機(jī)器人柔性裝配演示流水線的設(shè)計(jì)

機(jī)器人柔性裝配演示流水線的設(shè)計(jì)20CO機(jī)器人柔性裝配演示流水線的設(shè)計(jì)毪堡頓向明楊汝清上海交通大學(xué)機(jī)器人研究所,上海200030過裝配試驗(yàn)對方案進(jìn)行了驗(yàn)證莖蓄人TP裝242箋耋文章身I鞋綴,20OOL000103TP2421001000103,幸C1,中圖分類號文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼B文章號一265F,JDOFFLEXLEROBOTASSMLYDTMMLINESUNBINZHANGGEIJDUNXIANGMINGYANGRUQINGOFTHESYSTEMANDTHEDESIGNOFHARDWAREANDSO一YYIHEYKMF,7加,K呵W珊吐ROB0TASSEMBASSEMHHNEDEM1前言為滿足多品種,小批量產(chǎn)品的市場需求,現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)了以柔性制造技術(shù)和柔性裝配技術(shù)為代表的一系列先進(jìn)制造技術(shù)這些技術(shù)的出現(xiàn),把人從繁重的重復(fù)勞動(dòng)中解放出來,降低了產(chǎn)品成本,提高了產(chǎn)品質(zhì)量,縮短了產(chǎn)品的生產(chǎn)周期,提高了市場競爭力為了向公眾展示現(xiàn)代化的計(jì)算機(jī)集成制造技術(shù),普及先進(jìn)制造技術(shù)知識(shí),上?？萍汲菍⒔⒁粭l機(jī)器人自動(dòng)裝配演示流水線,向公眾演示現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)從產(chǎn)品設(shè)計(jì),零件制造到產(chǎn)品裝配的全過程,以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/制造CAD/CAM技術(shù),物流管理技術(shù)和機(jī)器人柔性裝配等關(guān)鍵技術(shù)下面將討論該系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及初步實(shí)旌2系統(tǒng)設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要考慮展示上述一系列先進(jìn)制造技術(shù)又要考慮參觀者廣泛的知識(shí)層次和科普教育的要求基于這些考慮,該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)遵循以下三點(diǎn)原則1參觀者可以參與產(chǎn)品及零件的設(shè)計(jì),體現(xiàn)系統(tǒng)的參與性2系統(tǒng)能夠?qū)⒂脩粼O(shè)計(jì)體現(xiàn)在產(chǎn)品上,體現(xiàn)制造的柔性3系統(tǒng)能完成多種產(chǎn)品的自動(dòng)化裝配,即體現(xiàn)機(jī)器人裝配的柔性基于以上原則設(shè)計(jì)的演示系統(tǒng)如圖1所示系統(tǒng)由游客設(shè)計(jì)子系統(tǒng)一臺(tái)游客設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)及輔助設(shè)備,自動(dòng)倉庫子系統(tǒng)小型自動(dòng)化立體倉庫,數(shù)控雕刻子系統(tǒng)一臺(tái)機(jī)械數(shù)控雕刻機(jī)和一臺(tái)裝卸機(jī)器人和機(jī)器人裝配子系統(tǒng)一臺(tái)裝配機(jī)器人,一臺(tái)擰螺釘機(jī)器人,一個(gè)工作臺(tái)變位器,一條環(huán)形輸送線及氣動(dòng)裝置組成,可以同時(shí)完成兩個(gè)種類,四個(gè)型號的禮品的裝圖1系統(tǒng)組成1環(huán)形輸送線2三維敷匣雕射機(jī)3機(jī)器下料機(jī)構(gòu)5參觀者附計(jì)算機(jī)6控制器7系統(tǒng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)8擰螺釘機(jī)9變位器10機(jī)器兒小型立體倉庫12通訊廂培13系統(tǒng)服務(wù)囂2000年第9配游客可以在游客計(jì)算機(jī)上選擇要裝配的禮品的種類并設(shè)計(jì)禮品標(biāo)牌上的圖案,由數(shù)控雕刻機(jī)進(jìn)行加工小型立體倉庫進(jìn)行物料管理,倉庫內(nèi)存有擺放好不同型號禮品的零備件的托盤,并可通過自動(dòng)選料系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)識(shí)和調(diào)度機(jī)器人裝配子系統(tǒng)完成禮品的裝配并送到游客手中,具體的裝配動(dòng)作由裝配機(jī)器人,擰螺釘機(jī)器人和二自由度變位器以及氣動(dòng)系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成,環(huán)行輸送線保證零件的自動(dòng)傳輸3裝配任務(wù)序列設(shè)計(jì)根據(jù)展項(xiàng)設(shè)計(jì)的要求,采用汽車模型和帶有科技城造型的八音盒作為自動(dòng)裝配演示的對象兼顧演示的觀賞性和系統(tǒng)的復(fù)雜性,裝配件的數(shù)量設(shè)計(jì)在68件,裝配動(dòng)作設(shè)計(jì)在815個(gè)以汽車模型為例,該模型由5種零件組成底盤1件,車身1件,車輪4件,標(biāo)牌1件,總計(jì)7個(gè)零件構(gòu)成不含聯(lián)結(jié)螺釘同時(shí)將設(shè)計(jì)兩種不同車型和兩種不同顏色供參觀者挑選八音盒的設(shè)計(jì)類似汽車模型,由底座1件,外型殼體1件,機(jī)芯1件,標(biāo)牌1件,鑰匙,1件和裝飾件如旗桿或紀(jì)念碑1件組成以汽車模型為例,裝配任務(wù)序列如下1根據(jù)參觀者的選擇,自動(dòng)化倉庫自動(dòng)選擇相應(yīng)的料盤,并通過傳送帶送到倉庫出口,由輸送線在指定位置定位2機(jī)器人2抓取待雕刻零件傳送到機(jī)器人1,機(jī)器人L將該零件安裝到三維數(shù)控雕刻機(jī)的工作臺(tái)上,自動(dòng)夾具夾緊機(jī)器人2抓取待裝配的其他零件并放到裝配托盤相應(yīng)的位置3雕刻機(jī)開始加工游客設(shè)計(jì)的圖案,完成后,自動(dòng)夾具松開,機(jī)器人1把雕刻好的零件放到裝配托盤對應(yīng)位置上4機(jī)器人2抓取托盤中的汽車模型底盤,放到變位器上的裝配工作臺(tái)上,自動(dòng)夾具夾緊5變位器繞水平軸旋轉(zhuǎn)90,機(jī)器人2依次抓取輪L,輪2,壓人底盤的輪軸上6變位器繞水平軸旋轉(zhuǎn)一180,機(jī)器人2依次抓取輪3,輪4,壓人底盤的輪軸上7變位器繞水平軸和垂直軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)90,機(jī)器人2抓取標(biāo)牌,插入底盤尾部8擰螺釘機(jī)器人啟動(dòng),插入并擰緊標(biāo)牌與底盤的聯(lián)接螺釘9變位器繞水平軸和垂直軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)一90機(jī)器人2抓取車身,放置在底盤上10擰螺釘機(jī)器人啟動(dòng),依次擰車身與底盤的兩個(gè)聯(lián)結(jié)螺釘11自動(dòng)夾具松開,機(jī)器人2抓取裝配完的汽車模型,放到環(huán)形輸送線的傳輸板上12環(huán)形輸送線將汽車模型送到指定位置,機(jī)器人1抓取汽車模型,并放到出料裝置上13出料裝置將汽車模型送出裝配區(qū),游客取下禮品4主要設(shè)備的選擇和設(shè)計(jì)裝配機(jī)器人要完成除螺釘外全部零部件的順序抓取,并運(yùn)送到裝配工位,完成裝配作業(yè),考慮多自由度多方位的靈活性,機(jī)器人選用6自由度MOTOMANSV3機(jī)器人如圖2,并根據(jù)所抓取零件的形位特征,設(shè)計(jì)多用途末端夾持器雙V型槽手爪完成多種零件的抓取,采用氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)這樣,在裝配過程中不必更換抓取裝置,從而太大提高了效率螺釘自動(dòng)擰緊裝置采用SCARA型SR440F擰螺釘機(jī)如圖3,SR440F擰螺釘機(jī)具有很大的操作空間,自動(dòng)檢測距離與扭矩?cái)Q螺釘機(jī)白帶的線性振動(dòng)送料器能夠?qū)4螺釘自動(dòng)排隊(duì),由聯(lián)接氣管把螺釘吹人驅(qū)動(dòng)頭,完成螺釘插入及擰緊動(dòng)作由于裝配時(shí)需要改變裝配方向,因此專門設(shè)計(jì)了一個(gè)兩自由度變位器如圖4,工作臺(tái)與變位器相連,上方為自動(dòng)裝配夾具工作臺(tái)的尺寸設(shè)計(jì)在MOTOMAN機(jī)器人和擰螺釘機(jī)器人工作區(qū)之交集即最佳工作區(qū)內(nèi),以使兩臺(tái)機(jī)器人能重疊作業(yè)變位器采用了伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng),RV傳動(dòng),最大旋轉(zhuǎn)扭矩可達(dá)40KGM,可以滿足太多數(shù)中小型機(jī)電產(chǎn)品的裝配要求5控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)采用分散控制方式,各子系統(tǒng)的控制器控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備的運(yùn)行,子系統(tǒng)之間通過系統(tǒng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)集中進(jìn)行協(xié)調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過擴(kuò)展I/O接口板與各個(gè)子系統(tǒng)的控制單元連接,按照RS232或RS422串行通訊協(xié)議進(jìn)行通訊,同時(shí)通過網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與科技城網(wǎng)絡(luò)連接圖2MOTOMANSV3機(jī)器人圖3SR440F擰螺釘機(jī)圖4變位器2組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)二自由度變位器可以由SV3的控制器通過擴(kuò)展聯(lián)控,這樣實(shí)際上SV3機(jī)器人和二自由度變位器共同組成一個(gè)8自由度機(jī)器人來滿足裝配所需的各種動(dòng)作小型立體倉庫和環(huán)行輸送線均采用PLC實(shí)現(xiàn)順序控制,和自動(dòng)擰螺釘機(jī)以及機(jī)器人2一起,由一個(gè)控制器集中控制三維數(shù)控雕刻機(jī),機(jī)器人1和自動(dòng)下料裝置由另一個(gè)控制器實(shí)現(xiàn)各設(shè)備的順序控制,并通過監(jiān)控系統(tǒng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行F青況監(jiān)控和協(xié)調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行過程中,根據(jù)動(dòng)作序列的執(zhí)行情況,調(diào)用相應(yīng)的軟件模塊,控制相應(yīng)設(shè)備動(dòng)作,并對動(dòng)作的執(zhí)行情況進(jìn)行監(jiān)控系統(tǒng)軟件運(yùn)行的流程如圖5所示6方案試驗(yàn)?zāi)壳?已經(jīng)完成了該方案主體部分機(jī)器人裝配子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)構(gòu)造了一條由MOTOMANSV3機(jī)器人,環(huán)形輸送線,SR440F擰螺機(jī)機(jī)器人和變位器構(gòu)成的裝配系統(tǒng)如圖6所示,并在此系統(tǒng)上進(jìn)行了兩種汽車模型的裝配試驗(yàn)按照上述裝配動(dòng)作序列,加入一些表演動(dòng)作后,可在35分鐘內(nèi)完成一個(gè)汽車模型裝配圖7為待裝配的汽車模型零件和裝配完成的汽車模型該試驗(yàn)系統(tǒng)目前已經(jīng)通過了科技城的驗(yàn)收圖5系統(tǒng)軟件運(yùn)行流程圖圖6機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)圖7裝配前后的汽車模型7總結(jié)本文針對機(jī)器人柔性裝配系統(tǒng)的一個(gè)具體應(yīng)用,介紹了一種自動(dòng)裝配演示流水線的設(shè)計(jì)方案,詳細(xì)描述了系統(tǒng)的組成,裝配動(dòng)作序列以及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),并對主要裝配部分進(jìn)行了試驗(yàn)研究試驗(yàn)表明,該方案完全能夠達(dá)到展項(xiàng)的演示時(shí)間要求參考文獻(xiàn)】1