《工业机器人工装设计》结课报告.docx
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《工业机器人工装设计》结课报告
《工业机器人工装设计》结课报告
根据课程特点与内容,课程期末考核采用结课报告的形式,包括知识任务与实践任务两部分。
一、知识任务(50分)
1.简述夹具的组成与各部分的功能。
(5分)
答:
夹具通常由定位元件、夹紧装置、对刀引导元件、分度装置、连接元件以及夹具体等组成
功能:
定位元件:
确定工件在夹具中的正确位置;
对刀引导元件:
确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向;
分度装置:
使工件在一次安装中能完成数个工位的加工,有回转分度装置和直线移动分度装置两类;
夹具体:
作为夹具底座等。
2.解释六点定位原理、完全定位与不完全定位、过定位与欠定位(5分)
六点定位原理:
是指工件在空间具有六个自由度,即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。
因此,要完全确定工件的位置,就必须消除这六个自由度,通常用六个支承点(即定位元件)来限制工件的六个自由度,其中每一个支承点限制相应的一个自由度。
完全定位:
工件的六个自由度全部被夹具中的定位元件所限制,而在夹具中占有完全确定的惟一位置,称为完全定位。
不完全定位:
在定位过程中,根据加工要求,没有必要限制工件的全部自由度,允许有一个或几个自由度不被限制的定位
过定位:
工件的一个或几个自由度被不同的定位元件重复限制的定位称为过定位。
当过定位导致工件或定位元件变形,影响加工精度时,应该严禁采用。
但当过定位并不影响加工精度,反而对提高加工精度有利时,也可以采用。
各类钳加工和机加工都会用到。
欠定位:
按照加工要求应该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。
欠定位是不允许的。
因为欠定位保证不了加工要求。
3.简述夹紧机构的组成、常用的夹紧机构。
(5分)
组成:
接受原始作用力的机构、中间传力机构、夹紧元件
例:
斜楔夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、铰链夹紧机构、定心、对中夹紧机构、联动夹紧机构
4.简述定位基准选择的原则。
(5分)
答:
分为粗基准选择原则(选择重要表面作为粗基准;选择不加工表面作为粗基准;选择加工余量最小的表面为粗基准;选择定位可靠、装夹方便、面积较大的表面为粗基准;粗基准在同一自由度方向上只能使用一次)和精基准选择原则(基准重合原则;基准统一原则;互为基准原则;自为基准原则;工件装夹方便、重复定位精度高)
5.分析下图夹具的定位元件及其限制的自由度、夹具的工作过程。
(6分)
定位元件:
定位支撑板限制自由度3
V型块限制自由度2
工作过程:
先将工件放在定位支撑板上,之后旋转手柄通过偏心轮来推动V型块直到将工件夹紧。
6.指出下图气动回路各元件的名称,分析回路工作过程。
(6分)
1、真空发生器2、直动减压阀3、节流阀4、三位三通电磁阀5、过滤器
6、换向阀7、吸盘
工作过程:
当电磁阀工作在上位时,真空发生器产生真空,吸盘吸附物体;当电磁阀工作在中位时,吸盘保持吸附或不工作状态;当电磁阀工作在下位时,吸盘放气放下物体。
7.简述末端执行器的分类、设计和选用要求、特点、设计原则和不同末端执行器的应用场合。
(8分)
分类:
弧焊枪、搬运、涂胶、点焊等、只要应用领域不同机器人末端执行器(即:
手爪)就不同。
设计要求:
(1)无论是夹持式还是吸附式,机器人的末端执行器还需要有满足作业所需要的重复精度。
(2)应该尽可能的使机器人末端执行器的结构简单并且且紧凑,质量轻,以减轻手臂的负荷。
专用较通用的机器人末端执行器结构较简单,但工作效率高,而且能够完成各种作业,而对于“万能”末端执行器来说可能会带来结构较复杂,费用昂贵等缺点,因此提倡设计使用可快速更换的系列化的且通用化的专用机器人末端执行器。
不同末端执行器的应用场合:
气吸式末端执行器
气吸式机器人末端执行器利用吸盘内产的负压产生的吸力来吸住并移动工件。
吸盘就是用的软橡胶或者是塑料制成的皮碗中形成的负压来吸住工件。
此种机器人末端执行器适用于吸取大而薄、刚性差的金属或木质板材、纸张、玻璃和弧形壳体等作业零件。
根据应用场合不同,末端执行器可以做成单吸盘、双吸盘、多吸盘或特殊形状的吸盘。
按形成负压的方法有以下几种方式:
1)挤压式吸盘
挤压排气式吸盘靠向下挤压力将吸盘中的空气全部排出,使其内部形成负压状态然后将工件吸住。
有结构简单、重量轻、成本低等优点。
但是吸力不大,多用于序曲尺寸不太大,薄而轻的工件。
2)气流负压式吸盘气流控制阀将来自气泵中的压缩空气自喷嘴喷入,形成高速射流,将吸盘内腔中的空气带走从而使腔内形成负压,然后吸盘吸住物体,如若作业现场有压缩空气供应使用这种吸盘比较方便,且成本低。
3)真空泵排气式吸盘真空泵排气式吸盘利用电磁控制阀将真空泵与吸盘相联,当控制阀抽气时,吸盘腔内的空气被抽走时,形成腔内负压从而吸住物体。
反之,控制阀将吸盘与大气联接时,吸盘会失去吸力从而松开工件。
真空泵式吸盘的吸力主要取决于吸盘吸附面积的大小以及吸盘内墙的真空度(指内q腔空气的稀薄程度)。
这种吸盘的工作可靠,吸力较大,但是需要配备真空本泵以及气流控制系统,费用较高。
机械夹持式末端执行器
直杆式双气缸平移夹持器的结构夹持器指端安装在装有指端安装座的直杆上,当压力气体进入单作用式双气缸的两个有杆腔时,两活塞向中间移动,工件被夹紧;当没有压力气体进入时,弹簧推动两个活塞向外伸出,工件被松开。
为保证两活塞同步运动,在气缸的进气路上安装分流阀。
上下料装配工作站采用的是此种末端执行器。
8.通过课程学习,总结并简述工业机器人工作站工装设计是主要内容。
(10分)
工装就是工艺装备的简称,工艺装备就是将零件加工至设计图样要求所必备的基本的条件和手段,工艺装备包括加工设备、夹具模具、量具、刀具和工具等。
设计和使用工装夹具,能够使零件迅速而准确地安装于夹具中的确定位置,从而保
证零件的加工质量满足要求,减少废品率,提高生产效率,改善劳动者的劳动条件,这
就是夹具在生产中得到广泛应用的原因。
工装夹具一般用于工件的加工或焊接过程中。
工装主要用于生产,因此我们在设计的过程中要理论结合实际,充分地考虑到问题
的方方面面,不能只考虑局部的某一部分,因为不整体的考虑可能会影响到其他的地
方,造成干涉或者其他的问题。
同时在设计时也要充分考虑到工装夹具的实用性、经济性、可靠性、艺术性等。
二、实践任务
班级成员4-5人自行分成1组,查阅相关资料,选择一种工业机器人工作站,对工作站工装进行设计,至少涵盖(不局限)以下内容。
1.任务介绍(工作对象,工作流程、任务要求、具体任务)
本吸附式上下料机器人工作站采用KUKA机器人将如图所示IPAD钢化膜搬运至装货箱,并完成该工作站的布局,即机器人从高度为1m的流水线中拾取一块长x宽为240mmx170mm,质量为190g的玻璃钢化膜送入收集箱。
在上下料过程中,机器人不得与流水线预定位置,收集箱干涉。
本任务要求完成吸附式末端执行器的设计,机器人底座设计,预定位装置设计,气动系统设计和工作站的布局。
2.选用的机器人(型号、主要参数、手腕法兰盘结构图)
选用的机器人:
KUKA-KR10R1100sixx型
型号:
KR10R1100
轴数:
6
定位重复精度:
±0.03MM
最大运动半径:
1101mm
额定负载10kg
机械本体重量:
54kg
底座尺寸:
209*207mm
工作范围:
机器人形状:
法兰接口:
法兰结构图:
3.
机器人末端执行器设计
吸盘:
型号:
VAS-10MS-M5
真空吸气直径:
10mm
真空发生器:
型号:
VN-10-H-T3-PI4-RI4
末端执行器:
组装后的末端执行器:
4.机器人底座进行设计
在底座下方能够装载机器人的电机部分,在机器人底座后方通过四个定位板能够将真空泵放到底座后方,通过气管连接到末端执行器。
SHZ-D(III)防腐双表双抽循环水真空泵:
1、功率(W):
180 2、电源(V/HZ):
220/503、流量(L/min):
60 4、扬程(m):
85、最大真空度(Mpa):
0.0986、单头抽气量(L/min):
10 7、抽气头数(个):
28、安全功能:
逆流防止阀9、水箱容积(L):
1510、水箱材质:
PP 11、外型尺寸(长×宽×高):
400×280×420mm12、全机重量(KG):
15
5.工件工装及预定位设计(传送线设计,工件在传送线上工作位的定位装置设计,工件料仓设计等)
(1)在流水线平台上设计一个宽174mm物料槽用于放置原料(原件宽度为170mm),末端且放置有挡板。
(2)在流水线末端和机器人末端执行器各安装一个传感器,当在一定距离内检测到工件时,机器人通过末端执行器传感器确定位置并开始吸取。
6.机器人工作站合理布局
如下图所示,上下料机器人工作站主要由流水线平台,机器人以及收集箱组成,已知所选用的库卡机器人最大运动半径为1101mm,所以机器人距离流水线工作台与收集箱不宜过远,这里机器人距离流水线工作台与打包平台均为900mm,机器人首先从流水线工作平台中吸取工件,然后逆时针旋转180度送至打包平台上的固定位置,收集箱是一个设有长*宽为240mm*171mm的放置槽的箱体,底部设有力觉传感器,通过测量钢化膜的重量来计算是否装满,然后把信息传到电脑,电脑再控制收集箱下的传送带移动,将空的收集箱运到指定位置,继续收集。
在收集箱两侧能够安装和流水线想同的传感器,进行工件的定位。
构想图:
7.对实践任务完成情况的自我评价(优点、不足及改进方向)
有些工件图没能画出,导致不能直观的查看。
选用的泵是循环水真空泵,提供的吸力足够,而且价格便宜,并且能够和机器人底座固定在一起,减少了空间。
工件放到收集箱内后能直接装箱,减少了再次装箱的时间。
由于所选用的机器人不是非常重,所以底座能够安装带有锁向功能的万向轮,当需要进行维修时,我们能够推走,在宽敞的空间内进行维护和保养等工作。
末端执行器的固定可以使用卡槽卡住,有利于拆卸进行维护和更换。
在工件的抓取上可以使用多个传感器进行定位,使精度更高,减少工作误差。
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