工業(yè)機器人工裝設(shè)計教學課件作者周正軍項目一

1、項目一 吸附式上下料機器人工作站工裝設(shè)計,１.１　 項目描述１.２　 教學目的１.３　 知識準備１.４　 任務(wù)實現(xiàn)１.５　 考核評價,返回,１.１　項目描述,本項目的主要內(nèi)容為吸附式上下料機器人工作站工裝設(shè)計, 包括: 末端執(zhí)行器的設(shè)計、機器人底座設(shè)計、預定位裝置設(shè)計、氣壓傳動系統(tǒng)設(shè)計和機器人工作站布局。,返回,１.２　教學目的,通過本項目的學習與實踐, 學生應(yīng):１.了解搬運機器人工作站的定義、特點和基本組成部分;２.了解Ｋ

2、ＵＫＡ－ＫＲ １０ Ｒ１１００ ｓｉｘｘ 機器人的工作范圍和相關(guān)參數(shù);３.掌握工件六點定位原理;４.熟悉夾具設(shè)計的基本步驟;５.能夠?qū)Χ囝愋臀绞缴舷铝蠙C器人末端執(zhí)行器進行工裝設(shè)計;,下一頁,返回,１.２　教學目的,６.能夠?qū)C器人底座進行設(shè)計;７.能夠設(shè)計工件預定位裝置;８.能夠?qū)δ┒藞?zhí)行器進行氣動設(shè)計;９.能夠?qū)ξ绞缴舷铝蠙C器人工作站進行合理布局。,上一頁,返回,１.３　知識準備,１.３.１　認識搬運機器人工作站１.

3、３.１.１　搬運機器人工作站的定義搬運機器人(ｔｒａｎｓｆｅｒ ｒｏｂｏｔ) 是可以進行自動化搬運作業(yè)的工業(yè)機器人。 最早的搬運機器人出現(xiàn)在美國, １９６０ 年Ｖｅｒｓａｔｒａｎ 和Ｕｎｉｍａｔｅ 兩種機器人首次用于搬運作業(yè)。搬運作業(yè)是指用一種設(shè)備握持工件, 從一個加工位置移到另一個加工位置的過程。 如果采用工業(yè)機器人來完成這個任務(wù), 整個搬運系統(tǒng)則構(gòu)成了工業(yè)機器人搬運工作站。 給搬運機器人安裝不同類型的末端執(zhí)行器, 可以完成不同形

4、態(tài)和狀態(tài)的工件搬運工作。,下一頁,返回,１.３　知識準備,目前世界上使用的搬運機器人逾１０ 萬臺, 被廣泛應(yīng)用于機床上下料、沖壓機自動化生產(chǎn)線、自動裝配流水線、碼垛搬運集裝箱等的自動搬運。 部分發(fā)達國家已制定出人工搬運的最大限度, 超過限度的必須由搬運機器人來完成。１.３.１.２　搬運機器人工作站的特點(１) 應(yīng)有物品的傳送裝置, 其形式要根據(jù)物品的特點選用或設(shè)計;(２) 可使物品準確地定位, 以便于機器人抓取;(３) 多數(shù)情況

5、下設(shè)有物品托板, 或機動或自動地交換托板;(４) 有些物品在傳送過程中還要經(jīng)過整型, 以保證碼垛質(zhì)量;(５) 要根據(jù)被搬運物品設(shè)計專用末端執(zhí)行器;,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,(６) 應(yīng)選用適合于搬運作業(yè)的機器人。１.３.１.３　搬運機器人工作站的組成工業(yè)機器人搬運工作站是一種集成化的系統(tǒng), 由工業(yè)機器人系統(tǒng)、ＰＬＣ 控制柜、機器人安裝底座、輸送線系統(tǒng)、平面?zhèn)}庫、操作按鈕盒等組成, 并與生產(chǎn)控制系統(tǒng)相連接, 以形成一

6、個完整的集成化的搬運系統(tǒng)。 整體布置如圖１ －１ 所示。１.搬運機器人及控制柜如圖１ －２ 所示安川ＭＨ６ 機器人是通用型工業(yè)機器人, 既可以用于弧焊又可以用于搬運。 搬運工作站選用安川ＭＨ６ 機器人, 完成工件的搬運工作。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,ＭＨ６ 機器人系統(tǒng)包括ＭＨ６ 機器人本體、ＤＸ１００ 控制柜以及示教編程器。 ＤＸ１００ 控制柜通過供電電纜和編碼器電纜與機器人連接。如圖１ －３ 所示為安川ＤＸ１００

7、 控制柜, 該控制柜集成了機器人的控制系統(tǒng), 是整個機器人系統(tǒng)的神經(jīng)中樞。 它由計算機硬件、軟件和一些專用電路構(gòu)成, 其軟件包括控制器系統(tǒng)軟件、機器人專用語言、機器人運動學及動力學軟件、機器人控制軟件、機器人自診斷及保護軟件等。 控制器負責處理機器人工作過程中的全部信息和控制其全部動作。機器人示教編程器是操作者與機器人間的主要交流界面。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,操作者通過示教編程器對機器人進行各種操作、示教、編制程序,

8、 并可直接移動機器人。機器人的各種信息、狀態(tài)通過示教編程器顯示給操作者。 此外, 還可通過示教編程器對機器人進行各種設(shè)置。由于搬運的工件是平面板材, 所以可以采用真空吸盤來夾持工件。 故在安川ＭＨ６ 機器人本體上安裝了電磁閥組、真空發(fā)生器、真空吸盤等裝置。２.輸送線系統(tǒng)輸送線系統(tǒng)的主要功能是把上料位置處的工件傳送到輸送線的末端落料臺上, 以便于機器人搬運。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,上料位置處裝有光電傳感器, 用于檢

9、測是否有工件, 若有工件, 將啟動輸送線, 輸送工件。 輸送線的末端落料臺也裝有光電傳感器, 用于檢測落料臺上是否有工件, 若有工件, 將啟動機器人來搬運。輸送線由三相交流電動機拖動, 變頻器調(diào)速控制。 示例圖如圖１ －４ 所示。３.平面?zhèn)}庫平面?zhèn)}庫用于存儲工件。 平面?zhèn)}庫有一個反射式光纖傳感器用于檢測倉庫是否已滿, 若倉庫已滿將不允許機器人向倉庫中搬運工件。 示例圖如圖１ －５ 所示。４.ＰＬＣ 控制柜,上一頁,下一頁,返回,

10、１.３　知識準備,ＰＬＣ 控制柜用來安裝斷路器、ＰＬＣ、變頻器、中間繼電器、變壓器等元器件, 其中ＰＬＣ是機器人搬運工作站的控制核心。 搬運機器人的啟動與停止、輸送線的運行等, 均由ＰＬＣ實現(xiàn), 如圖１ －６ 所示。５.機器人末端執(zhí)行器如圖１ －７ 所示為工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器, 也叫作機器人手爪, 它是裝在工業(yè)機器人手腕上直接抓握工件或執(zhí)行作業(yè)的部件。１) 末端執(zhí)行器的分類。(１) 按用途分類。,上一頁,下一頁,返回,１.３　

11、知識準備,①手爪。具有一定的通用性, 它的主要功能是: 抓住工件, 握持工件, 釋放工件。抓住———在給定的目標位置和期望姿態(tài)上抓住工件, 工件在手爪內(nèi)必須具有可靠的定位, 保持工件與手爪之間準確的相對位置, 以保證機器人后續(xù)作業(yè)的準確性。握持———確保工件在搬運過程中或零件在裝配過程中定義了的位置和姿態(tài)的準確性。釋放———在指定點上除去手爪和工件之間的約束關(guān)系。②工具,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,工具是進行某種作

12、業(yè)的專用工具, 如噴漆槍、焊具等。(２) 按夾持原理分類。如圖１ －８ 所示, 為機械類、磁力類和真空類三種手爪的分類。機械類手爪包括靠摩擦力夾持和吊鉤承重兩類, 前者是有指手爪, 后者是無指手爪。 產(chǎn)生夾緊力的驅(qū)動源可以有氣動、液動、電動、電磁。 磁力類手爪主要是磁力吸盤, 有電磁吸盤和永磁吸盤兩種。 真空類手爪是真空式吸盤, 根據(jù)形成真空的原理可分為真空吸盤、氣流負壓吸盤、擠氣負壓吸盤三種。 磁力類手爪及真空類手爪是無指手爪。

13、(３) 按手指或吸盤數(shù)目分類。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,機械手爪可分為: 二指手爪、多指手爪。機械手爪按手指關(guān)節(jié)分為: 單關(guān)節(jié)手指手爪、多關(guān)節(jié)手指手爪。吸盤式手爪按吸盤數(shù)目分為: 單吸盤式手爪、多吸盤式手爪。(４) 按智能化分類。①普通式手爪: 手爪不具備傳感器。②智能化手爪: 手爪具備一種或多種傳感器, 如力傳感器、觸覺傳感器、滑覺傳感器等, 手爪與傳感器集成為智能化手爪。２) 末端執(zhí)行器設(shè)計和選用的要求

14、手爪設(shè)計和選用最主要的是滿足功能上的要求, 具體來說要在下面幾個方面進行考慮。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,(１) 被抓握的對象。手爪設(shè)計和選用首先要考慮的是什么樣的工件要被抓握。 因此, 必須充分了解工件的幾何形狀、機械特性。(２) 物料的饋送器或存儲裝置。與機器人配合工作的零件饋送器或儲存裝置對手爪必需的最小和最大爪鉗之間的距離以及必需的夾緊力都有要求, 同時, 還應(yīng)了解其他可能的不確定因素對手爪工作的影響。(

15、３) 手爪和機器人匹配。手爪一般用法蘭式機械接口與手腕相連接, 手爪自重也增加了機械臂的載荷, 這兩個問題必須給予仔細考慮。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,手爪是可以更換的, 手爪形式可以不同, 但是與手腕的機械接口必須相同, 這就是接口匹配。 手爪自重不能太大, 機器人能抓取工件的重量是機器人承載能力減去手爪重量。 手爪自重要與機器人承載能力匹配。(４) 環(huán)境條件。在作業(yè)區(qū)域內(nèi)的環(huán)境狀況很重要, 比如高溫、水、油等環(huán)境

16、會影響手爪工作。 一個鍛壓機械手要從高溫爐內(nèi)取出紅熱的鍛件坯必須保證手爪的開合、驅(qū)動在高溫環(huán)境中均能正常工作。３) 不同末端執(zhí)行器的應(yīng)用場合(１) 機械式手爪。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,機械式手爪通常采用氣動、液動、電動和電磁來驅(qū)動手指的開合。 氣動手爪目前得到廣泛的應(yīng)用, 因為氣動手爪有許多突出的優(yōu)點: 結(jié)構(gòu)簡單、成本低、容易維修, 而且開合迅速, 重量輕。 其缺點是空氣介質(zhì)的可壓縮性, 使爪鉗位置控制比較復雜。

17、液壓驅(qū)動手爪成本稍高一些。 電動手爪的優(yōu)點是手指開合電動機的控制與機器人控制可以共用一個系統(tǒng), 但是夾緊力比氣動手爪、液壓手爪小、開合時間比它們長。 電磁力手爪控制信號簡單, 但是夾緊的電磁力與爪鉗行程有關(guān), 因此, 只用在開合距離小的場合。(２) 磁力吸盤。磁力吸盤有電磁吸盤和永磁吸盤兩種。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,磁力吸盤是在手部裝上電磁鐵, 通過磁場吸力把工件吸住。 電磁吸盤只能吸住鐵磁材料制成的工件(如鋼鐵件

18、), 吸不住有色金屬和非金屬材料的工件。 磁力吸盤的缺點是被吸取工件有剩磁, 吸盤上常會吸附一些鐵屑, 致使不能可靠地吸住工件, 而且只適用于工件要求不高或有剩磁也無妨的場合。 對于不準有剩磁的工件, 如鐘表零件及儀表零件, 不能選用磁力吸盤, 可用真空吸盤。 另外鋼、鐵等磁性物質(zhì)在溫度為７２３ ℃以上時磁性就會消失, 故高溫條件下不宜使用磁力吸盤。 磁力吸盤要求工件表面清潔、平整、干燥, 以保證可靠地吸附。(３) 真空式吸盤。,上一

19、頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,真空式吸盤主要用在搬運體積大、重量輕的如冰箱殼體、汽車殼體等零件, 也廣泛用于需要小心搬運的如顯像管、平板玻璃等物件。 真空式吸盤對工件表面要求平整光滑、干燥清潔。根據(jù)真空產(chǎn)生的原理, 真空式吸盤可分為:①真空吸盤。如圖１ －９ 所示為產(chǎn)生負壓的真空吸盤控制系統(tǒng)。 吸盤吸力在理論上決定于吸盤與工件表面的接觸面積和吸盤內(nèi)外壓差, 實際上與工件表面狀態(tài)有十分密切的關(guān)系, 它影響負壓的泄漏。 真空泵的

20、采用, 能保證吸盤內(nèi)持續(xù)產(chǎn)生負壓, 所以這種吸盤比其他形式吸盤吸力大。②氣流負壓吸盤。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,氣流負壓吸盤的工作原理如圖１ － １０ 所示, 壓縮空氣進入噴嘴后利用伯努利效應(yīng)使橡膠皮腕內(nèi)產(chǎn)生負壓。 在工廠一般都有空壓機站或空壓機, 空壓機氣源比較容易解決, 不需專為機器人配置真空泵, 所以氣流負壓吸盤在工廠使用方便。③擠氣負壓吸盤。如圖１ －１１ 所示為擠氣負壓吸盤的結(jié)構(gòu)。 當吸盤壓向工件表面時,

21、 將吸盤內(nèi)空氣擠出;松開時, 去除壓力, 吸盤恢復彈性變形使吸盤內(nèi)腔形成負壓, 將工件牢牢吸住, 機械手即可進行工件搬運, 到達目標位置后, 用碰撞力ｐ 或用電磁力使壓蓋２ 動作, 破壞吸盤腔內(nèi)的負壓, 釋放工件。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,此種擠氣負壓吸盤既不需真空泵系統(tǒng)也不需壓縮空氣氣源, 是比較經(jīng)濟方便的, 但可靠性比真空吸盤和氣流負壓吸盤差。目前有兩種真空吸盤的新設(shè)計。①自適應(yīng)性吸盤。如圖１ －１２ 所示,

22、該吸盤具有一個球關(guān)節(jié), 使吸盤能傾斜自如, 適應(yīng)工件表面傾角的變化, 這種自適應(yīng)性吸盤在實際應(yīng)用上獲得良好的效果。②異形吸盤。如圖１ －１３ 所示, 是異形吸盤中的一種。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,通常吸盤只能吸附一般平整工件, 而該異形吸盤可用來吸附雞蛋、錐頸瓶等這樣的物件, 擴大了真空吸盤在工業(yè)機器人上的應(yīng)用范圍。４) 末端執(zhí)行器的特點(１) 手部與手腕相連處可拆卸。手部與手腕有機械接口, 也可能有電、氣、液

23、接頭, 當工業(yè)機器人作業(yè)對象不同時, 可以方便地拆卸和更換手部。(２) 手部是工業(yè)機器人末端執(zhí)行器。它可以像人手那樣具有手指, 也可以是不具備手指的手; 可以是類人的手爪, 也可以是進行專業(yè)作業(yè)的工具, 如裝在機器人手腕上的噴漆槍、焊接工具等。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,(３) 手部的通用性比較差。工業(yè)機器人手部通常是專用的裝置, 如一種手爪往往只能抓握一種或幾種在形狀、尺寸、重量等方面相近似的工件, 一種工具只能執(zhí)

24、行一種作業(yè)任務(wù)。(４) 手部是一個獨立的部件。假如把手腕歸屬于手臂, 那么工業(yè)機器人機械系統(tǒng)的三大件就是機身、手臂和手部(末端執(zhí)行器)。 手部對于整個工業(yè)機器人來說是決定完成作業(yè)好壞、作業(yè)柔性好壞的關(guān)鍵部件之一。 具有復雜感知能力的智能化手爪的出現(xiàn), 增加了工業(yè)機器人作業(yè)的靈活性和可靠性。５) 末端執(zhí)行器的設(shè)計原則,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,(１) 末端執(zhí)行器要根據(jù)機器人作業(yè)的要求來設(shè)計, 盡量選用已定型的標準基礎(chǔ)件

25、, 如氣缸、油缸、傳感器等, 配以恰當?shù)臋C構(gòu)連接件組合成適于生產(chǎn)作業(yè)要求的末端執(zhí)行器。 一種新的末端執(zhí)行器的出現(xiàn), 就可以增加一種機器人新的應(yīng)用場所。(２) 末端執(zhí)行器的重量要盡可能地輕, 并力求結(jié)構(gòu)緊湊。(３) 正確對待末端執(zhí)行器的萬能性與專用性。 萬能的末端執(zhí)行器在結(jié)構(gòu)上相當復雜,幾乎根本不可能實現(xiàn)。 目前在實際應(yīng)用中, 仍是那些結(jié)構(gòu)簡單、萬能性不強的末端執(zhí)行器最為適用, 因此要著重開發(fā)各種各樣專用的、高效率的末端執(zhí)行器, 加上

26、末端執(zhí)行器的快速更換裝置, 從而實現(xiàn)機器人的多種作業(yè)功能。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,６) 搬運工作站機器人末端執(zhí)行器的設(shè)計例如, 搬運工作站機器人搬運的工件是平面板材, 尺寸為３８０ ｍｍ ×２７０ ｍｍ ×５ ｍｍ, 質(zhì)量≤１ ｋｇ。 所以采用真空吸盤來夾持工件, 且斷電后吸緊的工件不會掉落。末端執(zhí)行器的相關(guān)組件, 如電磁閥組、真空發(fā)生器、真空吸盤等裝置安裝在ＭＨ６ 機器人本體上。末端執(zhí)行器氣

27、動控制回路如圖１ － １４ 所示(圖中只畫出了一組真空吸盤的控制氣路,共二組)。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,氣動控制回路工作原理: 當ＹＶ１ 電磁閥線圈得電時, 真空吸盤吸工件; ＹＶ２ 電磁閥線圈得電時, 真空吸盤釋放工件; 當ＹＶ１、ＹＶ２ 電磁閥線圈都不得電時, 保持原來的狀態(tài)。電磁閥不能同時得電。(１) 電磁閥選型。①形式選擇。根據(jù)使用要求與使用條件, 選擇閥的形式: 直動式還是先導式。②控制方式選擇。根

28、據(jù)使用的控制要求, 選擇閥的形式: 氣控、電控、人控或機械控制。③閥的機能選擇。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,按工作要求選擇閥的機能: 兩位兩通、兩位三通、兩位五通、三位五通, 或是中封式、中泄式、中間加壓式等。 閥的機能如表１ －１ 所示。④型號、規(guī)格選擇。根據(jù)使用的流量要求選擇閥的型號、規(guī)格大小。⑤安裝方式選擇。根據(jù)閥的安裝要求選擇安裝放式: 管接式、集裝式。⑥電氣參數(shù)選擇。根據(jù)實際使用要求選擇閥的電氣規(guī)格

29、, 如表１ －２ 所示, 電壓、功率、出線形式。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,如機器人搬運工作站選擇的電磁閥型號是亞德客公司的４Ｖ１２０ － Ｍ５, 二位五通, 雙電控電磁閥, 閥的具體規(guī)格、電氣性能參數(shù)如表１ －３ 所示。末端執(zhí)行器用了兩個二位五通的雙電控電磁閥。 這兩個電磁閥帶有手動換向和加鎖鈕,有鎖定(ＬＯＣＫ) 和開啟(ＰＵＳＨ) ２ 個位置。 加鎖鈕在ＬＯＣＫ 位置時, 手控開關(guān)向下凹進去, 不能進行手控操作。

30、只有在ＰＵＳＨ 位置, 可用工具向下按, 信號為“１”, 等同于該側(cè)的電磁信號為“１”; 常態(tài)時, 手控開關(guān)的信號為“０”。 在進行設(shè)備調(diào)試時, 可以使用手控開關(guān)對閥進行控制, 從而實現(xiàn)對相應(yīng)氣路的控制。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,兩個電磁閥是集中安裝在匯流板上的。 匯流板中兩個排氣口末端均連接了消聲器, 消聲器的作用是減小壓縮空氣向大氣排放時的噪聲。 這種將多個閥與消聲器、匯流板等集中在一起構(gòu)成的一組控制閥的集成稱為閥組

31、, 而每個閥的功能是彼此獨立的。閥組的結(jié)構(gòu)如圖１ －１５ 所示。(２) 真空吸盤的選擇。選擇真空吸盤應(yīng)從以下幾個方面考慮:①了解所吸工件的重量, 確定吸盤的盤徑;②了解工件的面積, 確定吸盤的盤徑和用幾個吸盤來吸;,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,③了解工件的材質(zhì)和形狀, 確定用什么材質(zhì)的吸盤和什么款式的吸盤。真空吸盤有三種基本形狀: 扁平吸盤、波紋吸盤、具有特殊工作原理的吸盤。真空吸盤如圖１ －１６ 所示。(３

32、) 真空發(fā)生器選型。真空發(fā)生器就是利用正壓氣源產(chǎn)生負壓的一種新型、高效、清潔、經(jīng)濟、小型的真空元器件, 這使得在有壓縮空氣的地方, 或在一個氣動系統(tǒng)中同時需要正負壓的地方獲得負壓變得十分容易和方便。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,真空發(fā)生器的工作原理是利用噴管高速噴射壓縮空氣, 在噴管出口形成射流, 產(chǎn)生卷吸流動。 在卷吸作用下, 使得噴管出口周圍的空氣不斷地被抽吸走, 使吸附腔內(nèi)的壓力降至大氣壓以下, 形成一定真空度。選

33、擇真空發(fā)生器應(yīng)根據(jù)吸盤的直徑、吸盤的個數(shù)、吸附物是否有泄漏性等幾個方面考慮。機器人搬運工作站真空發(fā)生器選擇費斯托的ＶＡＤ－１/８, 主要技術(shù)參數(shù)如表１ －４ 所示。真空發(fā)生器如圖１ －１７ 所示。６.搬運工作站的工作過程,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,(１) 按啟動按鈕, 系統(tǒng)運行, 機器人啟動;(2) 當輸送線上料檢測傳感器檢測到工件時啟動變頻器, 將工件傳送到落料臺上, 工件到達落料臺時變頻器停止運行, 并通知機器

34、人搬運;( ３) 機器人收到命令后將工件搬運到平面?zhèn)}庫, 搬運完成后機器人回到作業(yè)原點, 等待下次的搬運請求;(４) 當平面?zhèn)}庫碼垛了７ 個工件, 機器人停止搬運, 輸送線停止輸送。 清空倉庫后, 按復位按鈕, 系統(tǒng)繼續(xù)運行。１.３.２ ?。耍眨耍?－ ＫＲ １０ Ｒ１１００ ｓｉｘｘ型工業(yè)機器人介紹,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,ＫＵＫＡ－ＫＲ １０ Ｒ１１００ ｓｉｘｘ 型工業(yè)機器人為小型機器人, 結(jié)構(gòu)示意圖如圖１

35、－１８ 所示。 該型工業(yè)機器人作業(yè)范圍如圖１ －１９ 所示, 機器人手腕法蘭盤接口尺寸和承載能力分別如圖１ －２０ 和圖１ －２１所示, 主要參數(shù)如表１ －５ 所示, 最大載荷為１０ ｋｇ, 作業(yè)半徑為１ １０１ ｍｍ, 可應(yīng)用于搬運、裝卸、包裝、揀選、涂裝、機械加工等工藝領(lǐng)域。１.３.３　工件的六點定位原理工件在空間位置的任意性、不確定性稱為自由度, 一個工件在空間直角坐標系中具有六個自由度, 如圖１ － ２２ 所示, 沿Ｘ、Ｙ、

36、Ｚ 三個坐標軸的移動自由度( ) 和繞Ｘ、Ｙ、Ｚ 三個坐標軸的轉(zhuǎn)動自由度( )。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,當工件的六個自由度未加限制時, 它在空間的位置是不確定的。 要使工件的位置按照一定的要求確定下料, 就必須將它的某些自由度或全部自由度加以限制。 工件的定位就是指工件在夾具中的位置按照一定的要求確定下來, 將必須限制的自由度一一加以限制。如圖１ －

37、２３ 所示, 工件放在ＸＯＹ 平臺上, 并被一個臺階和擋塊擋住。 在實際生產(chǎn)中, 分析工件在夾具定位元件上定位時, 理論上可將夾具定位元件轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的定位支撐點, 并以此來分析具體定位元件所限制的工件自由度。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,一個大平面相對于三個支撐點, 圖１ －２３ 中Ａ 面相當于三個支撐點, 限制了工件的三個自由度; 窄長面Ｂ 相當于兩個支撐點, 限制了工件的兩個自由度, 擋塊相當于一個支撐點, 限制了工件

38、最后一個自由度。由此, 用六個正確布置的支撐點就可以完全限制工件的六個自由度, 使工件在夾具中占有完全確定的位置, 這種用支撐點來分析限制工件自由度的方法稱為“六點定位原理”。１.３.４　夾具設(shè)計基本步驟１. 夾具設(shè)計原始資料,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,原始資料載明工件在生產(chǎn)中結(jié)構(gòu)特點及要求, 是設(shè)計夾具的主要依據(jù)。 設(shè)計者應(yīng)該深入細致地研究并掌握它, 以保證夾具的使用要求。 原始資料有: 夾具設(shè)計任務(wù)單、工件藍圖及

39、技術(shù)條件、夾具設(shè)計的技術(shù)條件和夾具的標準化和規(guī)格化資料。１) 夾具設(shè)計任務(wù)單夾具設(shè)計任務(wù)單寫明了工件圖號, 夾具功能, 是通過上級組織下達的說明性資料, 是設(shè)計者接受任務(wù)的依據(jù)。２) 工件藍圖及技術(shù)條件研究工件藍圖時, 設(shè)計者一方面注意工件尺寸鏈、尺寸公差和制造精度等級等, 另一方面必須詳細研究產(chǎn)品技術(shù)條件, 對工件的技術(shù)要求有完整的概念。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,３) 夾具設(shè)計的技術(shù)條件這是由夾具裝配技術(shù)員從

40、工藝觀點考慮對夾具提出的具體要求, 它是根據(jù)工件藍圖及工藝規(guī)程擬定的, 一般應(yīng)包括: 夾具的用途、工件在夾具中的位置、工件的定位基準、工件裝入和取出夾具的方向、夾具構(gòu)造的原則性意見等。４) 夾具的標準化和規(guī)格化資料設(shè)計夾具時應(yīng)盡量采用標準化和規(guī)格化夾具文件, 如國家標準、工廠標準等, 應(yīng)盡量采用標準化和規(guī)格化夾具元件及夾具。２. 夾具設(shè)計工作內(nèi)容和步驟,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,１) 草圖設(shè)計夾具設(shè)計基準的選擇:

41、像其他機械設(shè)計一樣, 設(shè)計夾具的第一步工作是正確地選取設(shè)計基準, 設(shè)計夾具時選擇設(shè)計基準一般應(yīng)遵循下列原則: 夾具設(shè)計基準應(yīng)與被裝配結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準一致, 夾具元件的裝配與測量應(yīng)盡量同一基準, 應(yīng)選擇設(shè)計夾具作圖、制造和檢驗簡單化的設(shè)計基準。夾具設(shè)計: 根據(jù)已選定的定位、夾緊以及夾具設(shè)計技術(shù)條件對夾具構(gòu)造的原則性意見等設(shè)計夾具。,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,設(shè)計草圖: 將夾具整體及主要元件結(jié)構(gòu)及其相互裝配關(guān)系在基本視圖上表達

42、出來, 內(nèi)部結(jié)構(gòu)可用局部視圖表示, 參照制圖國標標出零件編號和尺寸, 如特性尺寸、配合尺寸、安裝尺寸和外形尺寸, 合理美觀。 裝配圖上還要標出一些視圖上無法標出的關(guān)于制造、裝配、調(diào)整、檢驗和維修等方面的技術(shù)要求。 列出零件明細表及標題欄等。２) 總圖設(shè)計草圖設(shè)計之后, 夾具草圖得到技術(shù)員和領(lǐng)導的指導, 只做局部完善, 便可繪出夾具的正式設(shè)計總圖。 另外, 對于經(jīng)驗豐富的夾具設(shè)計員, 可不進行草圖設(shè)計, 直接進行總圖設(shè)計。３) 零件

43、圖繪制,上一頁,下一頁,返回,１.３　知識準備,為了制造加工夾具, 應(yīng)繪出所有非標準化零件的零件圖。４) 夾具設(shè)計說明書設(shè)計說明書不僅是夾具設(shè)計計算、分析的整理和總結(jié), 也是圖紙設(shè)計的理論依據(jù), 而且是審核設(shè)計的技術(shù)文件之一。 主要內(nèi)容包括: 夾具設(shè)計任務(wù)書、產(chǎn)品要求和工藝性分析、夾具設(shè)計技術(shù)條件、夾具設(shè)計基準的確定和夾具設(shè)計方案的確定與分析。５) 夾具使用說明書夾具使用說明書包括: 夾具最大受力、夾具的檢修和使用中的問題、夾具

44、防塵等內(nèi)容。,上一頁,返回,１.４　任務(wù)實現(xiàn),１.４.１　任務(wù)介紹本吸附式上下料機器人工作站采用圖１ －１８ 所示ＫＵＫＡ 機器人將圖１ －２４ 所示薄板件搬運至圖１ －２５ 所示激光切割機夾具平臺上, 并完成該工作站的布局, 即機器人從原料車中拾取一塊長× 寬為４００ ｍｍ ×４００ ｍｍ、厚度為２.５ ｍｍ 以及質(zhì)量為３.１８ ｋｇ 的３０４ 不銹鋼薄板送入激光切割機工作臺。 不銹鋼片材疊放于原料車中, 并進行

45、預定位, 原料最低高度為２００ ｍｍ; 激光切割機工作臺頂針支撐面高度為１ ２５０ ｍｍ, 激光切割加工薄板放置在廢料簸箕拾取邊和頂針支撐面組成的平面上; 頂針嵌在廢料簸箕之中, 廢料簸箕可以從頂針陣列中提出來。,下一頁,返回,１.４　任務(wù)實現(xiàn),在上下料過程中, 機器人不得與原料車預定裝置、激光切割機工作臺和激光頭干涉。本任務(wù)要求完成吸附式末端執(zhí)行器的設(shè)計、機器人底座設(shè)計、預定位裝置設(shè)計、氣動系統(tǒng)設(shè)計和工作站的布局。任務(wù)１　吸附式上

46、下料機器人末端執(zhí)行器設(shè)計工業(yè)機器人的機械部分主要包括末端執(zhí)行器、手腕、手臂和基座。 末端執(zhí)行器即機器人的手, 是工業(yè)機器人用于抓取和握緊(吸附) 噴槍、爆具、扳手、噴頭等專用工具并進行操作的部件。 它安裝于機器人手臂的前端, 具有模仿人手動作的功能。,上一頁,下一頁,返回,１.４　任務(wù)實現(xiàn),由于被抓取工件的形狀、尺寸、材質(zhì)、重量、表面狀態(tài)等各不相同, 因此工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器是多種多樣的, 大致可以分為以下幾類: ①夾鉗式取料手;

47、②吸附式取料手; ③專用操作器及轉(zhuǎn)換器; ④仿生多指靈巧手; ⑤其他手。本任務(wù)利用工業(yè)機器人進行０.１６ ｍ２、３.１８ ｋｇ不銹鋼板料的搬運, 因此工業(yè)機器人的末端執(zhí)行器采用氣吸附式取料手。 為了滿足吸附式末端執(zhí)行器與工業(yè)機器人腕部法蘭之間的機械連接, 以及吸附式末端執(zhí)行器與工業(yè)機器人之間的氣動和電氣連接,需要進行上下料工作站工業(yè)機器人末端夾具設(shè)計即吸嘴連接板和法蘭連接板的設(shè)計。,上一頁,下一頁,返回,１.４　任務(wù)實現(xiàn),１.吸嘴連接

48、板設(shè)計本任務(wù)所在的生產(chǎn)線要求激光切割機從不銹鋼板中切除出不同形狀、面積較小的半成品, 同時要求不銹鋼板在上料過程中不能有變形, 因此, 需要采用多個吸嘴, 并且將吸嘴均勻布置于連接板邊緣,如圖１ －２６ 所示; 由吸嘴在原料薄板上的布置圖可知, 吸嘴連接板可設(shè)計為完全對稱結(jié)構(gòu),當機器人取料時法蘭盤中心與被拾取原料薄板中心共線, 可預防偏載扭矩的產(chǎn)生, 因此, 吸嘴連接板由兩塊相同的梯形板構(gòu)成, 對稱連接在法蘭連接板上; 為減輕連接板重

49、量, 吸嘴連接板鏤空, 吸嘴連接板材質(zhì)為密度小、強度大的鋁合金, 連接板設(shè)計圖如圖１ －２７ 所示。,上一頁,下一頁,返回,１.４　任務(wù)實現(xiàn),２.法蘭連接板設(shè)計法蘭連接板起到連接工業(yè)機器人腕部法蘭(圖１ －２０) 和吸附式末端執(zhí)行器連接板的作用, 法蘭連接板一端連接兩塊對稱布置的吸附式末端執(zhí)行器連接板, 為便于調(diào)節(jié)吸附式末端執(zhí)行器連接板與法蘭連接板的連接在法蘭連接板上開有許多螺紋孔, 法蘭連接板另一端必須與ＫＵＫＡ－ ＫＲ １０ 機器

50、人手腕法蘭盤的接口相匹配(圖１ －２０)。 為減輕重量, 連接板材質(zhì)為鋁合金。 法蘭連接板設(shè)計圖如圖１ －２８ 所示。３.光電開關(guān)支架設(shè)計,上一頁,下一頁,返回,１.４　任務(wù)實現(xiàn),光電接近開關(guān)用于檢測吸嘴是否接近不銹鋼薄板, 其穿過吸嘴執(zhí)行器連接板, 并被擰固于支撐架上, 光電開關(guān)支架示意圖如圖１ －２９ 所示。任務(wù)２　吸附式上下料機器人底座設(shè)計機器人底座的設(shè)計必須考慮以下幾個方面: ①機器人本身的固定; ②機器人在垂直方向上的空

51、間不足; ③機器人控制器可以放置在底座內(nèi)。 因此機器人底座可以采用普通槽鋼和鋼板焊接而成, 以地腳螺母支撐, 示意圖如圖１ －３０ 所示。任務(wù)３　吸附式上下料機器人預定位裝置設(shè)計,上一頁,下一頁,返回,１.４　任務(wù)實現(xiàn),如圖１ －３１ 所示, 預定位裝置與原料小車組合在一起, 一方面起到原料輸運作用, 即負責將料板送至特定位置, 供多關(guān)節(jié)機器人抓取完成上料; 另一方面擋塊也起到預定位作用, 由于小車不能可靠固定, 需要配備一個限位框架

52、, 如圖１ －３２ 所示。料板堆疊放置在來料小車上的三塊限位擋塊之間, 并緊靠前面裝有鐵塊的擋塊之上。限位擋塊有兩個作用: 一是內(nèi)壁限制料板放置位置; 二是外壁緊貼限位框架上的導向條,限制小車位置。任務(wù)４　吸附式上下料機器人氣動系統(tǒng)設(shè)計１.吸附式末端執(zhí)行器選型,上一頁,下一頁,返回,１.４　任務(wù)實現(xiàn),氣吸附式取料手是利用吸盤內(nèi)的壓力和大氣壓之間的壓力差而工作的, 具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、吸附力分布均勻等優(yōu)點, 對于薄片狀物體的搬運更

53、有其優(yōu)越性, 如板材、紙張和玻璃等, 廣泛應(yīng)用于非金屬材料和不可有剩磁材料的吸附。 不過, 要求物料表面較平整光滑,無孔、無凹槽。夾具最多可安裝吸盤１２ 個, 現(xiàn)僅安裝了８ 個, 最大可搬質(zhì)量為６ ｋｇ。 吸盤載荷計算方法:２.氣動系統(tǒng),上一頁,下一頁,返回,１.４　任務(wù)實現(xiàn),本任務(wù)所在氣壓系統(tǒng)簡單, 只需要氣源裝置、真空發(fā)生器就可以給吸嘴提供真空度, 所以氣壓回路不需要給出。任務(wù)５　吸附式上下料機器人工作站布局１.上下料機器

54、人吸附式末端操作器組裝上下料機器人吸附式末端操作器組裝示意圖如圖１ －３３ 所示。(１) 組裝體自身長４００ ｍｍ、寬３９４ ｍｍ, 尺寸較上料小車限位塊小, 可保證不銹鋼板被順利吸取。(２) 吸盤可吸范圍長３８０ ｍｍ, 寬在３４１ ~３９１ ｍｍ 范圍可調(diào), 需保證所吸鋼板在此范圍內(nèi)無凹凸、無通孔, 否則影響功能。,上一頁,下一頁,返回,１.４　任務(wù)實現(xiàn),吸盤安裝方法, 如圖１ －３４ 所示, 穿過夾具本體, 由上下兩個螺母夾

55、緊固定, 夾具本體上為長圓孔, 吸盤可在夾具本體上左右移動微調(diào)位置。 使用前請確保吸盤固定于夾具體上,無松動現(xiàn)象。傳感器安裝方法, 如圖１ －３５ 所示, 傳感器為Ｍ１８ 接近型, 感應(yīng)距離為４ ｍｍ 以內(nèi); 安裝時穿過夾具本體, 上下用螺母夾緊; 傳感器與吸盤的相對高度ａ, 需保證吸盤縮至最短時, 相對高度ａ≤３ ｍｍ。機器人、吸附式末端執(zhí)行器、底座組合示意圖如圖１ －３６ 所示。２.上下料機器人工作站布局,上一頁,下一頁,返回

56、,１.４　任務(wù)實現(xiàn),上下料機器人工作站布局如圖１ －３７ 所示, 它由原料小車、廢料小車、機器人工作站以及激光切割機組成。 相互之間的距離尺寸標注省略, 條件允許, 可將該工作站導入機器人仿真軟件, 進行機器人運動干涉仿真。任務(wù)６　應(yīng)用案例鑒賞案例１　機器人在加工中心上散裝工件的搬運(圖１ －３８)散裝工件是指沒有排序的待加工的工件。 因此, 機器人抓手在取件過程中會遇到很多困難。 對于具有內(nèi)置視覺感測功能的機器人, 散裝工件取出

57、時, 不需要工件排序裝置, 可以減少加工場地和設(shè)備投入。,上一頁,下一頁,返回,１.４　任務(wù)實現(xiàn),案例２　板材折彎的搬運機器人(圖１ －３９)板材折彎的搬運機器人工作站組成如下:(１) 以ＰＣ 為基礎(chǔ)的機器人控制系統(tǒng);(２) 真空吸持器、氣動工作吸盤;(３) 貨盤架;(４) 上下料輸送裝置;(５) 控制系統(tǒng)監(jiān)測;(６) 控制器;(７) 電器柜;(８) 安全圍欄及安全門。,上一頁,下一頁,返回,１.４　任務(wù)實現(xiàn),案例３　

58、沖壓件搬運機器人(圖１ －４０)沖壓加工是借助于常規(guī)或?qū)Ｓ脹_壓設(shè)備的動力, 使板料在模具里直接受到變形力并進行變形, 從而獲得一定形狀、尺寸和性能的產(chǎn)品零件的生產(chǎn)技術(shù)。 生產(chǎn)中為滿足沖壓零件形狀、尺寸、精度、批量、原材料性能等方面的要求, 采用多種多樣的沖壓加工方法。沖壓加工的節(jié)拍快, 加工尺寸范圍較大, 沖壓件的形狀較復雜, 所以工人的勞動強度大, 并且容易發(fā)生工傷。機器人的周邊設(shè)備:(１) 機器人行走導軌;,上一頁,下一頁,

59、返回,１.４　任務(wù)實現(xiàn),(２) 真空吸盤;(３) 工件輸送裝置;(４) 供料倉;(５) 系統(tǒng)總控制柜;(６) 安全圍欄;(７) 安全門開關(guān)。,上一頁,返回,１.５　考核評價,考核任務(wù)１　熟悉搬運機器人工作站要求: 了解搬運機器人工作站的定義、特點和基本組成, 重點掌握搬運機器人末端執(zhí)行器的相關(guān)知識?？己巳蝿?wù)２　基本掌握吸附式上下料機器人工作站的設(shè)計要求: 能夠根據(jù)應(yīng)用需求, 合理設(shè)計吸附式上下料機器人工作站, 主要包括末

60、端執(zhí)行器工裝設(shè)計、工件預定位裝置設(shè)計、末端執(zhí)行器氣動設(shè)計和工作站合理布局。,返回,圖１ －１　搬運機器人工作站組成,返回,圖１ －２　安川ＭＨ６ 機器人本體,返回,圖１ －３　安川ＤＸ１００ 控制柜,返回,圖１ －４　輸送線系統(tǒng),返回,圖１ －５　平面?zhèn)}庫,返回,圖１ －６　ＰＬＣ 控制柜,返回,圖１ －７　機器人末端執(zhí)行器,返回,圖１ －８　手爪類型,返回,圖１ －９　真空吸盤,返回,圖１ －１０　氣流負壓吸盤,返回,圖１ －１１　擠

61、氣負壓吸盤,返回,圖１ －１２　自適應(yīng)性吸盤,返回,圖１ －１３　異形吸盤,返回,圖１ －１４　末端執(zhí)行器氣動控制回路,返回,表１ － １　閥的機能,返回,表１ － ２　閥的電氣規(guī)格,返回,表１ － ３?。矗郑保玻?－ Ｍ５ 電氣性能參數(shù),返回,圖１ －１５　閥組的結(jié)構(gòu),返回,圖１ －１６　真空吸盤,返回,表１ － ４　費斯托ＶＡＤ － １ / ８ 真空發(fā)生器主要技術(shù)參數(shù),返回,圖１ －１７　真空發(fā)生器,返回,圖１ －１８?。耍眨耍粒?/p>

62、Ｒ １０ Ｒ１１００ ｓｉｘｘ 型工業(yè)機器人結(jié)構(gòu)示意圖,返回,圖１ －１９?。耍眨耍粒耍?１０ Ｒ１１００ ｓｉｘｘ 型工業(yè)機器人作業(yè)范圍,返回,圖１ －２０　ＫＵＫＡ－ＫＲ １０ Ｒ１１００ ｓｉｘｘ 型工業(yè)機器人手腕法蘭盤接口尺寸,返回,圖１ －２１?。耍眨耍粒耍?１０ Ｒ１１００ ｓｉｘｘ 型工業(yè)機器人手腕承載能力,返回,表１ － ５?。耍眨耍粒耍?１０ Ｒ１１００ ｓｉｘｘ 型工業(yè)機器人具體參數(shù),返回,圖１ －２２　六個自

63、由度,返回,圖１ －２３　工件的定位,返回,圖１ －２４　原料板件,返回,圖１ －２５　激光切割機,返回,圖１ －２６　吸嘴位置示意圖,返回,圖１ －２７　吸嘴連接板,返回,圖１ －２８　法蘭連接,返回,圖１ －２９　光電開關(guān)支架,返回,圖１ －３０　機器人底座,返回,圖１ －３１　原料小車,,返回,圖１ －３２　限位框架,返回,圖１ －３３　上下料機器人吸附式末端操作器,返回,圖１ －３４　吸盤安裝,返回,圖１ －３５　傳感器安裝,返