《工业机器人操作与编程（ABB）》课件 项目4、5　工业机器人程序数据的设定、工业机器人典型工作单元的应用

项目四工业机器人程序数据的设定任务1工业机器人常用程序数据的创建01任务2工业机器人三个关键程序数据的设定02236任务1

工业机器人常用程序数据的创建2371. 能叙述工业机器人程序数据的定义、类型及常用的程序数据。2. 能叙述工业机器人程序数据的存储类型。3. 能创建工业机器人程序数据。4. 能进行搬运用的工业机器人工具坐标系数据的设定。学习目标238在工业机器人操作与编程中，程序数据是工业机器人执行任务的核心要素。本任务要求通过学习，会分辨工业机器人程序数据的类型，会选择工业机器人程序数据的存储类型，并能正确使用示教器，按照安全操作规程创建工业机器人程序数据，进行搬运用的工业机器人工具坐标系数据的设定。工作任务239一、工业机器人程序数据的定义、类型及常用的程序数据1. 程序数据的定义程序数据是在程序模块或系统模块中设定的值和定义的一些环境数据。创建的程序数据由同一个模块或其他模块中的指令进行引用。如图所示，线框中是一条常用的工业机器人关节运动指令（MoveJ），调用了4个程序数据，程序数据的类型和说明见下表。240相关知识241工业机器人关节运动指令（MoveJ）程序数据242程序数据的类型和说明2. 程序数据的类型在示教器的“程序数据-全部数据类型”界面可以查看和创建所需要的程序数据，如图所示。243示教器“程序数据-全部数据类型”界面3. 常用的程序数据工业机器人常用的程序数据说明见下表。244工业机器人常用的程序数据说明245工业机器人常用的程序数据说明二、工业机器人程序数据的存储类型1. 程序数据的存储类型——变量VAR变量型数据在程序执行的过程中和停止时，会保持当前的值，但如果程序指针被移到主程序后，数据将丢失。2462. 程序数据的存储类型——可变量PERS可变量最大的特点是，无论程序的指针如何移动，它都会保持其最后一次被赋予的值。然而，在程序中对这类变量进行赋值时，如果指针复位，其将重置为初始值。3. 程序数据的存储类型——常量CONST常量的特点是在定义时已赋予了数值，并不能在程序中修改，除非手动修改。247任务2

工业机器人三个关键程序数据的设定2481. 能叙述工具坐标系数据的定义、设定原理及方法。2. 能叙述工件坐标系数据的设定方法。3. 能叙述有效载荷数据各参数的含义和设定方法。4. 能通过示教器进行工具坐标系数据、工件坐标系数据和有效载荷数据的设定。学习目标249在进行正式的编程之前，必需构建必要的编程环境，其中有3个必须的关键程序数据（工具坐标系数据、工件坐标系数据、有效载荷数据）需要在编程前进行定义。本任务要求通过学习，掌握创建工具坐标系数据、工件坐标系数据和有效载荷数据的方法，并能正确使用示教器，按照安全操作规程进行工业机器人工具坐标系数据、工件坐标系数据和有效载荷数据的设定操作。工作任务250一、工具坐标系数据1. 工具坐标系数据的定义工具坐标系数据用于描述安装在工业机器人第六轴上的工具的TCP、质量、重心等参数数据。默认的工具中心点（TCP）位于工业机器人法兰的中心。执行程序时，工业机器人将TCP移至编程位置，程序中所描述的速度与位置就是TCP在对应工件坐标中的速度与位置。251相关知识2. 工业机器人TCP数据的设定原理和方法首先在工业机器人工作范围内找到1个非常精确的固定点作为参考点，然后在工业机器人已安装的工具上确定1个参考点（最好是工具中心点），用之前介绍的手动操纵工业机器人的方法移动工具上的参考点，以4种以上不同的工业机器人姿态尽可能地使工业机器人与固定点刚好碰上。为了获得更准确的TCP，在以下例子中使用六点法进行操作，第四点是用工具参考点垂直于固定点，第五点是工具参考点从固定点向将要设定为TCP的

X

轴方向移动，第六点是工具参考点从固定点向将要设定为TCP的

Z

轴方向移动。252用六点法设定工具坐标系数据的方法见下表。253用六点法设定工具坐标系数据的方法254用六点法设定工具坐标系数据的方法255用六点法设定工具坐标系数据的方法256用六点法设定工具坐标系数据的方法257用六点法设定工具坐标系数据的方法258用六点法设定工具坐标系数据的方法259用六点法设定工具坐标系数据的方法260用六点法设定工具坐标系数据的方法261用六点法设定工具坐标系数据的方法262用六点法设定工具坐标系数据的方法263用六点法设定工具坐标系数据的方法264用六点法设定工具坐标系数据的方法二、工件坐标系数据工件坐标对应工件，它定义工件相对于大地坐标（或其他坐标）的位置。工业机器人可以拥有若干工件坐标，或者表示不同工件，或者表示同一工件在不同位置的若干副本。对工业机器人进行编程就是在工件坐标系中创建目标和路径，有如下优点。（1）重新定位工作站中的工件时，只需要改变工件坐标的位置，所有路径随之更新。（2）在输送链跟踪应用中，操作者可以操作沿着外轴或传送导轨移动的工件，因为这些工件可以连同其路径一起被移动。265在对象的平面上只需要定义3个点，就可以建立1个工件坐标。工件坐标的设定方法如图所示，X1

用于确定工件坐标的原点，X2

用于确定工件坐标

X

轴的正方向，Y1

用于确定工件坐标

Y

轴的正方向（说明：X

轴与

Y

轴的交点才是工件坐标的原点），工件坐标应符合右手定则。266工件坐标的设定方法1. 工件坐标系数据的设定1工件坐标系数据的设定如图所示。A是工业机器人的大地坐标，为了编程方便，为第一个工件建立了一个工件坐标B，并在这个工件坐标B中进行编程。如果工作台上还有一个同样的工件需要相同的运行轨迹，只需要建立一个工件坐标C，将其轨迹从工件坐标B中复制过来，并将其更新为工件坐标C，则不需要对同样的工件进行重复编程，从而显著缩短了编程所需的时间。267268工件坐标系数据的设定12. 工件坐标系数据的设定2如果在工件坐标B中对A对象进行了轨迹编程，当工件坐标变成工件坐标D后，只需在工业机器人系统中重新定义工件坐标D，则工业机器人的轨迹就自动更新到C了，不需要再次进行轨迹编程。因为A相对于B和C相对于D的关系是一样的，并没有因为整体偏移而发生变化，如图所示。269工件坐标系数据的设定2三、有效载荷数据对于搬运用工业机器人（见下图），应正确设定夹具和搬运对象的质量与有效载荷数据。270搬运用工业机器人有效载荷数据各参数说明见下表。271

有效载荷数据各参数说明项目五工业机器人典型工作单元的应用任务1搬运机器人工作站编程与操作01任务2涂装机器人工作站编程与操作02273任务1

搬运机器人工作站编程与操作2741.能叙述搬运机器人的分类及特点。2.能叙述搬运机器人系统的组成。3.能叙述搬运机器人作业的示教流程。4.能叙述搬运机器人的周边设备与工位布局。5.能识别搬运机器人工作站图块搬运模型，进行图块搬运模型和夹具的安装。6.能进行搬运机器人控制原理框图设计。7.能进行搬运机器人工作站PLC的I/O控制原理图设计和程序设计。8.能进行搬运机器人运动所需示教点的设定和程序编写。9.能进行搬运机器人工作站的安装与运行。学习目标275搬运机器人是经历人工搬运、机械手搬运两个阶段而出现的自动化搬运作业设备。搬运机器人的出现，不仅可以提高产品的质量与产量，还对保障人身安全、改善劳动环境、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约原材料以及降低生产成本有着十分重要的意义。用工业机器人搬运物料将成为自动化生产制造的必备环节，搬运行业也将因搬运机器人的出现而开启“新纪元”。工作任务276如图所示是工业机器人图块搬运模型工作站，图块搬运模型结构示意图如图所示。本任务采用示教编程的方法，操作工业机器人实现图块搬运单元运动轨迹的示教。277工业机器人图块搬运模型工作站图块搬运模型结构示意图具体控制要求如下。（1）将电气控制面板上的“启动”钮子开关SB1置于“ON”位置，设备给出启动信号后，工业机器人伺服上电；先将钮子开关SB1置于“OFF”位置，再将钮子开关SB2置于“ON”位置，工业机器人进入主程序；将钮子开关SB2置于“OFF”位置，启动指示灯绿灯亮；系统进入等待状态后，将钮子开关SB3置于“ON”位置，工业机器人从第一块图块开始搬运，依此循环。（2）将电气控制面板上的“停止”钮子开关SB5置于“ON”位置，设备给出停止信号后，再将SB5置于“OFF”位置，停止指示灯红灯亮，系统进入停止状态，所有气动机构均保持当前的状态不变。278一、搬运机器人的分类及特点搬运是生产制造业必不可少的环节，在机床上下料及中间运输应用中尤为广泛。搬运机器人实现在数控机床上下料及中间运输环节取代人工完成工件的自动搬运和装卸功能，主要用于大批量、重复性强或工件质量较大以及高温、粉尘等恶劣工作环境，具有定位精确、生产质量稳定、工作节拍可调、运行平稳、维修方便等特点。279相关知识搬运机器人的主要优点如下。（1）动作稳定，搬运准确性高。（2）生产效率高，实现了“无人”或“少人”生产。（3）改善了工人的劳作条件，使工人摆脱有毒、有害环境。（4）柔性好、适应性强，可实现多形状、不规则物料的搬运。（5）定位准确，保证了批量产品的一致性。（6）降低了制造成本，提高了生产效益。280搬运机器人的结构形式和其他类型工业机器人的结构形式相似，只是在实际制造中逐渐演变出多种机型，以适应不同的场合。从结构形式上看，搬运机器人可分为龙门式搬运机器人、悬臂式搬运机器人、侧壁式搬运机器人、摆臂式搬运机器人和关节式搬运机器人，如图所示。281282搬运机器人的分类a）龙门式搬运机器人b）悬臂式搬运机器人c）侧壁式搬运机器人d）摆臂式搬运机器人e）关节式搬运机器人1. 龙门式搬运机器人龙门式搬运机器人坐标系主要由

X

轴、Y轴和Z

轴组成，如图所示。其多采用模块化结构，可依据负载位置、大小等选择对应的直线运动单元及组合结构形式。龙门式搬运机器人的结构形式决定其负载能力，可实现大物料、重吨位搬运，采用直角坐标系，编程方便、快捷，因此，广泛应用于生产线转运及机床上下料等大批量生产过程。283龙门式搬运机器人坐标系2. 悬臂式搬运机器人悬臂式搬运机器人坐标系主要由

X

轴、Y

轴和

Z

轴组成，如图所示。和龙门式类似，其也可以随不同的应用选择对应的组合结构形式（在

Z

轴的下端添加旋转轴或摆动轴就可以延伸成为四轴或五轴搬运机器人）。此类搬运机器人的多数结构为

Z轴随

Y轴移动，有时针对特定的场合，Y

轴也可在

Z轴下方，方便机器人进入设备内部进行搬运作业。悬臂式搬运机器人广泛应用于卧式机床、立式机床及特定机床内部和冲压机热处理机床的自动上下料。284悬臂式搬运机器人坐标系3. 侧壁式搬运机器人侧壁式搬运机器人坐标系主要由

X

轴、Y

轴和

Z

轴组成，如图所示。和龙门式、悬臂式类似，侧壁式搬运机器人也可随不同的应用选择对应的组合结构形式（在

Z

轴的下端添加旋转轴或摆动轴就可以延伸成为四轴或五轴搬运机器人），专用性强，主要应用于立体库类，如档案自动存取系统、全自动银行保管箱存取系统等。285侧壁式搬运机器人坐标系4. 摆臂式搬运机器人摆臂式搬运机器人坐标系主要由

X

轴、Y轴和

Z

轴组成，如图所示。Z

轴是升降轴，也称为主轴。Y

轴的移动主要通过外加滑轨，X

轴末端连接控制器，控制器可绕

X

轴转动，实现四轴联动。286摆臂式搬运机器人坐标系5. 关节式搬运机器人关节式搬运机器人是工业生产中较常见的工业机器人，其共有5～6个轴，行为动作类似人的手臂，具有结构紧凑、占地空间小、相对工作空间大、自由度高等特点，适合几乎任何轨迹或角度的工作。采用标准的关节式搬运机器人配合供料装置，就可以组成一个自动化加工单元。一个工业机器人可以服务于多种类型的加工设备的上下料，从而节省自动化成本。由于采用关节式搬运机器人单元，自动化单元的设计制造周期短、柔性大，产品换型方便，甚至可以实现较大变化的产品形状转换要求。287二、搬运机器人系统的组成搬运机器人系统是包括相应附属装置及周边设备而形成的一个完整系统。288关节式搬运机器人系统的组成1. 工业机器人本体（操作机）关节式搬运机器人常见的本体一般为4～6轴，如图所示。关节式搬运机器人本体在结构设计上与其他关节式工业机器人本体类似，当负载较轻时两者的本体可以互换，但当负载较重时关节式搬运机器人的本体通常会有附加连杆，其依附于轴形成平行四连杆机构，起到支撑整体和稳固末端的作用，且不因臂展开、伸缩而产生变化。六轴关节式搬运机器人本体部分具有回转、抬臂、前伸、手腕旋转、手腕弯曲和手腕扭转6个独立的旋转关节，多数情况下五轴关节式搬运机器人略去手腕旋转这一关节，四轴关节式搬运机器人则是略去了手腕旋转和手腕弯曲这两个关节。289290关节式搬运机器人本体a）四轴关节式搬运机器人本体

b）五轴关节式搬运机器人本体c）六轴关节式搬运机器人本体2. 末端执行器搬运机器人的末端执行器是夹持工件移动的一种夹具，过去一种末端执行器只能抓取一种或者一类形状、大小、质量相似的工件，具有一定的局限性。随着科学技术的不断发展，末端执行器也在一定范围内具有可调性，可配置感知器，以确保其具有足够的夹持力，保证足够的夹持精度。常见的末端执行器有吸附式、夹钳式和仿人式等。291（1）吸附式末端执行器吸附式末端执行器依据吸力不同可分为气吸附式和磁吸附式。1）气吸附式末端执行器（气吸附吸盘）。气吸附吸盘主要是利用吸盘内的压力和大气压力之间的压力差进行工作的，依据压力差产生原理分为真空吸盘吸附、气流负压吸附、挤压排气负压吸附等。不同类型的气吸附吸盘如图所示。292293不同类型的气吸附吸盘a）真空吸盘吸附b）气流负压吸附c）挤压排气负压吸附2）磁吸附式末端执行器（磁吸附吸盘）。磁吸附吸盘是利用磁力进行吸取工作的。常见的磁吸附吸盘有永磁吸盘、电磁吸盘等，如图所示。电磁吸盘的分类方式多种多样，按形状可分为矩形电磁吸盘、圆形电磁吸盘等；按吸力大小可分为普通电磁吸盘、强力电磁吸盘等。294磁吸附吸盘a）永磁吸盘b）电磁吸盘（2）夹钳式末端执行器夹钳式末端执行器通常用手爪拾取工件，手爪与人手相似，是现代工业机器人广泛应用的一种形式，通过手爪的开启/闭合实现对工件的抓取。夹钳式末端执行器一般由手爪、驱动机构、传动机构、连接和支撑元件组成，多用于负载重、高温、表面质量不高等吸附式末端执行器无法进行工作的场合。295手爪是直接与工件接触的部件，其形状将直接影响抓取工件的效果，但在多数情况下只需两个手爪配合就可以完成一般工件的抓取，对于复杂工件可以选择三爪或者多爪进行抓取。根据前端形状，手爪可分为V形爪、平面爪、尖爪等。296V形爪平面爪尖爪（3）仿人式末端执行器仿人式末端执行器是针对特殊外形工件进行抓取的一类手爪，主要包括柔性手和多指灵巧手，如图所示。297仿人式末端执行器a）柔性手b）多指灵巧手三、搬运机器人作业的示教流程1. 冷加工搬运作业的示教流程在材料冷加工工艺中，搬运机器人可采用关节式或直角式，末端执行器可采用吸附式或夹钳式，具体采用哪一类需依据实际场地及负载情况等诸多因素共同决定。现以下图所示工件的搬运为例，选择龙门式（五轴）搬运机器人，末端执行器为双气动手爪（一个负责抓取毛坯并放到工作台卡盘上，另一个用于从卡盘上取下加工完的工件），采用在线示教方式输入搬运作业程序，此程序由编号1～13的13个程序点组成，程序点说明见下表。具体作业流程可参考下图所示冷加工搬运作业的示教流程进行。298299工件的搬运（冷加工）300

程序点说明（冷加工）301冷加工搬运作业的示教流程（1）示教前的准备1）确认操作者与搬运机器人之间保持安全距离。2）搬运机器人原点确认。（2）新建作业程序点按示教器相关的菜单或按钮，新建一个作业程序。302（3）输入程序点在示教模式下，手动操纵龙门式搬运机器人按下图所示的运动轨迹运行，设定程序点1至程序点13。程序点1和程序点13需设定在同一点，以方便编写程序。此外，程序点1至程序点13需处于与工件、夹具互不干涉的位置。具体示教方法见下表。303工件的搬运（冷加工）304冷加工搬运作业示教方法305冷加工搬运作业示教方法（4）设定搬运条件搬运机器人的作业程序简单易懂，与其他六轴工业机器人程序均有类似之处，本实例搬运作业条件的输入主要涉及以下几个方面。1）在作业开始指令中设定搬运开始规范及搬运开始动作次序。2）在搬运结束指令中设定搬运结束规范及搬运结束动作次序。3）合理调节手爪的夹持力。根据实际情况，在编辑模式下合理选择并配置搬运工艺参数。306（5）检查试运行（跟踪）搬运机器人试运行前应确保周围安全，按如下操作跟踪测试作业程序。1）打开要测试的程序文件。2）移动程序指针到程序的开始位置。3）实现搬运机器人单步或连续运转。（6）再现搬运1）打开要再现的作业程序，将程序指针移动到程序的开始位置，将控制器上的自动/手动钥匙旋钮设定到相应的状态。2）按控制器上的伺服使能按钮，接通伺服电源。3）按电源开关，搬运机器人开始运行。3072. 热加工搬运作业的示教流程在材料热加工工艺中搬运机器人可采用关节式或直角式，末端执行器多为夹钳式，具体采用哪一类，需依据实际场地及负载情况等诸多因素共同决定。现以下图所示工件的搬运为例，选择关节式（六轴）搬运机器人，末端执行器为夹钳式，采用在线示教方式输入搬运作业程序，此程序由编号1～10的10个程序点组成，程序点说明见下表。具体作业流程可参考如图所示热加工搬运作业的示教流程进行。308309工件的搬运（热加工）310

程序点说明（热加工）311热加工搬运作业的示教流程（1）示教前的准备1）确认操作者与搬运机器人之间保持安全距离。2）搬运机器人原点确认。通过搬运机器人机械臂各关节处的标记或调用原点程序复位搬运机器人。（2）新建作业程序点按示教器相关的菜单或按钮，新建一个作业程序。312（3）输入程序点在示教模式下，手动操纵搬运机器人按如图所示的运动轨迹运行，设定程序点1至程序点10。程序点1和程序点10需设定在同一点，以方便编写程序。此外，程序点1至程序点10需处于与工件、夹具互不干涉的位置。具体示教方法见下表。313热加工搬运作业示教方法314热加工搬运作业示教方法315热加工搬运作业示教方法四、搬运机器人的周边设备与工位布局1. 周边设备（1）滑移平台对于某些搬运场合，由于搬运空间大，搬运机器人的末端工具无法到达指定的搬运位置，此时可通过引入外部轴来提升搬运机器人的自由度。其中增加滑移平台是提升搬运机器人自由度最常用的方法，滑移平台可安装在地面或安装在龙门架上，如图所示。316317滑移平台的安装方式a）地面安装b）龙门架安装（2）搬运系统搬运系统主要包括真空发生装置、气体发生装置、液压发生装置等，这些装置均为标准件。一般的真空发生装置和气体发生装置均可满足吸盘和气动夹钳所需的动力，企业版常用空气控压站对整个车间提供压缩空气和抽真空；液压发生装置的动力元件（电动机、液压泵等）布置在搬运机器人周围，执行元件（液压缸）与夹钳一体，需要装在搬运机器人末端的法兰上，与气动夹钳类似。3182. 工位布局由搬运机器人构成的加工单元或柔性化生产线，可完全代替人工实现物料的自动搬运，因此，搬运机器人工作站布局是否合理将直接影响搬运速率和生产节拍。根据车间场地面积，在有利于提高生产节拍的前提下，搬运机器人工作站可采用L形、环状、“一”字形等形式布局。319（1）L形布局L形布局是将搬运机器人安装在龙门架上，使其行走在机床上方，可大量节约地面资源，如图所示。320L形布局（2）环状布局环状布局又称“岛式加工单元”，如图所示，以关节式搬运机器人为中心，机床围绕在其周围形成环状，进行工件的搬运加工，可提高生产效率，节约空间，适合小空间厂房作业。321环状布局（3）“一”字形布局“一”字形布局如图所示。直角桁架搬运机器人通常要求设备成“一”字形排列，对厂房高度、长度有一定要求，因其运动方式为直线编程，故很难满足对放置位置、相位等有特殊要求工件的上下料作业需要。322“一”字形布局任务2

涂装机器人工作站编程与操作3231. 能叙述涂装机器人的特点及分类。2. 能叙述涂装机器人系统的组成及特点。3. 能叙述涂装机器人作业的示教流程。4. 能叙述涂装机器人的周边设备与布局。5. 能进行车窗涂胶装配模型与夹具的安装。6. 能进行涂装机器人控制原理框图设计。7. 能进行涂装机器人工作站PLC的I/O控制原理图设计和程序设计。8. 能进行涂装机器人运动所需示教点的设定和程序编写。9. 能进行涂装机器人工作站的安装与运行。学习目标324涂装技术经历了从涂刷、揩涂到气压涂装、浸涂、辊涂、淋涂，再到高压空气涂装、电泳涂装、静电粉末涂装等阶段。涂装技术高度发展的今天，涂装企业正迈向一个全新的竞争时代，这一时代以环保、效率、成本效益、市场竞争力为核心要素，加之涂装领域对从业工人健康的争议和顾虑，工业机器人在涂装领域的应用正逐渐成为一项持续探索和进步的新兴领域，且前景非常广阔。工作任务325工业机器人车窗涂胶模型工作站是涂装机器人通过吸盘夹具拾取前窗、后窗两种不同部位的车窗进行涂胶，完成后装配到汽车模型车窗对应位置，模拟工业机器人车窗涂胶装配工作。其主要由六轴工业机器人、车窗涂胶装配模型、实训平台等组成，如图所示。其中车窗涂胶装配模型主要由车窗涂胶单元和实训平台组成，主要训练点对点的轨迹运动，如图所示。本任务采用示教编程方法，操作工业机器人实现车窗涂胶单元运动轨迹的示教。326327工业机器人车窗涂胶模型工作站车窗涂胶装配模型具体控制要求如下。（1）将电气控制面板上的“启动”钮子开关SB1置于“ON”位置，设备给出启动信号后，工业机器人伺服上电；先将钮子开关SB1置于“OFF”位置，再将钮子开关SB2置于“ON”位置，工业机器人进入主程序；将钮子开关SB2置于“OFF”位置，启动指示灯绿灯亮；系统进入等待状态后，将钮子开关SB3置于“ON”位置，工业机器人从第一块图块开始搬运，依此循环。（2）将电气控制面板上的“停止”钮子开关SB5置于“ON”位置，设备给出停止信号，再将钮子开关SB5置于“OFF”位置，停止指示灯红灯亮，系统进入停止状态，所有气动机构均保持当前的状态不变。328一、涂装机器人的特点及分类1. 涂装机器人的特点涂装是一种较为常用的表面防腐、装饰、防污的表面处理方法，其规则之一是需要喷枪在工件表面做往复运动。涂装机器人作为一种典型的涂装自动化设备，具有工件涂层均匀，重复精度好，通用性强，工作效率高，能够将工人从有毒、易燃、易爆的工作环境中解放出来等优点，已在汽车、工程机械制造、3C产品（计算机、通信、消费电子三类产品的统称）及家具建材等领域得到广泛应用。329相关知识涂装机器人与传统的机械涂装相比，具有以下优点。（1）最大限度地提高了涂料的利用率，降低了涂装过程中有害挥发性有机物的排放量。（2）显著地提高了喷枪的运动速度，缩短了生产节拍，效率显著高于传统的机械涂装。（3）柔性好，能够适应多品种、小批量的涂装任务。（4）能够精确保证涂装工艺的一致性，获得较高质量的涂装产品。（5）与高速旋杯经典涂装站相比，可以减少30%～40%的喷枪数量，降低了系统故障率和维护成本。3302. 涂装机器人的分类目前，涂装机器人大多数仍采取与通用工业机器人相似的五或六自由度串联关节式工业机器人，在其末端加装自动喷枪。按照手腕结构分，涂装机器人有球形手腕涂装机器人和非球形手腕涂装机器人两种，如图所示。331涂装机器人a）球形手腕涂装机器人b）非球形手腕涂装机器人（1）球形手腕涂装机器人球形手腕涂装机器人与通用工业机器人手腕结构类似，手腕三个关节轴线相交于一点，目前绝大多数商用工业机器人所采用的Bendix手腕就属于这种结构，如图所示。332Bendix手腕（2）非球形手腕涂装机器人非球形手腕涂装机器人，其手腕的三个关节轴线并非如球形手腕工业机器人一样相交于一点，而是相交于两点。非球形手腕工业机器人相对于球形手腕工业机器人来说更适合涂装作业。333非球形手腕涂装机器人a）Smart-3S型涂装机器人（正交非球形手腕）b）P-250iA型涂装机器人（斜交非球形手腕）二、涂装机器人系统的组成典型的涂装机器人系统主要由操作机、工业机器人控制器（控制系统）、供漆系统、自动喷枪/旋杯（涂装系统）、防爆吹扫系统等组成，如图所示。334典型的涂装机器人系统1. 控制系统控制系统主要完成本体和涂装工艺控制。本体控制在控制原理、功能及组成上与通用工业机器人基本相同；涂装工艺控制是指对供漆系统的控制，即负责对涂料单元控制盘、喷枪/旋杯单元进行控制，发出喷枪/旋杯开关指令，自动控制和调整涂装参数，控制换色阀及涂料混合器完成清洗、换色、混色作业。3352. 供漆系统供漆系统主要由涂料单元控制盘、气源、流量调节器、齿轮泵、涂料混合器、换色阀、供漆供气管路及监控管线组成。涂料单元控制盘简称气动盘，它接收涂装机器人控制系统发出的涂装工艺控制指令，精准控制调节器、齿轮泵、喷枪/旋杯完成流量、空气雾化和空气成型的调整，同时控制涂料混合器、换色阀等实现颜色的自动化切换和指定的自动清洗等功能，实现高质量和高效率的涂装。3363. 涂装系统对于涂装机器人，根据所采用的涂装工艺不同，其配备的涂装系统也存在差异。（1）空气涂装空气涂装是利用压缩空气的气流流过喷枪的喷嘴形成负压，在负压的作用下涂料从吸管吸入，经过喷嘴喷出，通过压缩空气对涂料进行吹散，以达到均匀雾化的效果。空气涂装一般用于家具、3C产品外壳、汽车等产品的涂装。如图所示是较为常见的自动空气喷枪。337（2）高压无气涂装高压无气涂装是一种较先进的涂装工艺，其采用增压泵将涂料增至6～30 MPa的高压，通过很细的喷嘴喷出，使涂料形成扇形雾状，具有较高的传递效率和生产效率，表面质量明显优于空气涂装。338自动空气喷枪（3）静电涂装静电涂装利用电场力将带电的涂料微粒吸附到接地的工件表面。在这一过程中，工件作为阳极连接到地，而涂料则通过喷枪以负高压的形式带电，形成阴极。涂料微粒在电场的作用下被吸引并均匀地沉积在工件表面，形成一层均匀且牢固的涂膜。静电涂装通常用于金属表面或导电性良好且结构复杂的表面，或球面、圆柱面等的涂装。3394. 防爆吹扫系统在进行涂装作业时，为了获得高质量的涂膜，除对工业机器人动作的柔性和精度、供漆系统及自动喷枪/旋杯的精准控制有所要求外，对涂装环境的最佳状态也提出了一定要求，如工作环境内无尘、恒温、恒湿、恒定的供风及对有害挥发性有机物含量的控制等，喷房应运而生。一般来说，喷房由涂料作业的工作室、收集有害挥发性有机物的废气舱、排气扇以及可将废气排放到建筑物外的排气管等组成。340工业机器人多在封闭的喷房内涂装工件的内外表面，由于涂装的薄雾是易燃易爆的，如果工业机器人的某个部件产生火花或温度过高，就会引起大火甚至引起爆炸，所以防爆吹扫系统对于涂装机器人是极其重要的一部分。防爆吹扫系统主要由危险区域之外的吹扫单元、操作机内部的吹扫传感器、控制器内的吹扫控制单元三部分组成，其工作原理如图所示。吹扫单元通过软管向包含有电气元件的操作机内部施加压力，阻止爆燃性气体进入操作机内，同时由吹扫控制单元监视操作机内压，当发生异常状况时立即切断操作机的伺服电源。341342防爆吹扫系统的工作原理三、涂装机器人的特点（1）一般手臂的工作范围宽大，进行涂装作业时可以灵活避障。（2）手腕一般有2～3个自由度，轻巧快速，适合内部、狭窄的空间及复杂工件的涂装。（3）较先进的涂装机器人采用中空手臂和柔性中空手腕（如图所示）。343柔性中空手腕及内部结构a）柔性中空手腕b）柔性中空手腕的内部结构（4）一般在手臂集成涂装工艺系统，缩短了清洗、换色时间，提高了生产效率，节约了涂料及清洗液，如图所示。344集成于手臂的涂装工艺系统四、涂装机器人作业的示教流程1. 示教前的准备（1）工件表面清理：使用物理或化学方式将工件表面的铁锈、油污等杂质清理干净，一般可采用擦拭除尘、静电除尘及酸洗等方法。（2）工件装夹：利用夹具将钢制箱体固定好。（3）安全确认：确认操作者与涂装机器人之间保持安全距离。（4）涂装机器人原点确认：通过涂装机器人机械臂各关节处的标记或调用原点程序复位涂装机器人。3452. 新建作业程序点按示教器相关的菜单或按钮，新建一个作业程序。3. 输入程序点在示教模式下，手动操纵涂装机器人按如图所示的运动轨迹运行，设定程序点1至程序点8。处于待机位置的程序点1和程序点8要处于与工件、夹具互不干涉的位置。工业机器人末端工具轴线在程序点3～6要与涂装工作面的法线共线，且必须保证涂装机器人手臂及其外露管线不与涂装工作面接触。另外，涂装机器人在各程序点间移动时，不可与工件、夹具发生干涉。具体示教方法见下表。346工件涂装347涂装作业示教方法348涂装作业示教方法4. 设定涂装条件（1）设定涂装条件（文件）涂装条件的设定主要包括涂装流量、雾化气压、喷幅（调扇幅）气压、静电电压及颜色等的设定，可参考下表。（2）添加涂装次序指令在涂装起始点和结束点（或各路径的起始点和结束点）手动添加涂装次序指令，控制喷枪开关。349涂装条件设定参考值（部分）5. 检查试运行（跟踪）试运行前应确保涂装机器人周围安全，按如下操作跟踪测试作业程序。（1）打开要测试的程序文件。（2）移动程序指针到程序的开始位置。（3）实现涂装机器人单步或连续运转。3506. 再现涂装跟踪测试无误后，即可进行再现涂装。（1）打开要再现的作业程序，并将程序指针移动到程序的开始位置，将控制器上的自动/手动钥匙旋钮设定到相应的状态。（2）按控制器上的伺服使能按钮，接通伺服电源。（3）按电源开关，涂装机器人开始运行。至此，涂装机器人的简单作业示教操作完毕。351五、涂装机器人的周边设备与布局1. 周边设备（1）涂装机器人行走单元与工件传送（旋转）单元如同前面任务介绍的搬运机器人滑移平台，涂装机器人也有类似的装置，主要包括完成工件的传送机旋转动作的伺服转台、伺服穿梭机及输送系统，以及完成涂装机器人上、下、左、右移动的行走单元。涂装机器人所配备的行走单元与工件传送（旋转）单元对防爆性能有着较高的要求。配备行走单元和工件传送（旋转）单元的涂装机器人生产线及柔性涂装单元通常采用动/静模式、流动模式、跟踪模式3种工作模式来完成涂装任务。3521）动/静模式。在动/静模式下，工件先由伺服穿梭机或输送系统传送到涂装室中，由伺服转台完成工件旋转，然后由涂装机器人单体或者配备行走单元的涂装机器人对其完成涂装作业。在涂装过程中工件可以做独立运动，也可以与涂装机器人做协调运动，如图所示。353动/静模式下的涂装工作站a）配备伺服穿梭机的涂装工作站b）配备输送系统的涂装工作站354动/静模式下的涂装工作站c）配备行走单元的涂装工作站d）涂装机器人与工件做协调运动的涂装工作站2）流动模式。在流动模式下，工件由输送链承载匀速通过涂装室，由固定不动的涂装机器人对工件完成涂装作业，如图所示。3）跟踪模式。在跟踪模式下，工件由输送链承载匀速通过涂装室，涂装机器人不仅要跟踪随输送链运动的工件，还