基于工业机器人物件搬运系统设计与制作.docx

1、 成都航空职业技术学院学生毕业设计论文I摘 要本次毕业设计为工业机器人物件搬运系统的设计与制作。利用工业机器人技术来改善生产线上的搬运作业，从而替代工人重复性手动操作。该设计需要自己画出夹具-吸盘，然后通过三维建模软件 CATIA 设计出符合设计需要的夹具。目前工业机器人已经拥有成熟的控制系统，通过编程与示教，对 IRB120 机器人的运动轨迹做出理想的路径规划，并对机器人运动范围进行完全的控制。根据程序的编写来设定对工业机器人的运动路径进行物件搬运。应用 Smart 组件创建动态输送链，包含设定输送链产品源，输送链运动属性，输送链限位传感器等等，从而实现对机器人的物件搬运控制，最后利用 ro

2、bot studio 软件对整个工作站的工作过程进行仿真。均在设计思路、设计方法、设计过程、设计特点方面做了详细的分析与说明。关键词：物件搬运、CATIA 建模、Smart 组件、robot studio 仿真IIAbstractThe graduation design for the industrial robot handling system design and production. The use of industrial robot technology to improve the production line of the transport operations,

3、thus replacing the manual repetitive manual operation. The design needs to draw the fixture - sucker, and then through the three-dimensional modeling software CATIA designed to meet the design needs of the fixture. At present, industrial robots already have mature control system, through programming

4、 and teaching, the IRB120 robot trajectory to make the ideal path planning, and the robot range of full control. According to the preparation of the program to set the industrial robot movement path for object handling. Application of Smart components to create a dynamic conveyor chain, including th

5、e set of conveyor chain product source, conveyor chain motion properties, conveyor chain limit sensor, etc., in order to achieve the robot object handling control, and finally the use of robot studio software work on the entire workstation simulation. Are in the design ideas, design methods, design

6、process, design features to do a detailed analysis and description.Key words: Object handling、CATIA modeling Design、Smart components、 Robot studio simulationIII目 录第一章 序言 .11.1 机器人未来的发展趋势 .11.2 对 IRB6400 和 IRB120 型两类机器人进行简介 .21.2.1 IRB6400 型机器人 .21.2.2 IRB120 型机器人 .3第二章 操作机器人 .42.1 示教器 .42.1.1 示教器简介

7、.42.1.2 注意事项与故障处理 .52.2 机器人数据的备份与恢复 .52.2.1 机器人的手动操作 .52.2.2 单轴运动 .52.2.3 线性运动与重定位运动 .62.3 机器人操作 .62.3.1 TCP 的设定 .62.4 机器人使用及注意事项 .7第三章 CATIA 建模 .83.1 用 CATIA 创建支架模型 .83.1.1 新建三维模型 .83.1.2 创建支架的基础特征 .83.1.3 创建吸盘的基础特征 .10IV3.1.4 装配设计 .113.1.5 装配中的“相合”与“接触”约束 .113.2 用 CATIA 创建托盘模型 .123.2.1 新建三维模型 .123

8、.2.2 创建托盘的零部件 .123.2.3 托盘零部件的装配设计 .123.2.4 使用“接触”约束多个零部件 .133.3 用 CATIA 创建托盘座模型 .143.3.1 新建三维模型 .143.3.2 创建托盘座的零部件 .143.3.3 托盘座零部件的装配设计 .163.4 用 CATIA 创建挡风玻璃模型 .183.4.1 新建三维模型 .183.4.2 创建挡风玻璃的草图 .183.4.3 “桥接”命令制作 .183.5 用 CATIA 创建底座模型 .193.5.1 新建三维模型 .193.5.2 创建底座草图 .193.5.3 创建底座斜面凸台 .203.6 创建凹槽与 Y

9、型凸台 .213.6.1 凹槽草图 .21第四章 用 Smart 组件创建动态输送链 .234.1 Smart 组件输送链动态效果 .23V4.2 应用 Smart 组件设定输送链的产品源 .234.2.1 设定输送链的产品源 .234.2.2 Source 组件的属性设置 .234.3 应用 Smart 组件设定输送链的运动属性 .244.3.1 设定输送链的运动属性 .244.3.2 Linear Mover 属性设置 .244.4 应用 Smart 组件设定输送链限位传感器 .254.4.1 设定输送链限位传感器 .254.4.2 Logic Gale 属性设置 .264.5 创建 Sm

10、art 组件属性与连结 .264.5.1 设定属性连结 .274.6 创建 Smart 组件的信号与连接 .274.6.1 设定信号连接 .274.6.2 仿真运行 .30总 结 .31致 谢 .32参考文献 .33独创性声明 .34关于论文使用授权的说明 .34成都航空职业技术学院学生毕业设计论文1第一章 序言20 世纪 50 年代末，美国在机械手和操作机的基础上，采用伺服机构和自动控制等技术，研制出有通用性的独立的工业用自动操作装置，并将其称为工业机器人。工业机器人（Industrial Robot，简称 IR）是指在工业中应用的一种能进行自动控制的、可重复编程的、多功能的、多自由度的、多

11、用途的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业。且这种操作机可以固定在一个地方，也可以在往复运动的小车上。在无人参与的情况下，工业机器人可以自动按不同轨迹、不同运动方式完成规定动作和各种任务。机器人和机械手的主要区别是：机械手是没有自主能力，不可重复编程，只能完成定位点不变的简单的重复动作；机器人是由计算机控制的，可重复编程，能完成任意定位的复杂运动。工业机器人是集机械、电子、控制、计算机、传感器、人工智能等多学科先进技术于一体的现代制造业重要的自动化装备。工业机器人是最典型的机电一体化数字化装备，技术附加值很高，应用范围很广，作为先进制造业的支撑技术和信息化社会的新兴产业，将对未

12、来生产和社会发展起着越来越重要的作用。60 年代初，美国研制成功两种工业机器人，并很快地在工业生产中得到应用；1969年，美国通用汽车公司用 21 台工业机器人组成了焊接轿车车身的自动生产线。此后，各工业发达国家都很重视研制和应用工业机器人。随着工业机器人向更深更广方向的发展以及机器人智能化水平的提高，机器人的应用范周还在不断地扩大，已从汽车制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿机器人、建筑业机器人以及水电系统维护维修机器人等各种非制造行业。此外，在国防军事、医疗卫生、生活服务等领域机器人的应用也越来越多，如无人侦察机、警备机器人、医疗机器人、家政服务机器人等均有应用实例。机器人正在为提高

13、人类的生活质量发挥着重要的作用。工业机器人市场的大幕已经拉开，世界机器人市场的需求即将进人喷发期，中国潜在的巨大机械设备生产市场需求已初露端倪，工业机器人进军机床行业投资前景可期。工业机器人能替代越来越昂贵的劳动力，同时能提升工作效率和产品品质。富士康机器人可以承接生产线精密零件的组装任务，更可替代人工在喷涂、焊接、装配等不良工作环境中工作，并可与数控超精密铁床等工作母机结合模具加工生2产，提高生产效率，替代部分非技术工人。1.1 机器人未来的发展趋势曾经以人力资源支持成为”世界工厂” 的中国，正在成为工业机器人的最大买家。据英国金融时报引用位于德国的世界机器人联合会统计数据称，2013 年中

14、国购买了36560 台工业机器人，超过美国和日本，成为最大的工业机器人购买国。2011 年，为苹果代工的富士康宣称要用三年多时间建立“百万机器人军队” ，以替代工人重复性手动操作。2013 年中国购买工业机器人数量较 2012 年增长了近 60%，首次超过了以技术的利用见长的日本。2008 年至 2013 年，中国每年机器人进口量平均增幅达36%。国际电力和自动化技术领先企业 ABB 的机器人部主管倪恩德表示， “中国以成为增长最快的机器人市场，几年之后，中国机器人市场的规模将远远大于全球第二大、第三大市场” 。工业机器人在许多生产领域的使用实践证明，它在提高生产自动化水平，提高劳动生产率和产

15、品质量以及经济效益，改善工人劳动条件等方面，有着令世人瞩目的作用，引起了世界各国和社会各层人士的广泛关注。在新的世纪，机器人工业必将得到更加快速的发展和更加广泛的应用。 工业机器人的技术发展趋势 从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的开放化、PC 化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。在国外，工业机器人技术日趋成熟，已经成为一种标准设备被工业界广泛应用。从而，相继形成了一批具有影响力的、著名的工业机器

16、人公司，它们包括：瑞典的 ABB Robotics，日本的 FANUC、Yaskawa ，德国的 KUKA Roboter，美国的 Adept Technology、American Robot、Emerson Industrial Automation、S-T Robotics，意大利COMAU，英国的 AutoTech Robotics，加拿大的 Jcd International Robotics，以色列的Robogroup Tek 公司，这些公司已经成为其所在地区的支柱性产业。在国内，工业机器人产业刚刚起步，但增长的势头非常强劲。如中国科学院沈阳自动化所投资组建的新松机器人公司，年利润

17、增长在 40%左右。全球最大的汽车制造业-中国汽车产业对机器人的需求占了 60%，由此可以看出，我国是非常注重和推崇工业机器人的发展，在未来，机器人行业将会取代大部分人工。1.2 对 IRB6400 和 IRB120 型两类机器人进行简介1.2.1 IRB6400 型机器人1、简介3IRB 6400R 在同类机器人精确度最高、刚度最大，非常适合用于铝铸件的清理及预加工等场合。（1）可靠性强正常运行时间长采用成熟设计，维护工作量降至最低，正常工作时间长。（2）安全性佳安全的投资先进运动控制功能和碰撞检测功能可显著减小工具或工件的损坏风险。（3）速度快操作周期时间短采用 ABB 独有的控制技术，机

18、器人始终能够根据实际载荷对加速度和减速度进行优化，尽可能缩短操作周期时间。（4）精度高零件生产质量稳定具有一流的路径跟踪精度和重复定位精度（RP=1.0mm） ，配套使用 ABB TrueMove功能，该机器人不论速度如何，均可保持运行路径始终不变。（5）坚固耐用适合恶劣生产环境IRB 6400R 机器人采用材料强度很高的全钢结构，其手臂经过机械平衡处理并配有双轴承。铸造专家型器人的整个机械臂达到 IP67 级密闭性，耐高压蒸汽清洗，非常适合应用于恶劣生产环境。2、技术参数6400R/2.5-200 2.5m 200kg6400R/2.8-200 2.8m 200kg1.2.2 IRB120

19、型机器人性能特征:ABB 推出一款迄今最小的多用途工业机器人紧凑、敏捷、轻量的六轴 IRB 120，仅重 25kg，荷重 3kg（垂直腕为 4kg） ，工作范围达 580mm。在尺寸大幅缩小的情况下，IRB 120 继承了该系列机器人的所有功能和技术，为缩减机器人工作站占地面积创造了良好条件。紧凑的机型结合轻量化的设计，成就了 IRB 1204卓越的经济性与可靠性，具有低投资、高产出的优势。IRB 120 的最大工作行程为 411mm，底座下方拾取距离 112mm应用范围：电子、食品饮料、机械、太阳能、制药、医疗、研究等领域。为缩减机器人占用空间，IRB 120 可以任何角度安装在工作站内部、

20、机械设备上方或生产线上其他机器人的近旁。机器人第 1 轴回转半径极小，更有助于缩短与其他设备的间距。5第二章 操作机器人2.1 示教器2.1.1 示教器简介示教器又叫示教编程器(以下简称示教器) 是机器人控制系统的核心部件，是一个用来注册和存储机械运动或处理记忆的设备，该设备是由电子系统或计算机系统执行的。示教器维修是示教器维护和修理的泛称，是针对出现故障的示教器通过专用的高科技检测设备进行排查，找出故障的原因，并采取一定措施使其排除故障并恢复达到一定的性能。确保机器人正常使用。示教器是进行机器人的手动操作、程序编写、参数配置以及监控用的手持装置。图 1.1.1-1 示教器介绍上图是 ABB 机器人示教器，其中 A 是示教器与控制柜之间的连接电缆， B 是触摸屏，C 是急停开关， D 是手动操纵杆，E 是数据备份与恢复用 USB 接口（可插 U 盘/ 移动硬盘等存储设备） ，F 是使能按钮。使能按钮是为保证操作人员人身安全而设计的。使能按钮分为两档，在手动状态下第一档按下去机器人将处于电机开启状态。只有在按下使能按钮并保持在“电机开启”的状态才可以对机器人进行手动的操作和程序的调试。第二档按下时机器人会处于防护停止状态。当发生危险时（处于惊吓）人会本能地将使能按钮松开或者按紧，这两种情况机器人都会马上停下来，保证了人身与设备的安全。