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1、项目四 装配机器人流水线 (或工作站) 工装设计,. 项目描述 . 教学目的 . 知识准备 . 任务实现 . 考核评价,返回,. 项目描述,关于装配机器人的介绍如下。 定义: 装配机器人是现代工业机器人众多种类的一种, 用于替代人工或者辅助人工协同进行工件的装配工作。 用途: 主要用于工件的夹取或吸取、放置、按压、拧螺丝螺母等工作。 主要优点: 适应自动化规模生产, 提高装配质量, 保证产品一致性; 提高生产率, 替代人工, 一天可 小时连续生产; 可在有害环境下长期工作; 可长期进行装配作业、保证产品的高生产率、高质量和高稳定性等。,下一页,返回,. 项目描述,工作形式: 根据装配工序的多少
2、和难易程度, 可以分为流水线形式布置和工作站形式布置。 本项目的主要学习内容包括: 了解装配机器人工作内容, 了解装配机器人工装夹具设计, 了解装配机器人气压传动系统设计, 了解产品装配流程设计, 了解产品适应自动化装配的设计思路。,上一页,返回,. 教学目的,通过本项目的学习与实践, 学生应: .掌握装配机器人工作内容; .掌握装配机器人工作站和流水线功能布局; .掌握不同装配产品的装配流程分析; .掌握产品装配工序设置和工位设置; .掌握装配机器人针对不同工件装配时的各种工装夹具设计方法; .掌握装配机器人气压传动等其他周边辅助系统设计方法。,返回,. 知识准备,. 装配机器人的工作场景
3、随着社会科技的迅猛发展, 如今不少企业开始进入工业机器人生产阶段, 这意味着生产自动化、智能化革命的开始。 智能制造、自动化装配, 具有高效率、高质量、高稳定性、高可靠性等优点, 应用越来越广泛。 如图 和图 所示, 自动化装配生产线已经逐步取代人工生产线。 . 装配机器人的布局 装配机器人, 可以根据工作要求, 以流水线或者工作站形式进行布局。 图 所示是流水线形式, 图 所示是工作站形式。,下一页,返回,. 知识准备,. 装配机器人的关键技术 .装配机器人的精确定位 装配机器人运动系统的定位精度是由机械系统静态运动精度(几何误差、热和载荷变形误差) 和机电系统高频响应的暂态特性(过渡过程)
4、 决定的, 其中静态精度取决于设备的制造精度和机械运动形式, 动态响应取决于外部跟踪信号、系统固有的开环动态特性、所采用的减振方法(阻尼) 和控制器的调节作用。 .装配机器人的实时控制 在许多微机应用领域中, 微机的速度和功能往往不能满足需要。,上一页,下一页,返回,. 知识准备,特别是在多任务工作环境下, 各任务只能分时工作, 动态响应取决于外部跟踪信号、系统固有的开环动态特性、所采用的减振方法(阻尼) 和控制器的调节作用。 .检测传感技术 检测传感技术的关键是传感器技术, 它主要用于检测机器人系统中自身与作业对象、作业环境的状态, 向控制器提供信息以决定系统动作。 传感器精度、灵敏度和可靠
5、性很大程度地决定了系统性能的好坏。 检测传感技术包含两方面内容: 一是传感器本身的研究和应用;二是检测装置的研究与开发。 包括: 多维力觉传感器技术、视觉技术、多路传感器信息融合技术、检测传感装置的集成化与智能化技术。,上一页,下一页,返回,. 知识准备,.装配机器人系统软件研制 是在 或 操作系统下工作的。 是一个单任务操作系统, 则是分时多任务的, 均不能满足机器人规划、伺服同时进行的要求。 为此, 必须开发一个协调上、下位机各任务工作的实时控制程序, 它作为 或 下的一个应用程序分别在两个系统上运行。 装配机器人系统的软件主要由机器人语言编译模块、多任务监控模块、双系统握手通信模块、伺服
6、控制模块四部分构成。 系统在上电启动后即初始化, 建立双系统联系, 根据 锁存器的值及双口 中的数据调度任务, 在机器人初始定位后对机器人语言命令进行编译, 分由上、下位机同时执行。,上一页,下一页,返回,. 知识准备,.装配机器人控制器的研制 装配机器人的伺服控制模块是整个系统的基础, 它的特点是实现了机器人操作空间力和位置混合伺服控制, 实现了高精度的位置控制、静态力控制, 并且具有良好的动态力控制性能。 伺服模块之上的局部自由控制模块相对独立于监督控制模块, 它能完成精密的插圆孔、方孔等较为复杂的装配作业。 监督控制模块是整个系统的核心和灵魂, 它包括了系统作业的安全机制、人工干预机制和
7、遥控机制。 多任务控制器可广泛应用于工业装配机器人中作为其实时任务控制器而使用, 也可用作移动机器人的实时任务控制器。 .装配机器人的图形仿真技术,上一页,下一页,返回,. 知识准备,对于复杂装配作业, 示教编程方法效率往往不高, 如果能直接把机器人控制器与 系统相连接, 则能利用数据库中与装配作业有关的信息对机器人进行离线编程, 使机器人在结构环境下的编程具有很大的灵活性。 另外, 如果将机器人控制器与图形仿真系统相连, 则可离线对机器人装配作业进行动画仿真, 从而验证装配程序的正确性、可执行性及合理性, 为机器人作业编程和调试带来直观的视觉效果, 为用户提供灵活友好的操作界面, 具有良好的
8、人机交互性。 . 气缸气爪,上一页,下一页,返回,. 知识准备,图 和图 所示的两种不同形式的气缸, 前者执行推顶动作, 后者执行夹取动作, 其他各种功能的气动元件都已经标准化, 可以根据需要选择合适的型号和规格。 常用的品牌有、气立可、亚德客等, 都提供了详尽的选型手册, 可以帮助用户了解各种气缸的功用和规格尺寸, 方便设计。 . 流水线总体组成 图4 所示的是自动装配流水线, 由6 台机器人、3 条输送线、电气控制柜、工作台,以及激光打标机、螺丝机、贴标机等设备组成, 外围设置安全围栏和安全门。 全自动化装配, 实现真正的无人工厂。,上一页,下一页,返回,. 知识准备,. 安全措施 ()
9、加防护网, 使操作员与机器人隔离。 确保工作时任何人无法与机器人及相关运动部件接触。 () 安全锁保证措施。 进入机器人防护网内进行检修, 必须用专用钥匙。 只有相应操作员有该钥匙。 当对机器人进行检修等要进入防护网内时, 必须把钥匙取下放置在操作员手里。 钥匙取下就自动下电, 采用多级串连方式保护。 同时在防护网内有上下电总开关, 在防护网外面也有上下电总开关。 仅当里外两个总开关都闭合且钥匙也在闭合位置时才能给设备上电。 当钥匙取下或处于开的位置, 里面的总开关自动断开。,上一页,下一页,返回,. 知识准备,() 机器人自身安全措施主要是机器人防碰: 采用高可靠性数控系统; 机器人每加工完
10、一个零件就自动检测自身的位置及回零点, 确保位置准确; 采用示教方式编程, 验证产生的程序到正确为止。 () 带有急停按钮、工作状态塔灯和蜂鸣器。,上一页,返回,. 任务实现,任务 装配产品和装配方式的确定 在设计装配流水线之前, 首先要确定的是装配产品, 并分析其装配过程, 确定装配工序。 下面以计步器的装配作为案例, 详细介绍装配机器人流水线的设计过程。 装配方式如图 所示。 计步器具体零件尺寸如图 图 所示。 在装配完计步器产品后, 还可以在产品背面用激光打上个性签名或者图案, 然后装入礼品盒内, 最后贴上标签。 礼品盒装盒如图 所示, 礼品盒尺寸如图 所示。 装配过程如下: 先拾取并固
11、定壳体, 然后装入PCB板, 盖上底板, 拧上螺丝, 激光打上签名, 再整体装入礼品盒, 盖上盒盖, 贴上标签。,下一页,返回,. 任务实现,针对这些工序, 我们分析一下, 用工作站的形式去完成这么多的工作, 显然不可取, 因此, 采用流水线作业的方式, 将各个工序单元逐次排开, 通过流水线传送产品到各个工序单元, 完成后返回流水线, 流向下一个工序单元, 直到完成所有装配工序。 任务 装配工具的确定 在装配过程中, 需要用到以下工具实现装配动作。 () 手指气缸夹取壳体和 板。 先分析产品尺寸特征, 壳体外形尺寸为 , 我们设置夹取宽度方向尺寸为 , 此处选用亚德客品牌的手指气缸, 选型软件
12、界面如图 所示.,上一页,下一页,返回,. 任务实现,型号为, 配备感应开关, 数量 个, 用以检测气缸开合动作, 发出信号,以便协同控制。 手指气缸的开合尺寸为. 和. , 动作空间为 , 单边 。 需要设计相应的夹爪, 以适应计步器壳体的宽度尺寸, 如图 和图 所示, 闭合尺寸为 , 开启尺寸为 。 板的夹取方式和壳体相同, 仅仅是尺寸有区别。 我们同样设置夹取宽度方向, 尺寸为. , 同样选用亚德客手指气缸, 型号为, 配备感应开关, 数量个, 用以检测气缸开合动作, 发出信号, 以便协同控制。,上一页,下一页,返回,. 任务实现, 手指气缸的开合尺寸为. 和. , 动作空间为 ,单边
13、。 需要设计相应的夹爪, 以适应计步器 板的宽度尺寸, 如图 和图 所示, 闭合尺寸为. , 开启尺寸为. 。 由于 板的厚度只有. , 上面装有众多的电子元器件,无法采取吸取方式, 只能夹取, 如此薄的板件夹取容易不稳, 夹爪结构需要改进,设置台阶, 勾住 板, 防止夹取后在移动过程中跌落。 同时, 由于 板必须放置在壳体的卡槽内, 受壳体卡槽尺寸的限制, 夹爪的尺寸必须严格控制, 防止尺寸干涉的发生, 设计过程中一定要对尺寸进行仔细的核算。,上一页,下一页,返回,. 任务实现,() 宽型气缸夹取礼品盒。 先分析产品尺寸特征, 礼品盒外形尺寸为 , 设置夹取宽度方向尺寸为 , 尺寸相对较大,
14、 且材质为纸质, 需要夹持范围大一点, 增加受力面积, 才有利于夹紧, 不会让礼品盒变形损失。 此处选用 品牌的宽型气缸, 选型界面如图 和图 所示。 型号为, 配备感应开关, 数量 个, 用以检测气缸开合动作, 发出信号, 以便协同控制。 宽型气缸的开合尺寸为 和 , 动作空间为 , 单边 。,上一页,下一页,返回,. 任务实现,需要设计相应的夹爪, 以适应礼品盒的宽度尺寸, 如图 和图 所示, 闭合尺寸为 , 开启尺寸为 。 由于礼品盒为纸质材料, 相对较软, 容易受力变形, 夹持需要有一定过盈才能加紧, 但是不能夹坏, 因此需要在夹爪上面粘贴一层 厚的海绵胶条, 以增加厚度和摩擦力, 保
15、持夹紧力, 并且不会损伤礼品盒。 () 吸盘吸取底板。 先分析产品尺寸特征, 底板外形尺寸为 , 表面为光面, 因此我们采用吸取方式, 吸盘夹具属于标准件, 品牌众多, 型号规格选择很多, 选型界面如图 所示。,上一页,下一页,返回,. 任务实现,主要选择参数为吸盘直径大小、材料、形状, 以及金具的行程、连接形式、大小规格等。 还有一个很重要的选项就是缓冲类型选择, 有可回转型和不可回转型两种, 吸取圆形产品, 没有固定方位要求, 可以选择回转型。 吸取矩形或者要求方位固定的产品, 必须选择不可回转型, 吸取后, 产品保持固有的姿态, 不会转动。 此处选择的型号为。 () 双轴气缸固定壳体。 计步器装配过程中
