工业机器人系统集成（高职）PPT全套完整教学课件

工业机器人系统集成项目1工业机器人系统集成概述01项目1工业机器人系统集成概述02项目2工业机器人搬运工作站系统集成03项目3工业机器人数控加工工作站系统集成04项目4工业机器人检测分拣工作站系统集成工业机器人的系统集成技术是工业机器人自动化的重要组成，它通过集成开发，将工业机器人灵活地应用在工业现场中。很多人对于工业机器人如何在工业系统中发挥作用并不了解，本项目引入工业机器人系统集成的应用领域介绍和相关的职业规划，通过介绍集成方案的实施步骤，学习集成项目的方案设计、设备选型、机械和电气设计以及模拟布局，使学生正确地认识工业机器人系统集成。目录任务1工业机器人集成领域概述及职业规划任务2工业机器人系统集成方案解析任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则任务4工业机器人系统集成设计任务5工业机器人系统集成布局模拟任务1工业机器人集成领域概述及职业规划本任务通过对工业机器人系统集成的产业链、领域和应用的介绍，使学生对工业机器人系统集成形成清晰的认知。再通过分析工业机器人系统集成的行业前景，简单阐述了系统集成工程师的职业规划。任务描述任务1工业机器人集成领域概述及职业规划（一）工业机器人系统集成工业机器人行业按产业链可分为上游、中游和下游。上游生产工业机器人核心零部件，包括减速器、伺服系统、控制器；中游是工业机器人本体生产商，主要是生产工业机器人本体；下游是工业机器人系统集成商，主要为客户提供应用解决方案。在行业内，目前对于工业机器人系统集成暂无标准定义，一般的说法是“工业机器人系统集成是把标准机器人（本体）变为应用机器人”。简单来说，工业机器人系统集成就是将工业机器人本体、机器人控制软件、机器人应用软件以及机器人周边设备结合起来，成为一个系统，使之应用于搬运码垛、分拣、焊接、打磨、上下料和喷涂等工业自动化生产中。相较于机器人本体供应商，机器人系统集成供应商还需要具有产品设计能力、对终端客户应用需求的工艺理解和相关项目经验等，能够提供可适应各种不同应用领域的标准化、定制化的成套装备。知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述（二）工业机器人系统集成领域和应用工业机器人本体是机器人系统集成的核心，与行业应用紧密相结合。由于系统集成是对机器人本体的二次开发，机器人本体的性能很大程度上决定了系统集成的水平。系统集成目前以国际品牌为核心，市场从汽车、3C电子、金属加工、物流等技术要求高、自动化程度高的行业向技术要求较低、自动化程度较低的行业排列。工业机器人系统集成的最终用户按照行业可分为汽车工业行业和一般工业行业。知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述汽车行业自动化程度已经比较高，大部分外资整车厂商的生产线标准及机器人选型是全球统一的。外资汽车厂商与机器人供应商往往有稳定的合作关系，如大众用KUKA（库卡）和FANUC（发那科），宝马奔驰等德系厂商用KUKA，通用汽车主要是FANUC（发那科），菲亚特用COMAU（柯马），微课1白车身和冲压线主要是ABB，涂装主要是德国杜尔，丰田、本田等日系厂商用YASKAWA（安川）、KAWASAKI（川崎）等品牌，现代起亚只用HYUNDAI（现代）等。工业机器人在汽车行业的应用如图1-1-1所示。对于汽车这种资金、技术密集型的大工业行业来说，稳定性是首要的，已经定下来的标准不会轻易改变，其主要零部件厂为保持一致性，也会优先考虑整车厂使用的机器人品牌。知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述汽车制造是技术密集型产业，整车厂在长期使用机器人的过程中也形成了自己的规则和标准。汽车项目普遍周期较长，从方案设计、安装调试到交钥匙往往需要半年或者一年以上，需要投入大量的人力成本，所以汽车产业系统集成对集成商的流动资金要求比较高。与其他国家相比，中国汽车行业的机器人密度为德国的1/4，非汽车行业的机器人密度为德国的1/11，所以国内工业机器人的需求潜能巨大。在一般工业中，按照行业分类又可以分为食品饮料、石化、金属加工、医药、3C、塑料、白家电、烟草等。其中3C行业是系统集成商的潜在机会，国内系统集成企业具有以下优势：

1.中国是全球最大的3C制造基地，自动化升级需求强劲，有望超过汽车行业成为第一大机器人市场。

2.

3C行业机器人应用多样，外资品牌难以复制在汽车产业的经验，国内企业已实现部分反超，是拉近差距的最好机会。知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述近年来，国内系统集成企业所占市场份额不断提升，产品认可度不断提高，2017年工业机器人系统集成应用领域也从汽车、3C制造进一步拓宽至农副食品加工业、酒、饮料和精制茶制造业、医药制造业、餐饮业、家居建材、奶制品产业、半导体元器件等。其中，金属制造业和以家用电器制造、电子元器件、计算机和外部设备制造等为代表的电器机械和器材制造行业，在国产工业机器人销售总量中的占比最高，分别占31%和23%，汽车以外其他领域的国产系统集成市场份额也在迅速增加。知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述除汽车行业外的一般工业可按照工艺应用进行区分，常见的有焊接、打磨、喷涂等应用，如图1-1-3所示。如图1-1-4所示，以喷涂应用为例，喷漆作业环境恶劣，对喷漆工人技术熟练程度要求高，使得喷涂相关的作业人员招工成为难题。利用喷涂机器人进行喷涂作业，除了重复精度高，工作效率高外，还能将工人从恶劣的工作环境中解放出来。知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划一、工业机器人集成领域概述（一）工业机器人系统集成的行业前景近年来，中国工业机器人市场持续表现强劲，市场容量不断扩大。传统制造业的改造提升、人工成本快速提高等原因促使企业使用工业机器人来提高产业附加值，保证产品质量，工业机器人及智能装备产业因而面临前所未有的发展时机。据不完全测算，目前仅在长三角地区使用工业机器人的企业就有6000余家，人才缺口达5万人。企业不仅需要工业机器人现场编程、机器人自动化维护等方面的人才，还需要大量从事工业机器人安装调试和售后服务等工作的专门人才。随着我国制造业的发展，预计未来3~5年，工业机器人增速有望达到25%，高技能人才缺口将逐年加大。按照工信部的发展规划，到2020年，工业机器人装机量将达到100万台，需要近20万工业机器人应用的相关人才。在机器人生产商和生产企业之间有一个很重要的角色——机器人系统集成商，集成商根据客户需求提供成套的机器人自动化生产线或工作站。由于机器人自动化改造项目越来越多，机器人集成商数量也在成倍增加，据不完全统计，中国已有一万家左右机器人系统集成商，在中国机器人行业里占比达90%，而大部机器人集成商目前均面临人才稀缺，机器人系统集成工程师在机器人集成商中占有相当重要的地位。知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划二、职业规划（二）工业机器人系统集成工程师的职业规划工业自动化领域中，工业机器人数量以每年20%～30%的速度增长，但是工业机器人工程师紧缺，研发人才、项目实施人才及调试维护人才是中国工业机器人应用人才最缺乏的三类人才，企业急需此类人才推动机器人发展水平。机器人系统集成工程师能够深刻理解工业生产流程及产品制造工艺，能够完成机器人自动化线的设计、升级和改造工作。知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划二、职业规划知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划二、职业规划知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划二、职业规划从事工业机器人系统集成相关工作的从业人员需要满足以下要求：1.掌握工业机器人系统集成专业的基础理论知识和操作技能。2.能独立完成工业机器人的安装、编程、调试、维修、运行等方面的工作任务。3.具有丰富的实践经验，能够进行生产管理，有创新精神和服务精神。4.掌握工业机器人系统集成的需求分析和选型设计。5.具备实现系统集成功能仿真验证的能力。知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划二、职业规划（三）就业方向工业机器人系统集成相关人才可以从事工业机器人及系统设备的维护管理工作，或为工业机器人系统集成商从事现场的机械、电气、机器人的安装调试、技术服务工作，以及工业机器人系统集成项目分析、方案设计和对整个工程项目进行管理，职业目标为工程师、系统设计师。工业机器人系统集成方向面向的岗位和企业需求如图1-1-7所示。知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划二、职业规划知识准备任务1工业机器人集成领域概述及职业规划二、职业规划任务实施任务1工业机器人集成领域概述及职业规划项目名称工业机器人系统集成概述任务名称工业机器人集成领域概述及职业规划班级姓名学号组别任务内容通过对工业机器人系统集成的产业链、领域和应用的介绍，使学生对工业机器人系统集成有一个清晰的认知。再通过分析工业机器人系统集成的行业前景，简单阐述了系统集成工程师的职业规划。任务目标1.认识工业机器人系统集成2.了解工业机器人系统集成的行业应用和发展前景3.了解工业机器人系统集成工程师的职业发展和规划表1-1-1工业机器人集成领域概述及职业规划目录任务1工业机器人集成领域概述及职业规划任务2工业机器人系统集成方案解析任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则任务4工业机器人系统集成设计任务5工业机器人系统集成布局模拟任务2工业机器人系统集成方案解析工业机器人工作站是工业机器人系统集成的基本工作单元，认识工业机器人工作站的组成和特点能够帮助我们了解系统集成。在工业机器人系统集成方案的设计阶段，首先需要对客户需求和产品信息进行详细解析，全面了解产品信息后，才能够设计出满足客户需求的系统集成方案。方案需要根据产品的需求和工艺以及生产要求进行设计。本任务介绍的是为完成一项合格的方案，所需要掌握的系统集成方案的设计思路和产品工艺，以及如何根据产品的需求和生产要求进行合理设计。任务描述任务2工业机器人系统集成方案解析工业机器人工作站一般是指一台或多台机器人配备相应的周边辅助设备，构成的完成某一特定工序作业的生产系统或工作单元。工业机器人工作站主要由工业机器人、控制系统、辅助设备和其他周边设备组成，是以工业机器人作为加工主体的作业系统。正是借助工业机器人的可再编程的特点，在更换不同的产品后对机器人进行重新编程，能够完成新的作业任务，所以能够达到柔性制造的要求。工业机器人工作站的作业系统一般由机器人、工装夹具、变位器和辅助设备等组成，工业机器人本体在工作站中只是工作系统的一个部分。在设计时将它们进行系统集成，使之构成一个整体，从而达到作业要求。知识准备一、工业机器人工作站简述任务2工业机器人系统集成方案解析知识准备一、工业机器人工作站简述任务2工业机器人系统集成方案解析知识准备一、工业机器人工作站简述任务2工业机器人系统集成方案解析在工业上，完成一个工业机器人集成项目，大致实施工作流程为：客户需求沟通－方案设计－机械设计制造－电气设计－现场安装－调试生产。根据终端用户提出的产品需求，首先需要对项目的需求信息进行分析，对产品进行解析。一般情况下，我们会根据客户提供的产品图纸、产品工艺、现场情况以及客户需求，了解产品的精度要求、产量要求、生产节拍、工艺需求、现场环境等信息资料，并到现场工厂车间进行实地考察，进一步了解、交流、核实具体情况，进行项目可行性及可操作性论证。在一般工业项目中，需要了解项目背景、工作条件、工序要求、设计要求和交付要求。知识准备二、产品对象信息解析任务2工业机器人系统集成方案解析（一）项目背景一般在工业领域中，汽车行业和3C行业的用户对于工业机器人系统集成的运用比较熟悉和了解。而在其他制造加工行业内，很多厂商是第一次使用工业机器人进行生产加工工作，对于采用什么样的机器人集成工作站并不是很了解。所以我们需要了解集成项目的背景，以便于了解客户需求，做出更好的集成产品。知识准备二、产品对象信息解析任务2工业机器人系统集成方案解析（二）工作条件在工业领域中，工业机器人和产品的工作条件直接影响后续方案的设计。需要了解的工作条件有：1.工业机器人的工作温度要求。2.工业机器人的洁净度要求。3.工作站的空间、质量要求。知识准备二、产品对象信息解析任务2工业机器人系统集成方案解析（三）工序要求产品的生产工序关系到机器人工作站集成的方方面面。确定产品的生产工序对方案设计过程中设备型号的选型设计等有着重要的作用。

1.产品的加工工艺、工序。

2.产品的材质、尺寸大小及特殊要求。知识准备二、产品对象信息解析任务2工业机器人系统集成方案解析知识准备二、产品对象信息解析任务2工业机器人系统集成方案解析知识准备二、产品对象信息解析任务2工业机器人系统集成方案解析（四）设计要求对于机器人或其他设备，我们需要考虑客户的需求以及现场环境要求。1.机器人的位置要求。2.机器人的节拍要求。3.工作站的材质要求。知识准备二、产品对象信息解析任务2工业机器人系统集成方案解析（五）交付要求交付方案时，一般以概念说明书的形式提交。概念说明书应能清晰表达所设计机械手的工作原理、驱动方式、运动轨迹和范围、基本结构和尺寸、针对不同产品的调整方式等，可以提供几套不同的方案供客户选择。知识准备二、产品对象信息解析任务2工业机器人系统集成方案解析机器人集成项目的方案设计是项目实施的前提，也是能否顺利完成项目的关键所在。集成项目的方案设计有三个很重要的意义：方案是通过与用户沟通，形成最终订单的技术基础；方案为后续机械设计、电气设计部分提供设计框架和思路，是设计之路的启明星；方案中的仿真等部分可以指导现场调试，使得现场调试能够又快又好地完成。工业机器人集成项目方案设计包括机器人选型、夹具设计、工作站设计及外围设备非标设计、工艺要求、仿真与节拍分析。知识准备三、集成工作站的设计思路任务2工业机器人系统集成方案解析（一）机器人选型根据机器人的负载、工作半径、精度和速度等，确定型号和机器人品牌。（二）夹具设计根据产品工艺需要，分别对机器人上的夹具、产品的固定夹具以及其他需要的定位设备进行选型或设计。

知识准备三、集成工作站的设计思路任务2工业机器人系统集成方案解析（三）工作站的设计及外围设备非标设计机器人工作站不只有机器人本体，机器人本体只是执行机构，是无法独立完成工作的，必须要配合相关的其他设备，整合成工作站或者线体才能完成作业任务。在项目方案中一般有会大量非标设计的设备或部件，根据工艺要求及客户需求，结合相关信息设计符合需求的外围设备，如围栏、变位机和输送线等。知识准备三、集成工作站的设计思路任务2工业机器人系统集成方案解析（四）工艺要求系统集成工作站对于不同的工艺应用有不同的工艺要求，下面以焊接和打磨工艺为例进行简单的介绍。

1.焊接工艺机器人焊接的质量与其焊接方法有关，操作时需根据被焊工件的材质、牌号、化学成分、焊件结构类型及焊接性能要求来确定。首先要确定焊接方法，如埋弧焊、钨极氩弧焊、熔化极气体保护焊等，焊接方法的种类非常多，只能根据具体情况选择。确定焊接方法后，再制订焊接工艺参数，焊接工艺参数的种类各不相同，如弧焊主要包括焊丝型号（或牌号）、直径、电流、电压、焊接电源种类、极性接法、焊接层数、道数和检验方法等。知识准备三、集成工作站的设计思路任务2工业机器人系统集成方案解析

2.打磨工艺机器人打磨抛光本质上是在模仿人手做打磨抛光工作，其现场工艺往往决定了生产出的产品质量。因此，设计人员对现场打磨抛光工艺的熟悉程度非常重要。打磨对砂带的要求很高，且粗细比（砂带型号）搭配要合理，一般是按由粗到细的顺序。在生产中根据实际情况来配置一套打磨机中砂带的条数，一般为2到4根。抛光时，抛光轮的选取同样重要，尤其是抛光轮的消耗问题，通常使用麻轮进行粗抛，使用布轮进行精抛。整体要求表面无碰伤、刮伤、裂痕、夹伤、波浪皱纹等。现场打磨抛光时，首先考虑的是打磨机和抛光机的设计，其次是夹具的设计，接着是上料台的设计，这些设计都要注意干涉和稳定性问题。从机器人在上件台上夹取工件开始，到机器人夹取工件在打磨机、抛光机上进行打磨抛光，分别进行粗磨、中磨、精磨、粗抛、精抛等，再到机器人将工件放在上件台上结束，整个过程须连贯统一。知识准备三、集成工作站的设计思路任务2工业机器人系统集成方案解析（五）仿真、节拍分析根据设计方案完成机器人系统集成工作站的3D动态仿真模拟，检验机器人的可达性，防止机器人与周边设备干涉的风险，如图1-2-2所示为集成工作站仿真模拟图。知识准备三、集成工作站的设计思路任务2工业机器人系统集成方案解析知识准备三、集成工作站的设计思路任务2工业机器人系统集成方案解析任务实施任务2工业机器人系统集成方案解析目录任务1工业机器人集成领域概述及职业规划任务2工业机器人系统集成方案解析任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则任务4工业机器人系统集成设计任务5工业机器人系统集成布局模拟任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则工业机器人系统集成工作站是整合了多种设备器件的自动化装备工作站，系统集成通过整合多种设备以完成作业任务。不同的工艺应用会使用不同的设备进行集成，如何选择合适的设备是系统集成重要的考量因素。任务描述任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则工业机器人系统集成设备一般是以工作站形式整合的作业系统，其组成一般可分为执行模块、控制模块、检测模块和工艺加工模块等。（一）执行模块

1.工业机器人本体机器人本体是机器人系统赖以完成工作任务的实体，通常由杆件和关节组成。如图1-3-1所示为ABBIRB120机器人本体。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则图1-3-1ABBIRB120机器人本体

2.工装夹具工装，即工艺装备，指制造过程中所用的各种工具的总称，包括刀具、夹具、模具、量具、检具、辅具、钳工工具、工位器具等。夹具是指机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置以接受施工或检测的装置。从广义上说，在工艺过程涉及的任何工序中，用来迅速、方便、安全地安装工件的装置都可称为夹具。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件（确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向）、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。在工业机器人系统集成中，工装和夹具均配合工业机器人进行使用，用于工业自动化设备中，是现代工业自动化设备的先进技术之一。工装夹具主要以与机器人的配合形式出现在现代工业生产中，常见的用途是机床上下料、工件拆码垛、焊接、研磨等自动化无人工厂，如图1-3-2所示。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则（二）控制模块工业机器人系统集成中的控制模块一般由机器人控制器和PLC等组成。

1.机器人控制器机器人控制器作为工业机器人最为核心的部件之一，对机器人的性能起着决定性的影响，甚至在一定程度上影响着机器人的发展。工业机器人控制系统的主要任务是控制机器人在工作空间中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等。它同时具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。机器人自由度的高低取决于其可移动的关节数目，关节数越多，自由度越高，位移精准度也越出色，所须使用的伺服电机数量就越多。换言之，越精密的工业机器人，伺服电机数量越多，也意味着对控制器的性能要求越高。一般来说，每台多轴机器人由一套控制系统控制。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则如图1-3-3所示，ABB机器人根据型号不同，配备的控制器也不同，一般常用的控制器有3种，按柜体体积从小到大分别为：IRC5Compact（紧凑型控制器），IRC5（单柜型控制器）以及IRC5P（喷涂工业机器人控制器）。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则

2.可编程逻辑控制器——PLC

PLC可编程逻辑控制器是专门为工业环境下的应用而设计的数字运算操作电子系统，它是专为工业生产设计的一种数字运算操作的电子装置。

PLC采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程，是工业控制的核心部分。自20世纪60年代美国推出可编程逻辑控制器取代传统继电器控制装置以来，PLC得到了快速发展，在世界各地得到了广泛应用，其功能也在不断完善。随着计算机技术、信号处理技术和网络控制技术的不断发展和用户需求的不断提高，PLC在开关量处理的基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的PLC不再局限于逻辑控制，它在运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用。同时，PLC在系统集成领域也发挥着不可或缺的作用。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则（三）检测模块在工业机器人系统集成中，检测模块是工作站的感官，是工作站的眼睛和耳朵。常见的检测模块有视觉模块和传感器。

1.视觉模块机器视觉是人工智能正在快速发展的一个分支。简单说来，机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统通过机器视觉产品（即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种）将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号。图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别结果来控制现场的设备动作。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则机器视觉检测的特点是可以提高生产的柔性和自动化程度。在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合，常用机器视觉来替代人工视觉。在大批量工业生产过程中，用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高，用机器视觉检测的方法可以大大提高生产效率和生产自动化程度。而且机器视觉易于实现信息集成，是实现计算机集成制造的基础技术。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则

2.传感器传感器是机器人系统集成中不可或缺的设备，相当于机器的感官，活跃在集成工作站的各个位置。（1）传感器的定义：传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。

GB7665－87对传感器的定义是：“能感受规定的被测量件并按照一定的规律（数学函数法则）转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。”目前，传感器转换后的信号大多数为电信号。狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电信号的装置，如图1-3-4所示。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则（2）传感器的组成：如图1-3-5所示，传感器把物体的物理、化学变化变换成电信号（电压、电流和频率），其结构通常由敏感元件、转换元件和基本转换电路组成。其中，敏感元件的基本功能是将某种不易测量的物理量转换为易于测量的物理量；转换元件的功能是将敏感元件输出的物理量转换为电量，它与敏感元件一起构成传感器的主要部分；基本转换电路的功能是将敏感元件产生的不易测量的小信号进行变换，使传感器的信号输出符合具体工业系统的要求（如4～20mA、－5～5V）。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则图1-3-6所示是电容传声器的结构示意图，它由振动膜片、刚性极板、电源和负载电阻组成。电容传声器的工作原理是通过膜片与极板组成一个电容器，在声信号被振膜放大后，膜片的位移变化造成电容器容值的变化，从而引起电流/电压的变化。振膜的作用和一次敏感元件相同，而电容器就是此结构中的敏感元件。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则（四）外围机构机器人工作站的外围设备有很多，根据不同的工艺应用会配备不同的外围设备，如焊接应用需配备变位机，流水线则会配备输送线等。围栏作为分割机器人作业空间，保护工作人员安全的装置是工作站的基础配置。下面我们简单介绍一下这几项机构。

1.变位机变位机是常用于焊接工艺应用的辅助设备，它适用于回转工作的焊接变位，以得到理想的加工位置和焊接速度。变位机可与操作机、焊机配套使用，组成自动焊接中心，也可用于手工作业时的工件变位。工作台回转采用变频器无级调速，调速精度高。遥控盒可实现对工作台的远程操作，也可与操作机、焊接机控制系统相连，实现联动操作，如图1-3-7所示。焊接变位机一般由工作台回转机构和翻转机构组成，通过工作台的升降、翻转和回转，使固定在工作台上的工件达到所需的焊接、装配角度，从而让工作台回转为变频无级调速，可得到满意的焊接速度。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则

2.输送线输送线主要是完成物料的输送任务。在环绕库房、生产车间和包装车间的场地，设置有由许多皮带输送机、滚筒输送机等组成的一条条输送链，经首尾连接形成连续的输送线，在物料的入口处和出口处设有和路径叉口装置、升降机和地面输送线，在库房、生产车间和包装车间范围内形成一个既可顺畅到达各个生产位置同时又是封闭的循环输送线系统。所有生产过程中使用的有关材料、零件、部件和成品等物料，都须装在贴有条形码的托盘箱里才能进入输送线系统。在生产管理系统发出的生产指令的作用下，装有物料的托盘箱从指定的入口处进入输送线系统。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则

3.安全围栏由于机器人运行过程中的速度快、范围大，而且经常有突然启动的动作，对进入机器人动作范围的人来说相当危险，因此设备的安全防护非常重要。如图1-3-8所示，一般在机器人工作站的四周设有防护栏，防护栏的人工操作区域为封闭式结构，两侧设有挡板防止人员违规进入，并且在操作区域安装安全光栅，保护操作者的安全。防护栏上配有维护人员进出的安全门，安全门上还安装有安全锁，当安全门打开时安全锁会发出报警信号，使机器人无法启动，从而保证维修人员的人身安全。知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备一、系统集成设备的组成任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则图1-3-8机器人安全围栏（一）执行模块

1.工业机器人的选型工业机器人在系统集成中的选型一般会考虑几项重要参数，下面我们以ABB工业机器人为例介绍工业机器人的选型参数。（1）承载能力。（2）自由度。（3）最大运动范围。（4）重复定位精度。（5）速度。（6）本体质量。（7）制动和惯性力矩。（8）防护等级。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则

2.工业机器人工装夹具选型设计（1）工装夹具的分类：末端执行器是机器人直接用于抓取和握紧（或吸附）工件或夹持专用工具（如喷枪、扳手、焊接工具）进行操作的部件，它具有模仿人手动作的功能，安装于机器人手臂的前端。末端执行器属于工装夹具的一种，大致可以分为以下几类：夹具（主要用来取放产品和工件）、工具（某种工艺的专用工具，如喷漆枪、焊枪、打磨工具等）、专用操作器及转换器、仿生多指灵巧手。夹具主要分为夹爪和吸盘两大类，按照控制原理可分为机械类夹爪、磁力类吸盘和真空类吸盘，如图1－3－13所示。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则①夹钳式取料手。夹钳式取料手由手指（手爪）和传动机构、驱动机构及连接与支撑元件组成，如图1314所示，通过手指的开合动作实现对物体的夹持。图1－3－14所示为夹钳式取料手结构，1是手指，2是传动机构，3是驱动装置，4是支架，5是工件。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则②吸附式取料手。吸附式取料手是靠吸附力取料，根据吸附力的不同又分为气吸附和磁吸附两种。相比较夹钳式取料手，吸附式取料手适应于大平面（单面接触无法抓取）、易碎（玻璃、磁盘）、微小（不易抓取）的物体，因此使用面较广。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则③专用操作器和转换器。专用末端操作器及换接器是末端执行器中的另外一种部件。工业机器人是一种通用性很强的自动化设备，它可根据作业要求完成各种动作，再配上各种专用的末端操作器后，就能完成各种操作。如在通用机器人上安装焊枪就成为一台焊接机器人，安装拧螺母机则成为一台装配机器人。目前有许多由专用电动、气动工具改型而成的操作器，有拧螺母机、焊枪、电磨头、电铣头、抛光头、激光切割机等。使用专用末端操作器及换接器后，可形成一整套系列供用户选用，使机器人胜任各种工作。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则④仿生多指灵巧手。机器人手爪和手腕最完美的形式是模仿人手的多指灵巧手。如图1－3－19所示，多指灵巧手有多个手指，每个手指有3个回转关节，每个关节的自由度都是独立控制的。因此，几乎人手指能完成的各种复杂动作它都能模仿，诸如拧螺钉、弹钢琴、做礼仪手势等动作。多指灵巧手的应用前景十分广泛，可在各种极限环境下完成人无法实现的操作，如在核工业领域或宇宙空间中作业，在高温、高压、高真空环境下作业等。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则（2）机器人系统集成中工装夹具的选型设计依据：夹具的设计和选用最主要的是要满足功能上的需求，设计的依据具体可分为如下几方面：①被夹持的对象属性。夹具的设计要充分考虑被夹持对象的属性，这些属性主要包括对象的几何形状、质量、重心、机械特点、是否易碎、表面是否可刮伤，以及其他不确定的因素。②物料的供料和存储装置。物料的供料和存储装置对夹爪类工具要求较高，要求其供料和存储装置的空间满足开合的最大与最小距离要求。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则③夹具和机器人法兰的匹配度。夹具一般直接安装在机器人的法兰面上，夹具与产品的自重需要在机器人的荷重范围内。另一方面需要考虑的是，夹具针对不同产品或者同一产品的不同功能需要及时更换，这就要求夹具的机械接口和机器人法兰上安装的机械接口必须相同，也就是接口匹配。④外部环境条件。机器人的作业环境也是影响夹具设计的重要因素，譬如高温、水、油以及不同等级的洁净室，这些因素都影响夹具的设计和选材。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则（3）机器人系统集成中工装夹具的选型设计原则：①工装夹具的零部件设计要具有通用性。②工专夹具的设计要依据机器人要实现的功能来完成，尽量选用市面上标准的基础零件，譬如气缸、油缸、电磁铁、传感器等，根据常用的基础部件来设计机械连接件，这样的设计通用性较高。③夹具的质量要尽可能轻，并且要求结构紧凑。④夹具的设计尽量做到专机专用。万能型的夹具在结构上非常复杂，而且制造成本很高，所以市面很难找到万能型的夹具。在实际应用中，结构简单、专机专用的夹具最为常见。为实现机器人多种作业功能，可以在专用夹具的末端添加快速更换装置。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则（二）控制模块选型

PLC是机器人搬运工作站的控制核心，搬运机器人的启动与停止、输送线的运行等均由PLC实现。在PLC系统选型时，首先应确定控制方案，下一步工作就是PLC工程设计选型。工艺流程的特点和应用要求是设计选型的主要依据。PLC及有关设备应是集成的、标准的，按照易于与工业控制系统形成一个整体、易于扩充其功能的原则选型。所选用PLC应是在相关工业领域有投运业绩、成熟可靠的系统，PLC的系统硬件、软件配置及功能应与装置规模和控制要求相适应。熟悉可编程序控制器、功能表图及有关的编程语言有利于缩短编程时间，因此，工程设计选型和估算时，应详细分析工艺过程的特点、控制要求，明确控制任务和范围确定所需的操作和动作，然后根据控制要求估算输入输出点数及所需存储器容量，确定PLC的功能、外部设备特性等，最后选择有较高性价比的PLC并设计相应的控制系统。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则

1.输入输出（I/O）点数的估算

I/O点数估算时应考虑适当的余量，通常根据统计的输入输出点数，再增加10%～20%的可扩展余量后作为输入输出点数估算数据。实际订货时，还需根据制造厂商PLC的产品特点，对输入输出点数进行调整。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则

2.存储器容量的估算存储器容量是可编程序控制器本身能提供的硬件存储单元大小，程序容量是存储器中用户应用项目使用的存储单元的大小，因此程序容量小于存储器容量。设计阶段，由于用户应用程序还未编制，因此，程序容量在设计阶段是未知的，需在程序调试之后才知道。为了设计选型时能对程序容量有一定估算，通常采用存储器容量的估算来替代。存储器内存容量的估算没有固定的公式，许多文献资料中给出了不同公式，大体上都是按数字量I/O点数的10～15倍，加上模拟量I/O点数的100倍，以此数为内存的总字数（16位为一个字），另外再按此数的25%考虑余量。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则

3.控制功能的选择控制功能的选择包括运算功能、控制功能、通信功能、编程功能、诊断功能和处理速度等特性的选择。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则4.机型的选择（１）PLC的类型（２）输入输出模块的选择（３）电源的选择（４）存储器的选择（５）冗余功能的选择（６）经济性的考虑知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则（三）检测设备选型

1.视觉设备选型一个典型的机器视觉系统包括以下三部分：（1）照明：照明是影响机器视觉系统输入的重要因素，它直接影响输入数据的质量和应用效果。由于没有通用的机器视觉照明设备，所以针对每个特定的应用实例，要选择相应的照明装置，以达到最佳效果。照明光源分为可见光和不可见光。常用的几种可见光源是白炽灯、日光灯、水银灯和钠光灯。可见光的缺点是光能无法保持稳定，环境光有可能影响图像的质量，所以可采用加防护屏的方法来减少环境光的影响。照明系统按其照射方法可分为背向照明、前向照明、结构光和频闪光照明等。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则（2）镜头①镜头FOV（FieldofVision）=所需分辨率×亚像素×相机尺寸/PRTM（零件测量公差比）。镜头选择应注意以下几项参数：焦距目标高度影像高度放大倍数影像至目标的距离中心点/节点畸变知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则②在视觉检测中确定镜头的焦距是一个常见问题，为特定的应用场合选择合适的工业镜头时必须考虑以下因素：视野——成像区域的大小。工作距离（WD）——摄像机镜头与被观察物体或区域之间的距离。

CCD——摄像机成像传感器装置的尺寸。这些因素必须采取一致的方式对待，如测量物体的宽度时需要使用水平方向的CCD规格。如果以英寸为单位进行测量，则以英寸进行计算，最后再转换为毫米。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则（3）相机：相机按照不同标准可分为标准分辨率数字相机和模拟相机等。要根据不同的实际应用场合选不同的相机，如线扫描CCD和面阵CCD，黑白相机和彩色相机。①定位器。②光学装置与照明。③完整的工具集与绑在一起的多个工具。④编程和操作方便。⑤亚像素精度。⑥未来的升级空间。⑦图像预处理。⑧视觉引导的运动。⑨工厂层连接。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则

2.传感器的选型现代传感器在原理与结构上千差万别，如何根据具体的测量目的、测量对象以及测量环境合理地选用传感器，是进行某个量的测量时首先要解决的问题。传感器确定之后，与之相配套的测量方法和测量设备也就可以确定了。测量结果的成败，在很大程度上取决于传感器的选用是否合理。（1）根据测量对象与测量环境确定传感器的类型（2）灵敏度的选择（3）频率响应特性（4）线性范围（5）稳定性（6）精度知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则（四）外围设备选型

1.变位机的选型（1）变位机的类型：工程机械不同的结构件之间外形差别很大，焊接时变位需求也有所不同，因此应根据焊接结构件的结构特点和焊接要求选择适用的焊接变位机，这是每个企业都关注的问题。焊接变位机是将焊件回转，倾斜，使焊件上的焊缝置于有利施焊位置的焊件变位设备，常见的分类有双立柱单回转式、U型双座式、Ｌ形双回转式、Ｃ形双回转式和座式通用变位机等。①双立柱单回转式变位机。②U型双座式头尾双回转型式。③L型双回转焊接变位机。④C型双回转焊接变位机。⑤座式通用变位机。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则（2）焊接变位机选型要点：①如果选购的焊接变位机是进行环缝焊接的话，应该按照焊件的坡口来考虑回转的速度，该速度应该保证在变位机转速调节的范围内。还应考虑工作平台在运转时的平稳要求，是否可以满足整个工艺的加工。②若焊接变位机整个焊件在外轮廓上的尺寸比较大，就需要对工作台的倾斜度进行考虑，倾斜的角度是否可以满足焊件最佳的焊接位置等。当倾斜的角度导致和焊件之间发生接触时，工作台离地面的间隙应更大，这样才能保证整个焊接的加工要求。③焊接变位机在焊接的电流要求上，需要使用电流比较大的焊件。④需要进行启动、电磁夹具和水冷设备安装的时候，应该首先和生产厂家进行协商。⑤焊接变位机的质量、焊件在整个工作台面上的重心距和偏心距，应该保证在相应的数据范围内，而且还要保证具备一定的冗余量。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则

2.输送线的选型连续输送机械的主要参数包括输送能力、线路布置（水平运输距离与垂直提升高度等）、输送速度、主要工作部件的特征尺寸和驱动功率等。这些参数是设计与选用连续输送机械的主要依据。（1）输送能力（2）输送机线路布置（3）输送速度（4）主要工作部件的特征尺寸（5）驱动功率知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则

3.安全围栏的选型设计机器人工作站的安全围栏将工业机器人及自动化设备与人进行物理分隔，从而保护人员不会因为进入机器人工作区域而发生危险。安全围栏的设计选型属于非标设计，需要根据不同的工艺应用及现场环境进行设计。在工业机器人系统集成工作站的非标设计中，一般会使用组合式安全围栏。（1）根据工业设计经验，在设计安全围栏时一般需要把握以下几点：①围栏与危险地方要距离750mm以上。②围栏上装金属网。③危险部分要设置防护罩。④纵向间隙在150mm以内。⑤围栏间以及围栏与固定物间隙150mm以内。⑥地面与围栏下面的间隙在200mm以下。⑦栏杆端部必须设置立杆或与建筑物牢固连接。⑧所有结构表面应光滑、无毛刺，安装后不应有歪斜、扭曲、变形及其他缺陷。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则（2）一般在安全围栏上还须加装安全门，对于安全门的要求如下：①只要操作工可能触及到的活动部件，在安全门没闭合前，活动部件不能运转。②安全门应具备足够的强度、硬度，一般用金属材料制作，在满足强度和硬度要求的前提下也可用其他的材料制作。③一般情况下，应采用固定式全封闭结构安全门，可根据实际需要选择钢板或网状结构。经常进行调节和维护的运动部件应采用联锁式安全门，或采用开启式、可调式安全门。④进行拆下安全门作业前，须挂“有人作业，禁止合闸”停机牌，确保断电使设备停机，防止误操作。⑤安全门应尽量采用封闭结构，当现场需要采用网状结构时，应满足对不同网眼开口尺寸的安全距离（安全门外缘与危险区域——人体进入后，可能引起致伤危险的空间区域）间的直线距离的规定。⑥围栏、安全门表面必须进行防腐涂装，本公司范围内一律用黄色油漆涂装，交通通道护栏可用黄黑相间颜色。知识准备二、系统集成设备选型原则任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则任务实施任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则任务4工业机器人系统集成设计目录任务1工业机器人集成领域概述及职业规划任务2工业机器人系统集成方案解析任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则任务4工业机器人系统集成设计任务5工业机器人系统集成布局模拟本任务主要介绍了工业机器人系统集成工作站的安全事项以及机械设计与电气设计的方法和原则。需要注意的是，在设计过程中必须全方位考虑设备及人员在使用过程中的安全问题，在此基础上进行合理设计。任务描述任务4工业机器人系统集成设计（一）安全的基本要求安全防护措施的设计和选择应考虑机器人的应用类型及与其他相关设备的关系，必须适合正在进行的工作，并且在示教编程、设定、维护、程序验证及故障查找的同时，也能安全操作。知识准备一、系统集成工作站的安全事项任务4工业机器人系统集成设计（二）机器人本体安全系统的要求及功能1.具有包括高速在内的多档速度选择，并设置硬限位。2.机器人安装有制动机构、安全显示、手动运行功能以及紧急停车装置。3.机器人安装的夹具或工艺设备应该具有防碰撞检测功能。4.设备须有过载报警停车功能。5.发生报警停机故障后，在排除故障前，系统能维持停止状态。6.动力装置应具备停止时的刹车功能，同时保证在条件允许下的正常操控。7.示警装置可以通过声音或警示灯提醒周围的人注意安全。知识准备一、系统集成工作站的安全事项任务4工业机器人系统集成设计（三）工作站现场安全系统的要求及功能

1.防护装置通过物理遮挡方式用于提供防护的机械部件，如防护罩、防护帘、防护屏、栅栏、安全门、封闭式防护装置和隔栏等，可以防止机器人碰撞人或物时产生伤害或故障。

2.接近检测装置根据现场应用的实际情况，用户可以选择如光栅、激光和红外等检测装置。

3.示警装置示警装置可由声音或警示灯的方式提醒机器人工作站周围的工作人员。知识准备一、系统集成工作站的安全事项任务4工业机器人系统集成设计（四）安全措施示教再现是工业机器人的重要特性。目前在工业机器人应用中，大部分系统都需要操作人员靠近机器人去示教作业轨迹，这就增加了操作人员的危险性。操作人员在机器人操作过程中，应遵守以下原则：

1.操作者必须经过严格的机器人技术培训，并取得操作资格证书。

2.操作者须有足够的示教时间，严格按照操作规程工作，切勿匆忙中出错。

3.在操作机器人之前，应先熟悉操作手册。

4.在操作过程中，一旦发现异常或危险情况，技师要按下设置在示教器、控制器或操作台上的急停按钮。知识准备一、系统集成工作站的安全事项任务4工业机器人系统集成设计

5.在给机器人安装夹具、焊枪或焊钳等工具时，一定要在醒目的地方挂上“有人操作，请勿上电”的警示牌。

6.对机器人进行操作前，一定要确认机器人工作区域内没有人，并确保工作台及其他辅助设备准备就绪。

7.对机器人进行示教时，总是站在机器人的前方操作，要严格按照操作规程操作，同时要时刻注意有无异常发生。此外，要预先确定一个安全区域或身后无障碍的区域，一旦发生异常可以进行躲避。在示教操作过程中必须低速操作。知识准备一、系统集成工作站的安全事项任务4工业机器人系统集成设计知识准备一、系统集成工作站的安全事项任务4工业机器人系统集成设计（五）维护对机器人要进行定期检修和维护，每次运行结束后，需要进行如下工作：1.机器人本体恢复到起始位置，将示教盒放回原位，以免损坏。2.转台、变位机恢复到零位。3.关电时，要先按下急停按钮，切断机器人电源，关掉总电源。4.定期清理机器人、控制柜和其他辅助设备的灰尘或脏物。知识准备一、系统集成工作站的安全事项任务4工业机器人系统集成设计（一）系统集成工作站设计的步骤规划及系统设计2.布局设计3.扩大机器人应用范围辅助设备的选用和设计4.配套和安全装置的选用和设计5.控制系统设计6.支持系统7.工程施工设计8.编制采购资料知识准备二、系统集成工作站的机械设计任务4工业机器人系统集成设计（二）系统集成工作站机械设计的原则图1－4－2所示为机器人系统的组成，由于系统集成工作站一般根据客户及产品要求进行定制设计，比较灵活多变，是一项关联因素多，涉及面广泛的工作。根据行业经验，我们对系统集成的设计原则进行了提炼，总结如下：

1.工作站内的设备须满足安全标准，工作过程符合安全规范

2.系统集成工作站的设计必须根据作业对象进行具体分析，拟定最合理的工艺

3.集成工作站的设备必须满足作业系统的功能要求，并能够承受工作环境的伤害

4.要求能够满足客户的产量、节拍要求

5.设备易于维修和管理知识准备二、系统集成工作站的机械设计任务4工业机器人系统集成设计知识准备二、系统集成工作站的机械设计任务4工业机器人系统集成设计（一）机器人系统集成工作站的电气组成和控制原理

1.机器人系统集成工作站电气控制部分的组成机器人系统集成工作站的电气控制系统一般是由机器人系统、夹具系统、辅助设备系统和工艺模块系统组成。电气控制组成结构图如图1－4－3所示。知识准备三、系统集成工作站的电气设计任务4工业机器人系统集成设计知识准备三、系统集成工作站的电气设计任务4工业机器人系统集成设计

2.机器人系统集成工作站的控制原理当系统上电后，初始化机器人的状态主要包括机器人是否在原位，机器人工作是否完成，系统的水、气、光栅是否正常等。系统和生产线控制器通信获取和机器人工作站有关的生产线的多个状态，例如输送线是否处于自动状态，相关传感器的信号是否正常等。对安全信号进行登记处理。重要的安全信号通过和机器人的硬线连接引起机器人急停，级别较低的安全信号通过PLC给机器人发“外部停止”命令。系统的任务选择是由输送线控制器完成的，输送线控制器通过传感器来确定产品类型，并通过编码方式向机器人工作站发出相应的工作任务，控制器接受任务并调用相应的机器人程序进行工作。在工作过程中，系统检测机器人的工作状态，假如机器人发生错误或故障，系统会自动停止机器人及夹具的动作。知识准备三、系统集成工作站的电气设计任务4工业机器人系统集成设计（二）安全保护设计

1.安全保护回路机器人在系统集成工作站内的工作范围必须符合安全要求，即必须在任何情况下都不会对人员或设备构成威胁。在机器人动作范围内，必须采取隔离措施保护，这些隔离保护措施可以是隔离栅栏、光栅、光幕或孔扫描装置等。

2.隔离栅栏隔离栅栏的作用是将机器人的工作区域与外界隔离开来。隔离栅栏设有一个安全门，如果有人在机器人处于自动模式下工作时打开安全门，试图进入机器人工作区域，机器人会立刻停止工作，以确保人员安全。安全门的入口只有一个，且必须和机器人本身的保护装置以及上一级的紧急关断装置相联。知识准备三、系统集成工作站的电气设计任务4工业机器人系统集成设计

3.安全光栅保护安全光栅是由一组传送器及接收器组合而成，传送器会传送一组红外线光束，而接收器会包括许多光感侦测器，若物体在传送器和接收器之间，接收器收不到完整讯号，就会发送停止讯号给监控设备。安全光栅传送器送出的光束是序列的，以特定的频率送出。侦测器只能接收传送器送出的特定频率的特定脉波，因此避免受到其他红外线光源的影响，提高在安全系统中的适用性。知识准备三、系统集成工作站的电气设计任务4工业机器人系统集成设计知识准备三、系统集成工作站的电气设计任务4工业机器人系统集成设计

4.急停回路在机器人工作站的调试运行过程中，经常会出现一些突发情况，例如工人在调试机器人过程中出现机器人动作偏离轨迹将要撞上夹具或其他设备等，这时候就需要及时排除险情。工程师通常会在机器人示教器和主控制柜的控制面板上分别设有急停按钮，以便在出现紧急情况时能停止系统工作，以免发生安全事故。急停回路（包括安全回路）在设计时一般会采用双回路的形式，确保急停回路的有效性。知识准备三、系统集成工作站的电气设计任务4工业机器人系统集成设计（三）PLC控制系统设计

1.硬件设计在硬件设计过程中，要进行输入设备的选择（如操作按钮、转换开关及计量保护的输入信号等）、执行元件（如接触器、电磁阀、信号灯等）以及控制台、柜的设计等。应根据PLC使用手册的说明，对PLC进行输入输出通道分配及外部接线进行设计。在进行I/O通道分配时，应规划出I/O通道分配表，表中应包含I/O编号、设备代号、名称及功能，且应尽量将相同类型的信号、相同电压等级的信号排在一起，以便于施工。对于较大的控制系统，为便于软件设计，可根据工艺流程，将所需的计数器、定时器及内部辅助继电器也进行相应的分配。这些工作完成后，就可以进行软件设计了。知识准备三、系统集成工作站的电气设计任务4工业机器人系统集成设计

2.软件设计软件设计的主要方法是先编写工艺流程图，将整个流程分解为若干步骤，确定每步的转换条件，配合分支、循环、跳转及某些特殊功能便可很容易地转为梯形图。

3.系统调试当PLC的软件设计完成后，应首先在实验室进行模拟调试，检查是否符合工艺要求。模拟调试可以根据所选机型，外接适当数量的输入开关作为模拟输入信号，通过输出端的LED，可观察PLC输出是否满足要求。最后的联机统调需要在现场施工时进行。知识准备三、系统集成工作站的电气设计任务4工业机器人系统集成设计任务实施任务4工业机器人系统集成设计目录任务1工业机器人集成领域概述及职业规划任务2工业机器人系统集成方案解析任务3工业机器人系统集成设备组成及选型原则任务4工业机器人系统集成设计任务5工业机器人系统集成布局模拟任务5工业机器人系统集成布局模拟系统集成在选型和设计工作完成后，通常会进行布局模拟的工作。工业机器人系统集成布局模拟就是将已选定的各项设备通过电脑软件进行作业现场的模拟，通过软件的模拟可以验证工作站内设备的布局摆放、机器人的可达性、设备之间的干涉、作业的节拍产量等。本任务通过简单的介绍，带大家了解系统集成布局模拟的方法。任务描述任务5工业机器人系统集成布局模拟在工业机器人自动化生产中，无论是方案制订、节拍计算、可达性验证、干涉检测及工艺验证和反馈，还是仿真录像、离线编程和后期改造都离不开模拟仿真。模拟仿真为整个项目各个阶段提供最直观的标准。项目初期的方案阶段可以用仿真软件初步确定主要设备的布局图、机器人的可达性和生产流程。通过仿真软件，可模拟单机或多台机器人组成的工作站或生产线，通过三维软件对机器人和辅助设备进行绘制，在制造单机与生产线之前模拟出实物，缩短生产工期，可以避免不必要的返工。知识准备一、工业机器人系统集成布局模拟介绍任务5工业机器人系统集成布局模拟工业机器人系统布局模拟是指通过计算机仿真软件对实际的机器人工作站系统进行布局的模拟，在计算机中生成机器人的几何图形，并对其进行三维显示，用来确定机器人的本体及工作环境的动态变化过程。机器人仿真软件功能较全，实时性高且真实性强，可以产生近似真实的仿真画面。其优点有：

1.直观地展示工作站的布局。

2.减少布局工装等设计缺陷。

3.加快工作站的完成时间。

4.通过离线编程缩短自动化软件规划和调试时间。知识准备一、工业机器人系统集成布局模拟介绍任务5工业机器人系统集成布局模拟但是目前机器人系统仿真所存在的主要问题是仿真造型与实际产品之间存在误差，如夹具的加工误差、设备的安装误差以及其他方面误差等，这些误差会导致离线编程文件与实际示教有所偏移，所以现场生产的误差还需要调试工程师根据实际情况进行微调。项目中期仿真可以验证夹具的设计及线体、工作站的具体布局，避免各方面原因产生的干涉，同时可以验证优化工艺节拍，及时反馈、修改，保证工艺的最优性和占地最小。知识准备一、工业机器人系统集成布局模拟介绍任务5工业机器人系统集成布局模拟项目后期制作模拟报告和动画，可以在设备未进厂前直观地模拟展示项目的运行情况。离线编程可以大大缩短现场自动化调试时间，节省人力成本，缩短项目时间。仿真离不开软件，工业机器人主流虚拟仿真软件有ABB公司的RobotStudio、FANUC公司的Roboguide、KUKA公司的KUKASimPro以及Catia公司的Delmia等。对于机器人工装夹具或辅助设备的三维建模也可以通过相应的软件进行，常用的三维软件有Solidworks、Catia、UG和Pro/E等。知识准备一、工业机器人系统集成布局模拟介绍任务5工业机器人系统集成布局模拟知识准备一、工业机器人系统集成布局模拟介绍任务5工业机器人系统集成布局模拟知识准备一、工业机器人系统集成布局模拟介绍任务5工业机器人系统集成布局模拟图1－5－2三维绘图软件Solidworks和Pro/E知识准备一、工业机器人系统集成布局模拟介绍任务5工业机器人系统集成布局模拟进行工业机器人系统集成布局模拟要遵循如下操作流程。（一）导入主要设备3D数模首先需要导入主要设备的三维数模，例如机器人、变位机、夹具、导轨等。知识准备二、工业机器人系统集成布局方法任务5工业机器人系统集成布局模拟（二）验证生产流程验证方案具体的生产流程可行性，例如焊接应用中点焊的焊点、弧焊的焊缝是否干涉，切割过程中切割枪姿态良好与否，是否与夹具和工件及其他设备干涉，静态和运动时气缸的打开和关闭操作是否干涉，以及应用运行过程中电缆是否干涉等，并精确调整各设备位置，为设备进厂前的地基施工提供依据。知识准备二、工业机器人系统集成布局方法任务5工业机器人系统集成布局模拟（三）导入辅助设备将附加设备导入工作站，达到仿真与现场一致，如焊接工作站配备的焊机、修磨器、清枪机构、冷却除尘设备、围栏光栅等安全设备，并精确计算出所有设备以及操作人员的空间大小。图1－5－3所示为机器人工作站模拟布局。知识准备二、工业机器人系统集成布局方法任务5工业机器人系统集成布局模拟知识准备二、工业机器人系统集成布局方法任务5工业机器人系统集成布局模拟（四）后期文件制作在工作站仿真完毕后可以用模拟报告标注焊接时机器人、焊枪、变位机等设备的姿态，仿真运行录像能直观地演示整个虚拟工作站的运行流程，某些相贯线的焊接和切割在现场难以编程，而在仿真软件中可轻松生成路径。离线编程的程序在现场直接导入机器人即可完成调试，大大地节省了现场的人力和时间成本。图1－5－4所示为仿真软件模拟的机器人动作。知识准备二、工业机器人系统集成布局方法任务5工业机器人系统集成布局模拟知识准备二、工业机器人系统集成布局方法任务5工业机器人系统集成布局模拟图1－5－4机器人动作模拟（五）改造验证当生产线需要并线或者改造时，可以直接在原来的仿真工作站里修改工艺或增减设备来验证新方案、新工艺的可行性，大大提升了便利性，节省了时间。知识准备二、工业机器人系统集成布局方法任务5工业机器人系统集成布局模拟任务实施任务5工业机器人系统集成布局模拟演示完毕谢谢收看工业机器人系统集成项目2工业机器人搬运工作站系统集成搬运、码垛工作是工业机器人常见的工业应用，搬运机器人不仅能提高生产效率，降低成本，更能提高产品质量，减少不必要的损耗。搬运码垛机器人用于重复性高、危险性高、节拍快的加工行业，不仅可以节约人力劳动成本，还能提高人工及设备的安全性，为企业创造出更大的利润。本项目通过将搬运工作站拆分为平面码垛搬运工作站和立体仓储搬运码垛工作站2个项目集成进行介绍，学习工业机器人搬运工作站系统集成的设计、选型和调试的方法及思路。

1.平面码垛搬运工作站项目集成描述传送带队列式供料台将产品送至机器人取料位置，定位检测装置检测产品到位后，工业机器人抓持工装夹具将已完成生产的方形产品按照要求搬运码垛到指定位置，提供两种不同类型的平面仓储料库，通过对物料转移过程和堆垛形式的要求增加教学多样性，提高编程复杂度。搬运码垛物料如图2－0－1所示。图2－0－1码垛物料

2.立体仓储搬运码垛工作站项目集成描述工业机器人抓持工装夹具将已完成加工的产品搬运至立体仓库。立体仓库用于临时存放零件，每个仓位可存放一个零件。仓位托板可推出，方便工业机器人取放零件。每个仓位均设置有传感器和指示灯，可检测当前仓位是否存放有零件并将状态显示。搬运产品如图2－0－2所示。目录任务1工业机器人搬运工作站的组成任务2工业机器人搬运工作站夹具设计任务3工业机器人搬运工作站外围设备控制的连接任务4工业机器人码垛搬运工作站系统集成任务5工业机器人立体仓储工作站系统的集