工業(yè)機(jī)器人快換裝置的設(shè)計與調(diào)試

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計論文作者 胡曉東 學(xué)號 21414D11 系部 機(jī)電學(xué)院 專業(yè) 機(jī)電一體化技術(shù) 題目 工業(yè)機(jī)器人快換裝置的設(shè)計與調(diào)試 指導(dǎo)教師 顏瑋 評閱教師 顏瑋 完成時間： 2017年 4 月 1日 專心-專注-專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(論文)中文摘要(題目)：工業(yè)機(jī)器人快換裝置的設(shè)計與調(diào)試摘要：進(jìn)入21世紀(jì)后，工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入到快速發(fā)展時期。工業(yè)機(jī)器人是一種通用性較強(qiáng)的自動化設(shè)備，末端執(zhí)行器則是直接執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的裝置，大多數(shù)末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和尺寸都是根據(jù)其不同的作業(yè)任務(wù)要求來設(shè)計，從而形成了多種多樣的結(jié)構(gòu)形式。通過對工業(yè)機(jī)器人運(yùn)行程序的編輯，快換裝置能快速有效更換

2、末端執(zhí)行器，提高工業(yè)機(jī)器人作業(yè)的柔性，為工業(yè)機(jī)器人在不同作業(yè)的應(yīng)用提供了有利條件。關(guān)鍵詞：快換裝置；機(jī)器人；工業(yè)；畢業(yè)設(shè)計(論文)外文摘要Title: Design and debugging of quick change device for industrial robotAbstract: After entering in twenty-first Century, the industrial robot into a period of rapid development. Industrial robot is a kind of general automation

3、 equipment, the end effector is a device for performing the task directly, the structure and size of most end effector are designed according to their different task requirements, thus forming a variety of structural forms.By editing the running program of industrial robot,quick change device can qu

4、ickly and effectively replace the end effector,improve the flexibility of industrial robots,it provides a favorable condition for the application of industrial robots in different jobs. Keywords: Quick change device; robot; industry;目錄1 引言.12 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀.12.1 我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀.12.2 國外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀.13 工業(yè)機(jī)器人快換

5、裝置的工作原理及其基本組成.24 工業(yè)機(jī)器人快換裝置的電路氣路整體結(jié)構(gòu).35 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行程序.55.1 運(yùn)行環(huán)境.55.2 動作流程.65.3 指令.65.4 程序編輯與調(diào)試.76 快換裝置的應(yīng)用 .106.1 軸孔裝配機(jī)器人工作站運(yùn)行程序 .106.2 獎牌包裝機(jī)器人工作站運(yùn)行程序.11結(jié)論 .14致謝 .14參考文獻(xiàn) .141 引言自從美國研制出第一臺可以使用的示教型工業(yè)機(jī)器人以來，國際上對工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)有50年的歷程。工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動控制功能的機(jī)器，通過對其運(yùn)行程序的編輯，工業(yè)機(jī)器人能夠完成各種作業(yè)，末端執(zhí)行器則是一種直接執(zhí)行作業(yè)任務(wù)的裝置。通常末端執(zhí)行器是為特

6、定的用途而專門設(shè)計的。如今已開發(fā)出噴漆、裝配、焊接、搬運(yùn)、注塑、碼垛等工業(yè)機(jī)器人。學(xué)校Estun工業(yè)機(jī)器人學(xué)院中的工業(yè)機(jī)器人需要夾持器安裝末端執(zhí)行器，如果能夠設(shè)計相關(guān)的快換裝置，則可為工業(yè)機(jī)器人多種作業(yè)提供較好的展示平臺。2 工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀2.1 我國工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀我國在“七.五”科技攻關(guān)計劃中開始嘗試發(fā)展工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，由于當(dāng)時經(jīng)濟(jì)實力的制約，發(fā)展緩慢，研究和應(yīng)用水平也比較低。為了實現(xiàn)高技術(shù)發(fā)展與我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)相連接，863計劃國家對機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展做出了重要戰(zhàn)略調(diào)整，明確把特種機(jī)器人與工業(yè)機(jī)器人及其應(yīng)用工程并重，通過工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用帶動關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)研究的發(fā)展。從機(jī)器人的銷售量上

7、來看，國內(nèi)機(jī)器人市場增長非常迅速。我國的智能機(jī)器人發(fā)展也取得了不少成果：相繼開發(fā)出了點焊機(jī)器人、摘果機(jī)器人、下棋機(jī)器人、伐根機(jī)器人等機(jī)種；在基礎(chǔ)技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用上有了很大的突破。通過科技攻關(guān)，目前已基本掌握了機(jī)器人操作機(jī)的設(shè)計制造技術(shù)，但是在多傳感器信息融合控制技術(shù)、機(jī)器人化機(jī)械等關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域的開發(fā)應(yīng)用方面才剛剛起步，需要在原有的基礎(chǔ)上攻堅克難，才能形成與系統(tǒng)配套可供實用的技術(shù)和產(chǎn)品。如今工業(yè)機(jī)器人在社會生活的各個方面的應(yīng)用范圍越來越廣，如迎賓業(yè)務(wù)推廣、前臺問詢機(jī)器人、營業(yè)大廳的機(jī)器人導(dǎo)購宣傳員、畫像機(jī)器人、跳舞機(jī)器人等，因此對機(jī)器人的需求也越來越大。所以要加快攻克工業(yè)機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)

8、行全面規(guī)劃，搞好系列化、通用化、模塊化設(shè)計，積極推進(jìn)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)快速化發(fā)展。2.2 國外工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀工業(yè)機(jī)器人是現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備，它囊括了電子、計算機(jī)、機(jī)械、傳感器、人工智能等先進(jìn)技術(shù)。目前，國際上具有影響力的，著名的工業(yè)機(jī)器人供應(yīng)商有安川、松下、American Robot、KUKA、CLOOS、瑞典ABB等公司。美國是世界上機(jī)器人強(qiáng)國之一，基礎(chǔ)雄厚，技術(shù)先進(jìn)。上世紀(jì)80年代美國制定和采取了相應(yīng)的政策和措施，一方面鼓勵工業(yè)界發(fā)展和應(yīng)用機(jī)器人，另一方面制定計劃、提高投資，增加研究經(jīng)費(fèi)，把機(jī)器人看成美國再次工業(yè)化的特征，使美國的機(jī)器人迅速發(fā)展。隨著各大廠家應(yīng)用機(jī)器人的技術(shù)成熟，很

9、快占領(lǐng)了機(jī)器人市場。德國，不得不提它的支柱產(chǎn)業(yè)汽車，德國作為工業(yè)強(qiáng)國，工業(yè)自動化水平都久負(fù)盛譽(yù)，強(qiáng)大的工業(yè)實力為其工業(yè)機(jī)器人的發(fā)展夯實了基礎(chǔ)。庫卡公司是德國最為知名的工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)商，是全球頂級工業(yè)機(jī)器人制造商之一。其產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車、物流、食品、醫(yī)藥、鑄造等方面。近幾年德國的工業(yè)機(jī)器人在人機(jī)交互、機(jī)器視覺、機(jī)器互聯(lián)、服務(wù)機(jī)器人等方面發(fā)展迅速。近些年國外機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展趨勢：工業(yè)機(jī)器人的性能不斷提高主要表現(xiàn)在三個方面即高速度、高精度、高可靠性；機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化、可重構(gòu)化發(fā)展；工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)從單一系統(tǒng)開始向基于PC機(jī)的控制器方向發(fā)展；機(jī)器人語言研究發(fā)展較快，語言類型多，應(yīng)用廣。3 工業(yè)機(jī)器人

10、快換裝置的工作原理及其基本組成工業(yè)機(jī)器人有點焊、弧焊、裝配、噴漆等機(jī)器人，主要用于現(xiàn)代化的工廠和柔性加工系統(tǒng)中。下面簡單的介紹一下碼垛機(jī)器人是怎么工作的：首先把托盤從托盤庫中調(diào)出，放到預(yù)先設(shè)置好的位置，只要貨物輸送機(jī)旁的傳感器感應(yīng)到貨物，碼垛機(jī)器人就會根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的程序把堆放好的貨物抓起，并依次按照一定的順序排列在托盤上，不斷的重復(fù)上述過程，直到把托盤裝滿，貨物裝滿后，托盤輸送機(jī)就會把托盤運(yùn)送到下一個需要工作的地方。工業(yè)機(jī)器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機(jī)器，通過快換裝置可以更換不同的末端執(zhí)行器，提高工業(yè)機(jī)器人的工作效率。如圖2所示為末端執(zhí)行器的自動換接系統(tǒng)，

11、快換裝置通常由主盤和工具盤組成，主盤安裝在工業(yè)機(jī)器人手腕上，工具盤與末端操作器連接?？鞊Q裝置的釋放和夾緊可以由主盤和工具盤通過氣動的形式來實現(xiàn)。當(dāng)操作器處于釋放狀態(tài)時，主盤上的釋放口開始供氣，產(chǎn)生的推力使活塞桿處于下壓狀態(tài)。鋼球收于內(nèi)側(cè)。當(dāng)操作器需要夾緊時，主盤上的夾緊口開始供氣，主盤內(nèi)活塞拉力和內(nèi)部彈簧使活塞桿回拉，并由鋼球?qū)⒐ぞ邆?cè)定位夾緊套按壓在著座面上。排氣口在需要時，可進(jìn)行氣體的排放，保證氣路的暢通。而檢測口，則與壓力開關(guān)相接，檢測快換裝置的連接情況。圖1 快換裝置的工作狀態(tài)4 工業(yè)機(jī)器人快換裝置的電路氣路整體結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人快換裝置由主盤和工具盤組成，主盤安裝在工業(yè)機(jī)器人手腕上，工具盤

12、與末端執(zhí)行器通過氣動的方式實現(xiàn)連接。快換裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，通常有彈簧、鋼球，保證其連接的精度，主盤和工具盤也通過氣動的形式相連接。主盤上有釋放口、夾緊口、排氣口和檢測口以及氣爪氣口，通過給不同的氣口通氣，可使其發(fā)生相應(yīng)的動作。根據(jù)圖2安裝相應(yīng)的氣閥，安裝氣路之前關(guān)閉氣泵，選擇正確尺寸的氣動接口。電磁閥的氣管通過安裝板內(nèi)層氣源及執(zhí)行器相連，使系統(tǒng)氣管整齊。其氣管不要交叉扭曲，防止管路受阻。不僅要對其工裝進(jìn)行設(shè)計還要對其氣路 、電路進(jìn)行設(shè)計和連接。根據(jù)氣路動作的觸發(fā)信號，選用電磁閥，電磁閥的信號來自于工業(yè)機(jī)器人的控制器，將此類I/O信號寫入示教器中，進(jìn)行后續(xù)程序編輯的變量。其中輸入信號有：壓

13、力開關(guān)、氣爪上的磁性開關(guān)，輸出信號有：4個電磁閥位置信號，電機(jī)觸發(fā)信號，如圖3所示。連接后，氣路和電路運(yùn)行良好，可進(jìn)行相應(yīng)的機(jī)器人程序調(diào)試運(yùn)行。 圖2 快換裝置的氣路電磁閥上的電磁信號來源于機(jī)器人控制器，信號電壓24V。辨識I/O模塊24V和0V端口，注意電磁閥信號的正負(fù)極及在示教器中信號的變量。圖3 輸入控制器模塊IO信號注意事項：1） 安全操作，在連接電路或氣路前，保證關(guān)閉電源和氣源。2） 緊固器件時，選用合適的工具，使用力不能過小，也不可過大。3） 安裝系列閥前，理清安裝順序。5 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)行程序5.1 運(yùn)行環(huán)境1軸孔裝配機(jī)器人工作站 這組工業(yè)機(jī)器人由一臺六軸機(jī)器人本體，伺服箱，工作

14、臺和工具架組成。我們機(jī)器人需要將小型圓柱體放到工具臺上的小型料盤里，然后更換末端執(zhí)行器，使用帶有電動式的打磨機(jī)打磨小圓柱體。 首先，啟動機(jī)器人伺服，將機(jī)器人首先運(yùn)行到工具架上夾持末端執(zhí)行器的正上方，并緩緩下降，連接夾持式末端執(zhí)行器，行走到小圓柱體的上方，開始夾持小圓柱體，接著運(yùn)行到料盤A上方，釋放小圓柱體到料槽里。然后，機(jī)器人運(yùn)行到工具架上夾持式末端執(zhí)行器的上方，緩緩下降，并且釋放末端執(zhí)行器。然后運(yùn)行到電動式末端執(zhí)行器的上方，連接電動式末端執(zhí)行器，運(yùn)行到料盤上方小圓柱體處，開始打磨小圓柱體的上方。打磨結(jié)束后，將機(jī)器人運(yùn)行到工具架的電動式末端執(zhí)行器的上方，緩緩下降，釋放電動式末端執(zhí)行器。然后，在

15、更換夾持式末端執(zhí)行器，將小圓柱體夾持到料盤B中。 在我們這個軸孔裝配的工作站中，我們在進(jìn)行對物料小圓柱體的搬運(yùn)和加工這一步驟中變化使用了末端執(zhí)行器，首先使用夾持式末端執(zhí)行器，夾持式末端執(zhí)行器對圓柱體，方形塊等等能夠很好的進(jìn)行移動，然后，我們在其運(yùn)行的過程當(dāng)中，變換末端執(zhí)行器，使用了帶電動式的小磨頭，從而對小圓柱體進(jìn)行打磨的作業(yè)，這其中，就用到了我們的快換裝置，從而可以是機(jī)器人在很短的時間內(nèi)完成多功能作業(yè)。2獎盤包裝機(jī)器人工作站 這組是一整套工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線，由四組六軸工業(yè)機(jī)器人，一組四軸機(jī)器人，三個工具架，兩個工作臺，AGV小車組成。首先由機(jī)器人A將金牌吸附運(yùn)行到工作臺1上進(jìn)行掃碼，然后再將金

16、牌吸附到流水線上，啟用升降臺將金牌移到左側(cè)拍照，然后再由機(jī)器人B使用單吸附式末端執(zhí)行器將獎盤吸附到攝像頭處，再運(yùn)行到工作臺2上，此時啟用四軸機(jī)器人進(jìn)行涂膠，接著更換末端執(zhí)行器，在這里，尤其注意兩個末端執(zhí)行器的更換口。六軸機(jī)器人B使用四吸附式末端執(zhí)行器將金牌吸附到工作臺B上，然后六軸機(jī)器人B將獎盤吸附到工具架a上，六軸機(jī)器人C將獎盤吸附到料盤b上，并由六軸機(jī)器人C將獎盤吸附到料盤b上，此時六軸機(jī)器人D到料盤e取出上頂蓋，機(jī)器人D吸住頂蓋到攝像機(jī)拍照定位，取完照片后再由機(jī)器人C吸附到工具架b上，然后經(jīng)由AGV小車吸上獎盤送到展架上。 在我們這個獎盤包裝的工作站中，我們在其中需要將金牌放到獎盤里，需

17、要使用到不同的末端執(zhí)行器，這樣，我們設(shè)計的快換裝置就在其中起到至關(guān)重要的作用，在工作過程當(dāng)中，首先我們需要四吸式吸盤將獎盤移到工作臺上，然后使用單吸式吸盤將獎牌移動到獎盤里，這套動作里用到了兩個不同結(jié)構(gòu)特征的物料，所以，我們使用兩個不同的末端執(zhí)行器進(jìn)行操作。    5.2 動作運(yùn)行流程機(jī)器人快換器的動作，可分解成為“移到工具架”、“卸下末端執(zhí)行器”、“移動到另一個末端執(zhí)行器的上方”、“連接末端執(zhí)行器”、“抓取工件”等一系列任務(wù)。5.3 指令5.3.1 運(yùn)動指令運(yùn)動指令用來實現(xiàn)以指定速度、特定路線模式等將工具從一個位置移動到另一個指定位置。以下列舉了一些常

18、用的指令：如可以使末端執(zhí)行器實現(xiàn)點到點運(yùn)動的PTP指令，使末端執(zhí)行器實現(xiàn)線性運(yùn)動的Lin指令，使機(jī)器人末端做圓弧運(yùn)動的Circ指令，還有可以實現(xiàn)位移運(yùn)動的Movj指令。圖4 TCP末端圓弧運(yùn)動簡圖5.3.2 系統(tǒng)功能指令系統(tǒng)功能指令通常有賦值指令（=）、注解指令（/）、設(shè)置機(jī)器人等待時間的waittime指令，還有用于停止所有程序執(zhí)行的stop指令。 賦值指令主要是為了在程序運(yùn)行中為各種變量進(jìn)行賦值操作，就是將某一數(shù)值賦給某個變量，其左側(cè)為變量，右側(cè)為表達(dá)式。 注解指令主要是為了說明這個程序是執(zhí)行什么樣的操作，便于理解。WaitTime指令主要用于設(shè)置機(jī)器人的等待時間，單位為ms。5.3.3

19、流程控制指令在本文軸孔裝配機(jī)器人工作站和獎牌包裝機(jī)器人工作站調(diào)試中用到了調(diào)用指令（CALL）和等待指令（WAIT），他們都屬于流程控制指令。調(diào)用指令能夠調(diào)用項目中已經(jīng)編輯好的程序，還能夠?qū)⑵渌绦蜃鳛樽映绦蛟谛枰臅r候調(diào)出來使用。等待指令，只有當(dāng)其表達(dá)式的值為TRUE時,機(jī)器人下一步工作指令才會執(zhí)行。 5.4 程序編輯與調(diào)試5.4.1新建、編輯和加載程序在示教界面中點擊“程序新建”按鈕，在彈出的對話框中輸入程序名，可新建一個空的程序。打開程序?qū)υ捒蚩刹榭聪到y(tǒng)中所有的程序文件及其屬性，點擊“示教界面”中的“打開程序”，可顯示程序文件列表，選擇一個現(xiàn)有的程序文件并點擊“確認(rèn)”后可加載選中的該程序文

20、件。如圖5所示程序只有在加載的情況下，編輯界面背景為白色，但是在打開的情況下，背景就會變?yōu)榛疑D5 程序界面5.4.2 工業(yè)機(jī)器人快換器運(yùn)行程序1.工業(yè)機(jī)器人快換裝置的工作流程使用工業(yè)機(jī)器人完成工作，主要經(jīng)過以下幾個工作環(huán)節(jié)，包括運(yùn)動分析、運(yùn)動規(guī)劃、示教前的準(zhǔn)備、示教編程。2.工業(yè)機(jī)器人快換裝置的運(yùn)動分析工業(yè)機(jī)器人快換器的運(yùn)動可以分解為“移到工具架”、“卸下末端執(zhí)行器”、“移動到另一個末端執(zhí)行器的上方”、“連接末端執(zhí)行器”、“抓取工件”等一系列任務(wù)。3.工業(yè)機(jī)器人快換器運(yùn)動規(guī)劃和示教前的準(zhǔn)備1）I/O配置使用氣動吸盤來抓取工件，氣動吸盤的打開與關(guān)閉需通過I/O信號控制。Estun機(jī)器人控制系

21、統(tǒng)提供了完備的I/O通信接口，可以方便地與周邊設(shè)備進(jìn)行通信。本系統(tǒng)的I/O板提供的常用信號處理有輸入信號 x和輸出信號y。輸入/輸出主要是對這些輸入/輸出狀態(tài)進(jìn)行管理和設(shè)置。2）工具坐標(biāo)系設(shè)定如圖所示圖6 位置界面4.工業(yè)機(jī)器人快換器的運(yùn)行程序為了使機(jī)器人能夠運(yùn)動完成各種任務(wù)，就必須把機(jī)器人運(yùn)動命令編成程序。利用工業(yè)機(jī)器人快換裝置可以更換不同的末端執(zhí)行器實現(xiàn)不同的操作功能，快換裝置運(yùn)行程序如下所示：Movj cp0/ 移動到cp0點 Set. Suck stop. /suck stop變量設(shè)置電磁閥控制快換裝置release 口的打開 Wait time (500) /等待500ms Movj

22、 cp1 /移動到cp1點 Movj cp2 /移動到cp2點 Set suck start. /suck start變量設(shè)置電磁閥控制快換裝置LOCK口打開6 快換裝置的應(yīng)用6.1 軸孔裝配機(jī)器人工作站運(yùn)行程序1.示意圖CP5 CP1 CP2cp3CP3CP4圖7 軸孔裝配機(jī)器人工作站示意圖表1 I/O變量名對應(yīng)表變量I/O備注lockDout (13)吸附工具盤jawDout (10)夾取工件releaseDout (15)釋放工具盤本程序由主程序和子程序（快換器運(yùn)行程序）組成，以工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動的起始點為cp0點， MainLin cp1Set lock Lin cp2Set jaw tr

23、ueLin cp3Set jaw falseLin cp1Set releaseCall()Lin cp4Set lockLin cp3Set motorCirc cp4Set releaseCall()Lin cp1Set lockLin cp3Set jaw trueLin cp5Set jaw false6.2 獎牌包裝機(jī)器人工作站運(yùn)行程序1.示意圖圖8 獎牌包裝機(jī)器人工作站示意圖表2 I/O變量名對應(yīng)表變量I/O備注lockDout (13)吸附工具盤releaseDout (15)釋放工具盤本程序由主程序和子程序（快換器運(yùn)行程序）組成，以工業(yè)機(jī)器人運(yùn)動的起始點為cp0點 MainMovj cp1Set lockMovj cp2Set. suck trueMovj cp3Set. suck