产制作过程中，代替人工完 成动作单一、劳动强度大的分拣、安装、检测等工序，提高产品生产效率并保证高良品率。工业机器人 PCB 异形插件工作站，如图 1 所示，以桌面式关节型

2、六轴串联工业机器人为 核心，在操作平台的四周合理分布有4 种不同工艺应用的机器人工具以及涂胶单元、搬运码 垛单元、异形芯片原料单元、异形芯片装配单元、视觉检测及光源单元、螺丝供料单元、总 控系统及操作面板等组件。工作站深度集成了离线编程技术，软件中不仅包含了与硬件平台 的相符三维模型资源，还大大简化了涂胶及搬运码垛工艺实现的编程应用过程、提高轨迹复 现精度、避免发生碰撞干涉。工作站包含了涂胶工艺、搬运码垛工艺、分拣工艺、装配工艺 等工业机器人最典型应用，不仅满足了职业院校不同专业学生针对工业机器人的操作和编程 的教学需求，完全来源于工业应用现场的特征也使该工作站更加适合于作为职业技能竞赛平 台

3、。图 1 工业机器人 PCB 异形插件工作站工业机器人 PCB 异形插件工作站融合了工业机器人维护及操作、系统安装及调试、现场 示教编程及调试、离线编程及应用等技能要求，以3C行业最典型的异形芯片插件工艺过程 为任务主线，产品分为异形芯片零件、 PCB 电路板和盖板代表不同产品，采用模拟化设计提 高装配产品的复用率，如图2 所示。图 2 电子产品 PCB 异形芯片插片产品 输入电源：交流单相220V，频率50Hz 额定功率：5kW 安全保护：急停开关、漏电保护、短路保护、过载保护 整体尺寸：2200mm X 1350mm X 1500mm3实训项目 工作站结构认知 关键设备的特性和参数设置 工

4、业机器人手动控制及基本参数设置 工业机器人 IO 通信及总线通信 工业机器人单轴运动与线性运动控制 工业机器人工具 TCP 参数标定 工业机器人工件坐标系参数标定及多坐标系切换 工业机器人多类型工具快速更换 简单平面轨迹、复杂空间轨迹编程 物料搬运与码垛实训 产品外壳涂胶实训 零件颜色、轮廓等视觉检测应用实训 零件尺寸、位置等视觉检测应用实训 锁螺丝装配实训 基于 RobotArt 的工作站模型环境搭建与配置 基于 RobotArt 的涂胶离线编程应用 基于 RobotArt 的搬运码垛工艺离线编程应用4 主要配置工业机器人： ABB IRB 120PLC： SIEMENS模拟工艺：码垛、涂胶

5、、分拣、装配机械快换视觉检测气动组件电气组件工业机器人PCB异形插件工作站以3C典型产品的生产装配过程为主线，包含了涂胶、 搬运码垛、视觉分拣、装配、锁螺丝、检测等工艺过程，所有涉及设备均合理布置在工作站 台面上，方便查看设备状态和操作编程，布局方式如图 3 所示。图 3 工业机器人 PCB 异形插件工作站布局 工作站选用桌面型工业机器人用来将所有加工工序串联起来，可根据学校需求更换不同 品牌近似规格型号的产品，为确保设备使用一贯性和稳定性，采用瑞士ABB品牌的IRB120 型，如图4所示，小巧灵活特性使其广泛应用于3C、电子、食品等行业，同时较小的工作 半径和额定负载，在保证功能实现效果的前

6、提下，确保教学和竞赛安全，防止发生人员以外， 满足工作站使用要求。ABB IRB 120机身表面光洁，便于清洗；空气管线与用户信号线缆从 底脚至手腕全部嵌入机身内部，易于机器人集成。其采用对称结构，第2 轴无外凸，回转半 径极小，可靠近其他设备安装，纤细的手腕进一步增强了手臂的可达性。图 4 ABB 工业机器人 IRB 120IRC5 紧凑型控制器在最小的空间内融合了多项技术优势，如优异的运动控制能力、高度灵活的RAPID语言等，如图5所示。IRC5紧凑型控制器除节省空间之外，还通过设置单 相电源输入、外置式信号接头及内置式可扩展16路I/O系统，简化了调试步骤。确保操作 员安全是IRC5紧凑

7、型控制器的核心任务，经第三方检验认证，满足所有相关标准OIRC5紧 凑型控制器以先进的动态模型为基础，优化了机器人性能，可大幅缩短节拍时间、提高路径 精度。机器人运行路径不受速度影响，无需程序员调试，机器人即自动达到可预测的优异性 能，真正实现所编即所得。RAPID程序语言是简易性、灵活性和功能性的完美融合，支持结 构化程序，适合车间应用，包含诸多高级功能，为各类工艺应用提供强大支持。 IRC5 紧凑 型控制器支持先进的现场总线，在任何工厂网络中都是一个性能良好的节点。图 5 ABB IRC5 紧凑型控制器FlexPendant （示教器）以简洁明了、直观互动的彩色触摸屏和3D操纵杆为设计特色

8、， 拥有强大的定制应用支持功能，可加载自定义的操作屏幕等要件，无需另设操作员人机界面，如图 6 所示。图 6 ABB FlexPendant 示教器工业机器人工具种类直接决定了工业机器人的应用功能，如图7 所示，4 种不同功能的 工具覆盖了 PCB 异形芯片插片生产的完整过程，多个工具都采用复合设计，以实现不同的工 艺功能。所有工具均采用工业级工具快换系统，实现了无需人为干预，工业机器人可在不同 工具间自由切换，同时确保气路、电路信号通信正常，大大扩展了工业机器人的应用能力。 涂胶工具采用仿形设计，内部安装可轴向移动的颜色笔可以在涂胶模块上按轨迹要求涂绘； 夹爪工具利用气缸驱动，采用平行二指形

9、式，可以稳定夹取码垛物料；吸盘工具采用双功能 设计，即可稳定吸取异形芯片，又可吸取盖板；锁螺丝工具可以将供螺丝组件提供的螺丝按 照指定锁紧力矩将盖板和PCB电路板锁固。图 7 工具快换系统及工具涂胶单元是将工业机器人对产品装配前的涂胶工艺进行功能抽象化，工业机器人抓持涂 胶工具沿具有弧形曲面的面板上合理布置不同产品外轮廓轨迹上模拟工艺过程，如图 8 所示 保证工艺真实性同时增加教学可行性和趣味性。利用涂胶模块和所提供的不同内容的轨迹图 纸，利用涂胶工具，同时可以完成工业机器人脱离工艺应用的基础操作和编程教学应用。图8涂胶单元搬运码垛单元是将工业机器人对产品搬运码垛工艺进行功能抽象化，工业机器人

10、抓持夹 爪工具将已完成生产的方形产品由原料台按照要求搬运码垛到指定位置，如图9 所示，提供 两种不同类型的仓储料库，可以模拟传送带队列式供货和平台堆垛，通过对物料转移过程和 堆垛形式的要求增加教学多样性，提高编程复杂度。图 9 码垛单元异形芯片原料单元用于存放不同类型的异形芯片，通过形状不同代表不同种类、颜色不 同代表不同型号，异形芯片装配单元提供多个装配工位，如图10 所示，分别用于不同产品的装配和检测。不同产品对芯片种类、数量的要求不一，需要工业机器人根据要求从异形芯 片原料单元中选取所需的芯片后放置到指定位置，在完成所有芯片的安装后，为产品安放盖 板并锁紧固定螺丝。图10 异形芯片原料单

11、元及装配单元视觉检测及光源单元可以对工业机器人所选取芯片的颜色、形状、位置等信息进行检测 和提取，如图11 所示，并将检测结果传输给工业机器人，以辅助其完成后续动作。视觉镜 头配套检测光源，可以尽量避免环境光源对检测结果的影响。采用倒置式安装，可以使机器 人手持零件进行检测，减少周边配套设备，简化机器人轨迹动作。图11 视觉检测单元工作站为方便教学和竞赛使用，在平台上布置了云监控，如图12 所示，利用互联网可 将设备的实时操作过程在大尺寸教学终端中进行展示，避免了集中式教学学生围观又无法切 实看清教师操作过程的问题，也可以在竞赛过程中实现直播提高观赏度，同时方便教师对学 生的操作流程进行实时点

12、评，提高教学指导效果，存储在系统中的录像实现对操作过程可追 溯，为竞赛过程中争议事件提供佐证材料。同时，在工作站操作正面，利用线性光栅作为安 全保护措施，当操作人员进入危险区域时，工作站会蜂鸣报警，并降低工业机器人运动速度， 甚至触发急停，以避免危险发生。图12 云监控及安全光栅配套工具如图13所示，具体参数如下：工具箱1个、内六角扳手1套、250mm活动扳 手 1 把、 17mm/19mm 开口扳手 1 把、 13mm 开口扳手 1 把、 5.5mm 开口扳手 1 把、螺丝刀 1 套、 5 米卷尺 1 个、斜口钳 1 把、 Y 型端子钳 1 把、裸端型端子钳1 把、剥线钳1 把、美工刀1 把

13、、万用表1个、PLC编程线1根、触摸屏编程线1根、程序拷贝U盘1个图 13 配套工具离线编程软件选用国内首款中文界面的RobotArt工业机器人离线编程软件，采用独家 解算算法并已申请软件著作权，集成了计算机三维实体显示、系统仿真、智能轨迹优化、运 动控制代码生成等核心技术，使得工业机器人获得了更加强大的“大脑”，可以轻松应对复 杂轨迹的高精度生成和复现，在计算机上完成轨迹设计、规划、运动仿真、碰撞检查、姿态 优化，最后直接生成工业机器人控制器所需的执行运动代码，同时还提供了方便的轨迹整体 优化、工艺过程设计和空间校准算法，缩短了工业机器人的停机调试时间，为工业机器人实 现更广泛的应用提供技术

14、支撑。工业机器人离线编程软件1 软件概述随着工业机器人技术的发展，高精度、高性能、高智能工业机器人相继问世，助其不断 地扩展应用领域。不同于简单的物料搬运、码垛应用，新兴工业机器人应用需要更高精度轨 迹和复杂工艺支持，导致了传统示教编程和语言编程无法完全满足。同时在线操作和调试使 得工业机器人必须停机配合，致使生产线停产，造成企业损失。工业机器人离线编程技术集 成了计算机三维实体显示、系统仿真、智能轨迹优化、运动控制代码生成等核心技术，使得 工业机器人获得了更加强大的“大脑”，可以轻松应对复杂轨迹的高精度生成和复现，在计 算机上完成轨迹设计、规划、运动仿真、碰撞检查、姿态优化，最后直接生成工业

15、机器人控 制器所需的执行运动代码，同时还提供了方便的轨迹整体优化、工艺过程设计和空间校准算 法，缩短了工业机器人的停机调试时间，为工业机器人实现更广泛的应用提供技术支撑。RobotArt 工业机器人离线编程软件，华航唯实掌握核心算法并申请了软件著作权，如 图 14 所示，已经在工业机器人应用领域取得初步成功，切实解决了实际应用问题，打破了 国外软件垄断局面。RobotArt充分考虑到软件应用特点，实现了功能最优化、使用简易化、 界面人性化、操作统一化，在教育领域为学校提供教育版，提供专业的技术支持和二次开发 服务，实现教学功能定制化。图 14RobotArt 软件著作权2 推荐硬件配置要求 操作系统：Windows 7/Windows 8/Windows & 1/Windows 10 (32bit/64bit) 网络要求：程序运行过程中稳定访问互联网 CPU： Intel i5 及以上，主频 3.2GHz 内存： DDR4 8GB 显卡：NVIDIA GT720显示芯片，独立2GB显示内存 参考电脑型号：联想扬天A6860f，戴尔V3000-24N8，惠普580-056cn等3 特色功能3.1 多品牌工业机器人离线编程功能RobotArt 采用独家解算算法，可以支持市面上所有品牌工业机器人的离线编程操作， 目前模型库中已附带KUKA、ABB、STAUBLI、