工業(yè)機器人典型工作站應用.ppt

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第6章 工業(yè)機器人典型工作站應用,主要內(nèi)容,,,,,弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,,,,,搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,碼垛工業(yè)機器人應用,并聯(lián)工業(yè)機器人在分揀生產(chǎn)中的應用,1,2,3,4,【學習目標】 1. 知識目標 了解幾種工業(yè)機器人工作站的基本組成。 掌握工業(yè)機器人工作站的建立與配置方法。 掌握工業(yè)機器人目標點示教的方法與技巧。 掌握工業(yè)機器人的程序指令應用。 掌握機器人工作站的基本調(diào)試方法。 2. 技能目標 能夠進行工作站需求I/O配置。 能夠進行程序數(shù)據(jù)創(chuàng)建。 能夠進行目標點示教。 能夠進行工作站程序編寫與調(diào)試 3. 情感目標 認真細心，規(guī)范操作。 勤懇學習，合作互助。,任務1 搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,【任務描述】 采用機器人搬運可大幅提高生產(chǎn)效率，節(jié)省勞動力成本，提高定位精度并降低搬運過程中的產(chǎn)品損壞率。搬運機器人具有通用性強、工作穩(wěn)定的優(yōu)點，且操作簡便、功能豐富，同時逐漸向第三代智能機器人發(fā)展，其主要優(yōu)點有： ①動作穩(wěn)定和提高搬運準確性； ②改善工人勞作條件，擺脫有毒、有害環(huán)境； ③柔性高、適應性強，可實現(xiàn)多形狀、不規(guī)則物料搬運； ④定位準確，保證批量一致性。 ABB搬運機器人有許多成熟的解決方案，在諸多領域均有廣泛的應用，涉及物流輸送、周轉、倉儲等。ABB推出的一款迄今為止最小的多用途工業(yè)機器人——緊湊、敏捷、輕量的六軸IRB120，僅重25kg，荷重3kg（垂直腕為4kg），工作范圍達580mm。,任務1 搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,【知識儲備】 一、機器人通信I/O板設置 ABB標準I/O板掛在DeviceNet總線上，常用型號有DSQC651和DSQC652。DSQC651板主要提供8個數(shù)字輸入信號、8個數(shù)字輸出信號和2個模擬輸出信號的處理；DSQC652板主要提供16個數(shù)字輸入信號和16個數(shù)字輸出信號的處理。在系統(tǒng)中配置標準I/O板卡，至少需要設置以下參數(shù)，詳見下表6-1所示。,表6-1 配置通信板DSQC651,任務1 搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,【知識儲備】 二、搬運機器人數(shù)字I/O設置 在I/O單元上創(chuàng)建一個數(shù)字I/O信號，至少需要設置I/O信號的名稱及類型、I/O信號所在的I/O模板單元以及I/O信號所占用的單元地址。例如可以將數(shù)字輸入信號di1設置為如下表6-2所示,表6-2 di1數(shù)字輸入信號設置,任務1 搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,【知識儲備】 三、機器人控制系統(tǒng)I/O信號功能設定 系統(tǒng)輸入：將數(shù)字輸入信號與搬運工作站機器人系統(tǒng)的控制信號關聯(lián)起來，即可以通過輸入信號的變化對系統(tǒng)進行控制，例如，軸伺服電機上電、程序的啟動等。 系統(tǒng)輸出：機器人系統(tǒng)的狀態(tài)信號也可以與數(shù)字輸出信號關聯(lián)起來，將系統(tǒng)的狀態(tài)變化傳遞給外圍設備以用作控制信號。例如，系統(tǒng)運行模式、程序執(zhí)行錯誤等。,表6-4 系統(tǒng)I/O信號功能設定,任務1 搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,【知識儲備】 四、檢測HOME點模板 在實訓任務中，每個程序都有檢測Home點的例行程序rCheckHomePos，以及比較機器人當前位置和給定位置是否相同的功能程序CurrentPos，其程序內(nèi)容如下，在后續(xù)的代碼中不再重復。 程序：rCheckHomePos、CurrentPos 程序功能：檢查原點程序，如機器人不在原點位置則返回原點 PROC rCheckHomePos( ) !檢測是否在Home點程序 VAR robtarget pActualPos; !定義一個目標點數(shù)據(jù)pActualPos IF NOT CurrentPos (pHome, tGripper) THEN,任務1 搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,【知識儲備】 四、檢測HOME點模板 在實訓任務中，每個程序都有檢測Home點的例行程序rCheckHomePos，以及比較機器人當前位置和給定位置是否相同的功能程序CurrentPos，其程序內(nèi)容如下，在后續(xù)的代碼中不再重復。 程序：rCheckHomePos、CurrentPos 程序功能：檢查原點程序，如機器人不在原點位置則返回原點 PROC rCheckHomePos( ) !檢測是否在Home點程序 VAR robtarget pActualPos; !定義一個目標點數(shù)據(jù)pActualPos IF NOT CurrentPos (pHome, tGripper) THEN,任務1 搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,【拓展與提高】 一、搬運機器人的分類及特點 從結構形式上看，搬運機器人可分為龍門式搬運機器人、懸臂式搬運機器人、側壁式搬運機器人、擺臂式搬運機器人和關節(jié)式搬運機器人，如圖6-2所示。 ① 龍門式搬運機器人其坐標系主要由 X 軸、 Y 軸和 Z 軸組成。 ② 懸臂式搬運機器人其坐標系主要由X軸、Y軸和Z軸組成。 ③ 側壁式搬運機器人其坐標系主要由X軸、Y 軸和Z軸組成。 ④ 擺臂式搬運機器人其坐標系主要由X 軸、Y軸和Z軸組成。 ⑤ 關節(jié)式搬運機器人是當今工業(yè)產(chǎn)業(yè)中常見的機型之一，其擁有5~6個軸，行為動作類似于人的手臂，具有結構緊湊、占地空間小、相對工作空間大、自由度高等特點，適合于幾乎任何軌跡或角度的工作。圖6–3所示是ABB IRB460機器人從物流傳輸線中搬運整體物料帶。,任務1 搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,【拓展與提高】 二、關節(jié)式搬運機器人工作站組成 以關節(jié)式搬運機器人為例，其工作站主要有機器人本體、控制系統(tǒng)、搬運系統(tǒng)（氣體發(fā)生裝置、真空發(fā)生裝置和手爪等）和安全保護裝置組成，如圖6-4所示。 【實踐操作】 一、解包工作站 找到工作站打包文件SituationalTeaching_Carry.rspag，如圖6-5所示，按照以下步驟進行解壓的操作。 二、配置I/O單元 在示教器中，選中控制面板→配置系統(tǒng)參數(shù)→Unit →新建I/O通信板board10，并根據(jù)要求配置I/O單元的參數(shù)，配置好的頁面如圖6-8所示。,任務1 搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,【實踐操作】 三、配置I/O信號 在機器人示教器中，根據(jù)工作站要求的參數(shù)逐一新建I/O信號，并加以配置。 四、配置系統(tǒng)輸入/輸出 在示教器中，根據(jù)以下工作站要求的參數(shù)配置系統(tǒng)輸入/輸出信號，以di07_MotorOn為例，點擊控制面板→配置系統(tǒng)參數(shù)→Signal Input→添加信號di07_MotorOn設置Action為Motor On，如圖6-10所示，這樣當di07_MotorOn信號置1時，機器人電機開啟。其余系統(tǒng)輸入輸出參數(shù)設置在此不再一一演示。 五、創(chuàng)建并設置工具數(shù)據(jù) 在示教器中設定工具數(shù)據(jù)，采用6點法對工具坐標系數(shù)據(jù)進行標定，產(chǎn)生的工具數(shù)據(jù)tGripper的詳細參數(shù)見下表。在示教器中，程序數(shù)據(jù)界面，新建工具坐標系，按照表6-5所示的要求設置工具參數(shù)，如圖6-11所示。,任務1 搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,【實踐操作】 六、創(chuàng)建工件坐標系數(shù)據(jù) 本工作站中，設置兩種工件坐標系WobjCNV和WobjBuffer，工件坐標系均采用用戶三點法標定。在示教器中，根據(jù)圖所示位置設定工件坐標系數(shù)據(jù)。示意圖如圖6-13所示。建立過程為程序數(shù)據(jù)→Wobjdata→新建工件坐標系，并設置參數(shù)。 七、創(chuàng)建載荷數(shù)據(jù) 在虛擬示教器中，根據(jù)工作站的要求以下的參數(shù)設定載荷數(shù)據(jù)LoadFull參數(shù)。 八、示教目標點 采用在線示教方式為機器人輸入搬運作業(yè)程序。在本工作站中，需要示教太陽能薄板拾取點pPick，示教操作方法見前面項目介紹；示教太陽能薄板放置基準點pPlaceBase；示教工業(yè)機器人工作程序起始點pHome點也即工作原點。拾取點位置如圖6-15所示，太陽能薄板放置基準點位置如圖6-16所示，機器人工作原點如圖6-17所示。,任務1 搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,【實踐操作】 九、程序設計 在本工作站中，導入程序模板，在程序中修改相應的位置點數(shù)據(jù)，編程實現(xiàn)搬運動作。要實現(xiàn)的動作為工業(yè)機器人在流水線上拾取太陽能薄板工件，將其搬運至存儲盒中，以便周轉至下一工位進行等待處理。在熟悉了此RAPID程序后，可以根據(jù)實際的需要在此程序的基礎上做適用性的修改，以滿足實際邏輯與動作的控制。 1. 數(shù)據(jù)定義程序 以下程序的作用為數(shù)據(jù)定義，既包括需要示教的目標點的位置信息，也包括運動速度數(shù)據(jù)信息、工具坐標系數(shù)據(jù)信息以及工件坐標數(shù)據(jù)信息。 2. 機器人搬運工作主程序 PROC Main() !主程序 rInitialize; !調(diào)用初始化程序,任務1 搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,【實踐操作】 九、程序設計 WHILE TRUE DO !利用WHILE循環(huán)將初始化程序隔開 rPickPanel;!調(diào)用拾取程序 rPlaceInBuffer;!調(diào)用放置程序 Waittime 0.3; !循環(huán)等待時間，防止不滿足機器人動作情況下程序掃描過快，造成CPU過負荷 END WHILE ENDPROC,任務1 搬運工業(yè)機器人在生產(chǎn)線中的應用,【實踐操作】 九、程序設計 3. 初始化程序 主要使工業(yè)機器人回到工作前初始位置，將計數(shù)器恢復。 4. 拾取程序 完成從流水線上拾取薄板操作。 5. 放置物體程序 6. 計算位置信息程序 主要功能是根據(jù)已擺放的信息按照一定規(guī)則順序擺放太陽能薄板，共四種情況選擇。 7. 初始位置示教程序 8. 歸零程序 輔助程序將機器人各周圍歸零。,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【任務描述】 碼垛指將形狀基本一致的產(chǎn)品按一定的要求堆疊起來。碼垛機器人的功能是把料袋或者料箱一層一層碼到托盤上。本設備用于化工、飲料、食品、啤酒、塑料等自動生產(chǎn)企業(yè)，對紙箱、袋裝、罐裝、啤酒箱等各種形狀的包裝都適應。ABB公司推出全球最快碼垛機器人IRB-460，操作節(jié)拍可到達每小時2190次，運行速度比常規(guī)機器人提升15%，作業(yè)覆蓋范圍達到2.4米，占地面積比一般碼垛機器人節(jié)省20%。本次工作任務選擇IRB460工業(yè)機器人對通過傳輸線輸送來的紙箱進行左右兩個輸出工位碼垛操作，如圖6–18所示。紙箱長600mm，寬250mm，高400mm。碼垛機器人除了完成搬運任務外，還要將工件有規(guī)律地擺放在托盤上。,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【知識儲備】 一、碼垛機器人末端工具 常見碼垛機器人的末端執(zhí)行器有 吸附式、夾板式、抓取式、組合式。其結構如圖6-20所示。 ① 吸附式：在碼垛中吸附式末端執(zhí)行器主要為 氣吸附 。廣泛應用于醫(yī)藥、食品、煙酒等行業(yè)。 ② 夾板式：夾板式手爪是碼垛過程中最常用的一類手爪，常見的有 單板式 和 雙板式 ，主要用于整箱或規(guī)則盒碼垛，夾板式手爪加持力度較吸附式手爪大，并且兩側板光滑不會損傷碼垛產(chǎn)品外觀質量，單板式與雙板式的側板一般都會有可旋轉爪鉤。 ③ 抓取式：抓取式手爪是一種可靈活適應不同形狀和內(nèi)含物的包裝袋。 ④ 組合式：組合式是通過組合獲得各單組手爪優(yōu)勢的一種手爪，靈活性較大，各單組手爪之間既可單獨使用又可配合使用，可同時滿足多個工位的碼垛。,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【知識儲備】 二、碼垛位置的算法 在本次任務中以第一層碼垛為例，IRB460機器人首先將工件從輸送線位置搬運至位置1,需要對抓取點和位置1這兩個位置點進行示教。1層5個工件擺放位置如圖6-21-a）圖所示，第一層即需要示教5個點，如果碼垛10層那么就需要示教50個點。那么，是否可以找出其中規(guī)律以減少目標位置示教點呢？經(jīng)過對比可以發(fā)現(xiàn)，位置2是在位置1的基礎上，在X正方向偏移了1個紙箱的寬度，也就是250mm；位置點3同樣偏移了250mm。因此，有了位置1，位置2和位置3的位置信息數(shù)據(jù)就能通過運算得到。同樣，對位置點4進行示教后，位置5也能得到，位置5是在位置4的基礎在X正方向偏移紙箱的長度，即600mm，如圖6–21-a所示。第二層碼垛只需對位置6和位置9進行示教。其余位置點通過運算也可以得到，如圖6–21-b圖所示。,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【知識儲備】 二、碼垛位置的算法,,,a）第一層擺放位置,b）第二層擺放位置,圖6-21 擺放示意圖,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【知識儲備】 三、數(shù)組的應用 對于一些常見的碼垛垛型,可以利用數(shù)組來存放各個擺放位置數(shù)據(jù)，在放置程序中直接調(diào)用該數(shù)據(jù)即可。 什么是數(shù)組？在定義程序數(shù)據(jù)時，可以將同種類型、同種用途的數(shù)值存放在同一個數(shù)據(jù)中。當調(diào)用該數(shù)據(jù)時需要寫明索引號來制訂調(diào)用的是該數(shù)據(jù)中的哪個數(shù)值，這就是數(shù)組。在RAPID程序中，可以定義一維數(shù)組、二維數(shù)組和三維數(shù)組。 四、動作觸發(fā)指令 TriggL：在線性運動過程中，在指定位置準確的觸發(fā)事件，如置位輸出信號、激活中斷等?？梢远x多種類型的觸發(fā)事件，如TriggI/O（觸發(fā)信號）、TriggEquip（觸發(fā)裝置動作）、TriggInt（觸發(fā)中斷）等。,,,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【知識儲備】 五、中斷程序 在程序執(zhí)行過程中，如果發(fā)生需要緊急處理的情況，這是就要中斷當前程序的執(zhí)行，馬上跳轉到專門的程序中對緊急情況進行相應處理，處理結束后返回中斷的地方繼續(xù)往下執(zhí)行程序。專門用來處理緊急情況的程序稱作中斷程序（TRAP）。 六、復雜程序數(shù)據(jù)賦值 多數(shù)類型的程序數(shù)據(jù)均是組合型數(shù)據(jù)，即里面包含了多項數(shù)值或字符串?？梢詫ζ渲械娜魏我豁梾?shù)進行賦值。 七、軸配置監(jiān)控指令 ConfL:指定機器人在線性運動及圓弧運動過程中是否嚴格遵循程序中已設定的軸配置參數(shù)。在默認情況下，軸配置監(jiān)控是打開的，當關閉軸配置監(jiān)控后，機器人在運動過程中采取最接近當前軸配置數(shù)據(jù)的配置到達指定目標點。,,,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【知識儲備】 八、碼垛節(jié)拍優(yōu)化技巧 在碼垛過程中，最為關注的是每一個運行周期節(jié)拍。在碼垛程序中，通常可以在以下6個方面進行節(jié)拍的優(yōu)化。 ① 在機器人運行軌跡中，經(jīng)常會有一些中間過渡點，即在該位置機器人不會具體觸發(fā)事件，如拾取正上方位置點、放置正上方位置點、為繞開障礙物而設置的一些位置點。 ② 善于運用Trigg觸發(fā)指令，即要求機器人在準確的位置觸發(fā)事件。 ③ 程序中盡量少使用Waittime固定等待時間指令，可在夾具上面添設反饋信號，利用WaitDI指令，當?shù)却綏l件滿足則立即執(zhí)行。 ④ 在某些運行軌跡中，若機器人的運行速度設置過大，則容易觸發(fā)過載報警。在整體滿足機器人載荷能力要求的前提下，此種情況多是由于未正確設置夾具重量和重心偏移以及產(chǎn)品重量和重心偏移所致。,,,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【知識儲備】 八、碼垛節(jié)拍優(yōu)化技巧 ⑤ 在運行軌跡中，通常會添加一些中間過渡點以保證機器人能夠繞開障礙物。 ⑥ 整個機器人碼垛系統(tǒng)要合理布局，使取件點與放件點盡可能靠近。 【拓展與提高】 碼垛機器人具有作業(yè)高效、碼垛穩(wěn)定等優(yōu)點，解放工人繁重體力勞動，已在各個行業(yè)的包裝物流線中發(fā)揮強大作用。其主要優(yōu)點有： ① 占地面積少，動作范圍大，減少廠源浪費。 ② 能耗低，降低運行成本。 ③ 提高生產(chǎn)效率，解放繁重體力勞動，實現(xiàn)“無人”或“少人”碼垛。 ④ 改善工人勞作條件，擺脫有毒、有害環(huán)境。 ⑤ 柔性高、適應性強，可實現(xiàn)不同物料碼垛。 ⑥ 定位準確，穩(wěn)定性高。,,,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【實踐操作】 一、解包工作站 找到工作站打包文件PalletizeStn.rspag，如圖6-27所示，按照以下步驟進行解壓的操作。 二、IO 板配置和信號創(chuàng)建 在本工作站中，需要用到的數(shù)字輸入信號有傳送帶工件到位信號、真空反饋信號等。此外，還需要設置系統(tǒng)輸入、輸出，如“啟動”、“停止”、“急停復位”、“打開真空”等。在虛擬示教器中，要根據(jù)所需信號選配IO通信方式。由于信號數(shù)量較少，因此可以通過ABB標準IO板來進行通信，可以選取DSQC652。數(shù)字信號16進16出，沒有模擬輸出。ABB 標準IO板是下掛在DeviceNet總線上面的，配置比較簡單。單元信號配置見表6–7和表6–8所示。,,,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【實踐操作】 三、創(chuàng)建任務數(shù)據(jù) 1．工具數(shù)據(jù)的創(chuàng)建 在示教器中，建立工具坐標系tGrip，參數(shù)設置如下圖6-33所示。對碼垛機器人而言，以末端執(zhí)行器不同而設置在不同位置，就吸附式而言其TCP 一般設在法蘭中心線與吸盤所在平面交點的連線上并延伸一段距離，距離的長短依據(jù)吸附物料高度確定；夾板式和抓取式的 TCP 一般設在法蘭中心線與手爪前端面交點處；而組合式 TCP 設定點需依據(jù)起主要作用的單組手爪確定。工作站工具吸盤如圖6-34所示。 2. 工件坐標數(shù)據(jù)的設定 本應用中，工件坐標系均采用用戶三點法創(chuàng)建。在虛擬示教器中，根據(jù)圖6–35所示的位置設定工件坐標系。如果要完成左右兩個托盤的碼垛，就要對左右托盤的碼垛建立兩個工件坐標系。,,,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【實踐操作】 三、創(chuàng)建任務數(shù)據(jù) 3. 創(chuàng)建載荷數(shù)據(jù) 在虛擬示教器中，根據(jù)以下參數(shù)設定載荷數(shù)據(jù)LoadFull：載荷高度250mm、長度600mm、寬度400mm。設置方法參考任務一搬運應用。有效的負載數(shù)據(jù)需根據(jù)實際的重量以及抓件的重心進行設定，這樣能讓機器人運行起來更加平穩(wěn)。IRB460碼垛機器人沒有重心檢測功能，參數(shù)數(shù)值見表6-9所示，示教器設置界面如圖6-36所示。 4.創(chuàng)建示教目標點 在本任務工作站中,單側擺放即需要示教原點pHome、抓取點pPick1、右側旋轉90點 pBase1_90和右側不旋轉點pBase1_0等4個目標點，分別如圖6–37、圖6–38、圖6–39和圖6–40所示。左側擺放示教過程同右側，示教示意圖不再列出。,,,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【實踐操作】 三、創(chuàng)建任務數(shù)據(jù) 5. 機器人任務程序設計 (1)機器人程序框架搭建 下面以一層的碼垛為例說明碼垛的過程，程序流程圖如圖6–41所示。在執(zhí)行初始化程序后，檢測托盤是否放滿。若托盤不滿，則繼續(xù)抓取工件。根據(jù)碼垛要求放置的位置放置工件。碼垛計數(shù)不滿的繼續(xù)延時循環(huán)運行，計數(shù)滿后就程序結束。 (2) 機器人程序設計 ① 手動示教目標點程序 在程序中新建一個 rModify 的子程序用于手動示教目標點，根據(jù)前面分析，需要示教的目標點主要有四個，即：初始點，抓取點，右側放置點pPlaceBase0，放置旋轉點pPlaceBase90。,,,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【實踐操作】 三、創(chuàng)建任務數(shù)據(jù) 5. 機器人任務程序設計 (2) 機器人程序設計 ② 主程序設計 首選執(zhí)行初始化程序，等待物塊到位信號和傳送帶完畢信號后，執(zhí)行目標物體抓取程序目標物體放置程序。 ③ 初始化子程序設計 首先復位真空信號，讀取當前機器人目標點位置數(shù)據(jù)，指定工具坐標為tGrip，工具終端移動至初始原點即pHome點，初始化計數(shù)值和碼垛滿載布爾量，中斷初始化，連接中斷符與中斷程序tPallet1。,,,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【實踐操作】 三、創(chuàng)建任務數(shù)據(jù) 5. 機器人任務程序設計 (2) 機器人程序設計 ④ 抓取子程序設計 在傳送帶工件坐標系中建立抓取子程序 rpick1 ，子程序功能為機器人手爪移動至抓取點上方400mm 處。等待工件到位,然后移動至抓取點。打開真空，待接收到滿載信號后,移動至抓取點上方 300mm 處。 ⑤ 放置子程序 調(diào)用子程序rPosition1計算放置位置點，移動至放置位置點上方400mm后低速移動至放置位置點。關閉真空，放置工件后延時0.3s，回到位置點上方400mm處，將當前碼垛工件數(shù)加1，如達到最大碼垛數(shù)則完成碼垛。,,,任務2 碼垛工業(yè)機器人應用,【實踐操作】 三、創(chuàng)建任務數(shù)據(jù) 5. 機器人任務程序設計 (2) 機器人程序設計 ⑥ 計算放置點程序設計 rPosition 計算放置的位置點。 ⑦ 中斷程序 設置計數(shù)值，失效中斷數(shù)據(jù)，執(zhí)行寫屏指令。 ⑧ 位置點示教程序設計 rModify 用于位置點示教。,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【任務描述】 使用機器人完成一項焊接任務只需要操作者對它進行一次示教，隨后機器人即可精確地再現(xiàn)示教的每一步操作。如讓機器人去做另一項工作，無須改變?nèi)魏斡布灰獙λ僮鲆淮问窘碳纯?。其主要?yōu)點有： ① 穩(wěn)定和提高焊接質量，保證其均勻性； ② 提高勞動生產(chǎn)率，一天可24小時連續(xù)生產(chǎn)； ③ 改善工人勞動條件，可在有害環(huán)境下工作； ④ 降低對工人操作技術的要求； ⑤ 縮短產(chǎn)品改型換代的準備周期，減少相應的設備投資； ⑥ 可實現(xiàn)小批量產(chǎn)品的焊接自動化； ⑦ 能在空間站建設、核電站維修、深水焊接等極限條件下完成人工難以進行的焊接作業(yè)； ⑧ 為焊接柔性生產(chǎn)線提供技術基礎。,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【知識儲備】 一、常用弧焊數(shù)據(jù) 在弧焊的連續(xù)工藝過程中，需要根據(jù)材質或焊縫的特性來調(diào)整焊接電壓或電流的大小，或焊槍是否需要擺動、擺動的形式和幅度大小等參數(shù)。需要設定的參數(shù)如下： 1. 焊接參數(shù)WeldData 焊接參數(shù)（WeldData）是用來控制在焊接過程中機器人的焊接速度，以及焊機輸出的電壓和電流的大小。需要設定的參數(shù)見表6-10所示。 2. SeamData:起弧收弧參數(shù) 起弧收弧參數(shù)（SeamData）用來控制焊接開始前和結束后的吹保護氣的時間長度，以保證焊接時的穩(wěn)定性和焊縫的完整性。需要設定的參數(shù)見表6-11所示。 3. WeaveData：擺弧參數(shù) 擺弧參數(shù)（WeaveData）用來控制機器人焊接過程中焊槍的擺動。,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【知識儲備】 二、常用弧焊指令 任何焊接程序都必須以ArcLStart或者ArcCStart開始，通常運用ArcLStart作為起始語句；任何焊接過程都必須以ArcLEnd或者ArcCEnd結束；焊接中間點用ArcL/ArcC語句；焊接過程中，不同的語句可以使用不同的焊接參數(shù)（SeamData和WeldData）。 1. 線性焊接開始指令“ArcLStart” ArcLStart指令作用為：用于直線焊縫的焊接開始，工具中心點線性移動到指定目標位置，整個焊接過程通過參數(shù)監(jiān)控和控制。 2. 線性焊接指令“ArcL” ArcL指令用于直線焊縫的焊接，工具中心點線性移動到指定目標位置，焊接過程通過參數(shù)控制。機器人線性焊接的部分應使用ArcL指令。,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【知識儲備】 3. 線性焊接結束指令“ArcLEnd” ArcLEnd用于直線焊縫的焊接結束，工具中心點線性移動到指定目標位置，整個焊接過程通過參數(shù)監(jiān)控和控制。 4. 圓弧焊接開始指令“ArcCStart” ArcCStart用于圓弧焊縫的焊接開始，工具中心點圓周運動到指定目標位置，整個焊接過程通過參數(shù)監(jiān)控和控制。 5. ArcCEnd :圓弧焊接結束指令 ArcCEnd用于圓弧焊縫的焊接結束，工具中心點圓周運動到指定目標位置，整個焊接過程通過參數(shù)監(jiān)測和控制 6. 圓弧焊接指令“ArcC” ArcC用于圓弧焊縫的焊接，工具中心點線性移動到指定目標位置。,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【知識儲備】 三、弧焊I/O配置及參數(shù)設置 機器人需要與焊接設備進行通信，需要定義信號名稱與信號地址，常用信號見表6-13所示。在實際應用中，把定義好的I/O信號與ABB弧焊軟件的相關端口進行關聯(lián)，關聯(lián)后弧焊系統(tǒng)會自動地處理并聯(lián)信號。在進行弧焊程序編寫與調(diào)試時，可以通過弧焊專用的RAPID指令簡單高效地對機器人進行弧焊連接工藝的控制，表6–14所示是關聯(lián)的信號。 四、清槍裝置 在焊接過程中，利用噴霧裝置清理焊渣，使用剪絲裝置去掉焊絲的球頭，以保證焊接過程順利進行，減少人為的干預，讓整個自動化焊接工站流暢運轉。清槍機構如圖6-47所示。,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【拓展與提高】 一、焊接機器人分類及特點 世界各國生產(chǎn)的焊接用機器人基本上都屬關節(jié)型機器人，絕大部分有6個軸，目前焊接機器人應用中比較普遍的主要有3種：點焊機器人、弧焊機器人和激光焊接機器人。 點焊機器人是用于點焊自動作業(yè)的工業(yè)機器人，其末端持握的作業(yè)工具是焊鉗。 弧焊機器人是用于弧焊（主要有熔化極氣體保護焊和非熔化極氣體保護焊）自動作業(yè)工業(yè)機器人，其末端持握的工具是焊槍。 為適應弧焊作業(yè)，對弧焊機器人的性能有著特殊的要求。除在運動過程中速度的穩(wěn)定性和軌跡精度是兩項重要指標。其他性能如下： ① 能夠通過示教器設定焊接條件（電流、電壓、速度等）； ② 擺動功能； ③ 坡口填充功能；,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【拓展與提高】 一、焊接機器人分類及特點 ④ 焊接異常功能檢測； ⑤ 焊接傳感器（焊接起始點檢測、焊縫跟蹤）的接口功能。 激光焊接機器人是用于激光焊自動作業(yè)的工業(yè)機器人，通過高精度工業(yè)機器人實現(xiàn)更加柔性的激光加工作業(yè)，其末端持握的工具是激光加工頭。 與機器人電弧焊相比，機器人激光焊的焊縫跟蹤精度要求更高?；拘阅芤笕缦拢?① 高精度軌跡（≤ 0.1 mm ）； ② 持重大（30~50kg），以便攜帶激光加工頭； ③ 可與激光器進行高速通信； ④ 機械臂剛性好，工作范圍大； ⑤ 具備良好的振動抑制和控制修正功能。,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【拓展與提高】 二、弧焊機器人系統(tǒng)組成 弧焊機器人控制系統(tǒng)在控制原理、功能及組成上和通用工業(yè)機器人基本相同。目前最流行的是采用分級控制的系統(tǒng)結構，一般分為兩級：上級具有存儲單元，可實現(xiàn)重復編程、存儲多種操作程序，負責管理、坐標變換、軌跡生成等；下級由若干處理器組成，每一處理器負責一個關節(jié)的動作控制及狀態(tài)檢測，具有實時性好，易于實現(xiàn)高速、高精度控制。 弧焊機器人系統(tǒng)的組成與點焊機器人基本相同，主要由是由操作機、控制系統(tǒng)、弧焊系統(tǒng)和安全設備等組成。,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【拓展與提高】 二、弧焊機器人系統(tǒng)組成,,,1 — 氣瓶 2 — 焊絲桶 3 — 送絲機 4 — 機器人本體 5 — 焊槍 6 —機器人控制柜 7 — 供電及控制電纜 8 — 弧焊電源 9 — 示教器 10 — 機器人控工作臺； 圖6-49 弧焊機器人系統(tǒng)組成,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【實踐操作】 一、解包工作站 雙擊打包文件進行解壓，在彈出解包界面選擇“下一步”，選擇解壓到某一文件夾內(nèi)，可預先建好也可臨時創(chuàng)建新文件夾，選擇相應的RobotWare版本號，此工作站為5.61版本創(chuàng)建，可選擇原始版本進行恢復。點擊下一步，彈出解包完成對話框，單機完成，即開始打開原工作站文件。 二、I/O配置 在控制器菜單中打開虛擬示教器，對I/O信號進行配置。此工作站配置了1個DSQC651通信板，包含數(shù)字量8入8出，2路模擬量輸出，則需要在Unit中設置此I/O單元的相關參數(shù)，建立的系統(tǒng)I/O信號如圖6-53所示。詳細建立過程可參考前面項目五I/O配置任務。,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【實踐操作】 三、坐標系標定 在軌跡類應用過程中，機器人所使用的工具大多為不規(guī)則形狀，這樣的工具很難用測量方法計算出工具尖點相對于初始工具坐標系tool0的偏移，所以通常采用特殊的標定方式來定義新建的工具坐標系。定義工具坐標系如圖6-56所示。 四、示教目標點 需要示教的目標點包括焊接過程位置點以及清槍過程位置點。焊接過程位置點可在程序下編輯器中找到目標變量，需要示教的的焊接位置點依次為“pAW_1，pAW_2…pAW_11”。pAW_10位置示意圖如圖6-57所示。pAW_110位置示意圖如圖6-58所示。在手動操縱模式下依次對程序中上述位置點進行示教，更改位置信息，注意在手動操縱時應正確選擇工具坐標系和工件坐標系。,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【實踐操作】 五、程序設計 1. 數(shù)據(jù)定義程序 2. 運行主程序 首先調(diào)用初始程序，使各種信號復位、機器人位置復位、數(shù)據(jù)復位；利用WHILE TRUE DO循環(huán)將機器人實際任務程序與初始化程序隔離開，當工作站準備就緒時，則執(zhí)行焊接任務，調(diào)用焊接程序rArcWeld；使CleanNum數(shù)值加1，完成10個焊接工件后調(diào)用清槍程序，則執(zhí)行一次清槍任務。 3. 初始化執(zhí)行程序 在程序中設置機器人基本速度信息，復位基本I/O信號，設置中斷。設置機器人加速度，70%最大加速度值，70%坡度值，設置機器人速度限制，100%，最大限速2000mm/s；連接中斷，當信號di01_start上升沿時觸發(fā)中斷，執(zhí)行中斷程序iStart；,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【實踐操作】 五、程序設計 復位送氣信號、點動絲信號、剪絲信號、噴霧信號后將機器人位置移動至工作原位pHome，此后執(zhí)行清槍程序。 4. 焊接程序 首先清屏并顯示“當前機器人處于焊接任務中”，機器人移至焊接起始點正上方100mm處開始啟動焊接過程，逐次移動至下一目標點；到達焊接段最后位置后，停止焊接，將機器人移動至焊接點正上方100mm處，復位準備就緒標識位置為FALSE，將移動至工作原位pHome，最后再執(zhí)行一次清屏指令。,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【實踐操作】 五、程序設計 5. 清槍程序 執(zhí)行清槍程序增加開關量lnitial，如果完成焊接10次后執(zhí)行一次清槍任務；清屏顯示“當前機器人處于清槍任務中”；此后機器人位置復位，以最大速度移動至工作原位pHome，然后移至噴霧位置正上方100mm處，接著移至噴霧位置正上方50mm處，最后移至噴霧位置點，等待完全停穩(wěn)后置位噴霧信號，執(zhí)行噴霧動作，噴霧完成后，復位噴霧信號。應用偏移指令將機器人移至噴霧位置正上方50mm處，移至噴霧位置正上方100mm處，再將機器人移至剪絲位置正上方100mm處，下移至正上方50mm處，最后將機器人移至剪絲位置，置位送絲信號，開始送絲，待送絲完成后復位送絲信號，再置位剪絲信號執(zhí)行剪絲。剪絲完畢后將機器人移至剪絲位置正上方100mm處，接著將機器人移至工作原位pHome！焊接次數(shù)復位，清屏。,,,任務3 弧焊工業(yè)機器人在汽車生產(chǎn)中的應用,【實踐操作】 五、程序設計 6. 中斷程序如下： 就緒標志位置為TRUE后開始清屏并顯示“當前工作站已準備就緒”,,,任務4 并聯(lián)工業(yè)機器人在分揀生產(chǎn)中的應用,【任務描述】 并聯(lián)機器人作為一種新型的機器人形式得到了越來越多的應用，采用并聯(lián)機構，其一個軸的運動則不會改變另一個軸的坐標原點。并聯(lián)機器人具有剛度大、結構穩(wěn)定、承載能力大、微動精度高、運動負荷小的優(yōu)點，其正解困難反解卻非常容易，與串聯(lián)機器人形成了良好的互補關系。并聯(lián)機器人可用于六自由度數(shù)控加工中心、航天器對接機構、汽車裝配線、運動模擬器、巖土挖掘、光學調(diào)整、醫(yī)療機械等領域，目前已經(jīng)工業(yè)化的并聯(lián)機器人以快速抓取作為主要的應用形式。在本任務中將對并聯(lián)機器人的特點、主要類型、工程應用等方面進行介紹，以使大家對并聯(lián)機器人的未來發(fā)展趨勢有個大致了解和掌握。,,,任務4 并聯(lián)工業(yè)機器人在分揀生產(chǎn)中的應用,【知識儲備】 一、并聯(lián)機構的特點 并聯(lián)機構是一種閉環(huán)機構，其動平臺或末端執(zhí)行器通過至少2個獨立的運動鏈與機架相聯(lián)接，必備的要素如下： ① 末端執(zhí)行器必須具有運動自由度； ② 這種末端執(zhí)行器通過幾個相互關聯(lián)的運動鏈或分支與機架相聯(lián)； ③ 每個分支運動鏈由惟一的移動副或轉動副驅動。 除了結構上的優(yōu)點，并聯(lián)機構在實際應用中更是有串聯(lián)機構不可比擬的優(yōu)勢： ① 剛度質量比大。并聯(lián)閉環(huán)桿系理論上只承受拉、壓載荷，是典型的二力桿。多桿受力使得傳動機構具有很高的承載強度。 ② 動態(tài)性能優(yōu)越。運動部件質量輕、速度快、動態(tài)響應好，可有效改善伺服控制器動態(tài)性能，使動平臺獲得很高的進給速度與加速度，適于高速數(shù)控作業(yè)。,,,任務4 并聯(lián)工業(yè)機器人在分揀生產(chǎn)中的應用,【知識儲備】 一、并聯(lián)機構的特點 除了結構上的優(yōu)點，并聯(lián)機構在實際應用中更是有串聯(lián)機構不可比擬的優(yōu)勢： ③ 運動精度高。傳統(tǒng)串聯(lián)機構的加工誤差是各個關節(jié)的誤差積累，而并聯(lián)機構各個關節(jié)的誤差可以相互抵消、相互彌補，因此，并聯(lián)機構是未來機床的發(fā)展方向。 ④ 多功能靈活性強。可構成形式多樣的布局和自由度組合，在動平臺上安裝刀具進行多坐標銑、磨、鉆、特種曲面加工等，也可安裝夾具進行復雜的空間裝配，是柔性化的理想機構。 ⑤ 使用壽命長。受力結構合理，運動部件磨損小，不存在鐵屑或冷卻液進入導軌內(nèi)部而導致其劃傷、磨損或銹蝕現(xiàn)象。,,,任務4 并聯(lián)工業(yè)機器人在分揀生產(chǎn)中的應用,【知識儲備】 二、并聯(lián)機器人 在并聯(lián)機器人機構體系中，有著多種機構種類劃分方法。按照自由度可劃分為2個自由度、3個自由度、4個自由度、5個自由度、6個自由度的并聯(lián)機器人。并聯(lián)機器人使用受限的原因很多，比如工作空間較小、負載能力有限等，目前開發(fā)出的被充分研究并被廣泛應用的并聯(lián)機構數(shù)量有限，只有Stewart、delta等少數(shù)幾類。 三、并聯(lián)機器人的應用 并聯(lián)機器人由于其本身特點，一般多用在高剛度、高精度和高速度而無需很大空間的場合。主要有以下幾個方面： ① 模擬運動：飛行員三維空間訓練模擬器，駕駛模擬器，檢測產(chǎn)品在模擬的反復沖擊振動下的運行可靠性，娛樂運動模擬臺等。 ② 對接運動：宇宙飛船的空間對接，汽車裝配線上的車輪安裝，醫(yī)院中的假肢接骨等。,,,任務4 并聯(lián)工業(yè)機器人在分揀生產(chǎn)中的應用,【知識儲備】 三、并聯(lián)機器人的應用 主要有以下幾個方面： ③ 承載運動：大扭矩螺栓緊固，短距離重物搬運等。 ④ 金屬切削加工：應用于各類銑床、磨床、鉆床或點焊機、切割機等。 ⑤ 測量機：用來作為其它機構的誤差補償器。 ⑥ 微動機構或微型機構。 ⑦ 其他領域：機器人的關節(jié)，爬行機構，食品、醫(yī)藥包裝和移載機械手等。,,,任務4 并聯(lián)工業(yè)機器人在分揀生產(chǎn)中的應用,【實踐操作】 在本次任務中簡要說明IRB360并聯(lián)工業(yè)機器人的安裝步驟及過程。 ① 使用M12螺絲將機器人固定至支架，螺絲長度取決于支架上固定耳的厚度，如圖6-65所示。 ② 安裝中間伸縮桿，并用內(nèi)六角螺絲固定伸縮桿于4軸上。 ③ 安裝4軸連接法蘭，同樣需要擰入內(nèi)六角螺絲，同樣需要之前涂抹螺紋膠。 ④ 拆卸蓋板替換為電源和編碼器的蓋板，并且上緊螺絲。 ⑤ 打開上部蓋板，需要接線的為兩個黑色航空插頭、SMB線串口接頭和兩個接地線。 ⑥ 安裝碳素桿，將兩根彈簧的一端套入連接鉤小孔中，另一端鏈接碳素桿。預放于法蘭旁邊，拉開后放置于法蘭圓球上。如圖6-67所示。 ⑦ 調(diào)整碳素桿位置。每兩個碳素桿有四個彈簧，機器人手臂和4軸法蘭位置可以通過調(diào)整到位。安裝完成后如圖6-68所示，氣管可固定于其中一根碳素桿上。,,,任務4 并聯(lián)工業(yè)機器人在分揀生產(chǎn)中的應用,【拓展與提高】 Delta機器人屬于高速、輕載的并聯(lián)機器人，具有占地面積小、重復定位精度高等特點。它由三個并聯(lián)的伺服軸確定抓具中心位置，廣泛應用于電子和汽車零部件組裝、食品加工、分揀包裝等行業(yè)。一般通過示教編程或視覺系統(tǒng)捕捉目標物體，確定產(chǎn)品位置高速拾取，并通過氣動吸盤控制物體的抓放。Delta機器人應用系統(tǒng)主要包括機器人、安裝框架、輸送線、視覺系統(tǒng)、力矩傳感器等幾大部分。 1．機器人 ABB公司推出的IRB340 FlexPicker機器人被廣泛應用于醫(yī)藥、食品和電子行業(yè)。Fanuc公司在2009在Delta結構機器人的基礎上研制了M-LiA、M-3iA機器人；川崎公司也推出了delta工業(yè)機器人。Delta機器人在三維空間優(yōu)越的特性使其在物流行業(yè)大顯身手。 2. 安裝框架 機器人安裝框架是用來固定機器人的機構，其結構一般根據(jù)現(xiàn)場應用進行定制。,,,任務4 并聯(lián)工業(yè)機器人在分揀生產(chǎn)中的應用,【拓展與提高】 3．輸送線 機器人配套輸送線采用電機輸送帶方式，通過機器人視覺系統(tǒng)定位與輸送線編碼器反饋位置的方式，實現(xiàn)機器人對目標工件的位置、姿態(tài)識別和準確抓取。根據(jù)節(jié)拍和現(xiàn)場需要，可并行多條輸送線同時工作。 4. 視覺系統(tǒng) 視覺系統(tǒng)是用機器代替人眼來做測量和判斷，通過機器視覺產(chǎn)品將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，圖像處理系統(tǒng)對這些信號進行各種運算抽取目標特征，進而根據(jù)判別結果控制機器人動作。在一些不適合人工作業(yè)的危險環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，常用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)中，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度。,,,任務4 并聯(lián)工業(yè)機器人在分揀生產(chǎn)中的應用,【拓展與提高】 5. 力矩傳感器 力矩傳感器相當于讓機器人有了觸覺感受，是偵測X、Y、Z三個方向的力和扭矩的傳感器。一般用于檢測某一軸的參數(shù)，根據(jù)軸的形狀添加輔助連接件，進行螺栓擰裝。在高精度裝配、精定位等領域應用前景廣闊。,,,Thank You!,