雅马哈机器人使用毕业论文

毕 业 论 文 2016 年 5 月 31 日课题名称 SCARA 机器人的操作与维护 院/专 业 机械工程学院/ 机电一体化班 级指导教师：毕业设计（论文）报告纸装订线第 1 页 共 40 页摘 要本文主要研究雅马哈机器人公司下的一款四轴水平多关节机器YK400XH，包括 RCX240 控制器及其他配套设备的操作与维护。通过对这款机器人的研究，包括对雅马哈机器人公司的简介，四轴机器人的特点，控制器的系统概要及操作，以及编程所需的环境，并对机器人后期的维护作了简单说明，以便人们对 SCARA 机器人有更全面的认识及更好的掌握。关键词：SCARA 雅马哈 RCX240控制器 操作第一章 绪 论1.1 引言机器人的英文翻译是“Robot”，最开始的意思是像奴隶一样进行劳动的机器。后来人们把机器人想像成外貌和人一样的机器和电子装置。但也有的机器人并不是这样，比如工业机器人，它和人的外貌根本不一样，所以在工业应用场合，人们称呼它为“机械手”。工业机器人可以看成是一种像人的手臂、手腕和手功能的机械电子装置，它可以把任何物件或工具按照空间位置姿态的要求进行移动，从而完成某一工业生产的作业要求。机器人自问世以来，经过了多年的发展，已经被广泛应用于各个领域和毕业设计（论文）报告纸装订线第 2 页 共 40 页行业 ，成为电子产业及制造业生产自动化的主要机电一体化设备。本章将主要讨论工业机器人的定义、SCARA 机器人及其现状，以及本论文研究的意义和内容。1.2 工业机器人的定义工业机器人是机器人家族中必不可少的一部分，也是现在在技术上发展最成熟、应用最广的一种机器人。国际标准化组织(ISO)对工业机器人定义为：“是一种能自动控制，可重复编程，多功能、多自由度的操作机。能搬运材料、工件或操持工具，来完成各种作业”。现在国际上很多国家都遵循 ISO 所下的定义。1.3 SCARA 机器人SCARA 是 Selective Compliance Assembly Robot Arm 的缩写，中文翻译是：选择顺应性装配机器手臂。垂直面内有很高的刚度，水平面内有很高的柔顺性，它是一种圆柱坐标型工业机器人。SCARA 工业机器人在结构上非常的紧凑，而且动作灵活、速度快、定位精度高，它的使用大大提高了机器人对复杂装配任务的适应性，同时也降低了成本，提高了工作空间的利用率。SCARA 机器人有 3 个旋转关节，它的轴线是相互平行的，可以在平面内进行定位和定向。另一个关节是移动关节，作用是完成末端工件在垂直于平面的运动。如图 1.1 所示，这类机器人的结构轻便、响应快。毕业设计（论文）报告纸装订线第 3 页 共 40 页图 1.1 SCARA 机械手臂目前 SCARA 机器人还广泛应用在塑料工业、汽车工业、电子产品工业、药品工业和食品工业等领域。它的主要功能是搬取零件和装配工作。它的第一个轴和第二个轴具有转动的特性，第三轴和第四个轴可以根据工作需要的不同，制造成相应多种不同的形态，并且一个具有转动、另一个具有线性移动的特性。由于它具有特定的形状，决定了其工作范围类似于一个扇形区域。1.4 国内外 SCARA 机器人研究现状SCARA 工业机器人在被广泛应用的同时，也得到了更多的发展与改进。在国外，人们对 SCARA 工业机器人的研究从没有停止。作为一种水平多关节机器人，无论在机械结构方面，宜是在负载或体积和重量方面，都有了很大的进步。比如在机械制造方面，EPSON 公司的 SCARA 机器人 BN 和 BL，这两种机器人的设计都将与之配合的驱动齿轮组放在第一轴和第二轴轴上，其齿轮组采用了新的精密铸造方法，它能够减轻整个机械手臂的重量，并且这种设计还能在速度、可靠性、耐久性方面获得明显的改进。在负载方面，SCARA机器人也取得了不俗的成绩。EPSON 公司生产的 E2H853 型重型 SCARA 机器人最大负载可以达到 20kg，并且拥有较小的惯性动量。在体积和重量方面，SCARA 也有很大改进。在 2013 年初，作为 SCARA 工业机器人全球市场占有率第一的 EPSON 公司发布了新款的 H8 机器人，这款机器人是它的水平多关节机毕业设计（论文）报告纸装订线第 4 页 共 40 页器人 H 旗舰系列的首款机型。H8 机器人是现在 450-650 毫米臂长的 SCARA 机器人中体积最小、重量最轻的机型之一。SCARA 机器人在移动小型、微型、超微型的物品等精密应用方面也有不小的收获，所以被广泛应用在 3C 行业。日本 YAMAHA 公司生产的 SCARA 机器人最小臂展可以为 120mm，重复定位精度仅仅为土 0.005，可应用于超微型、高精密场合。因此综上所述，最新的 SCARA 工业机器人不仅运用了智能技术，而且更拥有流线型的部件，另外它在其他方面的性能也都有了很大的提升，比如高精度合金材料，最大负载、最大合成速度、重复定位精度都较之前有了显著提升，电缆更为简洁，占地空间更小等。SCARA 工业机器人在国外已被广泛应用在各个行业，相比较国内而言，差距不是一般的大，这也是为什么国内工业技术一直比不上国外的原因，一方面是技术的问题，另一面也是对工业机器人的不重视。因为我国工业机器人受技术影响，起步较其他国家比较晚，SCARA 工业机器人的发展也受到影响。因此，国内 SCARA 工业机器人无论是在性能上还是重复定位精度都无法与国外相比。1.5 本论文的研究意义及内容研究 SCARA 机器人可以用于提高我国工业生产现代化的水平，用于真正的生产可以大大提高企业和工厂的工作效率，还可以用于科学技术上的研究工作，开发更为先进的机器人提供有利条件。在现在多为大型工业制造的情况下，研究工业机器人在小型工业场所下的应用，不仅能推动科学技术的发展，更是今后科学技术发展的方向，以后的发展方向必定趋向于高精度、高精密的发展，因此，集合高校、研究所和企业的有利条件，以市场需求为导向，大力推进协同创新，不啻是一条捷径。本论文以 YAMAHA 公司旗下的一款机器人 YK400XH 为例，研究 SCARA 机器人的操作与维护，旨在增加人们对 SCARA 机器人的了解以及 SCARA 机器人应用方面的优势。YK400XH 采用的控制器是 RCX240，配套的手持编辑器是 RPB和编程所需的环境有两种：VIP+和 VIP WIN。本篇文章中编程软件我选择的是 VIP+，VIP+软件无论从操作难易程度，还是对操作系统的要求都比 VIP WIN 要实用。如图 1.2 和图 1.3 所示，是本次论文研究所采用的机器人本体和控制器本体实物图。毕业设计（论文）报告纸装订线第 5 页 共 40 页图 1.2 YK400XH 本体 图 1.3 RCX240S 控制器本体RCX240 控制器可以控制最多四轴机器人，实现完全绝对位置操作方式，机器人在运行到设定的区域中可实现 I/O 动作，适用于省配线的网络系统：CC-Link、DeviceNet、Ethernet、Profibus，在考虑到性价比的时候，我们选择 CC-Link。在高精度和高速度下执行 CP 操作和插补控制能进行高速度多任务操作，即使无 PLC 也可组成有运算功能及逻辑控制等复杂的系统。毕业设计（论文）报告纸装订线第 6 页 共 40 页第二章 雅马哈机器人2.1 雅马哈工业机器人简介雅马哈工业机器人是雅马哈发动机株式会社旗下产品之一。雅马哈发动机的机器人开发始于 30 多年前引进本公司的摩托车生产线，也就是耳熟能详的雅马哈摩托，后来于 1984 年综合多种专业技术生产出第一台工业机器人，开始面相市场，在产品的组装、车载零部件搬运、大型液晶显示屏的制造等各种行业的生产设备中得意广泛的运用。雅马哈工业机器人至今已有超过 30年的良好业绩，是深受业界的信赖的有力证明。雅马哈在工业机器人领域拥有多项独立开发的核心技术，例如，控制基板、线性马达、线性光学尺等拥有在精密、高速动作中不可或缺的“马达控制技术”，基于严格评估标准的“机械、控制器开发技术”，在严苛环境下也可稳定工作的“信号处理技术”，通过推动这些独立技术，让雅马哈的产品日臻成熟，在刚性、耐久性、操作性等方面获得高度的评价。雅马哈通过充分发挥“生产、销售、技术”一体化的体质，通过确立以检测-加工-组装-检测-出厂等一系列生产体质，实现了高质量、低价格、短交货期。关键零部件全部为公司内部加工，并按照机器人厂家确定的制造要求和严格标准进行质量管理，从而实现高质量生产。图 2.1 为雅马哈 1984 年诞生的第一代工业机器人。毕业设计（论文）报告纸装订线第 7 页 共 40 页图 2.1 雅马哈第一代工业机器人2.2 伺服电机 伺服电机是一种数字化控制的电机，能够将电能转换为机械能，用于定位控制。其位移是通过脉冲信号数量控制的，转速是通过脉冲频率控制的。伺服电机属于闭环控制的电机，必须采集电机旋转轴的编码器信号，才能够实现控制。本次机器人所用的电机为日本多摩川 AC 伺服电机，如图 2.2 所示。型号为：TBL-I Series功率为：100W电压为: 200V图 2.2 伺服电机2.3 雅马哈四轴机器人YAMAHA 水平多关节机器人 YK-X 系列，可以大大缩短周期时间，扩大作业范围，节省空间，拥有高度的环境适应能力，产品可分为：YK120XG 到YK1200X，工作半径从 120mm 至 1200mm，最大载重 50kg，另外还有倒吊、壁挂、防尘防滴及无尘室样式，客户可以根据需求任意选择型号和式样。1、紧凑设计节省空间，安装空间实现了全机种业界最小。2、耐久性和保养性并存。X,Y 和 R 轴减速机构的关节部采用新型润滑油，和以前的润滑油比较耐用年数提高约 5 倍，因而在大大提高了减速机的耐用性的同时，也实现了免保养维修性。3、R 轴直接连接机构，实现了高精度。R 轴重复精度数0.005 度。毕业设计（论文）报告纸装订线第 8 页 共 40 页4、大大缩短周期时间。标准周期时间比以前（传统的）机种缩短了20。5、绝对位置控制的采用。全机种采用绝对位置控制，完全不要回原点复归动作。6、追求高性价比。和以前的机种相比，有部分产品大约降低价格 20%。7、也可以用于洁净室，有 11 机型 66 机种对应无尘室使用。 8、超过 30 年的生产历史。9、新型控制器 RCX240 体积更小，功能更强大。雅马哈四轴机器人基本规格如表 2.1 所示。表 2.1 雅马哈四轴机器人基本规格表类型 YK250XG YK350XG YK400XG臂长（mm） 100 200 250X 轴旋转范围（） 140臂长（mm） 150Y 轴旋转范围（） 144Z 轴 行程（mm） 150轴规格R 轴 旋转范围（） 360马达输出 AC X 轴 / Y 轴 / Z 轴 / R 轴 200W / 150W / 50W / 100WXY 轴合成 (m/s) 4.5 5.6 6.1Z 轴 (m/s) 1.1最高速度R 轴 (/s) 1020XY 轴 (mm) 0.01Z 轴 (mm) 0.01反复定位精 度 1R 轴 () 0.004最大搬运重量 (kg) 5kg4标准周期时间：2kg 可搬运时 2 (sec) 0.49R 轴允许力矩 3 (kgm2) 0.05用户配线 (sq 根 ) 0.210用户配管 ( 外形：mm 根 ) 43动作限位设定 1. 软限制 2. 限位器 (X、Y、Z 轴 )主机重量 (kg) 18.5 19 19.5适用控制器 RCX240S电源容量（VA） 1000运行方法程序迹点定位遥控命令在线命令毕业设计（论文）报告纸装订线第 9 页 共 40 页2.4 雅马哈新款水平多关节机器人的特点YK-XG 系列机械手臂长 250mm 400mm 的小型水平多关节机器人提高了搬运重量，升级为完全无皮带结构。 无与伦比的前端轴刚性与免维护的特点，可在广泛应 用中发挥威力。新增了空心中通规格和法兰工具选配功能，更加便于使用。（1）与以往同级机型相比搬运重