(6.1.3)--工业机器人维护保养.pdf
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1、项目六、工业机器人维护保养随着机器人技术的发展,工业机器人被广泛用于汽车、食品、包装等行业中,不仅提升了产品的品质和生产效率,而且还降低了生产成本。工业机器人的管理与维护保养是企业的一项重要工作,对相关人员的专业素养也提出了很高的要求,不仅需要具有基本理论知识和管理能力,而且还需要胜任安装、编程、调试与维护保养工作。机器人管理与维护保养的目的是减少机器人的故障率和停机时间,充分利用机器人这一生产要素,最大限度地提高生产效率。机器人的管理与维护保养在企业生产中尤为重要,直接影响到系统的寿命,必须精心维护。管理部门门要充分认识到机器人维护管理工作的重要性,从制度上建立、健全机器人管理与维护保养体系
2、,包括制度的制定、实施、考核等多个方面。而工业机器人管理与维护人员,必须经过专业培训,具备安全操作知识,并且严格按照维护计划来执行。工业机器人的维护与保养,主要包括一般性保养和例行维护。例行维护分为控制柜维护和机器人本体系统的维护。一 般性保养是指机器人操作者在开机前,对设备进行点检确认设备的完好性以及机器人的原点位置;在工作过程中注意机器人的运行情况,包括油标、油位、仪表压力、指示信号、保险装宵等;之后清理整理现场,清扫设备。因此,本章节围绕工业机器人的维护与保养,从工业机器人机械结构的维护保养、工业机器人电气系统的维护保养、工业机器人零部件的更换三个方面进行讲解,目的在于通过本章节的学习,
3、能够培养出工业机器人管理维护专业性人才,提升相关人员的专业知识,培养深厚的理论基础和实际操作能力,促进工业机器人应用和维护的可持续发展。【学习目标】【学习目标】1、熟知各个机械臂中油脂的补充2、熟知各个机械臂中油脂的更换3、了解工业机器人常用部件的使用和维护保养4、掌握工业机器人维修和保养的相关知识5、了解工业机器人各部件的更换步骤6、掌握工业机器人零点校准【知识储备】【知识储备】任务一任务一 工业机器人机械结构的维护保养工业机器人机械结构的维护保养工业机器人包括机械部分、机器人控制系统、手持式编程器、连接电缆、软件及附件等关于机器人所有组件。机器人一般采用 6 轴式节臂运动系统设计,机器人的
4、结构部件一般采用铸铁结构。机器人的机械结构系统由手部、腕部、臂部、机身和行走机构组成。机器人必须有一个便于安装的基础件机座。机座往往与机身做成一体,机身与臂部相连,机身支承臂部,臂部又支承腕部和手部,如图 6-1 所示。图 6-1本体的内部结构一、机器人机械结构一、机器人机械结构1、机器人的手部机构机器人的手部机构机器人的手部又称为末端执行器,它是装在机器人腕部上,直接抓握工件或执行作业的部件。机器人的手部是最重要的执行机构,从功能和形态上看,它可分为工业机器人的手部和仿人机器人的手部。1.1 机器人的手部机构(1)手部与腕部相连处可拆卸:手部与腕部有机械接口,也可能有电、气、液接口。工业机器
5、人作业对象不同时,可以方便地拆卸和更换手部。(2)手部是机器人末端执行器:它可以像人手那样具有手指,也可以不具备手指;可以是类人的手爪,也可以是进行专业作业的工具,比如装在机器人腕部上的喷漆枪,焊接工具等。(3)手部的通用性比较差:机器人手部通常是专用的装置,例如,一种手爪往往只能抓握一种或几种在形状、尺寸、重量等方面相近似的工件;一种工具只能执行一种作业任务。1.2机器人手爪的分类(1)按手部的用途分类手部按其用途划分,可以分为手爪和工具两类。1)手爪手爪具有一定的通用性,它的主要功能是:抓住工件,握持工件,释放工件。2)工具工具是进行某种作业的专用工具,如喷枪、焊具等。如图 6-2 所示。
6、图 6-2专用工具(2)按手部的抓握原理分类手部按其抓握原理可分为夹持类手部和吸附类手部两类。1)夹钳式取料手夹钳式取料手由手指/手爪和驱动机构、传动机构及连接与支承元件组成,如图 6-3 所示。通过手指的开、合动作实现对物体的夹持。2)吸附式取料手吸附类手部靠吸附力取料。吸附类手部适用于大平面、易碎、微小的物体,因此适用面也较大。吸附式取料手靠吸附力的不同分为气吸附和磁吸附两种。吸附式取料手适应于大平面、易碎、微小的物体,因此使用面较广。1-手指;2-传动机构;3-驱动机构;4-支架;5-工件图 6-3夹钳式取料手a)固定 V 型b)滚柱 V 型c)自定位式 V 型图 6-4机器人 V 型指
7、a)平面指b)尖指c)特形指图 6-5 夹钳式手的指端1-橡胶吸盘;2-固定环;3-垫片;4-支承环;5-螺母;6-基板图 6-6真空气吸附取料手(3)按手部的智能化分类按手部的智能化划分,可以分为普通式手爪和智能化手爪两类。普通式手爪不具备传感器。智能化手爪具备一种或多种传感器,如力传感器、触觉传感器等,手爪与传感器集成成为智能化手爪。(4)防人手机器人手部为了提高机器人手部和腕部的操作能力、灵活性和快速反应能力,使机器人能像人手一样进行各种复杂的作业,如装配作业,维修作业,设备操作等。就必须有一个运动灵活、动作多样的灵巧手,即防人手机器人手部。图 6-7 多关节柔性手腕图 6-8 柔性手(
8、5)专用末端操作器及换接器1)专用末端操作器机器人是一种通用性较强的自动化设备,可根据作业要求完成各种动作,再配上各种专用的末端操作器后,就能完成各种操作,如图 6-9 所示。2)换接器或自动手爪更换装置换接器由两部分组成:换接器插座和换接器插头,分别装在机器腕部和末端操作器上,能够实现机器人对末端操作器的快速自动更换。3)焊枪熔化极气体保护焊的焊枪可用来进行手工操作和自动焊。这些焊枪包括适用于大电流、高生产率的重型焊枪和适用于小电流、全位置焊的轻型焊枪。a)夹钳式取料手b)吸附式取料手c)专用操作器及转换器d)仿生多指灵巧手图 6-9机器人末端执行器1-喷嘴 2-分流器 3-导电嘴 4-绝缘
9、螺母 5-连杆 6-弯管 7-松下接头 8-欧式接头图 6-10焊枪示意图1.3 手爪设计和选用的要求(1)被抓握的对象物手爪设计和选用首先要考虑的是什么样的工件要被抓握。因此,必须充分了解工件的几何形状、机械特性。(2)手爪和机器人匹配手爪一般用法兰式机械接口与手腕相连接,手抓自重也增加了机械臂的载荷,这两个问题必须仔细考虑。(3)环境条件在作业区域内的环境状况很重要,比如高温、水、油等环境会影响手爪工作。一个锻压机械手要从高温炉内取出红热的锻件必须保证手爪的开合,驱动在高温环境中均能正常工作。图 6-11机器人末端工具相似例2、机器人的腕部机构机器人的腕部机构2.1机器人腕部的移动方式(1
10、)腕部的活动机器人一般具有 6 个自由度才能使手部达到目标位置和处于期望的姿态。为了使手部能处于空间任意方向,要求腕部能实现对空间 3 个坐标轴 x、y、z 的旋转运动腕部旋转、腕部弯曲、腕部侧摆,或称为 3 个自由度。(2)腕部的转动按腕部转动特点的不同,用于腕部关节的转动又可细分为滚转和弯转两种。滚转是指组成关节的两个零件自身的几何回转中心和相对运动的回转轴线重合,因而能实现 360无障碍旋转的关节运动,通常用 R 来标记,如图 6-12 所示。(a)绕 z 轴转动(b)绕 y 轴转动(c)绕 x 轴转动(d)绕 xyz 轴转动图 6-12 手腕的自由度2.2手腕的分类手腕按自由度数目来分
11、类,可分为单自由度手腕、二自由度手腕和三自由度手腕。(1)单自由度手腕如图所示是一种翻转关节,它把手臂纵轴线和手腕关节轴线构成共轴线形式,这种 R关节旋转角度大,可达到 360以上。图 bc 是一种折曲关节,关节轴线与前后两个连接件的轴线相垂直。这种 B 关节因为受到结构上的干涉,旋转角度小,大大限制了方向角。(a)R 手腕;(b)B 手腕;(c)Y 手腕;(d)T 手腕图 6-13 单自由度手腕(2)二自由度手腕二自由度手腕可以由一个 R 关节和一个 B 关节组成 BR 手腕,也可以由两个 B 关节组成 BB 手腕。但是不能由两个 R 关节组成 RR 手腕,因为两个 R 关节共轴线,所以退化
12、了一个自由度,实际只构成了单自由度手腕。(a)BR 手腕(b)BB 手腕(c)RR 手腕图 6-14 自由度手腕(3)三自由度手腕三自由度手腕可以由一个 B 关节和 R 关节组成多种形式。图所示的通常见到的 BBR 手腕,使手部具有俯仰、偏转和翻转运动,即 RPY 运动。(a)BBR 手腕;(b)BRR 手腕;(c)RRR 手腕;(d)BBB 手腕图 6-15 自由度手腕2.3手腕的典型结构手腕除应满足启动和传送过程中所需的输出力矩外,还要求结构简单,紧凑轻巧,避免干涉,传动灵活,多数情况下,要求将腕部结构的驱动部分安装在小臂上,使外形整齐,也可以设法使几个电动机的运动传递到同轴旋转的心轴和多
13、层套筒上去,运动传入手腕部后再分别实现各个动作。下面介绍几种常见的机器人手腕结构。3、机器人的臂部机构机器人的臂部机构3.1手臂特性刚度要求高;导向性要好;重量要轻;运动要平稳、定位精度要高3.2机器人臂部的运动与组成(1)手臂的运动1)垂直移动;2)径向移动;3)回转运动(2)手臂的组成机器人的手臂主要包括臂杆以及与其伸缩、屈伸或自转等运动有关的构件,如传动机构、驱动装置、导向定位装置、支承连接和位置检测元件等。此外还有与腕部或手臂的运动和连接支承等有关的构件、配管配线等。3.3机器人臂部的配置机身和臂部的配置形式基本上反映了机器人的总体布局。由于机器人的运动要求、工作对象、作业环境和场地等
14、因素的不同,出现了各种不同的配置形式。目前常用的有横梁式、立柱式、机座式、屈伸式四种。3.4机器人手臂机构(1)臂部伸缩机构(2)臂部俯仰机构3.5机器人手臂的分类手臂是机器人执行机构中重要的部件,它的作用是支承腕部和手部,并将被抓取的工件运送到给定的位置上。机器人的臂部主要包括臂杆以及与其运动有关的构件,包括传动机构,驱动装置、导向定位装置、支承连接和位置检测元件等。a)圆柱坐标系b)直角坐标系c)球坐标系d)关节型e)平面关节型图 6-16机器人手臂机械结构形式4、机器人的行走机构4.1 机器人行走机构的特点行走机构按其行走移动可分为固定轨迹式和无固定轨迹式。固定轨迹式行走机构主要用于工业
15、机器人。无固定轨迹式行走机构按其特点可分为步行式、轮式和履带式行走机构。在行走过程中,前两种行走机构与地面连续接触,其形态为运行车式,应用较多,一般用于野外、较大型作业场合,也比较成熟;后一种与地面为间断接触,为动物的腿脚式,该类机构正在发展和完善中。二、二、工业机器人机械结构的维护保养工业机器人机械结构的维护保养机器人机械结构的日常维护保养主要是对各个机械臂进行油脂的补充和更换,学生应熟悉各轴油脂的补充和更换步骤并能进行熟练操作。本任务的逻辑结构见图 6-17。图 6-17逻辑结构图1、任务准备工业机器人油脂补充和更换时请注意以下事项,否则电机、减速器机会出现故障。(1)如果不取堵塞,注油时
16、油脂会侵入电机,引起故障。请务必取下堵塞。(2)不要在排出口安装接口、软管等。否则会引起油封脱落的故障。(3)注油时请使用油脂专用泵。油脂泵的空气供给压力设在 0.3MPa 以下,注入速度设在8g/s 以下。(4)为了不使减速器内进入空气,首先在注入侧的软管里填充油脂。工业机器人机械结构维护保养的工具和耗材见表 6-1表 6-1工业机器人机械结构维护保养的工具和耗材2、机器人 J1 轴减速器油脂补充和更换J1 轴减速器注油口位置见图 6-18,出油口位置见图 6-19。图 6-18J1 轴减速器注油口位置图6-19J1 轴减速器出油口位置油脂补充和更换时应注意以下事项,错误的操作会引起电机和减
17、速器的故障。2.1 油脂补充步骤:(1)取下排油口的堵塞(2)油枪从注油口注油(3)装排油口堵塞前,运动 J1 轴几分钟,使多余的油脂从排油口排出(4)布擦净从排油口排出的多余的油脂,在排油口安装堵塞。堵塞的螺纹处要缠生胶带并用扳手拧紧。下表为 J1 轴减速器油脂补充规范表 6-2J1 轴减速器油脂补充规范2.2 油脂更换步骤:(1)取下排油口的堵塞(2)用油枪从注油口注油(3)从排油口完全排出旧油,开始排出新油时,说明油脂更换结束。(旧油与新油可通过颜色判别)(4)安装排油口堵塞前,运动 J1 轴几分钟,使多余的油脂从排油口排出(5)用布擦净从排油口排出的多余的油脂,在排油口安装堵塞。堵塞的
18、螺纹处要缠生胶带并用扳手拧紧。下表为 J1 轴减速器油脂更换规范表 6-3J1 轴减速器油脂更换规范3、机器人 J2 轴减速器油脂补充和更换J2 轴减速器注油口位置见图 6-20,出油口位置见图 6-21。图 6-19J2 轴减速器注油口位置图6-20J2 轴减速器出油口位置3.1 油脂补充步骤:(1)使 J2 臂处于垂直于地面的位置(2)取下排油口的堵塞,用油枪从注油口注油(3)安装排油口堵塞前,运动 J2 轴几分钟,使多余的油脂从排油口排出。(4)用布擦净从排油口排出的多余的油脂,在排油口安装堵塞。堵塞的螺纹处要缠生胶带并用扳手拧紧。下表为 J2 轴减速器油脂补充规范表 6-4J2 轴减速
19、器油脂补充规范3.2 油脂更换步骤:(1)使 J2 臂处于垂直于地面的位置。(2)取下排油口的堵塞。(3)用油枪从注油口注油。(4)从排油口完全排出旧油,开始排出新油时,说明油脂更换结束。(旧油与新油可通过颜色判别)。(5)安装排油口堵塞前,运动 J2 轴几分钟,使多余的油脂从排油口排出 6、用布擦净从排油口排出的多余的油脂,在排油口安装堵塞。堵塞的螺纹处要缠生胶带并用扳手拧紧。下表为 J2 轴减速器油脂更换规范表 6-5J2 轴减速器油脂更换规范4、机器人 J3 轴减速器油脂补充和更换J3 轴减速器注油口位置见图 5-21,出油口位置见图 5-22。图 6-21J3 轴减速器注油口位置图6-
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- 6.1 工业 机器人 维护 保养
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