工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用4-裝配

第10章

工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用4——裝配10.1認(rèn)識(shí)裝配機(jī)器人10.1.1裝配機(jī)器人的分配根據(jù)適應(yīng)的環(huán)境不同，裝配機(jī)器人可以分為普及型裝配機(jī)器人和精密型裝配機(jī)器人兩大類。裝配機(jī)器人大多數(shù)是4~6軸機(jī)器人，根據(jù)其臂部的運(yùn)動(dòng)形式不同，又可以分為直角坐標(biāo)型裝配機(jī)器人、垂直多關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人、平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人和并聯(lián)關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人等。直角坐標(biāo)型裝配機(jī)器人又稱為單軸機(jī)械手，其結(jié)構(gòu)在目前的工業(yè)機(jī)器人中是最簡單的一類，如圖10-1所示。直角坐標(biāo)型裝配機(jī)器人以XYZ直角坐標(biāo)系統(tǒng)為基準(zhǔn)，在X、Y和Z軸上進(jìn)行線性運(yùn)動(dòng)。它被限制在框架內(nèi)運(yùn)動(dòng)，框架可以是標(biāo)準(zhǔn)或半標(biāo)準(zhǔn)的線性滑軌和滾珠絲杠。直角坐標(biāo)型裝配機(jī)器人的工作空間類似于一個(gè)矩形，它使用笛卡爾坐標(biāo)系進(jìn)行定位。在機(jī)構(gòu)方面，裝配機(jī)器人大部分都裝備球形螺釘和伺服電動(dòng)機(jī)，具有速度快、精度高、操作及編程簡單等特點(diǎn)。直角坐標(biāo)型裝配機(jī)器人多為龍門式和懸臂式。圖10-1直角坐標(biāo)型裝配機(jī)器人10.1.1裝配機(jī)器人的分配垂直多關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人又稱為垂直串聯(lián)關(guān)節(jié)式裝配機(jī)器人，如圖10-2所示。該類裝配機(jī)器人大多具有6個(gè)自由度，可以在空間上的任意位置確定任意姿態(tài)。因此這類機(jī)器人所面向的往往是在三維空間的任意位置和姿勢(shì)的作業(yè)，其最大工作空間類似一個(gè)球體，通常使用極坐標(biāo)系定義空間中的點(diǎn)。該類裝配機(jī)器人由控制器、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和檢測(cè)傳感裝置等構(gòu)成。圖10-2垂直多關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人10.1.1裝配機(jī)器人的分配平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人又稱為水平串聯(lián)關(guān)節(jié)式裝配機(jī)器人或SCARA裝配機(jī)器人，是由日本山梨大學(xué)工學(xué)部精密工學(xué)研究所開發(fā)完成的。平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人有一個(gè)牢固的底座，它的機(jī)器手臂固定在Z軸上，同時(shí)在X、Y軸上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。機(jī)械手臂的中間還有一個(gè)附加的XY軸關(guān)節(jié)，手臂末端的線性驅(qū)動(dòng)器使Z軸運(yùn)動(dòng)對(duì)底座平面成90度，線性驅(qū)動(dòng)器還有一個(gè)額外的θ軸，這樣該類型裝配機(jī)器人一共具有4個(gè)軸自由度（兩個(gè)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、上下移動(dòng)以及手腕的轉(zhuǎn)動(dòng)）。該機(jī)器人最大的工作空間相當(dāng)于圓柱體的一部分，大量的裝配作業(yè)是垂直向下的。它要求手爪的水平（X、Y）移動(dòng)有較大的柔順性，以補(bǔ)償位置誤差。而垂直（Z）移動(dòng)以及繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)則有較大的剛性，以便準(zhǔn)確有力地裝配。平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人承受的物體重量會(huì)在其旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上產(chǎn)生徑向載荷，所以它的軸承必須足夠堅(jiān)固。平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人的控制系統(tǒng)比較簡單，是目前應(yīng)用較多的裝配機(jī)器人之一，如圖10-3所示。圖10-3平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人10.1.1裝配機(jī)器人的分配并聯(lián)關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人也叫拳頭機(jī)器人、蜘蛛機(jī)器人或Delta機(jī)器人，可以安裝在任意傾斜角度上。并聯(lián)機(jī)器人就像一個(gè)倒掛的有三個(gè)腳的蜘蛛，其設(shè)計(jì)初衷是運(yùn)用于輕型負(fù)載的取放作業(yè)，它的其他用途包括3D打印、手術(shù)和裝配操作。它是一種高速、輕載的并聯(lián)機(jī)器人，有三組平行的手臂和線性驅(qū)動(dòng)器，當(dāng)對(duì)驅(qū)動(dòng)器施加作用力時(shí)，末端執(zhí)行器會(huì)在X、Y和Z軸上移動(dòng)但是不會(huì)出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)。與機(jī)械臂不同，它可以在工作空間內(nèi)進(jìn)行360度的圓形移動(dòng)。一般通過示教編程或視覺系統(tǒng)捕捉目標(biāo)物體，由三個(gè)并聯(lián)的伺服軸確定爪具中心（TCP）的空間位置，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物體的運(yùn)輸、加工等操作。如圖10-4所示為并聯(lián)關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人。圖10-4并聯(lián)關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人10.1.1裝配機(jī)器人的分配10.1.2裝配機(jī)器人的功能

裝配機(jī)器人的功能裝配機(jī)器人作為柔性自動(dòng)化裝配作業(yè)線的核心設(shè)備，在不同裝配生產(chǎn)線上發(fā)揮著強(qiáng)大的裝配作用。裝配機(jī)器人的主要優(yōu)勢(shì)歸納如下：1.操作速度快，加速性能好，縮短工作循環(huán)時(shí)間；2.精度高，具有極高的重復(fù)定位精度，保證裝配精度；3.能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)拍和末端執(zhí)行器的動(dòng)作狀態(tài)；可以通過更換不同的末端執(zhí)行器來適應(yīng)裝配任務(wù)的變化，方便快捷；4.柔順性好，能夠與零件供給器、輸送裝置5.等輔助設(shè)備集成，能與其他系統(tǒng)配套使用，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)；6.多帶有視覺傳感器、觸覺傳感器、接近度傳感器和力傳感器等，大大提高了裝配機(jī)器人的作業(yè)性能和環(huán)境適應(yīng)性，保證裝配任務(wù)的精準(zhǔn)性；總而言之，裝配機(jī)器人具有精度高、穩(wěn)定性高、柔順性好、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。下面分別介紹直角坐標(biāo)型裝配機(jī)器人、垂直多關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人、平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人和并聯(lián)關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人的功能和應(yīng)用。10.1.2裝配機(jī)器人的功能

直角坐標(biāo)型裝配機(jī)器人是運(yùn)動(dòng)自由度僅包含三維空間正交平移的自動(dòng)化設(shè)備。其組成部分包含直線運(yùn)動(dòng)軸、運(yùn)動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和終端設(shè)備等。它可以有超大行程、組合能力強(qiáng)。該類裝配機(jī)器人的特點(diǎn)如下：1.多自由度運(yùn)動(dòng)，每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度之間的空間夾角為直角；2.靈活，多功能，因操作工具的不同功能也不同?？捎糜诹悴考扑?、簡單插入、旋擰等作業(yè)。3.結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單，便于操作維修。運(yùn)動(dòng)直觀、高速度、高可靠性、位置精度高。10.1.2裝配機(jī)器人的功能

垂直多關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人具有很高的自由度，它可以將機(jī)械手臂末端工具以幾乎任意角度放置成空間中的任意姿態(tài)，適合于多軌跡或多角度的工作?？梢宰杂删幊?，自動(dòng)控制，工作范圍很大，能在三維空間完成各種作業(yè)，特別適于多品種、變批量的柔性化生產(chǎn)作業(yè)。垂直多關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人的主要性能優(yōu)勢(shì)如下：1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精致、可靈活裝卸、可靠性高，且結(jié)構(gòu)簡單，組裝維護(hù)保養(yǎng)方便；2.自動(dòng)控制，可重復(fù)編程，所有的運(yùn)動(dòng)均按程序運(yùn)行；3.多軸機(jī)械手臂聯(lián)動(dòng)，采用精密步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以及先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)控制算法，有效提升運(yùn)動(dòng)定位精度和重復(fù)精度；10.1.2裝配機(jī)器人的功能

關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人是目前裝配生產(chǎn)線上應(yīng)用數(shù)量最多的，它屬于精密型裝配機(jī)器人，具有速度快、精度高、柔性好等特點(diǎn)。該類裝配機(jī)器人具有以下特點(diǎn)：1.結(jié)構(gòu)簡單，一般為4個(gè)自由度，操作容易，制造成本低。與相同尺寸參數(shù)的直角坐標(biāo)型機(jī)器人相比，機(jī)械本體占地面積小，但活動(dòng)范圍卻比之大很多。2.它在工具的活動(dòng)平面上具有很大的柔順性，而在工具活動(dòng)的垂直方向上具有很強(qiáng)的剛性，可承受較大的作用力。因此適用于平面定位、垂直方向進(jìn)行裝配的作業(yè)。3.重復(fù)定位精度一般為0.03~0.05mm，精密的可以達(dá)到0.01mm。搬取重量為5~10kg。動(dòng)作速度大，手臂末端合成速度一般為3~5m/s，最大可達(dá)9m/s。4.控制方式一般為PTP控制（點(diǎn)位控制），也有的可以實(shí)現(xiàn)CP控制（軌接控制），程序運(yùn)算量少，易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。5.在工具末端使用位移激光器可以在裝配線上實(shí)現(xiàn)高速的三維坐標(biāo)測(cè)量儀（CMM）功能。配備機(jī)器視覺系統(tǒng)的平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人可以完成精密的非接觸式檢測(cè)。10.1.2裝配機(jī)器人的功能

并聯(lián)關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人是一種由移動(dòng)副或轉(zhuǎn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)（由連桿或鉸鏈相對(duì)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)）的并聯(lián)機(jī)器人，具有小巧高效、安裝方便、精準(zhǔn)靈敏等優(yōu)點(diǎn)，在電子、輕工、食品與醫(yī)藥等行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。該類型機(jī)器人是典型的空間三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其主要具有如下特性：1.并行三自由度機(jī)械臂結(jié)構(gòu)，整體結(jié)構(gòu)精密、緊湊，重復(fù)定位精度高。2.并聯(lián)機(jī)構(gòu)使其可以實(shí)現(xiàn)快速、敏捷動(dòng)作，并且減少了非累積定位誤差，最快抓取速度可達(dá)2~4次/秒，適于對(duì)物料的高速搬運(yùn)操作。3.采用閉環(huán)機(jī)構(gòu)，其末端件上的動(dòng)平臺(tái)同時(shí)由2~4根驅(qū)動(dòng)桿支撐，與串聯(lián)機(jī)器人的懸臂梁相比，其承載能力強(qiáng)、剛度大、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、自重負(fù)荷比小、動(dòng)態(tài)性能好。4.可將驅(qū)動(dòng)器布置在機(jī)架（固定平臺(tái)）上，并且可將從動(dòng)臂做成輕桿，這樣極大地提高系統(tǒng)的動(dòng)力性能，減少機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過程中的慣量，機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中可以實(shí)現(xiàn)快速加減速。10.1.2裝配機(jī)器人的功能

10.1.3裝配機(jī)器人的結(jié)構(gòu)裝配機(jī)器人系統(tǒng)由機(jī)器人本體、裝配系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和安全保護(hù)系統(tǒng)等組成，如圖10-5所示。1—機(jī)器人控制柜2—示教器3—?dú)怏w發(fā)生裝置4—真空發(fā)生裝置5—機(jī)器人本體6—視覺傳感器7—?dú)鈩?dòng)手爪圖10-5裝配機(jī)器人系統(tǒng)組成裝配機(jī)器人本體包括基座、手臂、手腕等。手臂和手腕是機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的基本部件，由旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)組成。多數(shù)機(jī)器人的手臂和手腕是由關(guān)節(jié)和桿件構(gòu)成的空間機(jī)構(gòu)，大多數(shù)裝配機(jī)器人有3～6個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度，其中腕部通常有1～3個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。裝配機(jī)器人的裝配系統(tǒng)包括手爪（末端執(zhí)行器）、氣體發(fā)生裝置、真空發(fā)生裝置或電動(dòng)裝置等。裝配機(jī)器人的末端執(zhí)行器是機(jī)器人手腕末端機(jī)械接口所連接的直接參與作業(yè)（夾持工件移動(dòng)）的一種夾具，類似于碼垛機(jī)器人的末端執(zhí)行器，為適應(yīng)不同的裝配對(duì)象有不同的種類。常見的裝配機(jī)器人末端執(zhí)行器有吸附式、夾鉗式、專用式和組合式。10.1.3裝配機(jī)器人的結(jié)構(gòu)（1）吸附式末端執(zhí)行器手爪相對(duì)來說比較簡單，價(jià)格便宜，在裝配中僅占一小部分，廣泛應(yīng)用于電視、錄音機(jī)、鼠標(biāo)等輕小物品裝配場合。如圖10-6所示為裝配機(jī)器人的吸附式末端執(zhí)行器。圖10-6吸附式末端執(zhí)行器10.1.3裝配機(jī)器人的結(jié)構(gòu)（2）夾鉗式末端執(zhí)行器手爪是裝配過程中最常用的一類手爪，多采用氣動(dòng)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，閉環(huán)控制配備傳感器可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確控制手爪起動(dòng)、停止、轉(zhuǎn)速并對(duì)外部信號(hào)做出準(zhǔn)確反映。如圖10-7所示為裝配機(jī)器人的夾鉗式末端執(zhí)行器。圖10-7夾鉗式末端執(zhí)行器10.1.3裝配機(jī)器人的結(jié)構(gòu)（3）專用式末端執(zhí)行器手爪是在裝配中針對(duì)某一類裝配場合而單獨(dú)設(shè)定的末端執(zhí)行器，部分類型帶有磁力，常見的是螺釘、螺栓的裝配，與夾鉗式同樣多采用氣動(dòng)或伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。如圖10-8所示為裝配機(jī)器人的專用式末端執(zhí)行器。圖10-8專用式末端執(zhí)行器10.1.3裝配機(jī)器人的結(jié)構(gòu)（4）組合式末端執(zhí)行器手爪在裝配作業(yè)中是通過組合獲得各單組手爪優(yōu)勢(shì)的一類末端執(zhí)行器，其靈活性較大。多用在機(jī)器人進(jìn)行相互配合裝配時(shí)，可以大幅節(jié)約時(shí)間、提高效率。如圖10-9所示為裝配機(jī)器人的組合式末端執(zhí)行器。圖10-9組合式末端執(zhí)行器10.1.3裝配機(jī)器人的結(jié)構(gòu)裝配機(jī)器人的控制系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、電源裝置、示教器等?？刂葡到y(tǒng)按照輸入的程序?qū)︱?qū)動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令信號(hào)。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于使執(zhí)行機(jī)構(gòu)產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。根據(jù)動(dòng)力源的類別不同，可以分為電機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)三類。10.1.3裝配機(jī)器人的結(jié)構(gòu)裝配機(jī)器人的傳感系統(tǒng)用來獲取裝配機(jī)器人與環(huán)境和裝配對(duì)象之間相互作用的信息。帶有傳感器的裝配機(jī)器人可以更好地順應(yīng)對(duì)象物進(jìn)行柔軟的操作，如更好地完成銷、軸、螺釘、螺栓等柔性化裝配作業(yè)。裝配機(jī)器人經(jīng)常使用的傳感器有視覺傳感器、接觸覺傳感器、接近覺傳感器、力覺傳感器和滑覺傳感器等。（1）視覺傳感器的主要功能是獲取足夠信息量的原始圖像，通過零件平面測(cè)量、形狀識(shí)別等檢測(cè)行為完成零件或工件的位置補(bǔ)償、零件殘次品的判別和確認(rèn)等。（2）接觸覺傳感器一般固定在末端執(zhí)行器的指端，只有末端執(zhí)行器與被裝配物件相互接觸時(shí)才起作用。它是用以判斷機(jī)器人（主要指四肢）是否接觸到外界物體或測(cè)量被接觸物體硬度特征的傳感器。接觸覺傳感器有微動(dòng)開關(guān)、導(dǎo)電橡膠、含碳海綿、碳素纖維、氣動(dòng)復(fù)位式裝置等類型。10.1.3裝配機(jī)器人的結(jié)構(gòu)（3）接近覺傳感器同樣固定在末端執(zhí)行器的指端，是在末端執(zhí)行器與被裝配物件接觸前起作用，是一種非接觸傳感器。機(jī)器人利用它可以感覺到近距離的對(duì)象或障礙物，能檢測(cè)出與物體的距離、相對(duì)傾角甚至對(duì)象的表面特性，可用來防止碰撞，實(shí)現(xiàn)無沖擊接近和抓取操作。它比視覺系統(tǒng)和觸覺系統(tǒng)簡單，應(yīng)用也比較廣泛。（4）力覺傳感器用于測(cè)量機(jī)器人自身或與外界相互作用而產(chǎn)生的力或力矩，普遍存在于各類機(jī)器人中，通常裝在機(jī)器人的各關(guān)節(jié)處。在裝配機(jī)器人中力覺傳感器不僅用于末端執(zhí)行器與環(huán)境作用過程中的力測(cè)量，而且用于裝配機(jī)器人自身運(yùn)動(dòng)控制和末端執(zhí)行器夾持物體的夾持力的測(cè)量。常見的裝配機(jī)器人力傳感器有關(guān)節(jié)力傳感器、腕力傳感器、指力傳感器等。（5）滑覺傳感器用于判斷和測(cè)量機(jī)器人抓握或搬運(yùn)物體時(shí)物體所產(chǎn)生的滑移，它實(shí)際上是一種位移傳感器。按有無滑動(dòng)方向檢測(cè)功能可分為無方向性、單方向性和全方向性三類。10.1.3裝配機(jī)器人的結(jié)構(gòu)1.無方向性傳感器是指在滑動(dòng)時(shí)探針產(chǎn)生振動(dòng)并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。只能判斷出是否存在滑動(dòng)而無方向感。2.單方向性傳感器有滾筒光電式。當(dāng)被抓物體的滑移使?jié)L筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將導(dǎo)致光敏二極管接收到透過碼盤（裝在滾筒的圓面上）的光信號(hào)，通過滾筒的轉(zhuǎn)角信號(hào)測(cè)出物體的滑動(dòng)方向。3.全方向性傳感器采用表面包有絕緣材料并構(gòu)成經(jīng)緯分布的導(dǎo)電與不導(dǎo)電區(qū)的金屬球。當(dāng)傳感器接觸物體并產(chǎn)生滑動(dòng)時(shí)，球發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使球面上的導(dǎo)電與不導(dǎo)電區(qū)交替接觸電極，從而產(chǎn)生通斷信號(hào)。通過對(duì)通斷信號(hào)的計(jì)數(shù)和判斷可測(cè)出滑移的大小和方向。裝配機(jī)器人的行走系統(tǒng)分為輪式、履帶式和步行式等幾種類型，也可以采用螺旋槳式或者其他形式的推進(jìn)機(jī)構(gòu)。目前裝配機(jī)器人的行走裝置多采用輪式機(jī)構(gòu)。10.1.3裝配機(jī)器人的結(jié)構(gòu)裝配機(jī)器人的安全保護(hù)系統(tǒng)非常重要，主要有以下幾個(gè)方面：（1）控制方面：一般而言裝配線上有多臺(tái)機(jī)器及其配套的專用設(shè)備，它們各自完成一定的動(dòng)作，既要保證這些動(dòng)作按既定程序執(zhí)行，要保證系統(tǒng)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，必須嚴(yán)格對(duì)其作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)與監(jiān)控，根據(jù)檢測(cè)信號(hào)來防止錯(cuò)誤操作，必要時(shí)還要進(jìn)行人工干預(yù)。所以，監(jiān)控系統(tǒng)是整條自動(dòng)線的核心部分。（2）氣動(dòng)系統(tǒng)方面：針對(duì)具體情況，將使用專用氣源裝置，并將空氣過濾、除濕，保證氣壓的穩(wěn)定。在保證全線生產(chǎn)率的前提下，對(duì)執(zhí)行氣缸需要采取適當(dāng)?shù)木彌_措施以避免沖擊。（3）操作人員培訓(xùn)方面：在安裝調(diào)試階段就應(yīng)該注意培養(yǎng)操作人員的正確工作方式，使操作人員參與裝配線的安裝、調(diào)試和運(yùn)轉(zhuǎn)操作過程，以避免操作人員的人為失誤。（4）安全線的使用：安全線使用安全柵欄，規(guī)定工件上下料路線，避免非操作人員進(jìn)入作業(yè)區(qū)。10.1.3裝配機(jī)器人的結(jié)構(gòu)10.1.4裝配機(jī)器人的發(fā)展前景裝配機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué)科先進(jìn)技術(shù)于一體的自動(dòng)化裝備，已成為柔性制造系統(tǒng)、自動(dòng)化工廠、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)中代表性的自動(dòng)化設(shè)備。裝配機(jī)器人的發(fā)展趨勢(shì)主要集中在以下幾個(gè)方面：1.操作機(jī)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：探索新的高強(qiáng)度輕質(zhì)材料，進(jìn)一步提高負(fù)載/自重比，同時(shí)機(jī)構(gòu)進(jìn)一步向著模塊化、可重構(gòu)方向發(fā)展。2.直接驅(qū)動(dòng)裝配機(jī)器人：傳統(tǒng)機(jī)器人都要通過減速裝置來達(dá)到降速并提高輸出力矩的作用。這些傳動(dòng)鏈會(huì)增加系統(tǒng)功耗，產(chǎn)生慣量、誤差等，并降低系統(tǒng)可靠性。一種趨勢(shì)是采用高扭矩低速電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)。3.多傳感器融合技術(shù)：為進(jìn)一步提高機(jī)器人的智能和適應(yīng)性，多種傳感器融合是關(guān)鍵。4.機(jī)器人遙控及監(jiān)控技術(shù)：通過網(wǎng)絡(luò)建立大范圍內(nèi)的機(jī)器人遙控系統(tǒng)，在有時(shí)延的情況下，建立預(yù)先顯示進(jìn)行遙控等。5.虛擬機(jī)器人技術(shù)：基于多傳感器、多媒體和虛擬現(xiàn)實(shí)以及臨場感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的虛擬遙操作和人機(jī)交互。6.并聯(lián)機(jī)器人迅速發(fā)展：傳統(tǒng)機(jī)器人采用連桿和關(guān)節(jié)串聯(lián)結(jié)構(gòu)，而并聯(lián)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的分布得到了改善，減少了非累積定位誤差。而且其控制算法更加直接、奇異位置相對(duì)較少，所以近年來倍受重視。7.多智能體（multi-agent）協(xié)調(diào)控制技術(shù)：這是目前機(jī)器人研究的一個(gè)嶄新領(lǐng)域，是對(duì)多智能體的群體體系結(jié)構(gòu)、相互間的通信與磋商機(jī)理、感知與學(xué)習(xí)方法、建模和規(guī)劃、群體行為控制等方面進(jìn)行研究。同時(shí)，也要關(guān)注同一機(jī)器人雙臂的協(xié)作，以及人與機(jī)器人的協(xié)作。10.2典型的裝配機(jī)器人隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的快速發(fā)展，必將迎來裝配機(jī)器人的飛速發(fā)展。接下來介紹幾款國內(nèi)外典型的裝配機(jī)器人。臺(tái)達(dá)公司推出的DRS50L/DRS70L系列SCARA裝配機(jī)器人是具有500mm/700mm臂長的典型的平面關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人。該機(jī)器人提供免傳感器的順應(yīng)控制機(jī)能，可以快速精準(zhǔn)地完成裝配作業(yè)。該系列裝配機(jī)器人還提供加工軌跡自動(dòng)規(guī)劃功能。該系列搭配臺(tái)達(dá)工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品（如伺服系統(tǒng)、視覺系統(tǒng)、線性模塊等）整合外圍系統(tǒng)，可打造出精簡、高整合的裝配機(jī)器人工作站。如圖10-10所示為臺(tái)達(dá)公司DRS50L系列SCARA裝配機(jī)器人。圖10-10臺(tái)達(dá)公司DRS50L系列SCARA裝配機(jī)器人日本FANUC（發(fā)那科）公司推出的M-1iA系列機(jī)器人是一款超輕量、緊湊的6軸平行連桿結(jié)構(gòu)的并聯(lián)關(guān)節(jié)型裝配機(jī)器人。它可用于小型物品的搬運(yùn)、高速抓取和裝配。輕量級(jí)（6軸總重17kg）緊湊型的設(shè)計(jì)可以從容應(yīng)對(duì)狹窄空間的作業(yè)環(huán)境；采用分離式臺(tái)架，能夠更簡便地安置在機(jī)械內(nèi)；配有內(nèi)置式隱藏iRVision視覺攝像頭；采用傳感系統(tǒng)，具有碰撞檢測(cè)功能，可瞬時(shí)檢測(cè)到來自外部物體的碰撞并緊急停機(jī)；使用R-30iAMate控制器，提供了智能的機(jī)器人功能；能夠通過網(wǎng)絡(luò)通信交換機(jī)器人的位置信息，可同時(shí)控制多達(dá)10臺(tái)機(jī)器人使之能夠協(xié)調(diào)作業(yè)。如圖10-11為FANUC公司的M-1iA系列裝配機(jī)器人。圖10-11FANUC公司M-1iA系列裝配機(jī)器人10.2典型的裝配機(jī)器人瑞典ABB公司推出的協(xié)作雙臂裝配機(jī)器人YuMi，真正實(shí)現(xiàn)了人機(jī)協(xié)作。它具有視覺和觸覺，并配備力覺傳感器。YuMi采用緊湊型設(shè)計(jì)，擁有一付輕量化的剛性鎂鋁合金骨架以及被軟性材料包裹的塑料外殼，能夠很好地吸收對(duì)外部的沖擊，保證了人類同事的安全，使其可在開放性環(huán)境中工作。YuMi擁有雙臂和多功能智能雙手，具有通用小件進(jìn)料器，可以基于機(jī)器視覺完成部件定位。YuMi將人與機(jī)器人并肩合作變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，如圖10-12所示為ABB公司的YuMi雙臂裝配機(jī)器人。圖10-12ABB公司YuMi雙臂裝配機(jī)器人10.2典型的裝配機(jī)器人10.3裝配機(jī)器人的操作10.3.1裝配機(jī)器人的典型作業(yè)任務(wù)在本小節(jié)中，我們將以一個(gè)具體的裝配作業(yè)為例，講述ABB機(jī)器人裝配任務(wù)的實(shí)施。1.任務(wù)描述：完成對(duì)USB無線接收器的裝配工作。機(jī)器人需要完成的任務(wù)是把排列在支架上的4個(gè)工件依序放到組裝支架上，每次在裝配點(diǎn)放下工件后機(jī)器人都要迅速豎直抬起，然后輕輕垂直向下按入該工件。工件裝配單元如圖10-13所示，由圖中可以看出，根據(jù)4個(gè)工件各自的形狀以及放置方式不同，需要用到不同的末端執(zhí)行器。因此機(jī)器人末端執(zhí)行器為手爪+吸盤組合式結(jié)構(gòu)，如圖10-14所示。圖10-13工件裝配單元圖10-14手爪+吸盤組合式末端執(zhí)行器10.3.1裝配機(jī)器人的典型作業(yè)任務(wù)2.任務(wù)實(shí)施（1）設(shè)計(jì)機(jī)器人程序流程如圖10-15所示圖10-15機(jī)器人程序流程圖10.3.1裝配機(jī)器人的典型作業(yè)任務(wù)（2）機(jī)器人運(yùn)動(dòng)所需示教點(diǎn)分別為點(diǎn)P1_20、點(diǎn)P2_20、點(diǎn)P3_20和點(diǎn)P4_20，如圖10-16所示。圖10-16示教點(diǎn)分布10.3.1裝配機(jī)器人的典型作業(yè)任務(wù)表10-1關(guān)鍵示教點(diǎn)、信號(hào)和坐標(biāo)系（3）ABB機(jī)器人程序設(shè)計(jì)：整個(gè)程序需要一個(gè)主程序，一個(gè)復(fù)位程序“fuwei（）”，4個(gè)工件裝配子程序“zhuangpei_1（）”、“zhuangpei_2（）”、“zhuangpei_3（）”和“zhuangpei（）_4。1）主程序編寫如下：PROCmain（）fuwei；！調(diào)用復(fù)位子程序zhuangpei_1；！調(diào)用工件1的裝配子程序zhuangpei_2；！調(diào)用工件2的裝配子程序zhuangpei_3；！調(diào)用工件3的裝配子程序zhuangpei_4；！調(diào)用工件4的裝配子程序fuwei；！調(diào)用復(fù)位子程序ENDPROC2）復(fù)位程序編寫：在“fuwei（）”程序中，要讓機(jī)器人回到原點(diǎn)并將所有信號(hào)復(fù)位。參考程序如下：PROCfuwei（）Resetdo01；！手爪關(guān)閉Resetdo02；！吸盤關(guān)閉MoveJp_home，v150，fine，tool0\WObj：=wobj0；ENDPROC本裝配任務(wù)中的關(guān)鍵示教點(diǎn)、信號(hào)和坐標(biāo)系及其說明如表10-1所示。需要注意的是工件1、2、3都是使用手爪末端執(zhí)行器來抓取，而工件4是用吸盤末端執(zhí)行器來吸取。10.3.1裝配機(jī)器人的典型作業(yè)任務(wù)4）工件1裝配程序編寫：“zhuangpei_1（）”程序中，先是夾取工件1，接著將工件1提起到一個(gè)合適的高度，再移到組裝位置的上方，最后將工件放置到組裝的位置，然后壓入。工件1的裝配流程如圖10-17所示。a)夾取工件1b)放置工件1c)壓入工件1d)離開工件1圖10-17工件1裝配流程圖10-17工件1裝配流程10.3.1裝配機(jī)器人的典型作業(yè)任務(wù)參考程序如下：PROCzhuangpei_1（）MoveJp_home，v150，fine，tool0\WObj：=wobj0；！運(yùn)動(dòng)到原點(diǎn)位置MoveLp1_10，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到夾取工件1臨近點(diǎn)MoveLp1_20，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到夾取工件1作業(yè)點(diǎn)Setdo01；！手爪夾緊WaitTime0.5；MoveLp1_30，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到夾取工件1規(guī)避點(diǎn)MoveLp1_40，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到放置工件1臨近點(diǎn)MoveLp1_50，v10，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到放置工件1作業(yè)點(diǎn)Resetdo01；！手爪松開WaitTime0.5；MoveLp1_60，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到壓入工件1臨近點(diǎn)MoveLp1_70，v10，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到壓入工件1作業(yè)點(diǎn)MoveLp1_80，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到壓入工件1規(guī)避點(diǎn)MoveJp_home，v150，fine，tool0\WObj：=wobj0；ENDPROC4）件2裝配程序編寫：工件2的裝配流程與工件1相同，如圖10-18所示。a)夾取工件2b)放置工件2c)壓入工件2d)離開工件2

圖10-18工件2裝配流程10.3.1裝配機(jī)器人的典型作業(yè)任務(wù)參考程序如下：PROCzhuangpei_2（）MoveJp_home，v150，fine，tool0\WObj：=wobj0；！運(yùn)動(dòng)到原點(diǎn)位置MoveLp2_10，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到夾取工件2臨近點(diǎn)MoveLp2_20，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到夾取工件2作業(yè)點(diǎn)Setdo01；！手爪夾緊WaitTime0.5；MoveLp2_30，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到夾取工件2規(guī)避點(diǎn)MoveLp2_40，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到放置工件2臨近點(diǎn)MoveLp2_50，v10，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到放置工件2作業(yè)點(diǎn)Resetdo01；！手爪松開WaitTime0.5；MoveLp2_60，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到壓入工件2臨近點(diǎn)MoveLp2_70，v10，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到壓入工件2作業(yè)點(diǎn)MoveLp2_80，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到壓入工件2規(guī)避點(diǎn)MoveJp_home，v150，fine，tool0\WObj：=wobj0；ENDPROC5）工件3裝配程序編寫：工件3的裝配流程與工件1相同，如圖10-19所示。a)夾取工件3b)放置工件3c)壓入工件3d)離開工件3圖10-19工件3裝配流程10.3.1裝配機(jī)器人的典型作業(yè)任務(wù)參考程序如下：PROCzhuangpei_3（）MoveJp_home，v150，fine，tool0\WObj：=wobj0；！運(yùn)動(dòng)到原點(diǎn)位置MoveLp3_10，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到夾取工件3臨近點(diǎn)MoveLp3_20，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到夾取工件3作業(yè)點(diǎn)Setdo01；！手爪夾緊WaitTime0.5；MoveLp3_30，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到夾取工件3規(guī)避點(diǎn)MoveLp3_40，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到放置工件3臨近點(diǎn)MoveLp3_50，v10，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到放置工件3作業(yè)點(diǎn)Resetdo01；！手爪松開WaitTime0.5；MoveLp3_60，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到壓入工件3臨近點(diǎn)MoveLp3_70，v10，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到壓入工件3作業(yè)點(diǎn)MoveLp3_80，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到壓入工件3規(guī)避點(diǎn)MoveJp_home，v150，fine，tool0\WObj：=wobj0；ENDPROC6）工件4裝配程序編寫：工件4的裝配流程與工件1相同，但工件4采用吸盤末端執(zhí)行器來吸取，如圖10-20所示。a)吸取工件4b)放置工件4c)壓入工件4d)離開工件4圖10-20工件4裝配流程圖10-20工件4裝配流程10.3.1裝配機(jī)器人的典型作業(yè)任務(wù)參考程序如下：PROCzhuangpei_4（）MoveJp_home，v150，fine，tool0\WObj：=wobj0；！運(yùn)動(dòng)到原點(diǎn)位置MoveLp4_10，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到吸取工件4臨近點(diǎn)MoveLp4_20，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到吸取工件4作業(yè)點(diǎn)Setdo02；！打開吸盤WaitTime0.5；MoveLp4_30，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到吸取工件4規(guī)避點(diǎn)MoveLp4_40，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到放置工件4臨近點(diǎn)MoveLp4_50，v10，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到放置工件4作業(yè)點(diǎn)Resetdo02；！關(guān)閉吸盤WaitTime0.5；MoveLp4_60，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到壓入工件4臨近點(diǎn)MoveLp4_70，v10，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到壓入工件4作業(yè)點(diǎn)MoveLp4_80，v50，fine，tool1\WObj：=zp_wobj1；！沿直線運(yùn)動(dòng)到壓入工件4規(guī)避點(diǎn)MoveJp_home，v150，fine，tool0\WObj：=wobj0；ENDPROC（4）機(jī)器人程序調(diào)試建立主程序main和子程序，并確保所有指令的速度值不能超過150mm/s。程序編寫完成后調(diào)試機(jī)器人程序。單擊“調(diào)試”按鈕，單擊“PP移至例行程序…”，單擊“fuwei”，單擊“確定”，程序指針指在“fuwei”程序的第一條語句。調(diào)試界面如圖10-21所示。圖10-21工件裝配程序調(diào)試以上就是一個(gè)簡單的ABB機(jī)器人用于裝配任務(wù)的實(shí)施過程，希望能夠舉一反三，以此例為基礎(chǔ)學(xué)習(xí)ABB機(jī)器人的操作及編程方法，熟悉ABB機(jī)器人指令，以便對(duì)工業(yè)機(jī)器人的裝配作業(yè)有更深入的了解。10.3.1裝配機(jī)器人的典型作業(yè)任務(wù)10.3.2機(jī)器人裝配生產(chǎn)線及輔助設(shè)備機(jī)器人裝配工作站是一種融合計(jì)算機(jī)、微電子、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等多種技術(shù)的集成化系統(tǒng)，可以與生產(chǎn)系統(tǒng)相連接形成一個(gè)完整的集成化裝配生產(chǎn)線。裝配機(jī)器人進(jìn)行裝配作業(yè)時(shí)，除了需要裝配機(jī)器人主機(jī)和裝配設(shè)備等以外，還需要一些起輔助作用的如零件供給裝置和工件搬運(yùn)裝置等其他組件。周邊設(shè)備常用可編程控制器控制，此外一般還要有臺(tái)架和安全欄等設(shè)備。1.零件供給器的主要作用是提供機(jī)器人裝配作業(yè)所需零部件，保證裝配機(jī)器人能逐個(gè)正確地抓取待裝配零件，保證裝配作業(yè)正常進(jìn)行。目前運(yùn)用最多的零件供給器主要有給料器和托盤等。（1）給料器：用振動(dòng)或回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)把零件排齊，并逐個(gè)送到指定位置，給料器通常以輸送小零件為主。如圖10-22所示為振動(dòng)式給料器。圖10-22振動(dòng)式給料器（2）托盤：大零件或者容易磕碰劃傷的零件在加工完畢后一般應(yīng)放在稱為“托盤”的容器中進(jìn)行運(yùn)輸。托盤裝置能按照一定精度要求把零件送到給定的位置，然后再由機(jī)器人逐個(gè)取出。由于托盤容納量有限，故在實(shí)際生產(chǎn)裝配作業(yè)中往往帶有托盤自動(dòng)更換機(jī)構(gòu)以滿足生產(chǎn)需求。托盤的樣式多種多樣，可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要配置合理的托盤，如圖10-23所示。圖10-23托盤10.3.2機(jī)器人裝配生產(chǎn)線及輔助設(shè)備2.輸送裝置