7.第七章 工业机器人的生产线与工作站

07工业机器人及其应用工业机器人的生产线与工作站主编：郗安民

何春燕机械工业出版社目录第一节在生产中引入机器人系统的方法第二节工业机器人工作站的构成及设计原则第三节工业机器人生产线的构成及设计原则第一节在生产中引入机器人系统的方法一、可行性分析1.技术上的可能性和先进性获取调查资料。规划初步的技术方案：作业量及难度分析；编制作业流程卡片；绘制时序表；确定作业范围并初选机器人型号；确定相应的周边设备；确定工程难点并进行试验取证；确定人工干预程度等。提出几个规划方案。对各方案进行先进性评估。2.投资上的可能性和合理性可能性分析：根据提出的技术方案，按机器人系统、周边设备、控制系统以及安全保护设施等逐项进行估价，将已得出的估价按百分比适当扩大即可得初步的工程造价。合理性分析：一般说来，关键设备应是投资的主要部分。3.实施中可能性和可变更性在很多设备和原件等的制造、选购、运输、安装过程中，还可能出现这样那样的问题，必须找到发生问题时的替代方案，只有这样，才能使机器人的引入工程得以应用。1.规划及系统设计设计单位内部的任务划分机器人考查及询价编制规划单运行系统设计周边设备能力的详细计划关键问题对策二、机器人工作站和生产线的详细设计2.布局设计机器人选用人-机系统配置作业对象的物流路线电液气系统走线，操作箱、电器柜的位置以及维护修理安全设施配置3.辅助设备机器人末端执行器（工具）夹具和变位机架座4.配套和安全装置配套设备的选用和设计安全装置的选用和设计现有设备的改造和追加二、机器人工作站和生产线的详细设计5.控制系统设计选定系统的标准控制类型与追加性能确定系统工作顺序与方法连锁与安全设计液压、气动、电气、电子设备及备用设备的试验电气控制线路设计机器人线路及整个系统线路的设计6.支持系统设计故障排除与修复方法停机时的对策与准备备用机器的筹备意外情况下救急措施7.支持系统设计编写工作系统的说明书机器人详细性能和规格的说明书接收检查文本标准件说明书绘制工程制造图纸编写图纸清单8.编制采购资料编写机器人估价委托书机器人性能及自检结果编制标准件采购清单培训操作人员计划编写维护说明各项预算方案1.制作准备制作估价拟定事后服务及保证事项签定制造合同选定培训人员及实施培训2.布局设计制定加工零件的制造工艺零件加工采购标准件检查机器人性能采购件的验收检查故障处理3.安装与试运转安装总体设备试运转检查试运转调整连续运转机器人系统的工作循环生产试车维护维修培训4.连续运转按规划中的要求进行系统的连续运转和记录发现和解决异常问题实地改造接受用户检查写出验收总结报告三、制造与试运行1.运转率检查正常运转概率测定周期循环时间和产量的测定停车现象分析故障原因分析2.改进正常生产必须改造事项的选定及实施今后改进事项的研讨及规划3.评估技术评估经济评估对现实效果和将来效果的研讨再研究课题的确定写出总结报告四、交付使用第二节工业机器人工作站的构成及设计原则

机器人工作站是指使用一台或多台机器人，配以相应的周边设备，用于完成某一特定工序作业的独立生产系统。它主要由机器人及其控制系统、辅助设备以及其它周边设备所构成。在这种构成中，机器人及其控制系统应尽量选用标准装置，对于个别特殊的场合需设计专用机器人。1）在夹具体上，人工安置散件，并用气动夹具夹紧（图中未画夹具）；2）机器人手持焊枪，完成夹具体A的上面焊缝的预焊；3）变位机将夹具体A绕水平轴旋转180°后定位；4）机器人手持焊枪，完成夹具体A的原下面焊缝的预焊；5）变位机使夹具体转回到原初始位置；6）转台绕垂直轴旋转180°，交换工件（夹具体B换到机器人作业位置）；7）人工取出夹具体A上的已焊工件，进入下一焊接循环。一、机器人工作站引例及其构成1-机器人；2-末端执行器；3-机器人控制柜；4-工件；5-三轴变位机；6-焊机；7-送丝机；8-焊枪清理装置图7-1机器人弧焊工作站1.机器人——尽可能选用标准的工业机器人2.机器人末端执行器——多数情况下需专门设计3.夹具和变位机——获得高质量的作业4.机器人架座——必须具有足够的刚性，移动式5.配套及安全装置——配套设备、电气控制柜、操作箱、安全保护和走线走管保护装置等6.动力源——多采用气、液作为动力7.工作对象的储运设备——暂置台、供料器、移动小车或翻转台架等8.检查、监视和控制系统一、机器人工作站引例及其构成二、机器人工作站的一般设计原则拟定最合理的作业工艺满足作业的功能要求和环境条件满足生产节拍要求满足安全规范及标准具有故障显示及报警装置便于维护修理操作系统便于操作和人工干预操作系统便于联网控制工作站便于组线经济实惠，快速投产二、机器人工作站的一般设计原则1.作业顺序和工艺要求：工件的分析工件的形状，决定了机器人末端执行器和夹具体的结构及其工件的定位基准工件的尺寸及精度，精度决定了工件形状的一致性。工件的质量和夹紧时的受力状况，零部件的强度和刚度设计计算的主要根据，也是选择电机或气液系统压力的主要因素之一。工件的材料和强度，对工作站中夹具体的结构设计、选择动力形式、末端执行器的结构以及其他辅助设备的选择都有直接的影响。工作环境，例如焊渣飞溅、有毒气体及高温防护等。用户作业要求，用户对设计人员提出的技术期望，它是可行性研究和系统设计的主要依据。二、机器人工作站的一般设计原则2.工作站的功能要求和环境条件

二、机器人工作站的一般设计原则2.工作站的功能要求和环境条件（2）确定机器人的工作空间。

在设计中，首先根据质量大小和作业要求，初步设计或选用末端执行器，然后通过作图找出作业范围，只有作业范围完全落在所选机器人的P点工作空间之内，该机器人才能满足作业范围的要求。图中所表示的是三种型号（SK6，SK16，SK45型）机器人的P点工作空间表示。二、机器人工作站的一般设计原则2.工作站的功能要求和环境条件（2）确定机器人的工作空间。

由于末端执行器装在手腕上后，如图，作业的实际工作点是A而不是机器人的手腕基点P，所以实际的机器人作业范围，就不是P点的工作空间，而是由A点（距P点435mm）所形成的动作范围。比如，要想焊接水平面C-C（图7-8（c）上的工件焊缝，就要尽可能将机器人的P点放置在断面B-B（距C-C距离为435mm）上，因为机器人在这个断面上具有更大的y向活动距离D，更容易满足对工件的作业要求。二、机器人工作站的一般设计原则2.工作站的功能要求和环境条件（2）确定机器人的工作空间。

有时持重要求较小，但作业范围要求却相对较大，这时就将持重小且工作空间也小的机器人固定在单向、双向甚至三向可移动的架座上，利用移动机器人来增加机器人的作业范围，使之满足工件大作业范围的要求；也可使机器人固定，通过移动工件，从而用小工作空间的机器人来实现更大作业范围的作业。二、机器人工作站的一般设计原则2.工作站的功能要求和环境条件（3）确定机器人的自由度。

机器人在持重和工作空间上满足工作站或生产线的功能要求之后，还要分析它是否可以在作业范围内满足作业的姿态要求。自由度越多，机器人的机械结构与控制就越复杂，所以在通常情况下，如果少自由度能完成的作业，就不要盲目选用更多自由度的机器人。图中表示的是自由度与作业的关系。（a）堆垛（b）电子插件（c）焊接（d）上下料

总之，在选择机器人时，为了满足功能要求，必须从持重、工作空间、自由度等方面来分析，只有它们同时被满足或者增加辅助装置后可以满足，所选用的机器人才是可用的。二、机器人工作站的一般设计原则2.工作站的功能要求和环境条件

从表7-2中可以看出，对于弧焊作业，焊枪质量轻，不需要过大的机器人，可搬质量6kg或10kg的机器人是较为适合的，因为切割枪和涂胶枪与弧焊枪的质量相当，所以这几种型号的机器人还适合于切割作业和涂胶作业；3kg的机器人主要用于小型零件的搬运或装配；5kg的机器人常是为喷漆作业设计的；对于点焊作业，由于点焊枪的质量差别较大，所以至少需要30kg以上具有6个自由度的机器人才能胜任；其中的K205SB，K204SB，L1004S和S系列的机器人是专为各种搬运作业设计的；至于去毛刺和研磨作业，由于砂轮机大小各异，质量不等，而且作业的动作范围变化较大，因此会选用不同持重的机器人。二、机器人工作站的一般设计原则2.工作站的功能要求和环境条件

同一可搬质量下，机器人可能有几种型号。一般来说有一种是基本型，其他是扩展型。例如：图中可搬重量都是10kg的机器人，K10SH是基本型，K10MSH的基本结构原理与K1OSH完全相同，只是适当改变了各轴的回转角度范围，加长了某些杆件的长度，这样就扩大了机器人的工作空间。K10ASB型与K10SH型相比，省略了手腕转动（T轴）的自由度，改变了机器人手腕结构，而机器人工作空间相同，这种机器人特别适用于切断作业。（a）K10SH

（b）K10M

（c）K10ASB二、机器人工作站的一般设计原则2.工作站的功能要求和环境条件MOTOMAN机器人的K和B系列是垂直多关节型六自由度机器人。K系列采用平行连杆机构，B系列采用双平行四边形机构，其U轴的旋转角度较K系列的要大一些，因此它们的工作空间也就有了较大的不同。S系列是水平关节型机器人，它具有四个自由度，最适合于搬运作业；H系列是直交形机器人，它也有四个自由度。机器人的外形见图。（a）K30SH

（b）H100S

（c）S304SC二、机器人工作站的一般设计原则3.工作站对生产节拍的要求

生产节拍是指在批量生产中，相继两次完成某工件同一工序作业内容的间隔时间，即多长时间完成一个工序作业，也就是用户期望的年产量对机器人工作站工作效率的要求。

生产周期是机器人工作站相继两次完成某工件同一工序作业内容的间隔时间，也就是工作站多长时间完成一个工序作业。

在总体设计阶段，首先要根据用户的计划年产量计算出生产节拍，然后对具体工件进行分析，计算各个动作时间，确定出完成这个工序作业的生产周期。二、机器人工作站的一般设计原则3.工作站对生产节拍的要求

当生产周期小于生产节拍时，说明这个工作站可以完成预定的生产任务;

当生产周期大于生产节拍时，说明一个工作站不具备完成预定生产任务的能力：重新研究这个工作站的总体构思，或增加辅助装置。增加机器人数量，使多台机器人同时工作，缩短零件的处理周期。改革作业的工艺过程，修改工艺参数。增设相同的机器人工作站，以满足生产节拍。二、机器人工作站的一般设计原则3.工作站对生产节拍的要求

二、机器人工作站的一般设计原则3.工作站对生产节拍的要求

二、机器人工作站的一般设计原则3.工作站对生产节拍的要求

二、机器人工作站的一般设计原则4.安全规范及标准1）自动操作期间安全防护空间内无人；2）当安全防护空间内有人进行示教、程序验证等工作时，应消除危险或至少降低危险。图7-13限定空间和安全防护空间二、机器人工作站的一般设计原则4.安全规范及标准1.工作站必须设置各种传感器，光幕、电磁场、压敏装置、超声和红外装置以及摄像装置等，当人员无故进入防护区时，系统立即使工作站中的各种运动设备停止工作。2.在对机器人进行点动示教时，在按下点动键之前要考虑并预估到机器人的运动趋势；必须采用较低的速度倍率以增加对机器人的操控机会；要预先考虑好避让机器人的运动轨迹,并确认该线路不受干涉。3.在运行机器人前,须知晓机器人根据所编程序将要执行的全部任务；永远不要认为机器人没有移动，其作业程序就已经全部结束了,因为机器人很有可能是在等待让它继续移动的某个输入信号。二、机器人工作站的一般设计原则4.在进行机器人维修的时候,必须确保机器人运动程序和电源处于关闭状态；在任何新程序开始运行之前,必须先以最慢的速度确认一次机器人的运行,确定运行轨迹正确之后,再以生产速度进行测试。5.当人员必须在设备运动条件下进入防护区工作时，机器人及其周边设备必须在降速条件下启动运转，工作者附近应设急停开关，围栏外应有监护人员，并随时可操纵急停开关。6.对用于有害介质或有害光环境下的工作站，应设置遮光板、罩或其他专用安全防护装置。4.安全规范及标准二、机器人工作站的一般设计原则1-气瓶2-焊丝3-安全开关4-门5-机器人本体6-安全围栏7-夹具台B8-行程开关9-操作盒10-操作者11-遮光板12-拉门13-操作盒14-行程开关15-夹具台A16-塔型指示灯17-工作站控制柜

18-机器人控制柜19-焊机图7-14工作站安全设计（1）用铝合金型材作围栏和门的框架。（2）操作者与夹具台之间有一活动拉门，可拉向A侧或B侧的夹具台。（3）使用气动夹具，操作盒上除了有急停、启动按钮之外，还有多个夹具操作的按钮开关。（4）工业机器人示教以外的运行操作是在工作站控制柜的操作显示盘上进行。（5）使用带碰撞传感器的焊枪把持器；设定作业原点；设定软极限等。二、机器人工作站的一般设计原则1-气瓶2-焊丝3-安全开关4-门5-机器人本体6-安全围栏7-夹具台A8-旋转台9-夹具台B10-夹具操作盒11-受光单元组12-导电橡胶脚踏开关13-操作者14-启动操作盒15-发光单元组16-遮光板17-塔型指示灯18-工作站控制柜19-机器人控制柜20-焊机图7-15人机结合部的安全措施

图7-15是另一种工作站配置。其人机结合部使用了红外线光电开关和导电橡胶脚踏开关。这两种开关可以检测装卸工件的站立位置是否有人。在有人的情况下，旋转平台和靠人一侧的夹具板决不能旋转。另外，启动操作盒与夹具操作盒分开设置，便于调试和生产。三、机器人选型示例1.按持重初选机器人一种饮料包装纸箱，质量15kg，长宽高尺寸为360mm×270mm×350mm。使用机器人工作站方式完成纸箱的码垛作业，垛板尺寸及纸箱的排列如图7-16所示，相邻层的纸箱需交错排列，要求机器人每次抓取3箱码放，共码放4层。码放一次的节拍为8s，试按持重初选机器人型号。a-奇数层；b-偶数层图7-16垛板尺寸及纸箱排列三、机器人选型示例1.按持重初选机器人（1）初步设计末端执行器。真空吸盘选取；真空发生器组件选取；末端执行器的架体。质量之和：MG=0.137×6+0.34+5.6=6.76kg1-架体；2-真空发生器；3-真空吸盘图7-17末端执行器结构示意图三、机器人选型示例1.按持重初选机器人（2）末端执行器每次同时抓取3箱，工件质量是GG=15×3=45kg

它所使用的附件列在表7-7中，其质量总和是QG=0.83kg（3）按持重初选机器人

安全系数取K1=1.1，据式（7-1）计算:RG=(MG+GG+Q6)·K1=(6.76+45+0.83)×1.1=57.9kg

初步选择可搬质量为60kg的机器人最为合适。表7-7末端执行器所用气动附件三、机器人选型示例2.按工作空间和灵活度复核校验

已知纸箱的外形尺寸为360×270×305，要求码放4层，所以高度方向工件的最大尺寸为305×4=1220mm。图中B辊道宽1360mm，辊道中心至三个纸箱的中心距离是1420mm。

下面按照总体布局图中工作空间和自由度的要求，校验初选出的三种机器人。图7-18纸箱码垛辊道布局图三、机器人选型示例2.按工作空间和灵活度复核校验（1）K6OSH机器人

将机器人工作空间的俯视图叠放在同比例的辊道总体布局图上，移动机器人的中心，使输入辊道和垛板上的a、b、c、d、e五个工作点都落入机器人的环形工作空间之内。图7-19K6OSH机器人工作范围的俯视图校验三、机器人选型示例2.按工作空间和灵活度复核校验图7-20K6OSH机器人工作范围的主视图校验首先在辊道的总体布局图上，根据已设计出的B辊道的外形，画出辊道及垛板的外形图(垛板高度为140mm)，在垛板上画出码放4层纸箱的轮廓图，标识出基点P的最低水平面L-L面和最高水平面H-H面。根据俯视图检查中确定的B辊道与机器人中心的距离，画出一条机器人中心的位置线R-R，画出垛板上最远工作点a的位置线M-M和最近工作点b的位置线N-N。三、机器人选型示例2.按工作空间和灵活度复核校验图7-21S604SC型和S604WSC型机器人俯视方向工作空间（2）S604SC型和S604WSC型机器人前面选出的S604SC和S604WSC型也属于可搬质量为60kg的机器人，这里探讨其工作空间的校验问题。从俯视图上看，它们的工作空间是完全相同的；从主视图上看，S604WSC型较S604SC型的垂直行程大t=1850-1300=550mm。首先按照上述方法，检查其俯视方向的工作空间，是能够满足使用要求的，如图7-21所示。三、机器人选型示例2.按工作空间和灵活度复核校验图7-22S604WSC和S604SC型机器人主视方向工作空间（2）S604SC型和S604WSC型机器人然后检查其主视方向的工作空间，如图7-22所示，S604SC型在高度方向上的行程为ST=1300mm，4层纸箱叠放后的高度h=1220mm，基点P在该方向的移动范围是305×3=915mm，行程余量为S1=1300-915=385mm，S604WSC型的行程余量达S2=1850-915=935mm，显然余量过大。第三节工业机器人生产线的构成及设计原则

机器人生产线是工厂生产自动化程度进一步提高的必然产物，它是由两个或两个以上的机器人工作站、物流系统和必要的非机器人工作站组成，完成一系列以机器人作业为主的连续生产自动化系统。一、机器人生产线引例及其构成1)密封胶涂刷机器人生产线

某汽车的前(或后)风挡玻璃密封胶涂刷作业生产线，如图7-23所示。人工将玻璃存储车送入线中，再由专用的搬运装置送到第2工作站，然后通过一次涂刷(3站)、干燥(4站)、密封胶涂刷(5站)等工作站完成规定的作业内容，最后由玻璃翻转、搬出工作站(6站)中的机器人将成品搬出本线，并将风挡玻璃安装在汽车总装生产线的汽车上。

这条子生产线共由6个工作站组成，其中一次涂刷，密封胶涂刷和玻璃翻转、搬出三个工作站使用了机器人，其他工作站配备了专用装置。2～6站之间玻璃的搬运使用了同步移动机构。生产线还配置了涂料、密封胶送料泵及定量送料装置等辅助设备。一、机器人生产线引例及其构成图7-23密封胶涂刷机器人生产线总体图一、机器人生产线引例及其构成2)汽车座椅骨架焊接生产线由另外一条数控弯管加工生产线完成的主骨架散件从左端的第7站入线；第1站由人工操作，预置拼合某些散件；第7站中的机器人从数控弯管线的末端取出主骨架，在D-2点焊机上点焊螺母，然后将主骨架装在本线的随行夹具上；第10站中的机器人从D-3-1和D-3-2中取出弹簧挂钩(待焊散件)，将它们逐一装在主骨架上，由第12站中的机器人进行点焊；第14、15、16和18站是骨架弧焊工作站，完成各规定焊缝的焊接；第28站的机器人从线上取出已焊工件，把它放在焊接成品定位暂置台D-11上，然后从D-8和D-9弹簧库中分别取出3根靠背弹簧，装在骨架焊成品上，最后由D-11中的搬出机构将成品送出本线。这条生产线由30个工作站组成，分别完成座椅骨架散件的拼合、点焊、弧焊和安装靠背弹簧等一系列作业。一、机器人生产线引例及其构成图7-24汽车座椅骨架焊接生产线的总体布置图一、机器人生产线引例及其构成2)汽车座椅骨架焊接生产线第6站是横管散件自动供给工作站，专用装置从横管库中取出横管，放置在随行夹具板上；第9站是工件夹紧工作站，将随行夹具板上预置的散件夹紧定位，以便后来的机器人焊接；第17和20站是随行夹具板翻转工作站，使第18站的机器人能够焊接随行夹具板背面的焊缝；第26站是工件松夹工作站，松开已焊工件，便于第28站的机器人取出。其他站属于辅助性工作站，有的是识别工件种类；有的是变换夹具板流动方向，有的是清扫、处理夹具板；有的只是满足总体排布规律而设置的“空站”。这条生产线由30个工作站组成，分别完成座椅骨架散件的拼合、点焊、弧焊和安装靠背弹簧等一系列作业。

由实例可以看出，机器人生产线一般应由以下几部分构成：1.机器人工作站2.非机器人工作站3.机器人子生产线4.中转仓库(暂存或缓冲仓库)5.物流系统6.动力系统7.控制系统8.辅助设备及安全装置一、机器人生产线引例及其构成图5-25密封胶涂刷机器人工作站配置图一、机器人生产线引例及其构成1.机器人工作站1-机器人控制柜2-泵控制柜3-定量送料装置4-阀门5-送料管道6-送料泵7-送料泵（No.2）8-送料泵（No.1）9-送料开关阀10-压缩空气管11-喷涂枪12-工件13-夹具台14-料罐15-机器人16-压缩空气一、机器人生产线引例及其构成2.非机器人工作站

在某些工件的作业工序中，有些作业不需要使用机器人，只要一个简单的装置就可以完成；有些特殊作业需要针对其特殊性，设计专门的装置；还有些作业要使用成套的专用设备。专用装置工作站人工处理工作站

在机器人生产线中，有些作业工序一时难于使用机器人；或使用机器人会花费较大的投资，而效果并非十分有效，这就产生了必不可少的人工处理工作站。

在一些工作站上并没有具体的作业，工件只是经过此站，它只起一种承上启下的桥梁作用，把各工作站连接成一条“流动”的生产线。空设站一、机器人生产线引例及其构成3.机器人子生产线图7-26小轿车总装生产线流程示意图

对于大规模生产厂的大型生产线(如轿车的总装线)，往往包含着若干条小生产线，这里把它们称作机器人子生产线。一条大规模的生产线可以看成是由一条主线和若干条子线组成的，这些子线与主线在其输出端和输入端用某种方式建立起联系，形成树叉状结构形式。一、机器人生产线引例及其构成4.中转仓库(暂存或缓冲仓库)根据生产线的要求，某些生产线需要存储各种零件、部件或成品。做为生产线和子生产线的源头，或做为工作站的散件库。生产线在作业过程中，用于暂放、中转。生产线的成品，分类入库，然后分批搬运出线。一、机器人生产线引例及其构成5.物流系统物流系统是机器人生产线的一个重要的组成部分，它担负着各工作站之间工件的转运、定位、甚至夹紧，工件的出库入线或出线入库、各站的散件入线等工作。链式运输带式运输专用搬运机物流机器人同步移动机构一、机器人生产线引例及其构成5.物流系统1-气缸；2-上齿条；3-齿轮；4-下齿条；5-导向支撑轮；6-整体移动框架图7-27密封胶涂刷机器人生产线的物流装置各工作站中工件是用固定于本站的气吸盘定位的，2～5站还有供工件移动用的气吸盘，它们安装在同一个框架上，框架在气缸和齿轮装置的驱动下，整体向前移动一个站距，完成工件的传送；工件入线由人工搬入；第1站向第2站的传送使用了专用搬送装置；工件出线则用机器人完成。一、机器人生产线引例及其构成5.物流系统图7-28汽车座椅骨架机器人生产线物流系统第2引例的物流系统是循环式链条传送装置。它由8组独立的链传动组成，工件装夹在一块随行夹具板上。30块夹具板(每站各一块)放在由链驱动的支撑滚轮上，周而复始地按图示箭头方向循环，形成封闭的物流系统。各站均有随行夹具板的阻挡、定位机构，使各板能准确地停留在各站的固定位置上。这种物流形式要求各块随行夹具板间的精度一致性较高。一、机器人生产线引例及其构成6.动力系统动力系统是机器人生产线必不可少的一个组成部分，它驱动各种装置和机构运动，实现预定的动作。常用的动力系统可以分成三种类型，即电动、液动和气动。液动：多用于工件较重或需要大驱动力的场合；气动：常用于中小型工件或需要驱动力较小的场合；电动：则用于要求连续运动、速度变化频繁、停留位置多且要求准确或行程较大、使用液压缸或气缸较为困难的场合。一、机器人生产线引例及其构成7.控制系统图7-29生产线控制系统构成关系控制系统的规模应符合生产线自动化程度的要求。一般生产线的控制系统可以分为三层，即生产线一子生产线一工作站，并构成相互关联的信息网络。各种传感器监测工作站及有关单元设备的运行状况，其信号作为输入信息送到工作站控制单元，顺序动作的驱动信号作为该控制单元的输出信号，控制着设备的运行；各站与生产线相关的生产运行和故障信号作为子线与工作站或生产线与子线的通讯信号，将上下层控制系统联系起来，构成树状信息通讯结构。一、机器人生产线引例及其构成7.控制系统图7-29生产线控制系统构成关系一、机器人生产线引例及其构成8.辅助设备及安全装置安全装置是机器人生产线中最为重要的组成部分，它直接关系到人身和设备的安全以及生产线的正常工作。虽然它在生产线中的排列比较分散，但应该作为一个整体加以对待。常见的区域有:操作人员有可能出入或工件进出口的区域。不允许机器人到达的区域。快速运动设备或机构的外围栅栏。操作者与作业区的分隔和有害物质的防护。二、机器人生产线的设计原则工作站须具有相同或相近的生产周期工作站间应有缓冲存储区物流系统顺畅，避免交叉或回流具有混流生产的能力留有再改造的余地夹具体要有一致的精度要求各工作站的控制系统必须兼容生产线布局合理占地面积力求最小安全监控系统合理可靠应有必要的替代储备二、机器人生产线的设计原则1.各工作站的生产周期式中：T1～Tn——各工作站的生产周期，单位为s/件；

T——生产线的生产节拍，单位为s/件。

对于那些生产周期与生产节拍非常接近的工作站要给予足够的重视，它往往是生产环节中的咽喉，也是故障多发地段。二、机器人生产线的设计原则1.各工作站的生产周期分散作业内容原则对作业内容多，耗时长的环节，要尽可能合理地把它分割成几个部分，改变原来的工艺顺序，分别由若干个工作站分担作业，但要保证分割后的工序能够达到产品的原技术要求。重叠工作站原则如果作业工序是一个不可分的环节，而且耗时多，远不能满足生产节拍，那么就要通过重叠设立两个或更多的相同工作站，工件交替进入不同的重叠站，出站后再次合流。拼合工序原则在生产线中也会存在着作业内容少、生产周期短的环节。尽可能合并某些工序，充实一个工作站的作业内容,减少设备投入,减小生产线的占地面积，相对地提高生产线的效率。应急储备原则在对于特别重要的生产线或生产线中作业难度大、易出现故障、影响生产的工作站，要有应急处理措施，或配置应急处理装置，或是留出应急处理空间。二、机器人生产线的设计原则2.工作站间缓冲存储区(库)

在周期差距较大的工作站(或作业内容复杂的关键工作站)间设立缓冲存储区，把生产速度较快的工作站所完成的工件暂存起来，通过定期地停止该站生产或增加较慢工作站生产班时的方式，处理堆积现象。

例如第2节中提到的摩托车车架焊接生产，它是由四个工作站组成的一条人工搬运生产线，如图7-32所示。第1至第4站的生产周期分别为81s，95s、108s和115s，各站周期相差较大，因此在每两个站之间设计了工件暂存库A、B、C。这种处理方式常用于非自动化物流系统的生产线。图7-32摩托车车架机器人焊接生产线布局二、机器人生产线的设计原则2.工作站间缓冲存储区(库)图7-33柔性加工生产线布局示意图1-机器人，2-工件输出，3-工件输入，4-入线置台，5-出线置台，6-夹具调整台，7-电器控制柜，8-数控加工中心，9-工件上、下料机器人，10-工件缓冲存储库

在含有机器人的柔性加工生产线中，被加工工件需要几次装夹，多次加工成形。机械加工机床分担着不同的加工工序，同一台机床也可能承担几道工序，分批量完成一道工序后，或更换工序、或转入下台机床，这就必须设立缓冲区，以便交替存取工件。

如图7-33是一条柔性加工生产线，它由两台数控加工中心作为主要工作站，设有12个工件缓冲存储库，并有入线和出线置台。

机器人搬送工件，并承担工件的翻转再定位作业，搬运小车是机床与缓冲库之间工件的交换装置，由此可见，在生产线中，存储仓库往往占有相当的面积和设备比例。二、机器人生产线的设计原则3.物流系统

物流系统是机器人生产线的大动脉，它的传输性、合理性和可靠性是维持生产线运行畅通无阻的基本条件。

对于机械传动的刚性物流线，各工作站的工件必须同步移动，而且要求站距相等，这种物流系统在调试结束后，一般不易造成交叉和回流。

对于人工装卸工件，或人工干预较多的非刚性物流线来说，人的搬运在物流系统中占了较大的比重，它不要求工件必须同步移动和工作站站距必须相等，但在各工作站的排布时，要把物流线作为一个重要内容加以研究。二、机器人生产线的设计原则3.物流系统（a）矩形顺时针排列；（b）矩形逆时针排列；（c）线性排列图7-34四个工作站排列与物流系统关系二、机器人生产线的设计原则3.物流系统图7-35