工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)線及工作站

1、第八章工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)線和工作站、工業(yè)機(jī)器人作為先進(jìn)制造技術(shù)和自動(dòng)化裝備的典型代表，不僅對(duì)先進(jìn)制造業(yè)的發(fā)展有著重要作用，對(duì)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也有著顯著的促進(jìn)作用。 作為新興的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)和智能化產(chǎn)業(yè)，工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)具有由一般的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)所表現(xiàn)的特征：高投入、高風(fēng)險(xiǎn)、高收益、高技術(shù)、高難度、高潛力等。 機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了FMS (flexiblemanufacturingsystem )、FA(Factory Automation )、CIMS (computerintegratedmanufacturingsystem )。 本章著重介紹構(gòu)成FMS、FA、CIMs的重要基礎(chǔ)自動(dòng)化加工單元機(jī)

2、器人工作站和機(jī)器人生產(chǎn)線的構(gòu)成和設(shè)定修訂原則、機(jī)器人末端執(zhí)行器(工具)和位移機(jī)等擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域和范圍的重要輔助設(shè)備和技術(shù)樹， 在生產(chǎn)線上引進(jìn)機(jī)器人系統(tǒng)的方法1 )調(diào)查可行性分析技術(shù)的可行性和先進(jìn)用戶的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、類似作業(yè)實(shí)例投資上的可能性和合理性工程實(shí)施中的可能性和變更可能性2 ) 工作站和生產(chǎn)線的詳細(xì)設(shè)定修訂計(jì)劃和系統(tǒng)設(shè)定修訂布局設(shè)定擴(kuò)大機(jī)器人應(yīng)用范圍輔助設(shè)備的選擇和設(shè)定訂控制系統(tǒng)設(shè)定修訂支援系統(tǒng)故障、制作停止對(duì)策工程施工設(shè)施修訂采購(gòu)資料3 )制造和試運(yùn)行制造和試運(yùn)行，根據(jù)詳細(xì)設(shè)定修訂階段決定的施工圖紙、說(shuō)明書進(jìn)行配置進(jìn)行采購(gòu)，然后進(jìn)行安裝、測(cè)試、調(diào)試，在達(dá)到預(yù)期的技術(shù)要求的同時(shí)，對(duì)管理人

3、員、作業(yè)人員進(jìn)行培訓(xùn)。 4 )交貨使用-利用率檢查、改良、評(píng)價(jià)、機(jī)器人工作站是使用一臺(tái)或多臺(tái)機(jī)器人，分配相應(yīng)的外圍設(shè)備，完成某特定工序的作業(yè)的獨(dú)立生產(chǎn)系統(tǒng)，也稱為機(jī)器人作業(yè)單元。 主要由機(jī)器人及其控制系統(tǒng)、輔助設(shè)備和其他外圍設(shè)備構(gòu)成。 在這樣的結(jié)構(gòu)中，機(jī)器人及其控制系統(tǒng)需要盡量選擇標(biāo)準(zhǔn)裝置，在個(gè)別特殊的情況下(冶金行業(yè)的熱鋼坯的搬運(yùn)機(jī)器人等)需要設(shè)定、修正專用機(jī)器人。 另一方面，末端執(zhí)行器等輔助設(shè)備及其他外圍設(shè)備因應(yīng)用情況和工件特點(diǎn)的不同而有很大差異，在此闡述一般工作站的結(jié)構(gòu)和設(shè)置修正原則，結(jié)合實(shí)例進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。 工業(yè)用機(jī)器人工作站的構(gòu)成和設(shè)定修正原則，該工作站的特點(diǎn)是，手工裝卸工件的時(shí)間比機(jī)

4、器人焊接作業(yè)時(shí)間短，能靈活運(yùn)用機(jī)器人，生產(chǎn)效率高。 作業(yè)人員遠(yuǎn)離機(jī)器人的工作空間，安全性好。 通過(guò)在轉(zhuǎn)盤上交換工件，工作站整體的占有面積相對(duì)變小，整體的布局也有利于工件的物流。 1 )機(jī)器人2 )機(jī)器人末端執(zhí)行器3 )夾具和變位器4 )機(jī)器人座椅框架5 )組件和安全裝置6 )動(dòng)力源7 )作業(yè)對(duì)象的儲(chǔ)藏設(shè)備8 )檢查、監(jiān)視和控制系統(tǒng)、機(jī)器人末端執(zhí)行器(稱為工具)是機(jī)器人的主要輔助設(shè)備，工作測(cè)試同一機(jī)器人，因?yàn)榘惭b了不同的末端執(zhí)行器，不同的作業(yè)完成，用于不同的牛的生產(chǎn)場(chǎng)景時(shí)，多數(shù)情況下需要特別修正，與機(jī)器人的機(jī)種，整體的布局，作業(yè)順序有直接關(guān)系。 選擇安全的帶防撞陶瓷的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人用焊槍。 夾具和變

5、位機(jī)是固定作業(yè)對(duì)象，改變相對(duì)于機(jī)器人的位置和姿勢(shì)的設(shè)備，在機(jī)器人規(guī)定的作業(yè)空間和柔軟性的條件下可以得到高品質(zhì)的作業(yè)，配套和安全裝置是機(jī)器人及其輔助設(shè)備的周邊設(shè)備和零件。 它們各自相對(duì)獨(dú)立，分散，但各個(gè)部分不可缺少。包括配對(duì)設(shè)備、電氣控制柜、操作箱、安全保護(hù)裝置、配線槽管保護(hù)裝置等。 本例的焊接電源、焊槍和送絲機(jī)構(gòu)是獨(dú)立的配套設(shè)備，安全柵及操作區(qū)域的對(duì)射型光電管等發(fā)揮安全保護(hù)作用，另有一套焊槍清掃裝置，配套和安全裝置、動(dòng)力源：機(jī)器人的外圍設(shè)備多采用空氣、液體作為動(dòng)力電源有特別需要的設(shè)備和修正器，還應(yīng)配置專用的電源系統(tǒng)(可編程電源-三角洲、安捷倫、朝陽(yáng)等)。 的雙曲馀弦值。 由于作業(yè)對(duì)象的儲(chǔ)藏設(shè)備

6、作業(yè)對(duì)象需要經(jīng)常向工作站臨時(shí)、供給、移動(dòng)或翻轉(zhuǎn)，所以工作站也經(jīng)常配置臨時(shí)放置臺(tái)、送料器、移動(dòng)小車或翻轉(zhuǎn)臺(tái)等設(shè)備。 檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于一些工作站來(lái)說(shuō)是非常必要的，是生產(chǎn)線用的工作站。 例如，作業(yè)對(duì)象是否到達(dá)，有無(wú)品質(zhì)事故，各種設(shè)備是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)等，需要配置檢查和監(jiān)視系統(tǒng)。 一般而言，機(jī)器人工作站往往是自動(dòng)化度高的作業(yè)單元，往往具有獨(dú)自的控制系統(tǒng)。 目前使用最多的是PLC系統(tǒng)，該系統(tǒng)在能夠管理本站有序的正常工作的同時(shí)，還能夠結(jié)合高級(jí)管理計(jì)算機(jī)提供產(chǎn)品數(shù)量等各種信息。 1 )在修訂前必須充分分析作業(yè)對(duì)象，制定最合理的作業(yè)技術(shù)2 )必須滿足作業(yè)的功能要求和環(huán)境條件3 )必須滿足生產(chǎn)節(jié)拍的要求4

7、 )整體及各構(gòu)成部分都必須滿足安全規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)5 ) 各設(shè)備及控制系統(tǒng)應(yīng)具有故障顯示及警報(bào)裝置6 )維護(hù)修理容易7 )操作系統(tǒng)應(yīng)簡(jiǎn)單明了，操作和人工干預(yù)容易8 )操作系統(tǒng)應(yīng)容易網(wǎng)絡(luò)控制9 ) 工作站便于集團(tuán)生產(chǎn)10 )經(jīng)濟(jì)、快速生產(chǎn)這10項(xiàng)設(shè)置修訂原則共同體現(xiàn)了工作站用戶的多方面需求，簡(jiǎn)而言之，可以用一切方式滿足用戶的要求。 機(jī)器人工作站的一般設(shè)置修正原則是對(duì)工作對(duì)象(工作)及其技術(shù)要求的細(xì)致分析，直接影響工作站整體布局、機(jī)器人型號(hào)的選擇、末端執(zhí)行器和位移機(jī)等結(jié)構(gòu)及其他外圍設(shè)備的型號(hào)等。 在設(shè)置修訂作業(yè)這一內(nèi)容上花費(fèi)的能源和時(shí)間約占總設(shè)置修訂時(shí)間的15-50分鐘。 工作越復(fù)雜，工作的難度就越大，

8、投入能量的比例就越大。分析越完成，工作站的設(shè)置修訂依據(jù)就越充分，將來(lái)工作站的性能、調(diào)試時(shí)間、變更量就越少。 一般而言，工件的分析如下：1)工件的形狀；2 )工件的尺寸和精度；3 )工件的品質(zhì)、材料、強(qiáng)度；4 )作業(yè)要求年生產(chǎn)量、作業(yè)制度、占有空間、操作方式、自動(dòng)化的程度、作業(yè)順序和過(guò)程要求、機(jī)器人的選擇、機(jī)器人選擇時(shí)機(jī)器人的選擇也受到機(jī)器人市場(chǎng)的供給要素的影響而且，它們可以利用，價(jià)格便宜，性能可靠，并且如果有良好的售后服務(wù)，應(yīng)該最優(yōu)先選擇。 現(xiàn)在，機(jī)器人在很多生產(chǎn)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。 例如裝配、焊接、涂裝、搬運(yùn)碼垛等。 各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域都有各自不同的環(huán)境條件，因此，機(jī)器制造商可以根據(jù)各自的應(yīng)用環(huán)

9、境和作業(yè)特點(diǎn)，相繼生產(chǎn)出各種類型的機(jī)器人供用戶選擇。 各廠家為自己的產(chǎn)品提供了最佳的應(yīng)用領(lǐng)域，他們不僅考慮了功能要求，還考慮了其他應(yīng)用中的問(wèn)題，如強(qiáng)度剛性、軌跡精度、粉塵及溫濕度等珠保持要求。在工作站中選擇機(jī)器人時(shí)，首先參考制造商提供的產(chǎn)品說(shuō)明*，工作站的生產(chǎn)節(jié)拍所要求的生產(chǎn)節(jié)拍是指完成一個(gè)工件規(guī)定的處理作業(yè)內(nèi)容所需要的時(shí)間，即用戶規(guī)定的生產(chǎn)量是機(jī)器人工作站完成一個(gè)工件的規(guī)定的處理作業(yè)內(nèi)容所需要的時(shí)間，即工作站完成一個(gè)工件的規(guī)定的處理作業(yè)內(nèi)容所需要的時(shí)間。 在整體設(shè)定修正階段，首先，根據(jù)修正計(jì)劃年生產(chǎn)量計(jì)算生產(chǎn)節(jié)拍，然后，分析具體的工件，計(jì)算各處理動(dòng)作的時(shí)間，決定工件處理作業(yè)完成的生產(chǎn)周期。

10、生產(chǎn)周期生產(chǎn)節(jié)拍的處理方法：1)修改設(shè)置工位2 )增加輔助裝置3 )增加機(jī)器人工位數(shù)4 )增加機(jī)器人點(diǎn)焊作業(yè)時(shí)間，根據(jù)產(chǎn)業(yè)機(jī)器人安全規(guī)范國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在修改安全防護(hù)設(shè)置時(shí)，應(yīng)遵循以下兩個(gè)原則2 )安全防護(hù)空間內(nèi)、安全規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。 在工作站上設(shè)置光幕、電磁場(chǎng)、感壓裝置、超聲波和紅外線裝置、攝像裝置等各種傳感器，當(dāng)人無(wú)緣無(wú)故地進(jìn)入防護(hù)區(qū)域時(shí)，必須立即停止工作站內(nèi)的各種運(yùn)動(dòng)設(shè)備。 在機(jī)器人生產(chǎn)線、機(jī)器人工作站、機(jī)器人生產(chǎn)線中，機(jī)器人工作站相對(duì)獨(dú)立，是與外部密切相關(guān)的部分。 在作業(yè)內(nèi)容、外圍設(shè)備、動(dòng)力系統(tǒng)方面多為獨(dú)立，但在控制系統(tǒng)、生產(chǎn)管理和物流等方面與其他工作站和上位管理訂正機(jī)系統(tǒng)一體化。 非機(jī)器人工作

11、站，1 )專用裝置工作站2 )人工處理工作站3 )空工作站、物流系統(tǒng)物流系統(tǒng)是機(jī)器人生產(chǎn)線的重要組成部分，是各工作站之間工件的運(yùn)輸、定位，進(jìn)而是夾緊、工件的物流系統(tǒng)各自連接獨(dú)立的工作站單元，形成流動(dòng)的生產(chǎn)線系統(tǒng)。 生產(chǎn)線越大，自動(dòng)化程度越高，物流系統(tǒng)也越復(fù)雜。 常用的輸送形式有鏈?zhǔn)捷斔?、皮帶輸送、專用輸送機(jī)、自由車輸送和同步移動(dòng)機(jī)構(gòu)等，設(shè)定修正時(shí)必須根據(jù)生產(chǎn)線的類型、工件的特征和整體的設(shè)定修正思想等要素來(lái)決定輸送方式。 夾具板(各工位的各塊)被放置在由鏈條驅(qū)動(dòng)的支承輥上，一周一次沿圖示箭頭方向循環(huán)，形成封閉的物流系統(tǒng)。 各工作站具有托盤的擋塊、定位機(jī)構(gòu)，以便各板正確地停留在各工作站的固定位置。

12、 在這樣的物流形式中，要求各區(qū)塊的調(diào)色板查詢的精度的匹配性較高。 動(dòng)力系統(tǒng)是機(jī)器人生產(chǎn)線必不可少的構(gòu)成要素，驅(qū)動(dòng)各種裝置相機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)規(guī)定的動(dòng)作。 動(dòng)力系統(tǒng)可分為電動(dòng)、液動(dòng)相氣壓三種類型。 可以在一條生產(chǎn)線上單獨(dú)使用，也可以混合使用。 一般來(lái)說(shuō)，各站的動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)該相對(duì)獨(dú)立，物流系統(tǒng)的動(dòng)力也應(yīng)該相對(duì)獨(dú)立，這種配置方式便于各站的個(gè)別調(diào)整和維護(hù)。 使用被動(dòng)或氣壓時(shí)，各站必須分別設(shè)置液壓站或氣源系統(tǒng)，構(gòu)成自身的動(dòng)力系統(tǒng)。 液動(dòng)在工件較重或需要較大的驅(qū)動(dòng)力的情況下，多用于中小型工件或驅(qū)動(dòng)力較小的情況。電動(dòng)在要求連續(xù)運(yùn)動(dòng)、速度變化頻繁、停留位置多、要求正確或行程大、液壓缸或氣缸困難的情況下使用。 控制系統(tǒng)控制

13、系統(tǒng)是機(jī)器人生產(chǎn)線的神經(jīng)中樞，接受外部信息，經(jīng)過(guò)處理發(fā)出指令，指導(dǎo)各職能部門按規(guī)定的要求協(xié)調(diào)作業(yè)，生產(chǎn)合格的產(chǎn)品。 控制系統(tǒng)的規(guī)模應(yīng)滿足生產(chǎn)線自動(dòng)化程度的要求。一個(gè)生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)可以分為生產(chǎn)線的子生產(chǎn)線的工作站的三層，構(gòu)成相互關(guān)聯(lián)的信息網(wǎng)絡(luò)。 在輔助設(shè)備和安全裝置的機(jī)器人生產(chǎn)線上，其他幾個(gè)輔助構(gòu)成部分是必不可少的，非常重要。 有些工作需要一套采購(gòu)設(shè)備作為工作站獨(dú)立的一部分，一條生產(chǎn)線上有多種不同用途的設(shè)備。 例如加工機(jī)、焊機(jī)、噴霧緩慢裝置、測(cè)量裝置等，它們的合理選擇和性能直接影響機(jī)器人生產(chǎn)線的運(yùn)行質(zhì)量。 安全裝置是機(jī)器人生產(chǎn)線中最重要的組成部分，直接關(guān)系到人身和設(shè)備的安全和生產(chǎn)線的正常工作。

14、 生產(chǎn)線上的排列比較分散，應(yīng)該作為整體來(lái)處理。 對(duì)與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的每個(gè)區(qū)域進(jìn)行分析，決定是否設(shè)置安全裝置。 一般區(qū)域包括：操作員可以進(jìn)出或進(jìn)出工件的區(qū)域、機(jī)器人不能到達(dá)的區(qū)域、快速啟動(dòng)設(shè)備和機(jī)構(gòu)的外圍圍欄、操作員和作業(yè)區(qū)域的分隔和有害物質(zhì)的防護(hù)等。 報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)監(jiān)測(cè)上述區(qū)域和相關(guān)設(shè)備的正常運(yùn)行。 機(jī)器人生產(chǎn)線的設(shè)定修訂原則對(duì)于機(jī)器人生產(chǎn)線的設(shè)定修訂來(lái)說(shuō)，除了滿足機(jī)器人工作站的設(shè)定修訂原則以外，還必須遵循以下10個(gè)原則：1)各工作站必須具有相同或接近的生產(chǎn)周期2 )工作站之間的緩沖區(qū)物流系統(tǒng)必須順暢，避免交叉和逆流4 )生產(chǎn)線必須具有混流生產(chǎn)的能力5 )生產(chǎn)線必須保留再改造的優(yōu)點(diǎn)6 )夾具有具體一致的

15、精度要求7 )各工作站的控制系統(tǒng)是兼容的生產(chǎn)線布局的合理占地面積必須最小化；9 )安全監(jiān)控系統(tǒng)合理可靠；10 )最重要的工作站或生產(chǎn)設(shè)備需要替代儲(chǔ)備。 不滿意時(shí)的措施：1)分散作業(yè)內(nèi)容；2 )工作站重疊設(shè)置；3 )對(duì)接工序、工作站間緩沖區(qū)(庫(kù))、物流系統(tǒng)物流系統(tǒng)是機(jī)器人生產(chǎn)線的主動(dòng)脈，其運(yùn)輸性、合理性和可靠性是維持生產(chǎn)線順暢的基本條件生產(chǎn)線混線生產(chǎn)能力、機(jī)器人生產(chǎn)線是投資大、使用周期長(zhǎng)、效益長(zhǎng)的實(shí)際工程。 決策時(shí)要根據(jù)自己的發(fā)展規(guī)劃和對(duì)產(chǎn)品未來(lái)的預(yù)測(cè)進(jìn)行認(rèn)真研究，使投入的生產(chǎn)線最大限度地滿足品種和產(chǎn)品改造的要求。 這必然提出生產(chǎn)線具有混流生產(chǎn)能力的問(wèn)題。 混流生產(chǎn)戶是指在同一生產(chǎn)線上能夠完成同

16、種工件的多型多品種的生產(chǎn)作業(yè)，或者只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)備備品的變換和調(diào)整，就能夠迅速應(yīng)對(duì)新型工件的生產(chǎn)。 這是修訂機(jī)器人生產(chǎn)線的重要原則，也是難易度高、技術(shù)水平要求高的內(nèi)容的一部分。 這是測(cè)定機(jī)器人生產(chǎn)線水平的重要指標(biāo)，混流能力越強(qiáng)，生產(chǎn)線的價(jià)值、使用效率及壽命越高。 混流生產(chǎn)的基本要求包括工件夾具共用或可更換、末端執(zhí)行器共用或可更換、工件種類識(shí)別準(zhǔn)確、機(jī)器人控制程序分類和物流系統(tǒng)滿足最大工件運(yùn)輸?shù)葍?nèi)容。 生產(chǎn)線再改造工廠生產(chǎn)的產(chǎn)品必須隨著市場(chǎng)需求的變化而變化，高新技術(shù)的進(jìn)步和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也促使企業(yè)引進(jìn)新技術(shù)、改造舊技術(shù)。 生產(chǎn)線是一項(xiàng)投資相對(duì)較大的工程，必須從發(fā)展的角度處理生產(chǎn)線的整體設(shè)置修訂和具體

17、的部件設(shè)置修訂，為生產(chǎn)線留有重新改造的馀地。 主要是預(yù)約工作站、整體更換某部件、預(yù)測(cè)增設(shè)新裝置和設(shè)備的空間、預(yù)測(cè)增設(shè)新裝置和設(shè)備的空間，從這些方面考慮，預(yù)約控制線點(diǎn)數(shù)和氣路通道數(shù)的控制軟件將留在程序接口等中修訂20%左右的馀量、機(jī)器人的末端執(zhí)行器、機(jī)器人末端執(zhí)行器時(shí)，請(qǐng)注意以下基本要求。1 )末端執(zhí)行器根據(jù)機(jī)器人作業(yè)的要求進(jìn)行修正，盡量選擇自己決定的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)部件，例如缸、缸、傳感器等，用適當(dāng)?shù)臋C(jī)構(gòu)連接，組合適合生產(chǎn)作業(yè)要求的末端執(zhí)行器。 由于新末端執(zhí)行器的出現(xiàn)，可以增加機(jī)器人的新應(yīng)用場(chǎng)所。 2 )末端執(zhí)行器的質(zhì)量應(yīng)盡量輕、緊湊。 3 )正確處理末端執(zhí)行器的萬(wàn)能性和專用性。 萬(wàn)能的末端執(zhí)行器在結(jié)構(gòu)上相當(dāng)復(fù)雜，幾乎無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 目前，在實(shí)用化中，最適合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、萬(wàn)能性不強(qiáng)的末端執(zhí)行器，因此必須重點(diǎn)開發(fā)各種專用、高效的末端執(zhí)行器和末端執(zhí)行器的快進(jìn)裝置，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人