第7章 裝配機器人工作站系統(tǒng)

1、第第7章章 裝裝配機器人工作站系統(tǒng)配機器人工作站系統(tǒng)鐘奇制作裝配機器裝配機器人人概念：概念：裝配機器人是為完成裝配作業(yè)而設(shè)計的工業(yè)機器人。裝配工業(yè)機器人工作站是指使用一臺或多臺裝配機器人，配有控制系統(tǒng)、輔助裝置及周邊設(shè)備，進行裝配生產(chǎn)作業(yè)，從而達到完成特定工作任務(wù)的生產(chǎn)單元。裝配機器裝配機器人人工作站概念：工作站概念：裝配機器人工作站中使用的裝配機器人是專門為裝配而設(shè)計的機器裝配機器人工作站中使用的裝配機器人是專門為裝配而設(shè)計的機器人，與其他工業(yè)機器人比較，它具有精度高、柔性好、工作范圍小、人，與其他工業(yè)機器人比較，它具有精度高、柔性好、工作范圍小、能與其他系統(tǒng)配套使用等特點外，其結(jié)構(gòu)也與其他

2、機器人有所不同。能與其他系統(tǒng)配套使用等特點外，其結(jié)構(gòu)也與其他機器人有所不同。裝配機器人裝配機器人由由機器人、控制器、末端執(zhí)行器，傳感系統(tǒng)，輸送機器人、控制器、末端執(zhí)行器，傳感系統(tǒng)，輸送設(shè)備，外圍設(shè)備以及相關(guān)配置組成。設(shè)備，外圍設(shè)備以及相關(guān)配置組成。第一節(jié)第一節(jié) 裝裝配機器人分類與組成配機器人分類與組成裝配機器人的分類裝配機器人的組成手臂；手（手抓）；控制器；示教盒；傳感器。手臂是裝配機器人的主機部分，由若干驅(qū)動機構(gòu)和支持部分組成。為適應(yīng)各種用途，手臂是裝配機器人的主機部分，由若干驅(qū)動機構(gòu)和支持部分組成。為適應(yīng)各種用途，它有不同組成方式和尺寸。手臂各關(guān)節(jié)部分根據(jù)裝配任務(wù)需要，產(chǎn)生不同的自由度它有

3、不同組成方式和尺寸。手臂各關(guān)節(jié)部分根據(jù)裝配任務(wù)需要，產(chǎn)生不同的自由度運動，自由度數(shù)越多，則執(zhí)行任務(wù)時越靈活，對完成裝配的復(fù)雜性有好處。運動，自由度數(shù)越多，則執(zhí)行任務(wù)時越靈活，對完成裝配的復(fù)雜性有好處。驅(qū)動裝置是帶動臂部到達指定位置的動力源。動力一般是直接或經(jīng)電纜、齒輪箱或驅(qū)動裝置是帶動臂部到達指定位置的動力源。動力一般是直接或經(jīng)電纜、齒輪箱或其他方法送至臂部。目前主要有液、氣動、電動三種驅(qū)動方式。電動又有直流電動其他方法送至臂部。目前主要有液、氣動、電動三種驅(qū)動方式。電動又有直流電動機、步進電動機和交流電動機驅(qū)動。關(guān)節(jié)型裝配機器人幾乎都采取電機驅(qū)方式。伺機、步進電動機和交流電動機驅(qū)動。關(guān)節(jié)型裝

4、配機器人幾乎都采取電機驅(qū)方式。伺服電動機速度快，容易控制，現(xiàn)在已十分普及。只有部分廉價的機器人采用步進電服電動機速度快，容易控制，現(xiàn)在已十分普及。只有部分廉價的機器人采用步進電機。在實際應(yīng)用中，使用何種驅(qū)動器，要根據(jù)任務(wù)情況來靈活確定，以能完成裝配機。在實際應(yīng)用中，使用何種驅(qū)動器，要根據(jù)任務(wù)情況來靈活確定，以能完成裝配任務(wù)要求為準(zhǔn)則。任務(wù)要求為準(zhǔn)則。手爪安裝在手部前端，擔(dān)負(fù)抓握對象物的任務(wù)，相當(dāng)于人手。事實上用一種手爪很手爪安裝在手部前端，擔(dān)負(fù)抓握對象物的任務(wù)，相當(dāng)于人手。事實上用一種手爪很難適應(yīng)形狀各異的工件，通常，按抓拿對像有不同需要設(shè)計特定的手爪。在一些機難適應(yīng)形狀各異的工件，通常，按抓

5、拿對像有不同需要設(shè)計特定的手爪。在一些機器人上配備各種可換手，則可以增加通用性。手爪的驅(qū)動以壓縮空氣居多，使用壓器人上配備各種可換手，則可以增加通用性。手爪的驅(qū)動以壓縮空氣居多，使用壓縮空氣吸取裝配對象是一種手爪形式，可以抓取平面類零件；使用空氣驅(qū)動機械機縮空氣吸取裝配對象是一種手爪形式，可以抓取平面類零件；使用空氣驅(qū)動機械機構(gòu)抓緊或松開，從而模擬人手抓取零件是另一種形式。電機驅(qū)動也是手爪驅(qū)動的主構(gòu)抓緊或松開，從而模擬人手抓取零件是另一種形式。電機驅(qū)動也是手爪驅(qū)動的主要模式之一，可通過電磁吸引或電機驅(qū)動來抓取零件。要模式之一，可通過電磁吸引或電機驅(qū)動來抓取零件?？刂破鞯淖饔檬怯洃洐C器人的動作，

6、對手臂和手爪實施控制?？刂破鞯暮诵氖俏⑿涂刂破鞯淖饔檬怯洃洐C器人的動作，對手臂和手爪實施控制?？刂破鞯暮诵氖俏⑿陀嬎銠C，它能完成動作程序、手臂位置的記憶、程序的執(zhí)行、工作狀態(tài)的診斷、與計算機，它能完成動作程序、手臂位置的記憶、程序的執(zhí)行、工作狀態(tài)的診斷、與傳感器的信息交流、狀態(tài)顯示等功能。傳感器的信息交流、狀態(tài)顯示等功能。示教盒主要由顯示部分和輸入鍵組成，用來輸入程序、顯示機器人的狀態(tài)等。這是示教盒主要由顯示部分和輸入鍵組成，用來輸入程序、顯示機器人的狀態(tài)等。這是人機對話的主要渠道。顯示部分一般采用液晶顯示器（人機對話的主要渠道。顯示部分一般采用液晶顯示器（LCD）。借助傳感器的感知，）。借助

7、傳感器的感知，機器人可以更好地順應(yīng)對象物，進行柔軟的操作。視覺傳感器常常用來修正對象物機器人可以更好地順應(yīng)對象物，進行柔軟的操作。視覺傳感器常常用來修正對象物的位置偏移。通過示教盒的幫助，可以讓機器對工作過程進行初步認(rèn)知，然后再經(jīng)的位置偏移。通過示教盒的幫助，可以讓機器對工作過程進行初步認(rèn)知，然后再經(jīng)過精確調(diào)整來完成裝配操作，這就使機器的智能化程度提高，減少了操作人員的負(fù)過精確調(diào)整來完成裝配操作，這就使機器的智能化程度提高，減少了操作人員的負(fù)擔(dān)。擔(dān)。第二節(jié)第二節(jié) 裝裝配機器人的周邊設(shè)備配機器人的周邊設(shè)備機器人進行裝配作業(yè)時，除上面提到的機器人主機、手爪、傳感器外，零件供給裝置和工件搬運裝置也至

8、關(guān)重要。無論從投資額的角度還是從安裝占地面積的角度，它們往往比機器人主機所占的比例大。周邊設(shè)備常由可編程控制器控制、臺架、安全欄等。手：雙指氣動手價格便宜，因而經(jīng)常使用。如圖7.4所示，如果給手腕賦予柔順性，便可以在一定程度上消除裝配時零件相互的定位誤差，對配合作業(yè)很有利。手的形式根據(jù)裝配任務(wù)不同可能是不一樣的，比喻，抓取大面積的板類零件時，可能用到氣動吸取或電磁吸引的方式；抓緊特殊結(jié)構(gòu)零件時可能需要特制對應(yīng)的手來抓取。因此，手的外形、工作原理、結(jié)構(gòu)樣式等均與裝配任務(wù)不同而變化，設(shè)計者需要根據(jù)具體情況作出相應(yīng)處理。傳感器：傳感器：裝配機器人經(jīng)常使用的傳感器有聽裝配機器人經(jīng)常使用的傳感器有聽覺、

9、視覺、觸覺、接近覺和力傳感器等。如覺、視覺、觸覺、接近覺和力傳感器等。如圖圖7.5是部分傳感器。視覺傳感器主要用于是部分傳感器。視覺傳感器主要用于零件或工件位置補償，零件的判別、確認(rèn)等。零件或工件位置補償，零件的判別、確認(rèn)等。觸覺和接近覺傳感器一般固定在指端，用來觸覺和接近覺傳感器一般固定在指端，用來補償零件或工件的位置誤差，防止碰撞等。補償零件或工件的位置誤差，防止碰撞等。恰當(dāng)?shù)嘏渲脗鞲衅髂苡行У亟档蜋C器人的價恰當(dāng)?shù)嘏渲脗鞲衅髂苡行У亟档蜋C器人的價格，改善它的性能。力傳感器一般裝在腕部，格，改善它的性能。力傳感器一般裝在腕部，用來檢測腕部受力情況。一般在精密裝配或用來檢測腕部受力情況。一般在

10、精密裝配或去飛邊一類需要力控制的作業(yè)中使用。去飛邊一類需要力控制的作業(yè)中使用。零件供給器：零件供給器：零件供給器是為機器人裝配時零件供給器是為機器人裝配時不斷提供裝配時需要用到的零件的裝置，作不斷提供裝配時需要用到的零件的裝置，作用是保證機器人能逐個正確地抓拿待裝配零用是保證機器人能逐個正確地抓拿待裝配零件，保證裝配作業(yè)正常進行。零件供給器形件，保證裝配作業(yè)正常進行。零件供給器形式與種類眾多，根據(jù)機器人裝配的性質(zhì)進行式與種類眾多，根據(jù)機器人裝配的性質(zhì)進行設(shè)計。圖設(shè)計。圖7.6是其中兩種不同形式的零件供是其中兩種不同形式的零件供給器。最近機器人利用視覺和觸覺傳感技術(shù)，給器。最近機器人利用視覺和觸

11、覺傳感技術(shù)，已經(jīng)達到能夠從散堆（適度的堆積）狀態(tài)把已經(jīng)達到能夠從散堆（適度的堆積）狀態(tài)把零件一一分檢出來的水平，部分技術(shù)已投入零件一一分檢出來的水平，部分技術(shù)已投入實用?？梢灶A(yù)料，不久之后在零件的供給方實用。可以預(yù)料，不久之后在零件的供給方式上可能會發(fā)生顯著的改觀。式上可能會發(fā)生顯著的改觀。輸送裝置：在機器人裝配線上，輸送裝置承擔(dān)把工件搬運到各作業(yè)地點的任務(wù)。輸送裝置中以傳送帶居多，其他形式如圓盤回轉(zhuǎn)式也常用。輸送裝置也需要根據(jù)裝配情況來進行靈活設(shè)計，不同裝配要求就有不同的裝配輸送裝置，比如，裝置的零件大，復(fù)雜，就可能用輸送帶形式，零件較小，工序不多，可能用圓盤回轉(zhuǎn)式。理論上說，零件即使隨傳送

12、帶一起移動，借助傳感器的識別能力，機器人也能實現(xiàn)所謂“動態(tài)”裝配，但原則上，作業(yè)時工件都處于靜止。所以最常采用的傳送帶為游離式，這樣，裝載工件的托盤容易同步停止。輸送裝置的技術(shù)難點是停止時的定位精度、沖擊和減振。用減震器可以吸收沖擊能。第三節(jié)第三節(jié) 裝裝配工作站機器人的結(jié)構(gòu)配工作站機器人的結(jié)構(gòu)裝配機器人的結(jié)構(gòu)與裝配的種類與性質(zhì)有關(guān)。當(dāng)被裝配的機器及零件可以通過傳送帶或轉(zhuǎn)盤輸送時，多采用機器人不移動，零件與被裝配的機器或部件可以通過輸送帶移動的形式；但當(dāng)機器體積或重量特別大，或其它客觀原因不能移動被裝配的機器或部件時，可以采用被裝配的機器或部件不動，而裝配機器人可以移動的方式。被裝配機器可以輸送的機器人結(jié)構(gòu)FANUC裝配機器人十字龍門式機器人擺臂式機器人垂直關(guān)節(jié)機器人擺頭機器人被裝配機器不可移動的裝配機器人大型部件或產(chǎn)品的裝配在節(jié)拍式的裝配線上是難以實現(xiàn)的。所以人們想到另外一種方案：讓裝配者和裝配對象調(diào)換位置，被裝配的部件或產(chǎn)品位置不動，裝配工或裝配機械圍繞被裝配的部件或產(chǎn)品運動。從這一設(shè)想出發(fā)人們又開發(fā)出了行走機器人。行走式機器人又根據(jù)裝配工作的要求不同，分為固定軌道式與自由移動式兩種，如圖7-14所示左側(cè)二圖是自由移動式機器人，右側(cè)為固定軌道移動式機器人。第四節(jié)第四節(jié) 裝裝配機器人的工作空