第7章 裝配機(jī)器人工作站系統(tǒng)

1、第第7章章 裝裝配機(jī)器人工作站系統(tǒng)配機(jī)器人工作站系統(tǒng)鐘奇制作裝配機(jī)器裝配機(jī)器人人概念：概念：裝配機(jī)器人是為完成裝配作業(yè)而設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人。裝配工業(yè)機(jī)器人工作站是指使用一臺(tái)或多臺(tái)裝配機(jī)器人，配有控制系統(tǒng)、輔助裝置及周邊設(shè)備，進(jìn)行裝配生產(chǎn)作業(yè)，從而達(dá)到完成特定工作任務(wù)的生產(chǎn)單元。裝配機(jī)器裝配機(jī)器人人工作站概念：工作站概念：裝配機(jī)器人工作站中使用的裝配機(jī)器人是專門為裝配而設(shè)計(jì)的機(jī)器裝配機(jī)器人工作站中使用的裝配機(jī)器人是專門為裝配而設(shè)計(jì)的機(jī)器人，與其他工業(yè)機(jī)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(jī)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(diǎn)外，其結(jié)構(gòu)也與其他

2、機(jī)器人有所不同。能與其他系統(tǒng)配套使用等特點(diǎn)外，其結(jié)構(gòu)也與其他機(jī)器人有所不同。裝配機(jī)器人裝配機(jī)器人由由機(jī)器人、控制器、末端執(zhí)行器，傳感系統(tǒng)，輸送機(jī)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(jī)器人分類與組成配機(jī)器人分類與組成裝配機(jī)器人的分類裝配機(jī)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(jī)器人的主機(jī)部分，由若干驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和支持部分組成。為適應(yīng)各種用途，手臂是裝配機(jī)器人的主機(jī)部分，由若干驅(qū)動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng)，自由度數(shù)越多，則執(zhí)行任務(wù)時(shí)越靈活，對(duì)完成裝配的復(fù)雜性有好處。運(yùn)動(dòng)，自由度數(shù)越多，則執(zhí)行任務(wù)時(shí)越靈活，對(duì)完成裝配的復(fù)雜性有好處。驅(qū)動(dòng)裝置是帶動(dòng)臂部到達(dá)指定位置的動(dòng)力源。動(dòng)力一般是直接或經(jīng)電纜、齒輪箱或驅(qū)動(dòng)裝置是帶動(dòng)臂部到達(dá)指定位置的動(dòng)力源。動(dòng)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(dòng)、電動(dòng)三種驅(qū)動(dòng)方式。電動(dòng)又有直流電動(dòng)其他方法送至臂部。目前主要有液、氣動(dòng)、電動(dòng)三種驅(qū)動(dòng)方式。電動(dòng)又有直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人幾乎都采取電機(jī)驅(qū)方式。伺機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。關(guān)節(jié)型裝

4、配機(jī)器人幾乎都采取電機(jī)驅(qū)方式。伺服電動(dòng)機(jī)速度快，容易控制，現(xiàn)在已十分普及。只有部分廉價(jià)的機(jī)器人采用步進(jìn)電服電動(dòng)機(jī)速度快，容易控制，現(xiàn)在已十分普及。只有部分廉價(jià)的機(jī)器人采用步進(jìn)電機(jī)。在實(shí)際應(yīng)用中，使用何種驅(qū)動(dòng)器，要根據(jù)任務(wù)情況來(lái)靈活確定，以能完成裝配機(jī)。在實(shí)際應(yīng)用中，使用何種驅(qū)動(dòng)器，要根據(jù)任務(wù)情況來(lái)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(duì)象物的任務(wù)，相當(dāng)于人手。事實(shí)上用一種手爪很手爪安裝在手部前端，擔(dān)負(fù)抓握對(duì)象物的任務(wù)，相當(dāng)于人手。事實(shí)上用一種手爪很難適應(yīng)形狀各異的工件，通常，按抓拿對(duì)像有不同需要設(shè)計(jì)特定的手爪。在一些機(jī)難適應(yīng)形狀各異的工件，通常，按抓

5、拿對(duì)像有不同需要設(shè)計(jì)特定的手爪。在一些機(jī)器人上配備各種可換手，則可以增加通用性。手爪的驅(qū)動(dòng)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(dòng)以壓縮空氣居多，使用壓縮空氣吸取裝配對(duì)象是一種手爪形式，可以抓取平面類零件；使用空氣驅(qū)動(dòng)機(jī)械機(jī)縮空氣吸取裝配對(duì)象是一種手爪形式，可以抓取平面類零件；使用空氣驅(qū)動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)抓緊或松開(kāi)，從而模擬人手抓取零件是另一種形式。電機(jī)驅(qū)動(dòng)也是手爪驅(qū)動(dòng)的主構(gòu)抓緊或松開(kāi)，從而模擬人手抓取零件是另一種形式。電機(jī)驅(qū)動(dòng)也是手爪驅(qū)動(dòng)的主要模式之一，可通過(guò)電磁吸引或電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)抓取零件。要模式之一，可通過(guò)電磁吸引或電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)抓取零件?？刂破鞯淖饔檬怯洃洐C(jī)器人的動(dòng)作，

6、對(duì)手臂和手爪實(shí)施控制?？刂破鞯暮诵氖俏⑿涂刂破鞯淖饔檬怯洃洐C(jī)器人的動(dòng)作，對(duì)手臂和手爪實(shí)施控制?？刂破鞯暮诵氖俏⑿陀?jì)算機(jī)，它能完成動(dòng)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(jì)算機(jī)，它能完成動(dòng)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(lái)輸入程序、顯示機(jī)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(lái)輸入程序、顯示機(jī)器人的狀態(tài)等。這是人機(jī)對(duì)話的主要渠道。顯示部分一般采用液晶顯示器（人機(jī)對(duì)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(jī)器人可以更好地順應(yīng)對(duì)象物，進(jìn)行柔軟的操作。視覺(jué)傳感器常常用來(lái)修正對(duì)象物機(jī)器人可以更好地順應(yīng)對(duì)象物，進(jìn)行柔軟的操作。視覺(jué)傳感器常常用來(lái)修正對(duì)象物的位置偏移。通過(guò)示教盒的幫助，可以讓機(jī)器對(duì)工作過(guò)程進(jìn)行初步認(rèn)知，然后再經(jīng)的位置偏移。通過(guò)示教盒的幫助，可以讓機(jī)器對(duì)工作過(guò)程進(jìn)行初步認(rèn)知，然后再經(jīng)過(guò)精確調(diào)整來(lái)完成裝配操作，這就使機(jī)器的智能化程度提高，減少了操作人員的負(fù)過(guò)精確調(diào)整來(lái)完成裝配操作，這就使機(jī)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(jī)器人的周邊設(shè)備配機(jī)器人的周邊設(shè)備機(jī)器人進(jìn)行裝配作業(yè)時(shí)，除上面提到的機(jī)器人主機(jī)、手爪、傳感器外，零件供給裝置和工件搬運(yùn)裝置也至

8、關(guān)重要。無(wú)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(jī)器人主機(jī)所占的比例大。周邊設(shè)備常由可編程控制器控制、臺(tái)架、安全欄等。手：雙指氣動(dòng)手價(jià)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(shí)零件相互的定位誤差，對(duì)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(shí)，可能用到氣動(dòng)吸取或電磁吸引的方式；抓緊特殊結(jié)構(gòu)零件時(shí)可能需要特制對(duì)應(yīng)的手來(lái)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(jì)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(jī)器人經(jīng)常使用的傳感器有聽(tīng)裝配機(jī)器人經(jīng)常使用的傳感器有聽(tīng)覺(jué)、

9、視覺(jué)、觸覺(jué)、接近覺(jué)和力傳感器等。如覺(jué)、視覺(jué)、觸覺(jué)、接近覺(jué)和力傳感器等。如圖圖7.5是部分傳感器。視覺(jué)傳感器主要用于是部分傳感器。視覺(jué)傳感器主要用于零件或工件位置補(bǔ)償，零件的判別、確認(rèn)等。零件或工件位置補(bǔ)償，零件的判別、確認(rèn)等。觸覺(jué)和接近覺(jué)傳感器一般固定在指端，用來(lái)觸覺(jué)和接近覺(jué)傳感器一般固定在指端，用來(lái)補(bǔ)償零件或工件的位置誤差，防止碰撞等。補(bǔ)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(jī)器人的價(jià)恰當(dāng)?shù)嘏渲脗鞲衅髂苡行У亟档蜋C(jī)器人的價(jià)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(lái)檢測(cè)腕部受力情況。一般在精密裝配或用來(lái)檢測(cè)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(jī)器人裝配時(shí)零件供給器是為機(jī)器人裝配時(shí)不斷提供裝配時(shí)需要用到的零件的裝置，作不斷提供裝配時(shí)需要用到的零件的裝置，作用是保證機(jī)器人能逐個(gè)正確地抓拿待裝配零用是保證機(jī)器人能逐個(gè)正確地抓拿待裝配零件，保證裝配作業(yè)正常進(jìn)行。零件供給器形件，保證裝配作業(yè)正常進(jìn)行。零件供給器形式與種類眾多，根據(jù)機(jī)器人裝配的性質(zhì)進(jìn)行式與種類眾多，根據(jù)機(jī)器人裝配的性質(zhì)進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖設(shè)計(jì)。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(jī)器人利用視覺(jué)和觸覺(jué)傳感技術(shù)，給器。最近機(jī)器人利用視覺(jué)和觸

11、覺(jué)傳感技術(shù)，已經(jīng)達(dá)到能夠從散堆（適度的堆積）狀態(tài)把已經(jīng)達(dá)到能夠從散堆（適度的堆積）狀態(tài)把零件一一分檢出來(lái)的水平，部分技術(shù)已投入零件一一分檢出來(lái)的水平，部分技術(shù)已投入實(shí)用?？梢灶A(yù)料，不久之后在零件的供給方實(shí)用?？梢灶A(yù)料，不久之后在零件的供給方式上可能會(huì)發(fā)生顯著的改觀。式上可能會(huì)發(fā)生顯著的改觀。輸送裝置：在機(jī)器人裝配線上，輸送裝置承擔(dān)把工件搬運(yùn)到各作業(yè)地點(diǎn)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(lái)進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，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(shuō)，零件即使隨傳送

12、帶一起移動(dòng)，借助傳感器的識(shí)別能力，機(jī)器人也能實(shí)現(xiàn)所謂“動(dòng)態(tài)”裝配，但原則上，作業(yè)時(shí)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(diǎn)是停止時(shí)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(jī)器人的結(jié)構(gòu)配工作站機(jī)器人的結(jié)構(gòu)裝配機(jī)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(jī)器及零件可以通過(guò)傳送帶或轉(zhuǎn)盤輸送時(shí)，多采用機(jī)器人不移動(dòng)，零件與被裝配的機(jī)器或部件可以通過(guò)輸送帶移動(dòng)的形式；但當(dāng)機(jī)器體積或重量特別大，或其它客觀原因不能移動(dòng)被裝配的機(jī)器或部件時(shí)，可以采用被裝配的機(jī)器或部件不動(dòng)，而裝配機(jī)器人可以移動(dòng)的方式。被裝配機(jī)器可以輸送的機(jī)器人結(jié)構(gòu)FANUC裝配機(jī)器人十字龍門式機(jī)器人擺臂式機(jī)器人垂直關(guān)節(jié)機(jī)器人擺頭機(jī)器人被裝配機(jī)器不可移動(dòng)的裝配機(jī)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(shí)現(xiàn)的。所以人們想到另外一種方案：讓裝配者和裝配對(duì)象調(diào)換位置，被裝配的部件或產(chǎn)品位置不動(dòng)，裝配工或裝配機(jī)械圍繞被裝配的部件或產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)。從這一設(shè)想出發(fā)人們又開(kāi)發(fā)出了行走機(jī)器人。行走式機(jī)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(dòng)式兩種，如圖7-14所示左側(cè)二圖是自由移動(dòng)式機(jī)器人，右側(cè)為固定軌道移動(dòng)式機(jī)器人。第四節(jié)第四節(jié) 裝裝配機(jī)器人的工作空