工業(yè)機器人工裝系統(tǒng)設計 課件 項目4、5 焊接工作站工裝設計、視覺分揀工作站工裝設計

工業(yè)機器人工裝系統(tǒng)設計焊接工作站是在自動化生產線上常被應用的模塊，它主要包含了工業(yè)機器人系統(tǒng)、數(shù)控機床系統(tǒng)、邏輯編程控制系統(tǒng)、輸送線、在線檢測單元、倉儲單元等部分構成。實際工廠生產會根據(jù)自動化生產線的需求進行各個模塊的安排和組合，實現(xiàn)自動化生產的功能性、連續(xù)性、穩(wěn)定性等特點。焊接工作站工裝系統(tǒng)主要是實現(xiàn)零件抓取的手爪及滿足定位需求的輔助機構。焊接技術的發(fā)展，對于產品制造的自動化、柔性化與智能化已成為必然趨勢。在焊接生產中，采用自動化的機器人焊接工作站是現(xiàn)代化生產的主要標注，采用機器人進行焊接作業(yè)可以極大地提高經(jīng)濟效益。一般而言，采用機器人焊接比同樣用人工焊接效率可提高2～4倍，焊接質量優(yōu)良且穩(wěn)定。項目4焊接工作站工裝設計

學習目標知識目標熟悉焊接工作站的類型。掌握焊接工作站的結構。掌握弧焊焊接工作站的整體設計。掌握焊接設備的選型設計。能力目標能夠對焊接方案進行整體設計。能夠對焊接設備進行選型設計。學習內容1.機器人焊接工作站應用焊接機器人是一種高度自動化的焊接設備．采用機器人代替手工焊接作業(yè)是焊接制造業(yè)的發(fā)展趨勢，是提高焊接質量、降低成本、改善工作環(huán)境的重要手段。機器人焊接作為現(xiàn)代制造技術發(fā)展的重要標志己被國內許多工廠所接受，而且越來越多的企業(yè)首選焊接機器人作為技術改造的方案。任務1焊接工作站基本知識

4.1.1焊接工作站應用

汽車焊接焊接生產線2.機器人焊接的特點A.自動焊接，提高質量和效率B.焊接條件具有重復性C.降低生產成本D.容易管理焊接機器人系統(tǒng)主要包括焊接電源、機器人控制柜、機器人本體、示教器、送絲機、焊槍、絲盤箱以及之間的連接線、工作臺、固定架等。另外有一些附屬設備，如氣源、煙塵凈化器、清槍機構等。除焊接機器人系統(tǒng)外，工作站還需設置安全圍欄、安全門等防護設備，惰性氣體放置于安全位置，同時配備電腦桌等外圍設備。4.1.2焊接工作站結構

被焊工件名稱：標準節(jié)，如圖4-4所示。被焊工件尺寸范圍：1508mmX726mmX726mm。被焊工件焊縫形式：對接角焊縫。被焊工件材質：Q235、Q345。任務2標準節(jié)零件焊接工作站工裝設計

4.2.1焊接工作站整體布局

標準節(jié)零件工件裝卸方式：由于工件體積偏大，工件裝卸采用吊裝。焊接工藝：焊接時采用單絲氣體保護焊。焊接時，人工先將組對好的工件裝夾在焊接變位機上，然后啟動機器人進行焊接。焊接質量能夠通過買方質量檢驗部門按照中國的國家標準或者買方的企業(yè)標準進行的檢測。機器人配置FANUC電纜外置型機器人，焊接電源配置OTC數(shù)字電源進行焊接。機器人工作站動作流程將點固好的工件在雙軸變位機上裝夾好→啟動機器人→弧焊機器人開始起弧焊接→焊接完畢→將焊接好的工件吊裝到單軸變位機上點焊好→啟動機器人焊接，依次類推，焊接完整個工件后，進行下一循環(huán)。（焊接同時變位機與機器人相協(xié)調。）機器人工作站效果圖1.弧焊機器人的性能要求1．

焊接規(guī)范的設定。2．

擺動功能。3．

焊接傳感器。4．

焊槍防碰功能。5．

多層焊功能。6．

再引弧功能。7．

焊槍校正功能。8．

粘絲自動解除功能。9．

斷弧再啟動功能。4.2.2焊接機器人選型

2.FANUCRobotM-10iA弧焊機器人1）機器人本體安裝方式：地裝關節(jié)方式：6軸關節(jié)型

最大負荷：10kg運輸方式：利用叉車或吊車2）R-30iA控制柜- 基本配置：B型箱體- 電源輸入：380V/3Φ＋E- FlashROM模塊容量：32MB- DRAM模塊容量：32MB- CMOSRAM模塊容量：3MB- USB存儲功能- CF卡存儲功能- 機器人控制電纜7m（非柔性）- 示教盤電纜10m- 備件(保險絲，后備電池)3）軟件- 基本字庫：中英文- 焊接專用軟件（ARCTool）- M-10iA機器人控制軟件等等機器人運動范圍3.點焊機器人的性能要求1）機器人的結構類型的確定2）手腕的容許載荷3）動作范圍的確定1.選擇機器人焊槍4.2.3焊槍組件

機器人焊槍防撞傳感器2.確定機器人法蘭盤的尺寸3.確定機器人法蘭盤和焊槍的連接焊槍支槍臂連接法蘭焊槍支槍臂連接法蘭安裝送絲機的焊絲連接焊槍，用導絲管支撐。為了避免送絲機與機器人的動作發(fā)生干涉，將送絲機安裝在機器人的4軸上，通過安裝支架，調整安裝位置，使送絲機出口正對焊槍。絲盤箱安裝在1軸上，跟隨送絲機動作，為避免焊絲過度彎折，在絲盤箱安裝支架上設置導向板，調整焊絲的姿態(tài)。4.2.4送絲機組件

焊接變位機的主要作用是實現(xiàn)焊接過程中將工件進行翻轉變位，以便獲得最佳的焊接位置，可很好地滿足焊接質量及外觀要求。變位機基座采用優(yōu)質型材及鋼板焊接而成，經(jīng)過退火處理，質量精度可靠。翻轉采用伺服電動機驅動，減速機采用高精度減速機，精度可靠，速度可調，可與機器人實現(xiàn)聯(lián)動。4.2.5變位機組件

1.焊接變位機的分類（1）伸臂式焊接變位機（2）座式焊接變位機（3）雙座式焊接變位機雙座式焊接變位機典型結構2.焊件變位機械類型焊接翻轉機、焊接回轉臺、焊接滾輪架、焊接變位器。3.焊接變位機的應用場合焊接變位機主要用于機架、機座、機殼、法蘭、封頭等非長型焊件的翻轉變位。4.結構件焊接變位機的選型①根據(jù)焊接結構件的結構特點選擇合適的焊接變位機。②根據(jù)手工焊接作業(yè)的情況，所選的焊接變位機能把被焊工件的任意一條焊縫轉到平焊或船焊位置，避免立焊和仰焊，保證焊接質量。③選擇開敞性好、容易操作、結構緊湊占地面積小的焊接變位機，工人操作高度盡量低，安全可靠。工裝設計要考慮工件裝卡簡單方便。④工程機械大型的焊接結構件變位機的焊接操作高度很高，工人可通過墊高的方式進行焊接。5.焊接變位機的變位自由度涉及用戶對設備裝備的理念，以及考慮用于手把焊和自動焊的不同用途，選擇和設計焊接變位機時，除主變位自由度外，還要考慮增加輔助變位自由度。如大件焊接，可增加升降運動自由度。6.焊接機器人工作站變位機主要用途焊接變位機是一種通用、高效的以實現(xiàn)環(huán)縫焊接為主的焊接設備?？膳浜蠚寤『笝C(填絲或不填絲）、熔化極氣體保護焊機（CO2/MAG/MIG焊機）、等離子焊機等焊機電源并可與機器人組成機器人自動焊接系統(tǒng)。7.本項目變位機焊接工件時，工件必須固定好位置，這樣，焊槍移動的路線才可以確定。因此，必須設工件的安裝臺面和工裝夾具。根據(jù)焊接工件的形狀大小和焊接難易程度，設置工作臺或者變位機，然后針對工件設置相應的夾具。夾具設置需要避開焊槍的行走路徑，防止碰撞。焊接夾具通過定位塊、定位銷作定位用，采用手動快速夾緊。定位及夾緊裝置都要考慮機器人焊接的可達性，操作者裝卸工件的方便性。夾具采用整體式或組合式結構，拆裝方便。4.2.6工作臺工裝設計

1.整體布局機器人焊接工作站由機器人安裝底座，全數(shù)字化焊接電源、送絲系統(tǒng)、水冷焊槍、清槍剪絲機構、變位機等組成。工作站用于橫梁及支架等焊接。任務3機器人焊接工作站其他應用

4.3.1支架焊接工作站

支架零件結構工作站布局2.焊接機器人機器人安裝采用坐式，其底座高度與變位機臺面高度相匹配，以求機器人實現(xiàn)最大的加工范圍。配置線槽，用于穿過機器人控制線纜及氣管等。選擇FANUCR-0iA機器人作為焊接機器人。3.焊槍焊槍水冷卻機4.送絲機5.清槍機構6.變位機單回轉焊接變位機1.整體布局4.3.2刀板焊接工作站

刀架零件零件定位夾緊工作站設備配置2.焊接機器人選用日本發(fā)那科機器人，型號M-10IA，配R-30IA高性能機器人控制器。末端有效負載10kg,最大伸長范圍1420mm。3.TBiRM80W水冷焊槍4.變位機5.焊接夾具相貫線切割機是一種對鋼管與有色金屬管子的結合處相貫線孔、相貫線端部、彎頭（蝦米節(jié)）進行自動計算和切割的設備。4.3.3相貫線切割機

切割工件工業(yè)機器人工裝系統(tǒng)設計機器視覺系統(tǒng)就是利用機器代替人眼來作各種測量和判斷。它是計算科的一個重要分支，它綜合了光學、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術，涉及計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機電一體化等多個領域。工件分揀是工業(yè)生產中的重要環(huán)節(jié)，采用機器視覺結合工業(yè)機器人的視覺分揀工作站在工業(yè)生產中具有廣泛的應用。視覺分揀是在自動化生產線上常被應用的模塊，它主要包含了工業(yè)機器人系統(tǒng)、數(shù)控機床系統(tǒng)、邏輯編程控制系統(tǒng)、輸送線、在線檢測單元、倉儲單元等部分構成。實際工廠生產會根據(jù)自動化生產線的需求進行各個模塊的安排和組合，實現(xiàn)自動化生產的功能性、連續(xù)性、穩(wěn)定性等特點。視覺分揀工裝系統(tǒng)主要是實現(xiàn)零件抓取的手爪及滿足定位需求的輔助機構。項目5視覺分揀工作站工裝設計學習目標知識目標熟悉視覺分揀工作站的應用。掌握視覺分揀工作站的結構。掌握視覺分揀工作站的工裝設計。熟悉工裝設計的仿真優(yōu)化方法。能力目標能夠對零件視覺分揀方案進行整體設計。能夠對零件的分揀工裝進行設計。能夠對簡單工裝進行仿真優(yōu)化。學習內容1.機器人視覺分揀工作站基于機器視覺的機器人分揀與人工分揀作業(yè)相比,不但高效、準確,而且在質量保障、衛(wèi)生保障等方面有著人工作業(yè)無法替代的優(yōu)勢;與傳統(tǒng)的機械分揀作業(yè)相比,基于機器視覺的機器人分揀則有著適應范圍廣、隨時能變換作業(yè)對象和變換分揀工序的優(yōu)勢。任務1視覺分揀工作站基本知識

5.1.1視覺分揀系統(tǒng)應用

2.視覺分揀機器人分揀機器人是一種具備了傳感器、物鏡和電子光學系統(tǒng)的機器人，可以快速進行貨物分揀。分揀機器人的特點：工作效率高。抓取分揀物的精準性高。可以分工合作，協(xié)同能力強。分揀機器人1.系統(tǒng)結構以新松公司開發(fā)生產的

RH6（六自由度垂直關節(jié)型）通用工業(yè)機器人為模型而建立基于機器視覺的工業(yè)機器人分揀系統(tǒng)。3.1.2視覺分揀系統(tǒng)

2.分揀過程分揀流程分為4個部分：圖像預處理、目標提取、單一目標分析、分揀抓取。分揀具體流程：（1）圖像預處理：對采集到的圖像進行圖像平滑去除噪，消除噪聲對圖像的干擾。（2）目標提?。菏褂肅anny算子進行二值化，其目的是將目標圖像從背景圖像提取出來。（3）單一目標分析：由于目標是規(guī)則的幾何工件，僅僅靠角點檢測是檢測不出來圓形的，所以需要Hough圓檢測來輔助識別。（4）分類抓?。簩γ總€單一工件目標求取特征點，求取其目標工件的中心和長短軸。將特征信息通過CAN總線發(fā)送至機器人控制柜的RC（機器人控制器）內，并通過RC控制工業(yè)機器人進行分揀。工業(yè)相機固定視覺拾取機器人工作站由機器人本體、機器人電控系統(tǒng)、機器人底座及工作平臺、吸盤、相機夾具和支架、光源系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)（含上位機）等構成，對于需要視覺操作和觀看的需要配置一臺千兆以太網(wǎng)口的PC。任務2視覺分揀工作站工裝設計

3.2.1固定視覺

固高GUC系列控制器固高手持盒機器人底座及工作平臺吸盤相機夾具相機支架光源系統(tǒng)分為光源和光源控制器。光源三維圖光源控制器實物圖相機軟件界面視覺拾取機器人工作站由機器人本體、機器人電控系統(tǒng)、機器人支架及工作平臺、吸盤+手爪+相機夾具、氣路系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)（不含上位機）等構成。3.2.2移動視覺

1.機器人本體2.機器人電控系統(tǒng)3.機器人支架及工作平臺4.末端執(zhí)行器吸盤+二指手爪+相機夾具吸盤+相機夾具1.計算機仿真概述所謂計算機仿真就是建立系統(tǒng)模型的仿真模型進而在電子計算機上對該仿真模型進行模擬實驗(仿真實驗)研究的過程。計算機仿真方法即以計算機仿真為手段，通過仿真模型模擬實際系統(tǒng)的運動來認識其規(guī)律的一種研究方法。計算機仿真作為分析和研究系統(tǒng)運行行為、揭示系統(tǒng)動態(tài)過程和運動規(guī)律的一種重要手段和方法,隨著系統(tǒng)科學研究的深入、計算機技術的發(fā)展,而成為一門新興的學科。近年來,隨著信息處理技術的突飛猛進,使仿真技術得到迅速發(fā)展。計算機仿真主要有下列3種仿真形式：（1）物理仿真。

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