工业机器人建模.pdf

高等职业教育工业机器人技术应用专业规划教材工业机器人建模何成平主编内 容 简 介本书主要介绍用于工业机器人离线编程及仿真练习中所需的各种实体模型建模，可辅助“工业机器人操作与维护”“工业机器人离线编程”等课程学习，其所建立的资源完全可用于工业机器人离线编程及仿真教学，弥补编程、操作教学中的设备不足及场地限制。通过建模及离线编程，可以达到或近似模拟真实场境效果。本书的特色是淡化原理，注重实用，源于实例。以源自生产一线的工业机器人系统典型案例或工业机器人实训系统等为载体，任务为主线进行内容编排。全书共分 6 章，分别为 SolidWorks 基础、码垛机器人建模、压铸机器人建模、多功能实训台建模、自动生产线建模、焊接机器人建模，内容涵盖机器人夹具、传输链、焊枪等机器人工作站所需的各种周边设备、工具的建模。本书可作为机器人专业或机电类、自动类专业中的机器人方向教学用书，以及工业机器人仿真开发人员的参考用书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据工业机器人建模/何成平主编.北京：电子工业出版社，2018.1ISBN 978-7-121-33312-5.工.何.工业机器人设计.TP242.2中国版本图书馆 CIP 数据核字（2017）第 311536 号策划编辑：贺志洪（）责任编辑：贺志洪特约编辑：杨丽徐堃印刷：装订：出版发行：电子工业出版社北京市海淀区万寿路 173 信箱邮编 100036开本：78710921/16印张：13.25字数：339.2 千字版次：2018 年 1 月第 1 版印次：2018 年 1 月第 1 次印刷定价：36.00 元凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888，88258888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。本书咨询联系方式：（010）88254609 或 。前言工业机器人的普及是实现自动化生产，提高社会生产效率，推动企业和社会生产力发展的有效手段。目前，工业机器人已广泛应用于点焊、弧焊、装配、喷漆、切割、搬运、包装码垛等领域。随着 中国制造 2025 的提出，以及部署全面推进实施制造强国战略，“智能制造”被定位为中国制造的主攻方向，工业机器人的作用不可或缺。由于设备平台的不同、场地、设备配置数量的限制，各院校工业机器人操作编程方面的教学相对比较困难，统一性和兼容性较差。相对而言，采用仿真及离线编程更受广大师生的欢迎。本书为“工业机器人操作与维护”“工业机器人离线编程”等的辅助教程，针对工业机器人以及离线编程软件，按照项目式教学方式进行教学内容安排与整合，其所建立的资源完全可用于工业机器人离线编程及仿真教学，弥补编程、操作教学中的设备不足及场地限制。通过建模及离线编程，可以达到或近似模拟真实场境效果。教材的编写体现理实一体的职业教育教学原则，具有以下几方面的特点。1.注重实用，讲解详细本书采用章节体系，但以具体工作任务为主线的进行编写。注重实际工业机器人系统的建模，同时穿插建模软件的使用方法和技巧练习，全面、系统，由浅入深，力求达到简单、易学。2.案例丰富，源于实际充分吸收来自生产一线的工业机器人系统案例，或工业机器人实训系统，竞赛设备，融入职业技能鉴定的相关内容和要求，体现了理实一体的教学原则。本书案例源于实际，制作的资源可直接用于机器人仿真及离线编程教学。教材内容基本涵盖了工业机器人主要应用领域。3.体系架构灵活，便于教学安排本教材各章节相对独立，在教学中可根据相关专业教学要求及实际设备情况选择部分项目进行教学，也可选择部分项目中的部分任务进行教学，体现了教学组织的科学性和灵活性的统一。工业机器人建模-IV-4.项目按由易入难方式编排，符合认知规律各项目单元按由易入难方式编排，注重实践练习和能力培养，切合高职学生的特点，符合认知规律。全书由常州轻工职业技术学院何成平主编，提出编写提纲，并进行全部章节的撰写及统稿。常州轻工职业技术学院李月芳、蒋正炎老师为本书提供了大量资源、素材和支持，在此深表谢意。由于作者水平有限，书中难免有错漏和不足之处，恳请广大读者批评指正，并欢迎您对本书提出宝贵意见和建议。最后，对支持本书出版的所有编者及出版社表示衷心的感谢！编者 2017.12目录第 1 章SolidWorks 基础 11.1SolidWorks 工作界面 41.2SolidWorks 操作技巧 51.2.1鼠标操作 51.2.2对象的选择 51.3工作环境及界面定义 71.3.1环境设置 71.3.2自定义工作界面 81.4二维草图绘制 111.4.1草图绘制工具按钮 121.4.2草图绘制实例 13第 2 章码垛机器人建模 192.1传送链建模 192.1.1创建传送链文件 202.1.2绘制传送链基体 202.1.3文件保存及输出 422.2夹具及垛板建模 432.2.1夹具建模 442.2.2垛板建模 512.3安全围栏建模 58第 3 章压铸机器人建模 683.1压铸机建模 68工业机器人建模-VI-3.1.1压铸机主体及安全门 693.1.2压铸合模盖 693.1.3压铸机基体 703.2压铸取件夹具建模 723.2.1安装法兰 733.2.2夹具主体 743.2.3气动装置 773.3冷却台等附件建模 863.3.1压铸工件 873.3.2废品收集桶 873.3.3机器人基座 883.3.4CCD 检测系统 903.3.5冷却台 91第 4 章多功能实训台建模 974.1工作台及操作面板建模 974.1.1工作台 984.1.2操作面板 1074.2压铸、轨迹单元建模 1124.2.1压铸单元 1124.2.2计数传感器 1164.2.3轨迹单元 1174.2.4压铸盖 1184.3传输单元、夹具建模 1194.3.1垛板 1204.3.2工具架 1204.3.3传输单元 1214.3.4线缆槽 1254.3.5夹具、工具 127第 5 章自动生产线建模 1405.1传输带建模 1415.1.1支架 1415.1.2皮带及滚轮 1455.1.3料仓 1465.1.4电机及联轴器 147-VII-目录5.1.5汽缸及附件 1505.1.6其他附件 1555.2传输带装配 1615.2.1支架装配 1625.2.2滚轮及皮带装配 1655.2.3料仓及电机装配 1675.2.4汽缸装配 1685.3网孔安装板、堆放台及夹具建模 1695.3.1网孔安装板 1695.3.2工件堆放台 1725.3.3吸盘夹具 1745.4机器人基座建模 1775.4.1吊装环 1775.4.2基座主体 1785.4.3工作台 1805.4.4基座装配 182第 6 章焊接机器人建模 1846.1焊枪建模 1856.1.1焊枪安装法兰 1856.1.2连杆 1866.1.3卡扣 1876.1.4焊枪主体 1886.1.5焊枪头 1896.2变位机建模 1906.2.1焊件架 1916.2.2变位机 194参考文献 201第 1 章SolidWorks 基础SolidWorks 是一款三维 CAD 软件，采用 Windows 图形界面，操作简便，广泛应用于航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通信、医疗器械等领域机械设计。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。由于其具有良好的与第三方软件的集成技术，可用于理论研究，如流体、温度场、受力分析等；也可进行机器人工作站的建模，进行仿真和离线编程。SolidWorks 共有三大模块，分别是零件、装配和工程图，在新建文件时自动弹出的对话框中，可进行相应选择如图 1-1 所示。图 1-1“新建 Solid Works 文件”对话框“零件”模块用于零件实体造型。“装配体”模块则可将设计的零件按实际装配要求创建部件或成品的装配体。“工程图”模块可快速将零部件实体图转换成平面 CAD 视图。1零件“零件”模块用于单个零件的实体造型设计，包括草图设计、曲面设计、实体建模、工业机器人建模-2-钣金设计、模具设计等，如图 1-2 所示。图 1-2零件设计界面（1）实体建模通过拉伸、旋转、扫描、放样、抽壳、特征的阵列、孔、筋等操作来实现产品的设计。（2）曲面设计通过带控制线的扫描曲面、放样曲面、边界曲面以及拖动可控制的相切操作，产生复杂的曲面，同时可以进行曲面的修剪、延伸、缝合和圆角等操作。（3）模具设计提供内置的模具设计工具，可以自动创建型芯和型腔。在模具生成过程中，可使用相应的工具加以控制：分型线的自动生成、闭合曲面的自动生成、分型面的自动生成及型芯型腔的自动生成。（4）钣金设计提供钣金设计工具，如各种类型的法兰、薄片等特征，应用正交切除、角处理以及边口等功能使钣金操作变得极为便捷。（5）焊件设计主要工具有：圆角焊缝、结构构件库、角撑板、焊件切割、顶端盖、剪裁及延伸结构构件。2.装配体方便地进行零件的插入、移动、旋转、配合设置、替换零部件、制作爆炸视图等操作，可动态观察整个装配体中的所有运动，并可对运动零件进行动态干涉检查及间隙检测。提供镜像、阵列等工具，快速进行具有相应特性装配设计。智能化装配技术可以自动地捕捉并定义装配关系（见图 1-3）。-3-第 1 章SolidWorks 基础图 1-3 装配设计界面3工程图“工程图”模块可以从零件的实体模型或装配体中自动生成工程图，包括：各个视图及尺寸标注等；提供完整的工程图工具，当修改图样时，零件模型、所有视图及装配体会自动被修改；使用交替位置显示视图，以便了解运动顺序；详细视图及剖视图功能。工程图设计界面如图 1-4 所示。图 1-4 工程图设计界面工业机器人建模-4-1.1SolidWorks 工作界面学习目标1.零件、装配体的创建。2.SolidWorks 工作界面。重点难点工作界面布置，工具栏按钮的使用。SolidWorks 工作界面如图 1-5 所示，包括设计树、菜单栏、文件工具栏、工作区、任务窗格、状态栏等。图 1-5SolidWorks 工作界面1.设计树“设计树”中列出了活动文件中的所有实体、特征以及基准面、基准轴、坐标系等，并以树的形式显示，通过设计树可以方便地进行查看和修改。具体有以下操作：（1）双击某特征的名称可以显示特征的尺寸。（2）右击某特征，在弹出的快捷菜单中选择“特征属性”，可更改特征名称。（3）右击某特征，在弹出的快捷菜单中选择“编辑特征”，可修改特征参数。（4）重排序特征，通过鼠标拖动及放置来重新调整特征的创建顺序。-5-第 1 章SolidWorks 基础2.菜单栏菜单栏中包含创建、保存、修改模型和设置软件环境的一些操作命令。3.工具栏为快速进入命令及设置工作环境提供了极大方便，用户可以根据具体情况定制工具栏。1.2SolidWorks 操作技巧学习目标1.鼠标的平移、缩放、旋转操作。2.多个对象的选取。重点难点鼠标中键、Ctrl 键的组合使用。SolidWorks 软件以鼠标操作为主，通过选择菜单或单击工具栏图标执行命令操作，再选择面、线、点、特征等，采用键盘进行数值输入。1.2.1鼠标操作与其他 CAD 软件相似，SolidWorks 提供各种鼠标按钮的组合功能，进行选择对象、编辑对象以及视图的平移、缩放、旋转等。对象的选择可在设计树或工作区中进行，两者相互关联，选中的对象被高亮显示。通过鼠标中键的操作，可快速完成视图变换。1.缩放视图滚动中键滚轮，向前滚动缩小视图，向后滚动放大视图，视图的放大以鼠标所在位置点为中心。2.平移视图先按住 Ctrl 键，然后按住鼠标中键，移动鼠标，可进行视图移动。3.旋转视图按住鼠标中键，移动鼠标，此时工作区中鼠标指针变为，视图同时跟着鼠标旋转。1.2.2对象的选择1.选取单个对象直接用鼠标左键单击需选取的对象，或在特征树中单击对象名称，即可选择相应的对象，被选取的对象将高亮显示。工业机器人建模-6-2.选取多个对象按住 Ctrl 键，用