工业机器人系统技术应用知识点5：工业机器人系统集成设计流程

2024-08-05 09:10:40

　　工业机器人系统技术应用知识点5：工业机器人系统集成设计流程工业机器人系统集成设计属于工业机器人应用研究范畴，通过分析工业机器人应用及其系统定义，结合丰富的项目案例，可以总结其一般流程。工业机器人系统集成设计流程如图 2.9 所示。

　　工业机器人的工作任务是整个系统集成设计的核心问题和要求，所有的设计都必须围绕工作任务来完成。这决定了工业机器人本体的选型、末端执行器的选用或设计、工艺软件的使用、周边配套设备的选择以及外围控制系统的设计。所以，必须准确而清晰地分析解读工业机器人的工作任务，否则将使系统集成设计达不到预期的效果，甚至完全错误。

　　末端执行器是工业机器人进行工艺加工操作的执行元件，配合周边配套设备完成规定的操作或作业。末端执行器的选用或设计的根本依据是机器人的工作任务。工业机器人需要进行何种操作或作业，或是弧焊操作，或是搬运码垛操作，亦或是打磨抛光操作等，以及操作所需要达到工艺水准、加工对象的情况，都需要综合考虑。只有正确、合理地选用或设计末端执行器，让其与机器人、周边配套设备配合起来，才能使机器人发挥其应有的功效，更好地完成作业。

　　末端执行器确定之后，需要根据加工工艺、加工对象、机器人系统空间布局等来选用或设计周边配套设备。工业机器人系统往往无法仅靠机器人本体完成工作任务，而是要配合工业现场的周边配套设备，如对应的作业装置、工装夹具、液压或气动执行单元、伺服执行单元、输送单位、检测单元等。在设计工业机器人系统集成方案时，需要考虑硬件的结构尺寸、接口匹配、传感器等因素。

　　图 2.1 中的机器人要想完成弧焊作业，其末端执行器需选用焊枪，并配套弧焊电源、保护气气瓶总成、送丝机、焊丝盘架、焊烟净化器等焊接作业专用装置和焊件摆放装置及夹具等。在某些焊接场合，因工件空间几何形状过于复杂，使得焊枪无法到达指定的焊接位置或姿态，此时需要采用变位机来增加机器人的自由度，以便获得最佳的焊接位置。对于某些搬运场合，由于搬运空间较大，搬运机器人的末端执行器往往无法到达指定的搬运位置或姿态，此时需要通过外部轴的办法来增加机器人的自由度，如移动平台装置。

　　这些周边配套设备中，有些部件已经标准化，根据实际需要采购即可；有些部件则需要根据加工工艺、加工对象、机器人系统空间布局等来设计优化。另外，机器人系统还需要考虑安全因素天博体育。安全问题包括设备安全和人身安全，可以通过加装防碰撞传感器、安全防护装置等来避免。

　　当末端执行器及周边配套设备确定下来后，需要进行工业机器人的选型，它是机器人系统的核心部分。由于不同品牌工业机器人的技术特点、擅长领域各不相同，首先根据工作任务的工艺要求，初步选定工业机器人的品牌。其次根据工作任务、末端执行器、对象及工作环境等因素决定所需工业机器人的额定负载、工作范围、防护等级等性能指标，最终确定工业机器人的型号。最后再仔细考虑如系统先进性、配套工艺软件、I/O 接口、总线通信方式、外部设备配合等问题。

　　在满足工作任务要求和成本控制的前提下，尽量选用控制系统更先进、I/O 接口更多、有配套工艺软件的机器人品牌和型号，以便使系统具有一定的冗余性和扩充性。综上所述，最终选定工业机器人的品牌和型号。

　　工业机器人工艺辅助软件是当工业机器人应用系统涉及复杂工艺操作时，辅助技术人员进行机器人工作路径规划、工艺参数管理和点位示教的软件，一般会与三维建模软件同时使用。功能强大的工艺辅助软件还可以进行如生产数据管理、工艺编制、生产资源管理和工具选择，甚至可以直接输出工业机器人运动程序。

　　由于工业机器人品牌的不同，导致其核心件也不同，从而使得部分工业机器人生产供应商针对不同加工工艺，都提供配套的工艺软件，提升了工艺水准。因此，需要综合考虑工作任务和所选定的工业机器人品牌，确定是否选用工艺软件，以及选用何种工艺软件。

　　根据前面步骤所选定的工业机器人品牌型号、末端执行器、周边配套设备，综合考虑工作任务后初步选定外部控制系统的核心件。一般情况下，都选用 PLC 作为外围控制系统的核心件，但是在某些特殊的加工工艺中，比如工艺过程连续、对时间要求非常精确的情况下，需要考虑 PLC 的性能是否会对加工工艺造成不良影响，此时可以选用其他件，如嵌入式系统等。在通信方式上，应尽量考虑在工业机器人以及各外部控制设备之间采用工业现场总线的通信方式，以减少安装施工工作量与周期，提高系统可靠性，降低后期维护维修成本。同时，安全问题在外部控制系统中也是非常重要的，必须要设计好安全防护机制。

　　综合考虑以上因素，进行整个系统集成的设计与选型，在该过程中充分考虑系统的先进性、安全性、可靠性、兼容性和扩充性的基础上，尽可能地采用成熟的器件与设计思路。

　　前述所有步骤均完成后，就可以进入系统的安装、调试阶段。在工业机器人系统的安装阶段，需严格遵守施工规范，保证施工质量。调试时，不仅要进行机器人的编程操作，还要完成与周边配套设备的联调，此外还应尽量考虑到各种使用情况，尽可能地提前发现问题并反馈，以确保机器人系统的整个操作控制过程顺利进行。不论是安装还是调试，安全问题都是重中之重，必须时刻牢记安全操作规程。