工業(yè)機器人PCB異形插件工作站x

1、工業(yè)機器人PCB異形插件工作站1產品介紹當前社會，信息化和互聯(lián)網已經深入到每一個人的生活中，以電腦、通訊、消費性電子 為主的3C產品消費也成為人們的最大消費之一。由于3C產品品目繁雜、訂單化生產、產品 質量要求高，使得生產企業(yè)在實際制造過程中需要依賴大量的操作工人，在規(guī)定的較短時間 內完成動作單一重復性工作，勞動量強度極大。隨著大量采用高響應驅動技術和輕量化結構 設計，桌面式低負載工業(yè)機器人已成功應用于3C電子產品的生產制作過程中，代替人工完 成動作單一、勞動強度大的分揀、安裝、檢測等工序，提高產品生產效率并保證高良品率。工業(yè)機器人PCB異形插件工作站，如圖1所示，以桌面式關節(jié)型六軸串聯(lián)工業(yè)機

2、器人為 核心，在操作平臺的四周合理分布有4種不同工藝應用的機器人工具以及涂膠單元、搬運碼 垛單元、異形芯片原料單元、異形芯片裝配單元、視覺檢測及光源單元、螺絲供料單元、總 控系統(tǒng)及操作面板等組件。工作站深度集成了離線編程技術，軟件中不僅包含了與硬件平臺 的相符三維模型資源，還大大簡化了涂膠及搬運碼垛工藝實現(xiàn)的編程應用過程、提高軌跡復 現(xiàn)精度、避免發(fā)生碰撞干涉。工作站包含了涂膠工藝、搬運碼垛工藝、分揀工藝、裝配工藝 等工業(yè)機器人最典型應用，不僅滿足了職業(yè)院校不同專業(yè)學生針對工業(yè)機器人的操作和編程 的教學需求，完全來源于工業(yè)應用現(xiàn)場的特征也使該工作站更加適合于作為職業(yè)技能競賽平 臺。圖1工業(yè)機器人

3、PCB異形插件工作站工業(yè)機器人PCB異形插件工作站融合了工業(yè)機器人維護及操作、系統(tǒng)安裝及調試、現(xiàn)場 示教編程及調試、離線編程及應用等技能要求，以3C行業(yè)最典型的異形芯片插件工藝過程 為任務主線，產品分為異形芯片零件、PCB電路板和蓋板代表不同產品，采用模擬化設計提 高裝配產品的復用率，如圖2所示。圖2電子產品PCB異形芯片插片產品2整體技術參數輸入電源：交流單相220V，頻率50Hz額定功率：5kW安全保護：急停開關、漏電保護、短路保護、過載保護整體尺寸：2200mmX 1350mmX 1500mm3實訓項目工作站結構認知關鍵設備的特性和參數設置工業(yè)機器人手動控制及基本參數設置工業(yè)機器人IO通

4、信及總線通信工業(yè)機器人單軸運動與線性運動控制工業(yè)機器人工具TCP參數標定工業(yè)機器人工件坐標系參數標定及多坐標系切換工業(yè)機器人多類型工具快速更換簡單平面軌跡、復雜空間軌跡編程物料搬運與碼垛實訓產品外殼涂膠實訓零件顏色、輪廓等視覺檢測應用實訓零件尺寸、位置等視覺檢測應用實訓鎖螺絲裝配實訓基于RobotArt的工作站模型環(huán)境搭建與配置基于RobotArt的涂膠離線編程應用基于RobotArt的搬運碼垛工藝離線編程應用4主要配置工業(yè)機器人：ABB IRB 120PLC： SIEMENS模擬工藝：碼垛、涂膠、分揀、裝配機械快換視覺檢測氣動組件電氣組件工業(yè)機器人PCB異形插件工作站以3C典型產品的生產裝配

5、過程為主線，包含了涂膠、 搬運碼垛、視覺分揀、裝配、鎖螺絲、檢測等工藝過程，所有涉及設備均合理布置在工作站 臺面上，方便查看設備狀態(tài)和操作編程，布局方式如圖3所示。圖3工業(yè)機器人PCB異形插件工作站布局工作站選用桌面型工業(yè)機器人用來將所有加工工序串聯(lián)起來，可根據學校需求更換不同 品牌近似規(guī)格型號的產品，為確保設備使用一貫性和穩(wěn)定性，采用瑞士ABB品牌的IRB 120 型，如圖4所示，小巧靈活特性使其廣泛應用于3C、電子、食品等行業(yè)，同時較小的工作 半徑和額定負載，在保證功能實現(xiàn)效果的前提下，確保教學和競賽安全，防止發(fā)生人員以外， 滿足工作站使用要求。ABB IRB 120機身表面光潔，便于清洗

6、；空氣管線與用戶信號線纜從 底腳至手腕全部嵌入機身內部，易于機器人集成。其采用對稱結構，第2軸無外凸，回轉半 徑極小，可靠近其他設備安裝，纖細的手腕進一步增強了手臂的可達性。圖4 ABB工業(yè)機器人IRB 120IRC5緊湊型控制器在最小的空間內融合了多項技術優(yōu)勢，如優(yōu)異的運動控制能力、高 度靈活的RAPID語言等，如圖5所示IRC5緊湊型控制器除節(jié)省空間之外，還通過設置單 相電源輸入、外置式信號接頭及內置式可擴展16路I/O系統(tǒng)，簡化了調試步驟。確保操作 員安全是IRC5緊湊型控制器的核心任務，經第三方檢驗認證，滿足所有相關標準IRC5緊 湊型控制器以先進的動態(tài)模型為基礎，優(yōu)化了機器人性能，可

7、大幅縮短節(jié)拍時間、提高路徑 精度。機器人運行路徑不受速度影響，無需程序員調試，機器人即自動達到可預測的優(yōu)異性 能，真正實現(xiàn)所編即所得RAPID程序語言是簡易性、靈活性和功能性的完美融合，支持結 構化程序，適合車間應用，包含諸多高級功能，為各類工藝應用提供強大支持IRC5緊湊 型控制器支持先進的現(xiàn)場總線，在任何工廠網絡中都是一個性能良好的節(jié)點。圖5 ABB IRC5緊湊型控制器FlexPendant（示教器）以簡潔明了、直觀互動的彩色觸摸屏和3D操縱桿為設計特色， 擁有強大的定制應用支持功能，可加載自定義的操作屏幕等要件，無需另設操作員人機界面，如圖6所示。圖 6 ABB FlexPendant

8、 示教器工業(yè)機器人工具種類直接決定了工業(yè)機器人的應用功能，如圖7所示，4種不同功能的 工具覆蓋7PCB異形芯片插片生產的完整過程，多個工具都采用復合設計，以實現(xiàn)不同的工 藝功能。所有工具均采用工業(yè)級工具快換系統(tǒng)，實現(xiàn)了無需人為干預，工業(yè)機器人可在不同 工具間自由切換，同時確保氣路、電路信號通信正常，大大擴展了工業(yè)機器人的應用能力。 涂膠工具采用仿形設計，內部安裝可軸向移動的顏色筆可以在涂膠模塊上按軌跡要求涂繪； 夾爪工具利用氣缸驅動，采用平行二指形式，可以穩(wěn)定夾取碼垛物料；吸盤工具采用雙功能 設計，即可穩(wěn)定吸取異形芯片，又可吸取蓋板；鎖螺絲工具可以將供螺絲組件提供的螺絲按 照指定鎖緊力矩將蓋板

9、和PCB電路板鎖固。圖7工具快換系統(tǒng)及工具涂膠單元是將工業(yè)機器人對產品裝配前的涂膠工藝進行功能抽象化，工業(yè)機器人抓持涂 膠工具沿具有弧形曲面的面板上合理布置不同產品外輪廓軌跡上模擬工藝過程，如圖8所示， 保證工藝真實性同時增加教學可行性和趣味性。利用涂膠模塊和所提供的不同內容的軌跡圖 紙，利用涂膠工具，同時可以完成工業(yè)機器人脫離工藝應用的基礎操作和編程教學應用。圖8涂膠單元搬運碼垛單元是將工業(yè)機器人對產品搬運碼垛工藝進行功能抽象化，工業(yè)機器人抓持夾 爪工具將已完成生產的方形產品由原料臺按照要求搬運碼垛到指定位置，如圖9所示，提供 兩種不同類型的倉儲料庫，可以模擬傳送帶隊列式供貨和平臺堆垛，通過

10、對物料轉移過程和 堆垛形式的要求增加教學多樣性，提高編程復雜度。圖9碼垛單元異形芯片原料單元用于存放不同類型的異形芯片，通過形狀不同代表不同種類、顏色不 同代表不同型號，異形芯片裝配單元提供多個裝配工位，如圖10所示，分別用于不同產品的裝配和檢測。不同產品對芯片種類、數量的要求不一，需要工業(yè)機器人根據要求從異形芯 片原料單元中選取所需的芯片后放置到指定位置，在完成所有芯片的安裝后，為產品安放蓋 板并鎖緊固定螺絲。圖10異形芯片原料單元及裝配單元視覺檢測及光源單元可以對工業(yè)機器人所選取芯片的顏色、形狀、位置等信息進行檢測 和提取，如圖11所示，并將檢測結果傳輸給工業(yè)機器人，以輔助其完成后續(xù)動作。

11、視覺鏡 頭配套檢測光源，可以盡量避免環(huán)境光源對檢測結果的影響。采用倒置式安裝，可以使機器 人手持零件進行檢測，減少周邊配套設備，簡化機器人軌跡動作。圖11視覺檢測單元工作站為方便教學和競賽使用，在平臺上布置了云監(jiān)控，如圖12所示，利用互聯(lián)網可 將設備的實時操作過程在大尺寸教學終端中進行展示，避免了集中式教學學生圍觀又無法切 實看清教師操作過程的問題，也可以在競賽過程中實現(xiàn)直播提高觀賞度，同時方便教師對學 生的操作流程進行實時點評，提高教學指導效果，存儲在系統(tǒng)中的錄像實現(xiàn)對操作過程可追 溯，為競賽過程中爭議事件提供佐證材料。同時，在工作站操作正面，利用線性光柵作為安 全保護措施，當操作人員進入危

12、險區(qū)域時，工作站會蜂鳴報警，并降低工業(yè)機器人運動速度， 甚至觸發(fā)急停，以避免危險發(fā)生。圖12云監(jiān)控及安全光柵配套工具如圖13所示，具體參數如下：工具箱1個、內六角扳手1套、250mm活動扳 手1把、17mm/19mm開口扳手1把、13mm開口扳手1把、5.5mm開口扳手1把、螺絲刀1套、 5米卷尺1個、斜口鉗1把、Y型端子鉗1把、裸端型端子鉗1把、剝線鉗1把、美工刀1 把、萬用表1個、PLC編程線1根、觸摸屏編程線1根、程序拷貝U盤1個圖13配套工具離線編程軟件選用國內首款中文界面的RobotArt工業(yè)機器人離線編程軟件，采用獨家 解算算法并已申請軟件著作權，集成了計算機三維實體顯示、系統(tǒng)仿真

13、、智能軌跡優(yōu)化、運 動控制代碼生成等核心技術，使得工業(yè)機器人獲得了更加強大的“大腦”，可以輕松應對復 雜軌跡的高精度生成和復現(xiàn)，在計算機上完成軌跡設計、規(guī)劃、運動仿真、碰撞檢查、姿態(tài) 優(yōu)化，最后直接生成工業(yè)機器人控制器所需的執(zhí)行運動代碼，同時還提供了方便的軌跡整體 優(yōu)化、工藝過程設計和空間校準算法，縮短了工業(yè)機器人的停機調試時間，為工業(yè)機器人實 現(xiàn)更廣泛的應用提供技術支撐。工業(yè)機器人離線編程軟件1軟件概述隨著工業(yè)機器人技術的發(fā)展，高精度、高性能、高智能工業(yè)機器人相繼問世，助其不斷 地擴展應用領域。不同于簡單的物料搬運、碼垛應用，新興工業(yè)機器人應用需要更高精度軌 跡和復雜工藝支持，導致了傳統(tǒng)示教

14、編程和語言編程無法完全滿足。同時在線操作和調試使 得工業(yè)機器人必須停機配合，致使生產線停產，造成企業(yè)損失。工業(yè)機器人離線編程技術集 成了計算機三維實體顯示、系統(tǒng)仿真、智能軌跡優(yōu)化、運動控制代碼生成等核心技術，使得 工業(yè)機器人獲得了更加強大的“大腦”，可以輕松應對復雜軌跡的高精度生成和復現(xiàn)，在計 算機上完成軌跡設計、規(guī)劃、運動仿真、碰撞檢查、姿態(tài)優(yōu)化，最后直接生成工業(yè)機器人控 制器所需的執(zhí)行運動代碼，同時還提供了方便的軌跡整體優(yōu)化、工藝過程設計和空間校準算 法，縮短了工業(yè)機器人的停機調試時間，為工業(yè)機器人實現(xiàn)更廣泛的應用提供技術支撐。RobotArt工業(yè)機器人離線編程軟件，華航唯實掌握核心算法并

15、申請了軟件著作權，如 圖14所示，已經在工業(yè)機器人應用領域取得初步成功，切實解決了實際應用問題，打破了 國外軟件壟斷局面。RobotArt充分考慮到軟件應用特點，實現(xiàn)了功能最優(yōu)化、使用簡易化、 界面人性化、操作統(tǒng)一化，在教育領域為學校提供教育版，提供專業(yè)的技術支持和二次開發(fā) 服務，實現(xiàn)教學功能定制化。圖14RobotArt軟件著作權2推薦硬件配置要求操作系統(tǒng)：Windows 7/Windows 8/Windows 8.1/Windows 10(32bit/64bit)網絡要求：程序運行過程中穩(wěn)定訪問互聯(lián)網CPU： Intel i5 及以上，主頻 3.2GHz內存：DDR4 8GB顯卡：NVID

16、IA GT720顯示芯片，獨立2GB顯示內存參考電腦型號：聯(lián)想揚天A6860f，戴爾V3000-24N8，惠普580-056cn等3特色功能3.1多品牌工業(yè)機器人離線編程功能RobotArt采用獨家解算算法，可以支持市面上所有品牌工業(yè)機器人的離線編程操作， 目前模型庫中已附帶KUKA、ABB、STAUBLI、廣州數控、新時達等品牌工業(yè)機器人模型，可 以導入三維模型并進行軌跡規(guī)劃，采用通用化空間正逆解算算法真實仿真運動過程，一鍵即 可完成復雜的程序編譯過程，直接生成運行所需要的控制代碼文件，如圖15所示，簡化工 業(yè)機器人編程過程，統(tǒng)一編程接口，提高應用效率。圖15多品牌工業(yè)機器人離線編程支持3.

17、2基于CAD數據的軌跡設計RobotArt采用通用的3D核心模塊，提供了基礎的曲線、曲面及實體建模功能，滿足簡 單建模需求，同時RobotArt獨家提供了豐富的模型文件接口，包含了通用標準三維模型格 式如step、igs、stl、x_t，以及市面上廣泛使用的三維設計軟件如UG的prt、ProE的prt、 CATIA的CATPart、Solidworks的sldpart等格式的模型文件，方便用戶在不同軟件中建立 真實的工作環(huán)境并導入到RobotArt中，提高設計環(huán)境真實度。軟件操作過程與通用3D CAD 軟件基本相同，在教學上具有延續(xù)性，如利用三維球對模型位置和姿態(tài)進行調整等，便于學 生掌握軟件

18、操作。同時RobotArt的工業(yè)機器人軌跡生成采用基于CAD模型數據技術，可通過實體模型、 曲面或曲線直接生成運動軌跡，簡化軌跡生成步驟，提高軌跡精度。3.3靈活的編程模式和軌跡優(yōu)化功能工業(yè)機器人在真實應用時，會根據不同需求采用工業(yè)機器人手持工具或手持工件兩種方 式實現(xiàn)，有時因為空間限制或成本要求，一個工業(yè)機器人工位需要完成多個工序功能，要求 工業(yè)機器人配合快速更換工具實現(xiàn)多種末端執(zhí)行器自動替換。RobotArt為解決此類應用問 題，將軌跡僅與工件和工具關聯(lián)，可以實現(xiàn)手持工具和手持工件兩種軌跡編程模式自由切換， 并對多個工具進行定義編程，多個工序一次實現(xiàn)，簡化編程流程，充分模擬真實應用效果。R

19、obotArt提供了多種工具用來解決軌跡優(yōu)化過程可能出現(xiàn)的問題：利用仿真實時碰撞 檢查工具可以檢查編程結果在仿真運行過程中模型間的碰撞，防止真實應用時發(fā)生危險；利 用軌跡分析工具可以對工業(yè)機器人的可達性、姿態(tài)奇異點和軸超限進行檢查，以提示設計人 員對軌跡進行調整，避免實際運行中的無故停機，提高調試效率；利用獨家算法的智能軌跡 優(yōu)化工具，采用可視化界面實現(xiàn)復雜軌跡的優(yōu)化調整，規(guī)避不可達點、姿態(tài)奇異點和軸超限 點，簡化軌跡優(yōu)化操作過程，如圖16所示。圖16軌跡分析工具及優(yōu)化3.4多機器人聯(lián)動仿真在真實生產應用中，由于工藝要求復雜、產品結構特殊等原因，同一工位處經常需要多 個機器人互相配合完成要求的

20、加工動作，有時甚至需要兩到三個機器人聯(lián)動完成復雜空間軌 跡的動作，這使得工業(yè)機器人的工作環(huán)境極為復雜，容易發(fā)生碰撞等危險，在編程調試過程 中，需要更加細致和小心，也對工作站的整體設計提出了更高的要求RobotArt利用獨家 的軌跡關聯(lián)技術，可以在同一三維環(huán)境下導入多個不同品牌、不同型號的工業(yè)機器人，并對 每一個工業(yè)機器人進行軌跡編程，如圖17所示。利用IO關聯(lián)控制技術可以實現(xiàn)多個機器人 之間軌跡的聯(lián)動控制，從而達到完全模擬真實狀態(tài)下，工業(yè)機器人的仿真過程，從而在虛擬 環(huán)境中對工業(yè)機器人的工作空間進行碰撞檢查，避免危險發(fā)生，同時也可以直觀地驗證多機 配合情況下軌跡的復現(xiàn)效果，提高程序調試效率，縮

21、短設備停機時間。圖17多機器人聯(lián)動仿真3.5第七軸擴展及變位機應用最常用的串聯(lián)六自由度關節(jié)型工業(yè)機器人，因其結構特點使其工作范圍為近似球型，與 人的工作范圍相同。但隨著應用形式的擴展，大幅度提高工業(yè)機器人的工作范圍成為了主要 需求。但單純增加工業(yè)機器人工作半徑，不僅嚴重影響了有效負載和重復定位精度兩大指標， 還使得成本大幅提升，得不償失。為此，利用線性行走模塊使工業(yè)機器人增加第7軸實現(xiàn)沿 一維自由運動，從而將球形工作范圍迅速擴展成為圓柱形空間，且高精度導軌和高性能伺服 技術的發(fā)展也確保了優(yōu)良的定位精度，成為了當前主流應用方式。RobotArt為解決該應用 問題，將軌跡與機器人在幾何關系上解耦，

22、實現(xiàn)了機器人動態(tài)實時跟蹤軌跡運動仿真，不論 機器人運動到任何位置都可準確定位到目標軌跡點，同時對當前狀態(tài)下的機器人軌跡數據進 行輸出，實現(xiàn)擴展第7軸的離線編程應用，如圖18所示。圖18擴展第7軸的編程仿真應用在焊接應用過程中，由于焊接零件的尺寸及焊縫軌跡的要求，經常需要工業(yè)機器人配合 變位機實現(xiàn)單工位下多個焊接工序的加工過程。對于非聯(lián)動的變位機應用，示教編程還可以 勉強應付，但當需要應對貫穿線等復雜軌跡加工時，需要工業(yè)機器人與變位機聯(lián)動完成，即 加工過程中工業(yè)機器人和變位機同時運動，這使得傳統(tǒng)示教編程基本無法滿足，必須依靠離 線編程實現(xiàn)，以滿足高精度加工需求。RobotArt軟件中提供了單軸L

23、型、單軸H型、單軸 轉盤型、雙軸等不同形式的變位機，方便不同應用工況下的快速部署與應用，也提供了自定 義變位機的接口，滿足定制化需求，如圖19所示。圖19變位機聯(lián)動軌跡規(guī)劃及仿真3.6快換工具應用支持在自動化生產線中，由于空間、成本等因素限制，經常會要求單一工業(yè)機器人完成多種 工藝過程，如搬運裝配復合、點焊抓取復合、裝配檢測復合等等，這使得工業(yè)機器人需要能 夠自動更換末端執(zhí)行器。為滿足該工業(yè)需求，工業(yè)機器人用快換工具應運而生，分為機器人 端和工具端，機器人端安裝在機器人法蘭盤上，可以與同規(guī)格的工具端實現(xiàn)快速裝配和分離， 采用氣動控制。RobotArt軟件利用獨家的軌跡關聯(lián)技術，實現(xiàn)同一工業(yè)機器

24、人不同工具間 的軌跡匹配，完全模擬了真實快換工具的應用方式。同時針對快換動作特點，增加了抓取、 放回工具的快捷工具，簡化了編程過程，提高了應用效率，如圖20所示。圖20快換工具應用支持3.7豐富的工藝工具包為滿足工業(yè)機器人不同工藝應用需求，RobotArt提供了工藝工具包以解決實際應用問 題，如圖21所示：可以根據需求自定義工具模型和坐標參數，滿足個性化工作站設計要求； 通過多點智能匹配算法可實現(xiàn)虛擬設計環(huán)境與真實應用環(huán)境的坐標變換，在軌跡輪廓不變的 情況下對所有標志點進行變換，提高適應性；可利用搬運碼垛工藝包真實還原工業(yè)機器人抓 取物料搬運并擺放的整個工藝過程，避免與環(huán)境中其他設備的碰撞；利

25、用點云數據直接生成 打孔軌跡，簡化軌跡編程過程；利用CAM軟件生成的復雜APT Source或NC格式G代碼文件 生成數控加工軌跡，完成復雜輪廓軌跡或立體模型雕刻。圖21工藝應用工具包3.8定制教學功能RobotArt為方便教學應用，在學校進行部署時，會在軟件中集成與學校所購買的硬件 實訓設備相同的模型環(huán)境，以方便在教學過程中融入離線編程應用，如圖22所示。同時， 在進行硬件實訓教學前，利用RobotArt的虛擬環(huán)境熟悉實訓操作過程，可以提高硬件設備 使用率，降低設備損壞率。為滿足集中式教學，RobotArt提供了仿真結果3D動畫輸出功能， 在完成離線編程后，可以通過瀏覽器直接查看運行效果，方便教師對學生的學習情況進行考 核，避免實機操作時發(fā)生危險。為保障軟件的正常使用和教