機器人柔性裝配演示流水線的設計

機器人柔性裝配演示流水線的設計20CO機器人柔性裝配演示流水線的設計毪堡頓向明楊汝清上海交通大學機器人研究所,上海200030過裝配試驗對方案進行了驗證莖蓄人TP裝242箋耋文章身I鞋綴,20OOL000103TP2421001000103,幸C1,中圖分類號文獻標識碼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)了以柔性制造技術和柔性裝配技術為代表的一系列先進制造技術這些技術的出現(xiàn),把人從繁重的重復勞動中解放出來,降低了產(chǎn)品成本,提高了產(chǎn)品質量,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)代化的計算機集成制造技術,普及先進制造技術知識,上?？萍汲菍⒔⒁粭l機器人自動裝配演示流水線,向公眾演示現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)從產(chǎn)品設計,零件制造到產(chǎn)品裝配的全過程,以及計算機輔助設計/制造CAD/CAM技術,物流管理技術和機器人柔性裝配等關鍵技術下面將討論該系統(tǒng)設計以及初步實旌2系統(tǒng)設計該系統(tǒng)的設計既要考慮展示上述一系列先進制造技術又要考慮參觀者廣泛的知識層次和科普教育的要求基于這些考慮,該系統(tǒng)的設計遵循以下三點原則1參觀者可以參與產(chǎn)品及零件的設計,體現(xiàn)系統(tǒng)的參與性2系統(tǒng)能夠將用戶設計體現(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)品的自動化裝配,即體現(xiàn)機器人裝配的柔性基于以上原則設計的演示系統(tǒng)如圖1所示系統(tǒng)由游客設計子系統(tǒng)一臺游客設計計算機及輔助設備,自動倉庫子系統(tǒng)小型自動化立體倉庫,數(shù)控雕刻子系統(tǒng)一臺機械數(shù)控雕刻機和一臺裝卸機器人和機器人裝配子系統(tǒng)一臺裝配機器人,一臺擰螺釘機器人,一個工作臺變位器,一條環(huán)形輸送線及氣動裝置組成,可以同時完成兩個種類,四個型號的禮品的裝圖1系統(tǒng)組成1環(huán)形輸送線2三維敷匣雕射機3機器下料機構5參觀者附計算機6控制器7系統(tǒng)監(jiān)控計算機8擰螺釘機9變位器10機器兒小型立體倉庫12通訊廂培13系統(tǒng)服務囂2000年第9配游客可以在游客計算機上選擇要裝配的禮品的種類并設計禮品標牌上的圖案,由數(shù)控雕刻機進行加工小型立體倉庫進行物料管理,倉庫內(nèi)存有擺放好不同型號禮品的零備件的托盤,并可通過自動選料系統(tǒng)自動標識和調(diào)度機器人裝配子系統(tǒng)完成禮品的裝配并送到游客手中,具體的裝配動作由裝配機器人,擰螺釘機器人和二自由度變位器以及氣動系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成,環(huán)行輸送線保證零件的自動傳輸3裝配任務序列設計根據(jù)展項設計的要求,采用汽車模型和帶有科技城造型的八音盒作為自動裝配演示的對象兼顧演示的觀賞性和系統(tǒng)的復雜性,裝配件的數(shù)量設計在68件,裝配動作設計在815個以汽車模型為例,該模型由5種零件組成底盤1件,車身1件,車輪4件,標牌1件,總計7個零件構成不含聯(lián)結螺釘同時將設計兩種不同車型和兩種不同顏色供參觀者挑選八音盒的設計類似汽車模型,由底座1件,外型殼體1件,機芯1件,標牌1件,鑰匙,1件和裝飾件如旗桿或紀念碑1件組成以汽車模型為例,裝配任務序列如下1根據(jù)參觀者的選擇,自動化倉庫自動選擇相應的料盤,并通過傳送帶送到倉庫出口,由輸送線在指定位置定位2機器人2抓取待雕刻零件傳送到機器人1,機器人L將該零件安裝到三維數(shù)控雕刻機的工作臺上,自動夾具夾緊機器人2抓取待裝配的其他零件并放到裝配托盤相應的位置3雕刻機開始加工游客設計的圖案,完成后,自動夾具松開,機器人1把雕刻好的零件放到裝配托盤對應位置上4機器人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上,自動夾具夾緊5變位器繞水平軸旋轉90,機器人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一180,機器人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旋轉90,機器人2抓取標牌,插入底盤尾部8擰螺釘機器人啟動,插入并擰緊標牌與底盤的聯(lián)接螺釘9變位器繞水平軸和垂直軸同時旋轉一90機器人2抓取車身,放置在底盤上10擰螺釘機器人啟動,依次擰車身與底盤的兩個聯(lián)結螺釘11自動夾具松開,機器人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主要設備的選擇和設計裝配機器人要完成除螺釘外全部零部件的順序抓取,并運送到裝配工位,完成裝配作業(yè),考慮多自由度多方位的靈活性,機器人選用6自由度MOTOMANSV3機器人如圖2,并根據(jù)所抓取零件的形位特征,設計多用途末端夾持器雙V型槽手爪完成多種零件的抓取,采用氣動驅動這樣,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擰緊裝置采用SCARA型SR440F擰螺釘機如圖3,SR440F擰螺釘機具有很大的操作空間,自動檢測距離與扭矩擰螺釘機白帶的線性振動送料器能夠將M4螺釘自動排隊,由聯(lián)接氣管把螺釘吹人驅動頭,完成螺釘插入及擰緊動作由于裝配時需要改變裝配方向,因此專門設計了一個兩自由度變位器如圖4,工作臺與變位器相連,上方為自動裝配夾具工作臺的尺寸設計在MOTOMAN機器人和擰螺釘機器人工作區(qū)之交集即最佳工作區(qū)內(nèi),以使兩臺機器人能重疊作業(yè)變位器采用了伺服電機驅動,RV傳動,最大旋轉扭矩可達40KGM,可以滿足太多數(shù)中小型機電產(chǎn)品的裝配要求5控制系統(tǒng)設計控制系統(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)部設備的運行,子系統(tǒng)之間通過系統(tǒng)監(jiān)控計算機集中進行協(xié)調(diào)系統(tǒng)監(jiān)控計算機通過擴展I/O接口板與各個子系統(tǒng)的控制單元連接,按照RS232或RS422串行通訊協(xié)議進行通訊,同時通過網(wǎng)絡服務器與科技城網(wǎng)絡連接圖2MOTOMANSV3機器人圖3SR440F擰螺釘機圖4變位器2組合機床與自動化加工技術二自由度變位器可以由SV3的控制器通過擴展聯(lián)控,這樣實際上SV3機器人和二自由度變位器共同組成一個8自由度機器人來滿足裝配所需的各種動作小型立體倉庫和環(huán)行輸送線均采用PLC實現(xiàn)順序控制,和自動擰螺釘機以及機器人2一起,由一個控制器集中控制三維數(shù)控雕刻機,機器人1和自動下料裝置由另一個控制器實現(xiàn)各設備的順序控制,并通過監(jiān)控系統(tǒng)計算機進行設備運行F青況監(jiān)控和協(xié)調(diào)系統(tǒng)運行過程中,根據(jù)動作序列的執(zhí)行情況,調(diào)用相應的軟件模塊,控制相應設備動作,并對動作的執(zhí)行情況進行監(jiān)控系統(tǒng)軟件運行的流程如圖5所示6方案試驗目前,已經(jīng)完成了該方案主體部分機器人裝配子系統(tǒng)的設計和試驗構造了一條由MOTOMANSV3機器人,環(huán)形輸送線,SR440F擰螺機機器人和變位器構成的裝配系統(tǒng)如圖6所示,并在此系統(tǒng)上進行了兩種汽車模型的裝配試驗按照上述裝配動作序列,加入一些表演動作后,可在35分鐘內(nèi)完成一個汽車模型裝配圖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系統(tǒng)目前已經(jīng)通過了科技城的驗收圖5系統(tǒng)軟件運行流程圖圖6機器人柔性裝配系統(tǒng)圖7裝配前后的汽車模型7總結本文針對機器人柔性裝配系統(tǒng)的一個具體應用,介紹了一種自動裝配演示流水線的設計方案,詳細描述了系統(tǒng)的組成,裝配動作序列以及控制系統(tǒng)的設計,并對主要裝配部分進行了試驗研究試驗表明,該方案完全能夠達到展項的演示時間要求參考文獻】1