第五章搬运机器⼈及其操作应⽤
5.1搬运机器⼈的分类及特点
5.2搬运机器⼈的系统组成
5.3搬运机器⼈的作业⽰教
5.3.1冷加⼯搬运机器⼈
5.3.2热加⼯搬运机器⼈
学习⽬标导⼊案例课堂认知扩展与提⾼本章⼩结思考练习
5.4搬运机器⼈的周边设备
5.4.1周边设备
5.4.1周边设备
课前回顾
如何使⽤在线⽰教⽅式进⾏⼯业机器⼈任务编程？
如何进⾏⼯业机器⼈离线作业⽰教再现？
学习⽬标
认知⽬标
了解搬运机器⼈的分类及特点
掌握搬运机器⼈的系统组成及其功能
熟悉搬运机器⼈作业⽰教的基本流程
熟悉搬运机器⼈的周边设备与布局
能⼒⽬标
能够识别搬运机器⼈⼯作站基本构成
能够进⾏搬运机器⼈的简单作业⽰教
导⼊案例
机器⼈助⼒机床上下料，国产⾼效智能压铸装备研制成功
智能压铸岛是以压铸机为核⼼设备构成的⼀组智能化⽣产单元，以⽆⼈化⽣产管理⽅式⾃动完成从原材料到合格铸件成品间的⼯艺⽣产流程，实现压铸⽣产的程序化、数字化和远程控制。⾼效智能压铸岛以压铸机为核⼼，配备3-10个机器⼈和多部AGV ⼩车，集成多个控制系统、伺服系统、检测系统于⼀体，包括铝液智能熔化系统、伺服定量浇注系统、炉料回收系统、智能熔体含⽓量检测系统、真空压铸系统⾃动模温机、⾃动三维伺服喷涂机械⼿、耐⾼温抗腐蚀的装件取件机器
⼈、镶嵌⾃动快速加热和均温装置、⾃动型芯冷却系统、⾃动余料去除及飞边清理装置、⼤型精密压铸模具、输送带、冷却装置、在线智能检测系统、
激光打标机、智能转运⼩车、压铸⽣产信息化管理系统、嵌⼊式专⽤控制器、压铸专家系统等设备和系统。
课堂认知
5.1搬运机器⼈的分类及特点
搬运机器⼈具有通⽤性强、⼯作稳定的优点，且操作简便、功能丰富，逐渐向第三代智能机器⼈发展，其主要优点有。
动作稳定和提⾼搬运准确性。
提⾼⽣产效率，解放繁重体⼒劳动，实现“⽆⼈”或“少⼈”⽣产。
改善⼯⼈劳作条件，摆脱有毒、有害环境。
柔性⾼、适应性强，可实现多形状、不规则物料搬运。
定位准确，保证批量⼀致性。
降低制造成本，提⾼⽣产效益。
从结构形式上看，搬运机器⼈可分为龙门式搬运机器⼈、悬臂式搬运机器⼈、侧壁式搬运机器⼈、摆臂式搬运机器⼈和关节式搬运机器⼈。
龙门式搬运机器⼈
其坐标系主要由X轴、Y轴和Z轴组成。其多采⽤模块化结构，可依据负载位置、⼤⼩等选择对应直线运
动单元及组合结构形式，可实现实现⼤物料、重吨位搬运，采⽤直⾓坐标系，编程⽅便快捷，⼴泛运⽤于⽣产线转运及机床上下料等⼤批量⽣产过程。
悬臂式搬运机器⼈其坐标系主要由X轴、Y轴和Z轴组成。其也可随不同的应⽤采取相应的结构形式。
⼴泛运⽤于卧式机床、⽴式机床及特定机床内部和冲压机热处理机床⾃动上下料。
龙门式搬运机器⼈悬臂式搬运机器⼈
侧壁式搬运机器⼈
其坐标系主要由X轴、Y轴和Z轴组成。其也可随不同的应⽤采取相应的结构形式。主要运⽤于⽴体库类，如档案⾃动存取、全⾃动银⾏保管箱存取系统等。
摆臂式搬运机器⼈其坐标系主要由X轴、Y轴和Z轴组成。Z轴主要是升降，也称为主轴。Y轴的移动主要通过外加滑轨，X轴末端连接控制器，其绕X轴的转动，实现
4轴联动。⼴泛应⽤于国内外⽣产⼚家，是关节式机器⼈的理想替代品，但其负载程度相对于关节式机器⼈⼩。
侧壁式搬运机器⼈摆臂式搬运机器⼈
关节式搬运机器⼈
关节式搬运机器⼈是当今⼯业产业中常见的机型之⼀，其拥有5~6个轴，⾏为动作类似于⼈的⼿臂，具有结构紧凑、占地空间⼩、相对⼯作空间⼤、⾃由度⾼等特点，适合于⼏乎任何轨迹或⾓度的⼯作。
关节式搬运机器⼈
龙门式、悬臂式、侧壁式和摆臂式搬运机器⼈均在直⾓式坐标系下作业，其适应范围相对较窄、针对性较强，适合定制专⽤机来满⾜特定需求。
直⾓式（桁架式）搬运机器⼈和关节式机器⼈在实际运⽤中都有如下特性:
1）能够实时调节动作节拍、移动速率、末端执⾏器动作状态。
2）可更换不同末端执⾏器以适应物料形状的不同，⽅便、快捷。
3）能够与传送带、移动滑轨等辅助设备集成，实现柔性化⽣产。
4）占地⾯积相对⼩、动作空间⼤，减少⼚源限制。
5.2搬运机器⼈的系统组成
搬运机器⼈是⼀个完整系统。以关节式搬运机器⼈为例，其⼯作站主要有操作机、控制系统、搬运系统（⽓体发⽣装置、真空发⽣装置和⼿⽖等）和安全保护装置组成。
搬运机器⼈系统组成
关节式搬运机器⼈常见的本体有4-6轴。6轴搬运机器⼈本体部分具有回转、抬臂、前伸、⼿腕旋转、⼿腕弯曲和⼿腕扭转6个独⽴旋转关节，多数情况下5轴搬运机器⼈略去⼿腕旋转这⼀关节，4轴搬运机器⼈则略去了⼿腕旋转和⼿腕弯曲这两个关节运动。
搬运机器⼈运动轴
常见的搬运机器⼈末端执⾏器有吸附式、夹钳式和仿⼈式等。
吸附式吸附式末端执⾏器依据吸⼒不同可分为⽓吸附和磁吸附。
1)⽓吸附主要是利⽤吸盘内压⼒和⼤⽓压之间压⼒差进⾏⼯作，依据压⼒差分为真空吸盘吸附、⽓流负压⽓吸附、挤压排⽓负压⽓吸附等。
通过连接真空发⽣装置和⽓
体发⽣装置实现抓取和释放
⼯件，⼯作时，真空发⽣装
置将吸盘与⼯件之间的空⽓
吸⾛使其达到真空状态，此
时，吸盘内的⼤⽓压⼩于吸
盘外⼤⽓压，⼯件在外部压
⼒的作⽤下被抓取。
1—橡胶吸盘；2—固定环；3—垫⽚4—⽀撑杆；5—螺母；6—基板
真空吸盘吸附
利⽤流体⼒学原理，通过
压缩空⽓（⾼压）⾼速流
动带⾛吸盘内⽓体（低
压）使吸盘内形成负压，
同样利⽤吸盘内外压⼒差
完成取件动作，切断压缩
空⽓随即消除吸盘内负
压，完成释放⼯件动作。
1—橡胶吸盘；2—⼼套；3—透⽓螺钉4—⽀撑架；5—喷嘴；6—喷嘴套
⽓流负压⽓吸附
利⽤吸盘变形和拉
杆移动改变吸盘内
外部压⼒完成⼯件
吸取和释放动作。
1—橡胶吸盘；2—弹簧；3—拉杆
挤压排⽓负压⽓吸附
2)磁吸附利⽤磁⼒进⾏吸取⼯件，常见的磁⼒吸盘分为永磁吸盘、电磁吸盘、电永磁吸盘等。
1—⾮导磁体；2—永磁铁；3—磁轭；4—⼯件永磁吸附
利⽤磁⼒线通路的连续性及
磁场叠加性⽽⼯作，永磁吸
盘的磁路为多个磁系，通过
磁系之间的相互运动来控制
⼯作磁极⾯上的磁场强度的
强弱进⽽实现⼯件的吸附和
释放动作。
利⽤内部激磁线圈通
直流电后产⽣磁⼒，
⽽吸附导磁性⼯件。
1—直流电源；2—激磁线圈；3—⼯件
电磁吸附
电永磁吸附是利⽤永磁磁铁产⽣磁⼒，利⽤激磁线圈对吸⼒⼤⼩进⾏
控制，起到“开、关”作⽤。
磁吸附只能吸附对磁产⽣感应物体起作⽤，故对于要求不能有剩磁的⼯
件⽆法使⽤，且磁⼒受⾼温影响较⼤，故在⾼温下⼯作亦不能选择磁吸附，所以在使⽤过程中有⼀定局限性。常适合要求抓取精度不⾼且在常温下⼯作的⼯件。
根据被抓取⼯件形状、⼤⼩及抓取部位的不同，⽖⾯形式常有平滑⽖⾯、齿形⽖⾯和柔性⽖⾯。
平滑⽖⾯：指⽖⾯光滑平整，多数⽤来加持已加⼯好的⼯件表⾯，保证加⼯表⾯⽆损伤。
齿形⽖⾯：指⽖⾯刻有齿纹，主要⽬的是增加与加持⼯件的摩擦⼒，确保加持稳固可靠，常⽤于加持表⾯粗糙⽑坯或半成品⼯件。
柔性⽖⾯：内镶有橡胶、泡沫、⽯棉等物质，起到增加摩擦、保护已加⼯⼯件表⾯、隔热等作⽤。多⽤于加持已加⼯⼯件、炽热⼯件、脆性或薄壁⼯件等。
夹钳式：通过⼿⽖的开启闭合实现对⼯件的夹取，由⼿⽖、驱动机构、传动机构、连接和⽀
承元件组成。多⽤于负载重、⾼温、表⾯质量不⾼等吸附式⽆法进⾏⼯作的场合。常见⼿⽖前端形状分V型⽖、平⾯型⽖、尖型⽖等。
1)V型⽖常⽤于圆柱形⼯件，其加持稳固可靠，误差相对较⼩。
2)平⾯型⽖多数⽤于加持⽅形⼯件（⾄少有两个平⾏⾯如⽅形包装盒等），厚板形或者短⼩棒料。
3)尖型⽖常⽤于加持复杂场合⼩型⼯件，避免与周围障碍物相碰撞，也可加持炽热⼯件，避免搬运机器⼈本体受到热损伤。
V型⽖平⾯型⽖尖型⽖
仿⼈式仿⼈式末端执⾏器是针对特殊外形⼯件进⾏抓取的⼀类⼿⽖，其主要包括柔性⼿和多指灵巧⼿。
1)柔性⼿柔性⼿的抓取是多关节柔性⼿腕，每个⼿指有多个关节链组成，有摩擦轮和牵引丝组成，⼯作时通过⼀根牵引线收紧另⼀根牵引线放松实现抓取，其抓取不规则、圆形等轻便⼯件。
2)多指灵巧⼿多指灵巧⼿包括多根⼿指，每根⼿指都包含3个回转⾃由度且为独⽴控制，实现精确操作，⼴泛应⽤于核⼯业、航天⼯业等⾼精度作业。
柔性⼿灵巧⼿
搬运机器⼈夹钳式、仿⼈式⼿⽖需要连接相应外部信号控制装置及传感系统，以控制搬运机器⼈⼿⽖实时的动作状态及⼒的⼤⼩，其⼿⽖驱动⽅式多为⽓动、电动和液压驱动，对于轻型和中型的零件采⽤⽓动的⼿⽖，对于重型的零件采⽤液压⼿⽖，对于精度要求⾼或复杂的场合采⽤伺候的⼿⽖。
依据⼿⽖开启闭合状态的传动装置可分为回转型和移动型。
夹钳式⼿⽖常⽤形式，是通过斜楔、滑槽、连杆、齿轮螺杆或蜗轮蜗杆等机构组合形成，可适时改变传动⽐以实现对夹持⼯件不同⼒的需求。
⼿⽖做平⾯移动或者直线往复移动来实现开启闭合，多⽤于夹持具有平⾏⾯的⼯件，设计结构相对复杂，应⽤不如回转型⼿⽖⼴泛。
搬运机器⼈主要包括机器⼈和搬运系统组成。机器⼈由搬运机器⼈本体及完成搬运路线控制的控制柜组成。⽽搬运系统中末端执⾏器主要有吸附式、夹钳式和仿⼈式等形式。
5.3搬运机器⼈的作业⽰教
搬运机器⼈主要适应对象为⼤批量、重复性强或是⼯件重量较⼤以及⼯作环境
具有⾼温、粉尘等条件恶劣情况。
特点：定位精确、⽣产质量稳定、⼯作节拍可调、运⾏平稳可靠、维修⽅便。TCP点确定：
cs怎么加机器人末端执⾏器不同⽽设置在不同位置，就吸附式⽽⾔其TCP⼀般设在法兰中⼼线与吸盘平⾯交点处；夹钳式其TCP⼀般设在法兰中⼼线与⼿⽖前端⾯交点处。
吸盘式TCP⽣产再现
TCP点确定：
末端执⾏器不同⽽设置在不同位置，就吸附式⽽⾔其TCP⼀般设在法兰中⼼
线与吸盘平⾯交点处；夹钳式其TCP⼀般设在法兰中⼼线与⼿⽖前端⾯交点处。
夹钳式TCP⽣产再现
5.3.1冷加⼯搬运作业
以机加⼯件搬运为例，选择龙门式（5轴），末端执⾏器为⽓吸附，采⽤在线⽰教⽅式为机器⼈输⼊搬运作业程序。
搬运运动轨迹图例
程序点说明
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