工业机器人机械装调与维护

本书内容讲解细致，通俗易懂。本书基于华数机器人机械系统拆装平台编写，内容紧密结合实训平台，让学生学习效率更高。通过结合本教材和机器人机械系统拆装实训平台的学习以后，学生可基本掌握常用工业机器人的机械结构装配方法，包括本体、减速机、伺服电机等及气动系统的设计和装配。同时，通过实训后能基本形成工业机器人的结构理论体系，能更好的为在工业机器人领域的进一步学习发展奠定扎实基础。

前言 
项目1 工业机器人拆装工作站简介 2
项目2 工业机器人基本操作 6
任务2.1 工业机器人示教器操作 6
任务2.2 机器人编程 20
项目3 工业机器人结构分析 25
任务3.1工业机器人机械结构分析 25
任务3.2工业机器人传动系统分析 29
任务3.3工业机器人驱动系统分析 45
任务3.4传感检测技术在工业机器人中的应用 53
任务3.5 气动技术在机器人中的应用 71
项目4 工业机器人本体拆装 92
任务4.1工业机器人拆装前准备 92
任务4.2 工业机器人5-6轴拆卸 96
任务4.3 工业机器人3-4轴拆卸 101
任务4.4工业机器人1-2轴拆卸 104
任务4.5工业机器人1-2轴装配 107
任务4.6工业机器人3-4轴装配 111
任务4.7工业机器人5-6轴装配 116
项目5 工业机器人调试 124
任务5.1工业机器人精度检测 124
任务5.2工业机器人校准 127
任务5.3 机器人保养 132
任务5.4 机器人故障排除 137

项目1 工业机器人拆装工作站简介
【教学目标】
1.了解六轴关节机器人实训平台的技术参数。
2.了解工业机器人拆装工作站的安装环境。
3.熟悉机器人的应用。
【项目概述】
本课程总体分为三大模块，即机器人基本理论及结构认识、工业机器人拆装及调试和工业机器人故障排查及维护三块课程内容。在每一块课程内容中，均将理论与实际操作同时施教，让学生在学习理论之时通过实训平台实际操作及拆装机器人后，达到学生学习到整个工业机器人系统知识的目的。
【引导案例】
随着工业智能化升级制造发展的趋势，社会对人才的需求正发生显著变化，由简单重复的基本劳动技能正向着对技术要求更高的专业技能人才需求，特别是迈向工业4.0方向的工业机器人技术人才需求为明显。为适应社会需求，本书特别选择工业机器人中有代表性的六关节机器人作为实训平台，实现机器人实际生产线安装、调试、故障排查及维护功能。使读者能够学到六轴关节机器人的结构原理、机器人装配工艺、故障分析及维护等各种知识。
【任务介绍】
工业机器人的出现大大减轻了人工的劳动强度，提高了生产效率，随着工业机器人的快速普及，工业机器人的种类也越来越多，不同的机器人技术参数和安装环境有一定的区别，因此对于工业机器人的使用和安装需要了解其相应的技术参数能否适应相应的工作环境。本次任务以华数HSR-612机器人为载体，重点介绍了机器人的总体布局、技术参数和典型的应用案例。
【任务分析】
机器人的安装使用需要了解机器人的具体技术参数和安装环境，这对于机器人后期的使用和维护都是非常有必要的。对于机器人技术参数的分析可以通过型号规格说明的阅读；机器人的安装环境可以查阅具体的技术说明书来实现。
【相关知识】
工业机器人技术是计算机、控制技术、机构学、信息及传感技术、人工智能等多学科交叉领域形成的高新技术。其类别可以按基本结构分为四大类，即直角坐标型、圆柱坐标型、球坐标型及关节型。本机器人机械系统拆装实训平台选择了运用广泛的六轴机器人作为实训对象。其结构和控制也是目前工业机器人相对复杂的技术。
1．拆装工作站实验室总体布局
六轴机器人拆装工作站是通过模拟优化工厂实际生产的华数六轴机器人而设计的工作站，使得本教学拆装工作站以模拟工厂实际生产的方式来教学。该工作站整体布局相对小巧且灵活，便于在学校一般实验室内合理安装布局。也可根据贵校实际情况，将华数六关节机器人教学实训工作站设备布置在特定的同一实验室或者同一厂区，各个设备主要按照田字形，也可以按照线性摆放，教学时可让更多学生参与到操作或教学机器人协作等内容。具体布局如图1-1所示。

图1-1 教学拆装工作站基本模型及布局
工业机器人的安装建设需对周围的环境有一定的要求，为了能安全的使用该设备，工作站使用现场必须满足以下环境条件：
1)工作环境温度必须在0℃～45℃之间。
2)相对湿度在30%～85%之间，无凝露。
3)确保安装位置无易燃、腐蚀性液体和气体。
4)确保安装位置不受过大的振动影响。
5)确保安装位置小的电磁干扰。
6)确保安装位置有足够的机器人运动空间，并安装安全围栏。
2． 拆装工作站技术参数

图1-2 工业机器人型号说明
工业机器人的使用需要了解其机器人负荷、机器人轴数、机器人类型等技术参数，该参数可以通过型号规格说明来具体了解，本教材主要以重庆华数机器人有限公司的HSR-612型机器人为载体，其型号规格说明上如图1-2所示。
表1-1 HSR-612型机器人机械拆装实训工作站参数
设备名称 设备组成及参数
工业机器人机械拆装实训工作站 机器人本体 自由度 6
 有效负载 12Kg
 重复定位精度 ±0.06mm
 臂长 1555mm
 减速机 RV减速机和谐波减速机
 控制器 HPC-100型高档机器人控制系统，配备NCUC总线接口、标准网络接口、VGA接口以及USB接口，DC24V电源供电
 总线方式 NCUC总线通讯
 额定速度 J1轴 2.58rad/s，148°/s
 J2轴 2.58rad/s，148°/s
 J3轴 2.58rad/s，148°/s
 J4轴 6.28 rad/s，360°/s
 J5轴 3.93 rad/s，225°/s
 J6轴 6.28 rad/s，360°/s
 运动范围 J1轴±170
 J2轴-75°/ 170°
 J3轴-85°/ 140°
 J4轴±180°
 J5轴±108°°
 J6轴±360°
 安装方式 地面安装
 本体重量 196KG
 装配桌 材质 欧标铝材 冷轧板（表面防静电胶皮3mm、深绿）
 尺寸 1200mm×600mm×750mm
 零件箱 6个
 工装夹具 数量 2个
 材质 Q235
 夹具1 尺寸 480mm×480mm×140mm
 重量 20kg
 夹具2 尺寸 400×300×300mm
 重量 50kg
 悬臂吊 高度 2.35m
 横杆 长度 2.3m
 材质 14工字钢
 活动半径 0-120°
 负载 300kg
 电源 220AC 
 上下工作范围 0-1200mm
 前后工作范围 0-800mm
3． 工业机器人应用案例
由于六轴机器人的通用型较强，理论上的空间任何工作都行完成，所以六轴机器人在自动化生产过程中运用十分广泛。目前常用的自动化案例大致如下几类。
1）冲压自动化领域
冲压生产线，特别是大型冲压生产线上。一般指1000T以上压机组成的几个工序，通常一台压机就需要4个人左右，一般采用六轴机器人节省大量人工，并提高效率。机器人末端通常采用端拾器拾取冲压件，完全组成一条自动化生产线完成工件的冲压任务。
2）热锻自动化案例
热锻压车间工作环境非常恶劣，人工成本较高，尤其是夏天，越来越少的人愿意从事该行业。六轴机器人组成热锻生产线需要涉及以下内容：
a）耐高温夹具设计（通常900°C左右）；
b）自动上料到中频炉（上料自动）；
c）自动喷墨装置（喷脱模剂）；
d）机器人高等级防护，防粉末等。
3）机加自动化案例
上下料机器人在工业生产中一般是为机床服务的。数控机床的加工时间包括切削时间和辅助时问。当上下料机器人的上料精度达到一定的要求，就可以缩减数控机床对刀，从减少切削时间。机床上下料需要较高精度和自由度，目前运用较为广泛的即是通过六轴机器人组成机械加工自动化单元。特别是与数控机床完全能够组成无人车间，降低人力成本时也提高了加工效率。
4）焊接自动化案例
焊接是技术质量要求高的工作，同时对工人技术要求较高的领域。包括点焊和弧焊均为需熟练的技术工人才能完成，人力成本较高。特别在汽车领域，目前基本实现利用六轴机器人替代人工焊接工作，整体提高了汽车工业的行业水平。
5）打磨抛光自动化案例
打磨和抛光不仅对工人的技术水平要求较高，而且其工作环境较为恶劣。利用六轴机器人完全可以替代人工，不仅降低了人员暴露于恶劣环境下的危害，而且形成了高度一致性的产品质量。由于工艺要求较高，目前六轴机器人在这领域正逐渐完善其自动化升级过程。
【小结】
1．通过认识设备，进一步了解机器人的技术参数和安装环境。
2．通过了解机器人的应用案例，了解机器人应用。
【思考与练习】
1. HSR-618型机器人的有效载荷是多少？
2.请简单描述工业机器人主要应用在哪些领域。

本教材基于华数HSR-612型工业机器人编写，内容紧密结合华数HSR-612型工业机器人机械本体，共由以下章节组成：第1章工业机器人拆装工作站简介，简单介绍华数机器人机械系统拆装实训平台基本情况，重点介绍其实验室总体布局、拆装平台的技术参数和工业机器人现实应用的案例，使读者对机器人拆装平台和工业机器人的应用有个基本的了解。第二章为机器人基本操作，主要讲述了工业机器人示教器的界面功能和操作方法，并对机器人的基本编程方法作了一定的讲解。第三章工业机器人结构分析，简单介绍了工业机器人主要机械零部件的结构和工作原理。第四章工业机器人机械本体拆装，详述本实训平台整体拆装步骤。第五章工业机器人调试，介绍了六轴机器人简单精度测试方法、机器人校准和机器人保养内容，以验证机器人终装配的正确性和后期使用的维护。

沈涛，男，汉族，2009年7月毕业于陕西科技大学机械设计制造及其自动化专业。目前就职与宜宾职业技术学院机电一体化教学中心，主要从事自动控制，工业机器人安装调试方面的教学和研究工作。到目前为止共发表各类论文32篇，参加科研项目18项，编写教材2篇，指导学生各类技能竞赛获省级以上奖励共21次。