工业基础技术 8

工业机器人技术及应用(第三版)第7章

搬运机器人系统集成树立工程系统思维理解搬运机器人系统是一个由多个子系统组成的复杂整体。深入了解搬运机器人技术在实际工业生产中的广泛应用和最新发展动态。01价值塑造02知识传授03能力培养掌握搬运机器人的常见分类与系统组成。理解搬运机器人生产布局与系统集成方法。熟悉搬运机器人新技术与应用趋势。掌握搬运机器人系统集成的完整流程。掌握新兴技术在搬运机器人中的应用方法，并具备将这些新技术应用于实际项目的能力。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter701```01搬运机器人的常见分类0203搬运机器人生产布局搬运机器人系统组成学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter7搬运机器人周边设备搬运系统视觉系统02搬运机器人：大国建造之中国桥梁工程的“奉献者”

工业机器人凭借高精度、高效率、高安全性，解决了桥梁工程的复杂施工难题，已在阳宝山特大桥、金安金沙江大桥等重大工程的吊装、焊接等环节广泛应用，助力施工提质增效、降本避险，推动桥梁工程向智能化、绿色化升级，为我国基建与制造强国建设提供了有力支撑。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评阳宝山特大桥金安金沙江大桥Chapter703学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.1搬运机器人的常见分类搬运人工搬运自动搬运Chapter704传统生产中，轻便多变部件适合人工搬运，大型部件依赖助力机械臂或专机。助力机械臂但在工业4.0的柔性生产模式下，专机柔性差、占地大的缺点凸显，因此高柔性搬运机器人开始在汽车、家电、物流仓储等多行业广泛应用。搬运机器人搬运机器人已发展出多种机型，其中机床领域应用最广的是直角坐标型（桁架式/龙门式）和垂直多关节型学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.1搬运机器人的常见分类直角坐标型构造简单，靠X/Y/Z三轴线性运动实现高速、高精度装卸，但不适用于厂房高度受限或有特殊位姿要求的场景。垂直多关节型（如6轴铰接臂）自由度高、结构紧凑、动作空间大，可完成复杂轨迹/角度的作业，弥补了直角坐标型的不足，尤其适合折弯等对跟随精度要求高的工序。Chapter705学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.1搬运机器人的常见分类关节型搬运机器人球坐标型搬运机器人圆柱坐标型搬运机器人坐标形式直角坐标型搬运机器人Chapter706学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.1搬运机器人的常见分类Chapter701按伺服方式划分按驱动方式划分按负载能力按安装方式划分按作业环境02030405参照行业标准室内一般环境搬运机器人特殊环境搬运机器人07

此处配套数字教学资源，详细使用方法见PPT第二页使用指南学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.2搬运机器人系统组成Chapter7以钣金件折弯自动化上下料为例02夹持器及其驱动装置搬运系统周边设备原料料架、重力对中定位架、成品料架等0304视觉系统01搬运机器人05安全防护装置折弯机器人系统08搬运机器人学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.2搬运机器人系统组成Chapter7超重载型搬运机器人装载铸件搬运机器人作为工业机器人家族中的一员，主要由操作机和控制器两大部分构成对于金属冷加工应用场合，搬运机器人主要扮演辅助上下料角色，其本体采用４～６自由度通用型工业机器人本体即可。但当搬运质量较大的零部件时，本体会增加辅助连杆和平衡配重，以起到支承整体和稳固末端的作用，且不随臂展伸缩发生变化09搬运机器人学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.2搬运机器人系统组成Chapter7面对铸造、锻造、注塑等恶劣环境（高温、粉尘、腐蚀、潮湿）及半导体、光伏等行业对防静电、低振动、高洁净度的特殊要求，部分机器人厂家已针对性改造机器人本体，典型代表为铸造机器人和洁净机器人。德国KUKA、日本Fanuc等公司生产的铸造机器人，通常在伺服电动机、编码器等敏感区域采用特殊材料的罩壳及专用密封件进行保护，机身表面及空腔内涂覆防高温剥落涂层。手腕等特殊敏感区域涂覆白铝，并配备耐热特种钢制造的夹持器，可夹持1200～1300℃的高温零部件辅助作业。当前广泛使用的洁净机器人以平面关节型为主。日本Yaskawa、Mitsubishi、Nidec、Hirata、Daiben及沈阳新松等企业推出的产品普遍具有位姿准确度高、重复性好、自身发尘量小、传输速度快、耐蚀性较强、运动关节数少于6自由度通用工业机器人等特点。10搬运机器人学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.2搬运机器人系统组成Chapter711搬运机器人学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.2搬运机器人系统组成Chapter7为提高机器人利用率和拓展其作业空间，需给机器人装上“行走腿”，即将操作机安装在地装式滑动平台上，形成地装行走轴搬运机器人。从节约地面空间来说，也可将机器人本体侧挂或倒挂安装在龙门式滑动平台（天吊行走轴），形成天吊行走轴搬运机器人。12搬运系统学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.2搬运机器人系统组成Chapter7控制器是完成机器人自动搬运作业过程控制和动作控制的结构，包括硬件和软件两大部分。目前主流的搬运机器人控制系统多采用开放式分布系统架构，除具备轨迹规划、运动学和动力学计算等功能外，还安装有简化用户作业编程的搬运功能软件包。这种软件不是全自动的，需要人工干预，但效果已十分显著。典型厂商开发的机器人辅助上下料作业的相关功能软件包13学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter7搬运系统是机器人完成搬运作业的核心装备，主要由搬运工具（夹持器）及其驱动装置组成。夹持器是机器人完成工件拾取、搬运的“手”。典型夹持器类型抓握型夹持器非抓握型夹持器待加工钣金结构件为规则的光滑物料，质量较小，对于类似的板类、盒装、箱装物件搬运，机器人末端工具多采用章鱼吸盘式夹持器，具有高效、无污染、定位精度高等优点。对于轴类、棒类、内孔类物件搬运，机器人末端执行器多采用鸟嘴式或蟹夹式的抓握型夹持器。搬运系统7.2搬运机器人系统组成14学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter7抓握型夹持器外抓握（外卡式）夹持器驱动方式：气动或液压工作原理：夹持方向垂直工件向里，手指一般呈夹钳形，夹持圆柱体物件时手指通常带有Ｖ形面。内抓握（内胀式）夹持器驱动方式：气动或液压工作原理：夹持方向与外卡式相反，钳爪的外表面将工件的内孔壁胀紧，为使胀紧后能准确地用内孔定位，常采用三个钳爪搬运系统7.2搬运机器人系统组成15学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter7非抓握型夹持器气吸附夹持器驱动方式：气动工作原理：利用大气压力将吸盘与工件压在一起，以实现物件的抓取。常见的有真空吸盘吸附、气流负压吸附和挤压排气负压气吸附等形式。磁吸附夹持器驱动方式：电动工作原理：靠通电线圈产生的磁力吸附物件，常见的磁力吸盘有电磁吸盘、永磁吸盘和电永磁吸盘等，在实际生产中应根据物件特点选取相应的吸盘。托铲式夹持器驱动方式：——工作原理：通过托持而不夹紧方式将薄、脆及无污染物件在设备与设备之间或者设备与卡匣之间进行搬运搬运系统7.2搬运机器人系统组成16学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter7为提升作业效率，可将相同或不同类型的夹持器组合使用。汽车轮毂搬运机器人的双夹持器结构汽车轮毂搬运机器人常采用双夹持器结构（夹角90°或180°），一个抓取毛坯、一个抓取加工完成件，实现上下料同步作业。搬运机器人末端执行器通常为非标产品，需根据被搬运对象的几何参数、材料、表面特性、质量等量身设计，以适配不同工况需求。搬运系统7.2搬运机器人系统组成17学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter7在多任务环境下，同时为实现一线多产品的柔性生产，搬运机器人可通过末端执行器自动更换系统，根据任务自动切换夹持器，完成取料、搬运、折弯、码垛等多工序作业。这利于实现机器人功能的多样化和生产效益的最大化。末端执行器自动更换系统工具快换装置工具库配合末端执行器自动更换系统搬运系统7.2搬运机器人系统组成18学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter7工业机器人的相关危险已得到广泛承认，不仅是机器和人接触可能造成伤害，机器人手臂旋转动作也可能造成危险的发生。通常，为避免上述危害发生，在搬运机器人工作区域内须使用固定式安全防护装置（包括使用工具可拆卸掉的护栏、屏障、保护罩等）或活动式安全防护装置（包括手动或电动操作的各种门、保护罩等）确立安全作业空间，如右图所示。周边设备7.2搬运机器人系统组成19学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter7钣金件折弯自动化上下料系统的周边设备取料检测原料料架物料输送机厚度传感器重力对中定位架周边设备7.2搬运机器人系统组成20学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter7钣金件折弯自动化上下料系统的周边设备折弯辅助翻面架成品料架叉车ＡＧＶ码垛输送周边设备7.2搬运机器人系统组成21学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter7基于机器视觉的搬运机器人（如右图所示）就是利用高清摄像头对无定位工件进行视觉成像然后进行对象识别、对象去除、工件定位、路径规划、碰撞检测、错误验证以及其他原本需要搭配特殊传感器或特制夹具才能完成的操作。随着生产需求的不断提高、生产技术的不断发展以及成本费用的不断增长，企业开始考虑采用可直接丈量并改善生产率的视觉传感技术。视觉系统7.2搬运机器人系统组成22学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter7视觉引导定位是提升搬运机器人柔性的关键技术，可省去机械预定位夹具，轻松实现多产品混合生产，按测量方式分为三类。2D视觉传感器2.5D视觉传感器3D视觉传感器检测平面位移（X/Y轴）与Z轴旋转角度检测平面位移/旋转+Z轴高度变化（不计算X/Y轴旋转）检测三维位移（X/Y/Z轴）与三轴旋转角度视觉系统7.2搬运机器人系统组成23学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.3搬运机器人生产布局Chapter7从实际生产角度来看，搬运机器人生产布局是以节约场地、提升产量、实现最佳物流搬运为目的，其合理性将直接影响搬运效率和生产节拍实际上，搬运机器人工作系统的布局形式多种多样，有按机器人安装方式分类，还有按工位布局形式分类，还有按工位匹配机器人数量分类等。24机器人安装方式学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.3搬运机器人生产布局Chapter7搬运机器人生产布局地装式／岛式地装行走轴式天吊行走轴式25工位布局形式学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.3搬运机器人生产布局Chapter7搬运机器人生产布局“一”字形“品”字形环形26工位匹配机器人数量学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评7.3搬运机器人生产布局Chapter7搬运机器人生产布局一机一位一机多位多机多位27转子后道工序自动化生产搬运机器人系统集成学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter7单相串激电动机转子生产的自动化改造案例行业现状：我国是电动工具生产和出口大国，单相串激电动机因转速高、交直流通用等特性，被广泛应用于电动工具中；而转子作为其关键部件，生产工序多，自动化水平亟待提升。改造目标：用机器人搬运替代人工操作，实现提升产品质量、降低生产成本、提高企业产能、降本增效的目标。电动机制造企业的自动化升级改造，通常分为三个核心环节：需求分析：明确企业痛点与改造目标；方案设计：制定机器人搬运替代人工的具体实施路径；实施效果：验证改造后的生产效率与质量提升成果。281.行业背景与需求2.自动化改造策略可移动式搬运机器人搬运机器人新技术与应用

在现代工业生产中，搬运机器人正逐渐替代传统的人工搬运方式，它们在提高生产率、保证作业精度、降低人力成本方面发挥着重要作用。搬运机器人的应用不仅涵盖了机床上下料、折弯、弯管、分拣包装、物流码垛等多种场景，还扩展到了半导体洁净搬运等特殊领域。随着“工业4.0”的提出，对搬运机器人的高柔性化、自动化和智能化需求日益增长，使得搬运机器人技术成为制造业自动化改造的关键。下面简要介绍一下搬运机器人新的应用场景。学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter729多机器人协同搬运搬运机器人新技术与应用学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter730机器人柔性工装与协调搬运机器人新技术与应用学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评Chapter731学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评（1）搬运机器人按机械结构型式划分为直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型和_____________________型

搬运机器人。（2）垂直多关节型搬运机器人的机械结构通常具有____________，并且具有与轴数相同的__________。（3）工业机器人关节的驱动方式主要有液压驱动、气压驱动和__________，其中电动驱动是现代工业机

器人的主流驱动方式。（4）工业机器人的_______________________是指在正常操作条件下作用于机器人手腕端部机械接口，且不会使机器人性能降低的最大负载。（5）搬运机器人末端执行器的设计需要根据被搬运对象的特性，如几何参数、材料特性、______________等来设计。关节（垂直多关节）开式运动链自由度电动驱动额定负载（额定载荷）Chapter7重量321.填空题学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评（1）搬运机器人在进行折弯作业时，需要使用（

）。A.章鱼吸盘式夹持器B.鸟嘴式夹持器C.磁吸附夹持器D.托铲式夹持器（2）在工业机器人的控制系统中，（

）不是机器人辅助上下料作业相关的软件包。A.MachineSyncB.RobotPressC.HandlingToolD.AutoCAD（3）搬运机器人在进行自动化折弯上下料作业时，通常采用（

）。A.２Ｄ视觉系统B.2.5Ｄ视觉系统C.３Ｄ视觉系统D.无须视觉系统（4）工业机器人的视觉系统主要用于（

）。Ａ.提高机器人的运动速度B.识别搬运物件的位置和形状C.增加机器人的负载能力D.减少机器人的能耗BCCChapter7B332.选择题2.选择题学习目标知识地图国之重器知识讲解典型案例拓展阅读知识测评（5）搬运机器人在进行高温、粉尘、腐蚀等恶劣环境作业时，通常采用（

）。A.标准工业机器