工業(yè)機(jī)器人工裝系統(tǒng)設(shè)計 課件 項目4、5 焊接工作站工裝設(shè)計、視覺分揀工作站工裝設(shè)計

工業(yè)機(jī)器人工裝系統(tǒng)設(shè)計焊接工作站是在自動化生產(chǎn)線上常被應(yīng)用的模塊，它主要包含了工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)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(gòu)成。實際工廠生產(chǎn)會根據(jù)自動化生產(chǎn)線的需求進(jìn)行各個模塊的安排和組合，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)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(jī)構(gòu)。焊接技術(shù)的發(fā)展，對于產(chǎn)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(chǎn)中，采用自動化的機(jī)器人焊接工作站是現(xiàn)代化生產(chǎn)的主要標(biāo)注，采用機(jī)器人進(jìn)行焊接作業(yè)可以極大地提高經(jīng)濟(jì)效益。一般而言，采用機(jī)器人焊接比同樣用人工焊接效率可提高2～4倍，焊接質(zhì)量優(yōu)良且穩(wěn)定。項目4焊接工作站工裝設(shè)計

學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)熟悉焊接工作站的類型。掌握焊接工作站的結(jié)構(gòu)。掌握弧焊焊接工作站的整體設(shè)計。掌握焊接設(shè)備的選型設(shè)計。能力目標(biāo)能夠?qū)附臃桨高M(jìn)行整體設(shè)計。能夠?qū)附釉O(shè)備進(jìn)行選型設(shè)計。學(xué)習(xí)內(nèi)容1.機(jī)器人焊接工作站應(yīng)用焊接機(jī)器人是一種高度自動化的焊接設(shè)備．采用機(jī)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(zhì)量、降低成本、改善工作環(huán)境的重要手段。機(jī)器人焊接作為現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志己被國內(nèi)許多工廠所接受，而且越來越多的企業(yè)首選焊接機(jī)器人作為技術(shù)改造的方案。任務(wù)1焊接工作站基本知識

4.1.1焊接工作站應(yīng)用

汽車焊接焊接生產(chǎn)線2.機(jī)器人焊接的特點A.自動焊接，提高質(zhì)量和效率B.焊接條件具有重復(fù)性C.降低生產(chǎn)成本D.容易管理焊接機(jī)器人系統(tǒng)主要包括焊接電源、機(jī)器人控制柜、機(jī)器人本體、示教器、送絲機(jī)、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(shè)備，如氣源、煙塵凈化器、清槍機(jī)構(gòu)等。除焊接機(jī)器人系統(tǒng)外，工作站還需設(shè)置安全圍欄、安全門等防護(hù)設(shè)備，惰性氣體放置于安全位置，同時配備電腦桌等外圍設(shè)備。4.1.2焊接工作站結(jié)構(gòu)

被焊工件名稱：標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)：Q235、Q345。任務(wù)2標(biāo)準(zhǔn)節(jié)零件焊接工作站工裝設(shè)計

4.2.1焊接工作站整體布局

標(biāo)準(zhǔn)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(hù)焊。焊接時，人工先將組對好的工件裝夾在焊接變位機(jī)上，然后啟動機(jī)器人進(jìn)行焊接。焊接質(zhì)量能夠通過買方質(zhì)量檢驗部門按照中國的國家標(biāo)準(zhǔn)或者買方的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的檢測。機(jī)器人配置FANUC電纜外置型機(jī)器人，焊接電源配置OTC數(shù)字電源進(jìn)行焊接。機(jī)器人工作站動作流程將點固好的工件在雙軸變位機(jī)上裝夾好→啟動機(jī)器人→弧焊機(jī)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(jī)上點焊好→啟動機(jī)器人焊接，依次類推，焊接完整個工件后，進(jìn)行下一循環(huán)。（焊接同時變位機(jī)與機(jī)器人相協(xié)調(diào)。）機(jī)器人工作站效果圖1.弧焊機(jī)器人的性能要求1．

焊接規(guī)范的設(shè)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(jī)器人選型

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

最大負(fù)荷：10kg運(yùn)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(jī)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(jī)器人控制軟件等等機(jī)器人運(yùn)動范圍3.點焊機(jī)器人的性能要求1）機(jī)器人的結(jié)構(gòu)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(jī)器人焊槍4.2.3焊槍組件

機(jī)器人焊槍防撞傳感器2.確定機(jī)器人法蘭盤的尺寸3.確定機(jī)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(jī)的焊絲連接焊槍，用導(dǎo)絲管支撐。為了避免送絲機(jī)與機(jī)器人的動作發(fā)生干涉，將送絲機(jī)安裝在機(jī)器人的4軸上，通過安裝支架，調(diào)整安裝位置，使送絲機(jī)出口正對焊槍。絲盤箱安裝在1軸上，跟隨送絲機(jī)動作，為避免焊絲過度彎折，在絲盤箱安裝支架上設(shè)置導(dǎo)向板，調(diào)整焊絲的姿態(tài)。4.2.4送絲機(jī)組件

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

1.焊接變位機(jī)的分類（1）伸臂式焊接變位機(jī)（2）座式焊接變位機(jī)（3）雙座式焊接變位機(jī)雙座式焊接變位機(jī)典型結(jié)構(gòu)2.焊件變位機(jī)械類型焊接翻轉(zhuǎn)機(jī)、焊接回轉(zhuǎn)臺、焊接滾輪架、焊接變位器。3.焊接變位機(jī)的應(yīng)用場合焊接變位機(jī)主要用于機(jī)架、機(jī)座、機(jī)殼、法蘭、封頭等非長型焊件的翻轉(zhuǎn)變位。4.結(jié)構(gòu)件焊接變位機(jī)的選型①根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點選擇合適的焊接變位機(jī)。②根據(jù)手工焊接作業(yè)的情況，所選的焊接變位機(jī)能把被焊工件的任意一條焊縫轉(zhuǎn)到平焊或船焊位置，避免立焊和仰焊，保證焊接質(zhì)量。③選擇開敞性好、容易操作、結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小的焊接變位機(jī)，工人操作高度盡量低，安全可靠。工裝設(shè)計要考慮工件裝卡簡單方便。④工程機(jī)械大型的焊接結(jié)構(gòu)件變位機(jī)的焊接操作高度很高，工人可通過墊高的方式進(jìn)行焊接。5.焊接變位機(jī)的變位自由度涉及用戶對設(shè)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(shè)計焊接變位機(jī)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(yùn)動自由度。6.焊接機(jī)器人工作站變位機(jī)主要用途焊接變位機(jī)是一種通用、高效的以實現(xiàn)環(huán)縫焊接為主的焊接設(shè)備?？膳浜蠚寤『笝C(jī)(填絲或不填絲）、熔化極氣體保護(hù)焊機(jī)（CO2/MAG/MIG焊機(jī)）、等離子焊機(jī)等焊機(jī)電源并可與機(jī)器人組成機(jī)器人自動焊接系統(tǒng)。7.本項目變位機(jī)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(shè)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(shè)置工作臺或者變位機(jī)，然后針對工件設(shè)置相應(yīng)的夾具。夾具設(shè)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(jī)器人焊接的可達(dá)性，操作者裝卸工件的方便性。夾具采用整體式或組合式結(jié)構(gòu)，拆裝方便。4.2.6工作臺工裝設(shè)計

1.整體布局機(jī)器人焊接工作站由機(jī)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(jī)構(gòu)、變位機(jī)等組成。工作站用于橫梁及支架等焊接。任務(wù)3機(jī)器人焊接工作站其他應(yīng)用

4.3.1支架焊接工作站

支架零件結(jié)構(gòu)工作站布局2.焊接機(jī)器人機(jī)器人安裝采用坐式，其底座高度與變位機(jī)臺面高度相匹配，以求機(jī)器人實現(xiàn)最大的加工范圍。配置線槽，用于穿過機(jī)器人控制線纜及氣管等。選擇FANUCR-0iA機(jī)器人作為焊接機(jī)器人。3.焊槍焊槍水冷卻機(jī)4.送絲機(jī)5.清槍機(jī)構(gòu)6.變位機(jī)單回轉(zhuǎn)焊接變位機(jī)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(shè)備配置2.焊接機(jī)器人選用日本發(fā)那科機(jī)器人，型號M-10IA，配R-30IA高性能機(jī)器人控制器。末端有效負(fù)載10kg,最大伸長范圍1420mm。3.TBiRM80W水冷焊槍4.變位機(jī)5.焊接夾具相貫線切割機(jī)是一種對鋼管與有色金屬管子的結(jié)合處相貫線孔、相貫線端部、彎頭（蝦米節(jié)）進(jìn)行自動計算和切割的設(shè)備。4.3.3相貫線切割機(jī)

切割工件工業(yè)機(jī)器人工裝系統(tǒng)設(shè)計機(jī)器視覺系統(tǒng)就是利用機(jī)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(xué)、機(jī)械、電子、計算機(jī)軟硬件等方面的技術(shù)，涉及計算機(jī)、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機(jī)電一體化等多個領(lǐng)域。工件分揀是工業(yè)生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，采用機(jī)器視覺結(jié)合工業(yè)機(jī)器人的視覺分揀工作站在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛的應(yīng)用。視覺分揀是在自動化生產(chǎn)線上常被應(yīng)用的模塊，它主要包含了工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)、數(shù)控機(jī)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(gòu)成。實際工廠生產(chǎn)會根據(jù)自動化生產(chǎn)線的需求進(jìn)行各個模塊的安排和組合，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)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(jī)構(gòu)。項目5視覺分揀工作站工裝設(shè)計學(xué)習(xí)目標(biāo)知識目標(biāo)熟悉視覺分揀工作站的應(yīng)用。掌握視覺分揀工作站的結(jié)構(gòu)。掌握視覺分揀工作站的工裝設(shè)計。熟悉工裝設(shè)計的仿真優(yōu)化方法。能力目標(biāo)能夠?qū)α慵曈X分揀方案進(jìn)行整體設(shè)計。能夠?qū)α慵姆謷ぱb進(jìn)行設(shè)計。能夠?qū)唵喂ぱb進(jìn)行仿真優(yōu)化。學(xué)習(xí)內(nèi)容1.機(jī)器人視覺分揀工作站基于機(jī)器視覺的機(jī)器人分揀與人工分揀作業(yè)相比,不但高效、準(zhǔn)確,而且在質(zhì)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(jī)械分揀作業(yè)相比,基于機(jī)器視覺的機(jī)器人分揀則有著適應(yīng)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(wù)1視覺分揀工作站基本知識

5.1.1視覺分揀系統(tǒng)應(yīng)用

2.視覺分揀機(jī)器人分揀機(jī)器人是一種具備了傳感器、物鏡和電子光學(xué)系統(tǒng)的機(jī)器人，可以快速進(jìn)行貨物分揀。分揀機(jī)器人的特點：工作效率高。抓取分揀物的精準(zhǔn)性高?？梢苑止ず献?，協(xié)同能力強(qiáng)。分揀機(jī)器人1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以新松公司開發(fā)生產(chǎn)的

RH6（六自由度垂直關(guān)節(jié)型）通用工業(yè)機(jī)器人為模型而建立基于機(jī)器視覺的工業(yè)機(jī)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(yù)處理、目標(biāo)提取、單一目標(biāo)分析、分揀抓取。分揀具體流程：（1）圖像預(yù)處理：對采集到的圖像進(jìn)行圖像平滑去除噪，消除噪聲對圖像的干擾。（2）目標(biāo)提取：使用Canny算子進(jìn)行二值化，其目的是將目標(biāo)圖像從背景圖像提取出來。（3）單一目標(biāo)分析：由于目標(biāo)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(biāo)求取特征點，求取其目標(biāo)工件的中心和長短軸。將特征信息通過CAN總線發(fā)送至機(jī)器人控制柜的RC（機(jī)器人控制器）內(nèi)，并通過RC控制工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行分揀。工業(yè)相機(jī)固定視覺拾取機(jī)器人工作站由機(jī)器人本體、機(jī)器人電控系統(tǒng)、機(jī)器人底座及工作平臺、吸盤、相機(jī)夾具和支架、光源系統(tǒng)、氣路系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)（含上位機(jī)）等構(gòu)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(wù)2視覺分揀工作站工裝設(shè)計

3.2.1固定視覺

固高GUC系列控制器固高手持盒機(jī)器人底座及工作平臺吸盤相機(jī)夾具相機(jī)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(jī)軟件界面視覺拾取機(jī)器人工作站由機(jī)器人本體、機(jī)器人電控系統(tǒng)、機(jī)器人支架及工作平臺、吸盤+手爪+相機(jī)夾具、氣路系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)（不含上位機(jī)）等構(gòu)成。3.2.2移動視覺

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

（2）