《机电一体化系统设计》课程教学资源（实例PPT）工业机器人

SCARA型机器人（装配机器人） 功能简介：SCARA是Selective Compliance Assembly Robot Arm的缩 写，意思是具有选择顺应性的装配机器人手臂。这种机器人在水平方向具 有顺应性，而在垂直方向则具有很大的刚性，最适合于装配作业使角。它 有大臂回转、小臂回转、腕部升降与回转四个自由度，图所示。下面以 ZP-1型多手臂装配机器人为例作一简单介绍。 该机器人装配系统用于装配40火花式电雷管，代替人从事易爆易然的 危险作业。电雷管的组成如图所示，机器人完成的工作是，①将导电帽 弹簧组合件装在雷管体上；②将小螺钉拧到雷管体上，把导电帽、弹簧组 合件和雷管体联成一体；③检测雷管体外径、总高度及雷管体与导电帽之 间是否短路。装配前雷管体倒立在10行×10列的料盘5上，弹簧与导电帽 的组合件插放在另一个10行×10列的料盘6上，小螺钉散放在振动料斗8中 装配好的成品放在10行×10列料盘7上，如图b所示。机器人在装配点的 重复定位精度可达土0.05mm,电雷管重约100g,一次装配过程约需20s

SCARA型机器人(装配机器人)  功能简介：SCARA是Selective Compliance Assembly Robot Arm的缩 写，意思是具有选择顺应性的装配机器人手臂。这种机器人在水平方向具 有顺应性，而在垂直方向则具有很大的刚性，最适合于装配作业使用。它 有大臂回转、小臂回转、腕部升降与回转四个自由度，图所示。下面以 ZP-1型多手臂装配机器人为例作一简单介绍。 该机器人装配系统用于装配40火花式电雷管，代替人从事易爆易燃的 危险作业。电雷管的组成如图a所示，机器人完成的工作是，①将导电帽 弹簧组合件装在雷管体上；②将小螺钉拧到雷管体上，把导电帽、弹簧组 合件和雷管体联成一体；③检测雷管体外径、总高度及雷管体与导电帽之 间是否短路。装配前雷管体倒立在10行×10列的料盘5上，弹簧与导电帽 的组合件插放在另一个10行×10列的料盘6上，小螺钉散放在振动料斗8中 ，装配好的成品放在10行×10列料盘7上，如图b所示。机器人在装配点的 重复定位精度可达土0.05mm，电雷管重约100g，一次装配过程约需20s

电雷管的组成 R (a) 1-螺钉；2-导电帽；3-弹箍；4-雷管体；5、6、7-料盘；22.7-振动料斗

电雷管的组成

一、机械系统构成 该机器人机械系统构成如下图所示，由左、中、右三只手臂组成，左右手臂的结构基 本相同，大臂长200um,小臂长（时关节至手部中心）为160mm两立柱间距为710mm,总高 度约820um(可适当调整)。左佑)手臂各有大臂1(1')、小臂2(2')、手腕3(3')和手部 4(4')；驱动大臂的为步进电动机5(5')及谐波减速器6(6')与位置反馈用光电编码器 7(?')；驱动小臂的为步进电动机8(8')及谐波减速器9(9·)与位置反馈用光电编码器 10(10')；另外还有平行四连杆机构11(11')；整个手臂安装在支架和立柱12(12')上， 并由基座19(19°)支承。手腕的升降、回转和手爪的开闭都是气动的，因此有相应的气缸 输气管路。右臂右侧雷管料盘为13'、左臂左侧为导电帽与弹簧组合件料盘13。第三只手 臂（中臂）为拧螺打装置，放在左、右手臂中间的工作台上，装有摆动臂14和气动改锥15， 它的左侧装有供螺钉用的振动料斗16，成品料盘18安装在右手壁的右前方。 200 160 中 0 左得 71

一、机械系统构成

二、动力系统 该机器人两手臂在X-平面内的运动是由步进电动机驱动的，所选用的步进电动机型号 为70BF0、六相、按23方式分配，共12拍，电动机的启动频率为600步/s达到运行 频率24000步/s,所需的启动时间为0.6s。一个关节的电动机驱动系统如下图所示。 输出 位置 模板 方向 CPU 模板 控制接 升降 升降频电路 脉冲发生器 环形分配器 驱动电路 步进电动机 谐波减速器 香 停止 顺向总步数 降频步数 逆向步数 方向判别电路 光电编码器 计数/定时器模板 一个关节的步进电动机驱动系统

二、动力系统

三、传感监测系统 控制与检测传感系统原理如下图所示，由七个CSA-816型电涡流传感器分别检测两手 臂到达装配点的位置、雷管的直径与高度、手爪是否抓住雷管体与弹簧组件、以及雷管体与 导电帽的短路状态等。这些信号送到测量仪与设定值进行比较，确定是否合格或过、欠，再 经过测量接口电路，送到CC80工业控制机进行处理、产生中断信号。 CMC80 控制柜 机器人手博 工业控制机 位置 输入 测量仪 涡流传感器 尺寸 状态 接 上下 输出 功率成大 气动电磁阅 回转 都 左小臂 左大将 输出2 升降速脉冲分配 功率驱动 步进电动机 右小臂 右大臂 计数 方向判别 光电编码器 控制与检侧传感系统原理框图

三、传感监测系统

四、控制系统 该机器人选用CC80微型计算机作为主控制器，具有比较丰富的功能模板，可根据需要 选用若干模板组成预定功能的自动检测和控制系统。采用国际通用的微机用$D标准总线， 系统的组成和扩展比较方便。CC80微机控制系统组成如下图所示，各块模板的主要功能如 下： 8401 8490 8492 内存 输程 扩晨板 调试板 8400 Z80 CU板 → 8422 8430 8428 酸 酸 计数/ 定时板 CC80微机控带制系统的组成 CC80计算机组成CPU板（编号8400）--采用Z80CPU,主频2z,允许三种中断方式6 板上内存RAM(2116)或EPOI(2716)为2k16k;板上有一个编程调试板接口；一个2×8位 并行接口、一个RS232C串行接口. 内存扩展板(8401)--可将内存扩展16k-32k,RAI(2116)或EP0M(2716)均可，寻址空 间为4O00H至BFFFH

四、控制系统

32路输入板(8422)-内有两片z80-PI0,其中一片经光电耦合器(TTL113)接受外部输 入信号，即16路光隔离输入信号。一片经反相器接受外部输入信号，即16路T输入，每 路输入均可产生中断信号。 64路光隔离输出板(8430)--内有8片8D锁存器，共64位，全部经过光电耦合器(TIL113 输出。 32路计数/定时器板(8428)--内装8片Z80-CTC,每片有4个计数/定时器通道，共 32个通道，其中16个为光电隔离计数/定时器通道、16个为TL计数/定时器通道，每个 通道均可产生中断。 编程调试板(8490)与CPU板相配合进行人机联系，用于编制程序，进行系统和接口的调 试、诊断、运行，可直接在板上进行EPOM的写入、程序的转储、数字结果的显示等。该板 上有6个七段LD显示、30个小键盘、磁带机接口等。 机箱电源一微机机箱采用19寸标准机箱，内装有六路高抗干扰、高精度直流稳压电源 供机箱各模板使用，也可由面板引出线供外部电路使用。各路电源均有短路、过载保护，过 载时有声光报警

五、执行元件系统 该系统的执行元件为各机械手臂 六、电雷管装配过程 开机后，计算机发出指令，首先使两手臂先后返回装配点清零，然后，右 手移动到雷管体料盘停在预定的某行某列位置上，手琬下降、手爪夹紧雷管体， 手腕抬起并翻转180°使雷管体杆芯朝上。与此同时，左手移动到导电帽、弹簧 组件料盘并停在某行某列位置上，手腕下降，手爪夹紧导电帽、弹簧组件，手腕 抬起。此后，右手返回到装配点。接着左手也返回到装配点，手腕边压下；边回 转，将导电帽弹簧组件装到雷管体的杆芯上，左手离开装配点。此时螺钉已在振 动料斗中自动整列排邯队、逐个落下，第三只手臂取螺钉后摆动到装配点，压下气 动改锥将螺钉旋入雷管体杆芯的螺孔中，右手抓取雷管体时检测直径是否过大 (不合格)或过小（抓空），左手抓取弹簧导电帽组件时、检测是否抓空，第三只手 的改锥压下之前检测螺钉有无，装配完成后检刚雷管高度是否合格，是否符合短 路要求。如果没有螺钉，第三只手返回，再次去取螺钉，进行拧螺钉动作。对于 不合格品侧放到备好的废品盒内。计算机对总工件数和废品数进行统计，当装满 一料盘成品(100件)时发出呼和叫信号，工人将成品盘散走，换上一个空料盘，继 续装配

五、执行元件系统 该系统的执行元件为各机械手臂 六、电雷管装配过程