工业机器人工作站
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第一节 概述
以一个摩托车车架焊接 工作站为例
一、焊接对象
由十个散件焊接成 摩托车车架
5-2
识图 图
车 架 焊 缝 标
二、工作站的划分
划分原因 ：
①散件夹紧机构不能干涉 ②便于焊枪作业 ③焊接时间与辅助时间之
和应满足年生产量要求
划分结果：
主管焊 第一工作站 — 预点焊 第二工作站 — 完成焊
车架焊 第三工作站 — 预点焊 第四工作站 — 完成焊
腰旋转 340° 下臂摆 240° 上臂摆 270° 上臂转360° 手腕摆270° 手腕转400°
基点P：
R、B、T轴中心线之交点P
减速器：
R1，R2，R3－RV摆线针轮减速器
R4，R6－谐波减速器
R5－扁平型谐波减速器
形成机器人工作 空间
传动示意
工作空间
5-9
和图 外 观 图六
自 由 度 机 器 人 的 传 动
① 放入1＃、4＃件 1＃件：V＋平块定位，弹簧确定周向位置 4＃件：U＋V型定位
② 放入2＃件 由1＃、4＃件及手动活塞顶块定位
③ 放入6＃ 导缸前端磁铁及手动导杆定位
④ 放入5＃件 下端平台及4＃件定位
夹紧顺序：
①1＃下端定位缸动作 ②1＃上端导杆定位缸夹紧 ③4＃ 尾部定位缸夹紧 ④4＃二个旋转夹紧缸夹紧 ⑤其余气缸动作夹紧
第五章 工业机器人工作站
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
概述 工业机器人 工装夹具与变位机 工作站的气控系统 工作站的电气控制原理 工业机器人示教
工业机器人工作站：进行简单作业，且使用一台或两
台机器人的生产体系。
工业机器人生产线：进行工序内容多的复杂作业，使
用了两台以上机器人的生产体系。
(3) 扁平型谐波减速器 实质：
两级传动（共用柔轮、波发生器）
传动比：
第一级 Zb1,Zg1 ； 第二级 Zb2,Zg2 取 Zg1=Zg2=Zb2 ∴i = - (Zb1-Zg1)/Zg
特点：பைடு நூலகம்
大大缩短减速器轴向长度
（4）优点：
传动比大； 传动平稳、效率高 齿面磨损小、均匀； 精度高、回差小； 实现同轴传动。
图5-10 机器人P点的工作空间示意图
1.谐波减速器
（1）基本构件 内齿刚轮+ 外齿柔轮+ 波发生器
（2）传动关系 柔轮Zg<刚轮Zb 波发生器长轴处,柔、刚轮齿啮合 短轴处 ，柔、刚轮齿脱开啮合 柔轮齿圈任一点径向 位移呈近似于余弦波 形变化 波发生器一周——柔 轮反向转ΔZ/Zg 周
仅介绍第一工作站
图5-4 摩托车车架焊接生产线总体布局图
组成：
机器人；机器人控制系统；变位机；夹具体；未端执 行器；电焊机；辅助装置； 气动系统等。
1. 机器人 选型因素：驱动方式
传动形式 自由度数 结构 可搬重量 工作空间 按具体作业要求选 本例选垂直关节型六自由 度机器人。
2. 变位机（专门设计）
行四边形机构 ➢ 铰链中用园锥滚子轴承 ➢ 用闷盖调整轴承间隙、并密封
5.R轴结构
上臂前段用两圆锥滚子轴承支承于后段内； 电机及减速器装于后段内，输出转盘与上臂前段连接； 调节螺母用来调整轴承间隙。
6.B轴和T轴结构
B轴：◆T轴电机装于上臂前段内部 ◆手腕用一对园锥滚子轴承支承在上臂前部 ◆ B轴电机—锥齿轮—同步齿形带—谐波减速器—手腕 ◆锥齿轮轴和B轴由向心球轴承支承
不动，迫使电机减速器带 动转动体转动。 旋转体与固定底座间用推 力向心交叉短园柱滚子轴 承。 两个极限开关及死挡铁限 制其极限位置。
4.L轴和U轴结构
图左侧为L轴电动机 ➢ 机器人下臂下端左侧与减速器输
出盘连接 ➢ 右侧固连的小轴通过轴承支承在
U轴连杆内 ➢ 减速器装在旋转体上 ➢ 极限位置安装极限挡块 图右侧为U轴电动机 ➢ 减速器输出转盘与连杆连接 ➢ 下臂、上臂、拉杆和连杆构成平
2.RV摆线针轮减速器
由一级行星轮系再串联一级摆线针轮减速器而成
传动原理：
一个输入轴齿轮带动周向分布的行星轮，与行星轮联接的偏心
轴带动两个径向对置的RV摆线齿轮，在内齿为园柱销的固定壳体
上滚动，其上的非圆柱销轴带动盘式输出轴转动。
传动比：
i Z 4Z Z 1 2 (4 Z Z 3 ) Z 4 Z 3
➢ 送丝机经送丝管送焊丝 ➢ 焊丝正极、工件负极 ➢ 丝周围惰性保护气体 ➢ 冷却水冷却焊丝管、咀。
4.其它
1）夹具体；2） 电焊机系统；3）辅助装置；4）安全装置
第二节 工业机器人
可称万能工具 （搬运、装配、弧焊、点焊、切割、研磨、喷涂等）
一、技术参数（见表5－1） 主要参数：
可搬重量 工作空间 重复定位精度 各轴最大旋转角度 各轴最大旋转速度 各轴许用扭转力矩 选型相关因素： 未端执行器重量 工件大小 作业条件 工作站布局
选型与其他设计：
布局设计 未端执行器设计 夹具体设计 变位机设计
本例选：M－K6SB型 选择可搬重量因素：
末端执行器净重 末端执行器重心偏移 机器人最大速度及惯性
选择工作空间因素：
满足作业范围要求 工件置于机器人的最佳作业位置
二、机器人的传动与结构
传动示意：
S 轴：D1→R1 L 轴：D2→R2 U 轴：D3→R3 R 轴：D4→R4 B 轴：D5→R5 T 轴：D6→R6
T轴：◆ T轴电机—锥齿轮—同步齿形带—锥齿轮—谐波减速器—手腕 ◆手腕轴由一对园锥滚子轴承支承在手腕体内 ◆手腕法兰连接未端执行器
第三节 工装夹具与变位机
工装夹具使工件准确地重复定位 变位机具有较高的重复定位精度
一、工装夹具
本例采用图5－24的夹具体形式，便于预置散件。又便于整体取 出工件。
预置散件顺序：
运动数：决定于工件位置变化要求 传动类型：电动（普通、伺服）、气动、液动
取决于工件精度，作业精度、运动件大小 及与机器人 协调要求。 结构形式：与工作站布局，用户要求、物流路线、生产纲领、工 件重量、占地空间等。 外部轴数：控制系统，协调运动有关。
3.未端执行器（手爪）（专门设计）
根据工件特点，作业要求及设计 焊枪：
式中：
当 Z 4 Z 3 1 时i 1 Z 4Z Z 1 2
Z1－小齿轮 Z2－行星轮 Z3－摆线轮 Z4－壳体
特点：
比谐波传动速比大
刚性大，GD2小
同轴传动
结构紧凑 、效率高
3.S轴结构
电机减速器安装在机器人 底座内部
电机与减速器壳连成一体， 并与转动体连接。
减速器输出盘与底座连接 当电机转动，由于输出盘
以一个摩托车车架焊接 工作站为例
一、焊接对象
由十个散件焊接成 摩托车车架
5-2
识图 图
车 架 焊 缝 标
二、工作站的划分
划分原因 ：
①散件夹紧机构不能干涉 ②便于焊枪作业 ③焊接时间与辅助时间之
和应满足年生产量要求
划分结果：
主管焊 第一工作站 — 预点焊 第二工作站 — 完成焊
车架焊 第三工作站 — 预点焊 第四工作站 — 完成焊
腰旋转 340° 下臂摆 240° 上臂摆 270° 上臂转360° 手腕摆270° 手腕转400°
基点P：
R、B、T轴中心线之交点P
减速器：
R1，R2，R3－RV摆线针轮减速器
R4，R6－谐波减速器
R5－扁平型谐波减速器
形成机器人工作 空间
传动示意
工作空间
5-9
和图 外 观 图六
自 由 度 机 器 人 的 传 动
① 放入1＃、4＃件 1＃件：V＋平块定位，弹簧确定周向位置 4＃件：U＋V型定位
② 放入2＃件 由1＃、4＃件及手动活塞顶块定位
③ 放入6＃ 导缸前端磁铁及手动导杆定位
④ 放入5＃件 下端平台及4＃件定位
夹紧顺序：
①1＃下端定位缸动作 ②1＃上端导杆定位缸夹紧 ③4＃ 尾部定位缸夹紧 ④4＃二个旋转夹紧缸夹紧 ⑤其余气缸动作夹紧
第五章 工业机器人工作站
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
概述 工业机器人 工装夹具与变位机 工作站的气控系统 工作站的电气控制原理 工业机器人示教
工业机器人工作站：进行简单作业，且使用一台或两
台机器人的生产体系。
工业机器人生产线：进行工序内容多的复杂作业，使
用了两台以上机器人的生产体系。
(3) 扁平型谐波减速器 实质：
两级传动（共用柔轮、波发生器）
传动比：
第一级 Zb1,Zg1 ； 第二级 Zb2,Zg2 取 Zg1=Zg2=Zb2 ∴i = - (Zb1-Zg1)/Zg
特点：பைடு நூலகம்
大大缩短减速器轴向长度
（4）优点：
传动比大； 传动平稳、效率高 齿面磨损小、均匀； 精度高、回差小； 实现同轴传动。
图5-10 机器人P点的工作空间示意图
1.谐波减速器
（1）基本构件 内齿刚轮+ 外齿柔轮+ 波发生器
（2）传动关系 柔轮Zg<刚轮Zb 波发生器长轴处,柔、刚轮齿啮合 短轴处 ，柔、刚轮齿脱开啮合 柔轮齿圈任一点径向 位移呈近似于余弦波 形变化 波发生器一周——柔 轮反向转ΔZ/Zg 周
仅介绍第一工作站
图5-4 摩托车车架焊接生产线总体布局图
组成：
机器人；机器人控制系统；变位机；夹具体；未端执 行器；电焊机；辅助装置； 气动系统等。
1. 机器人 选型因素：驱动方式
传动形式 自由度数 结构 可搬重量 工作空间 按具体作业要求选 本例选垂直关节型六自由 度机器人。
2. 变位机（专门设计）
行四边形机构 ➢ 铰链中用园锥滚子轴承 ➢ 用闷盖调整轴承间隙、并密封
5.R轴结构
上臂前段用两圆锥滚子轴承支承于后段内； 电机及减速器装于后段内，输出转盘与上臂前段连接； 调节螺母用来调整轴承间隙。
6.B轴和T轴结构
B轴：◆T轴电机装于上臂前段内部 ◆手腕用一对园锥滚子轴承支承在上臂前部 ◆ B轴电机—锥齿轮—同步齿形带—谐波减速器—手腕 ◆锥齿轮轴和B轴由向心球轴承支承
不动，迫使电机减速器带 动转动体转动。 旋转体与固定底座间用推 力向心交叉短园柱滚子轴 承。 两个极限开关及死挡铁限 制其极限位置。
4.L轴和U轴结构
图左侧为L轴电动机 ➢ 机器人下臂下端左侧与减速器输
出盘连接 ➢ 右侧固连的小轴通过轴承支承在
U轴连杆内 ➢ 减速器装在旋转体上 ➢ 极限位置安装极限挡块 图右侧为U轴电动机 ➢ 减速器输出转盘与连杆连接 ➢ 下臂、上臂、拉杆和连杆构成平
2.RV摆线针轮减速器
由一级行星轮系再串联一级摆线针轮减速器而成
传动原理：
一个输入轴齿轮带动周向分布的行星轮，与行星轮联接的偏心
轴带动两个径向对置的RV摆线齿轮，在内齿为园柱销的固定壳体
上滚动，其上的非圆柱销轴带动盘式输出轴转动。
传动比：
i Z 4Z Z 1 2 (4 Z Z 3 ) Z 4 Z 3
➢ 送丝机经送丝管送焊丝 ➢ 焊丝正极、工件负极 ➢ 丝周围惰性保护气体 ➢ 冷却水冷却焊丝管、咀。
4.其它
1）夹具体；2） 电焊机系统；3）辅助装置；4）安全装置
第二节 工业机器人
可称万能工具 （搬运、装配、弧焊、点焊、切割、研磨、喷涂等）
一、技术参数（见表5－1） 主要参数：
可搬重量 工作空间 重复定位精度 各轴最大旋转角度 各轴最大旋转速度 各轴许用扭转力矩 选型相关因素： 未端执行器重量 工件大小 作业条件 工作站布局
选型与其他设计：
布局设计 未端执行器设计 夹具体设计 变位机设计
本例选：M－K6SB型 选择可搬重量因素：
末端执行器净重 末端执行器重心偏移 机器人最大速度及惯性
选择工作空间因素：
满足作业范围要求 工件置于机器人的最佳作业位置
二、机器人的传动与结构
传动示意：
S 轴：D1→R1 L 轴：D2→R2 U 轴：D3→R3 R 轴：D4→R4 B 轴：D5→R5 T 轴：D6→R6
T轴：◆ T轴电机—锥齿轮—同步齿形带—锥齿轮—谐波减速器—手腕 ◆手腕轴由一对园锥滚子轴承支承在手腕体内 ◆手腕法兰连接未端执行器
第三节 工装夹具与变位机
工装夹具使工件准确地重复定位 变位机具有较高的重复定位精度
一、工装夹具
本例采用图5－24的夹具体形式，便于预置散件。又便于整体取 出工件。
预置散件顺序：
运动数：决定于工件位置变化要求 传动类型：电动（普通、伺服）、气动、液动
取决于工件精度，作业精度、运动件大小 及与机器人 协调要求。 结构形式：与工作站布局，用户要求、物流路线、生产纲领、工 件重量、占地空间等。 外部轴数：控制系统，协调运动有关。
3.未端执行器（手爪）（专门设计）
根据工件特点，作业要求及设计 焊枪：
式中：
当 Z 4 Z 3 1 时i 1 Z 4Z Z 1 2
Z1－小齿轮 Z2－行星轮 Z3－摆线轮 Z4－壳体
特点：
比谐波传动速比大
刚性大，GD2小
同轴传动
结构紧凑 、效率高
3.S轴结构
电机减速器安装在机器人 底座内部
电机与减速器壳连成一体， 并与转动体连接。
减速器输出盘与底座连接 当电机转动，由于输出盘