第8章--装配机器人及其技术应用

第8章装配机器人及其技术应用教学目标1.了解装配机器人的分类及特点2.掌握装配机器人的系统组成及其功能3.能够进行装配机器人的简单作业示教4.熟悉装配机器人典型周边设备与布局《工业机器人技术与应用》（机械工业出版社“十三五”规划教材屈金星主编）目录页PAGEOFCONTENT8.1装配机器人的分类及特点8.2装配机器人的系统组成8.3装配机器人的作业示教8.4装配机器人典型作业任务8.5装配机器人工作站布局装配机器人的分类及特点8.1装配机器人是为完成装配作业而设计的工业机器人。是工业机器人应用种类中适用范围比较广的产品之一。作为柔性自动化装配的核心设备具有精度高、工作稳定、柔顺性好、动作迅速等优点。装配机器人的主要优点如下：1.操作速度快，加速性能好，缩短工作循环时间；2.精度高，具有极高重复定位精度，保证装配精度；3.提高生产效率，解放单一繁重体力劳动；4.改善工人劳作条件，摆脱有毒、有辐射装配环境；5.可靠性好、适应性强，稳定性高；装配机器人的分类及特点8.1装配机器人在不同装配生产线上发挥着强大的装配作用，装配机器人大多由4-6轴组成，就目前市场上常见的装配机器人以臂部运动形式分直角式装配机器人和关节式装配机器人，关节式装配机器人亦分水平串联关节式、垂直串联关节式和并联关节式。装配机器人的分类装配机器人的分类及特点8.1常见装配机器人以臂部运动形式分直角式装配机器人和关节式装配机器人。1.直角式装配机器人直角式是目前工业机器人中最简单的一类，具有操作、编程简单等优点，可用于零部件移送、简单插入、旋拧等作业，机构上多装备球形螺钉和伺服电动机，具有速度快、精度高等特点，装配机器人多为龙门式和悬臂式。直角式装配机器人装配缸体装配机器人的分类及特点8.1常见装配机器人以臂部运动形式分直角式装配机器人和关节式装配机器人。2.关节式装配机器人是目前装配生产线上应用最广泛的一类机器人，具有结构紧凑、占地空间小、相对工作空间大、自由度高，适合几乎任何轨迹或角度工作，编程自由，动作灵活，易实现自动化成产等特点。分水平串联关节式、垂直串联关节式和并联关节式。（1）水平串联式装配机器人亦称为平面关节型装配机器人或SCARA机器人，是目前装配生产线上应用数量最多的一类装配机器人。它属于精密型装配机器人，具有速度快、精度高、柔性好等特点，驱动多为交流伺服电机，保证其较高的重复定位精度，广泛运用于电子、机械和轻工业等有关产品的装配，适合工厂柔性化生产需求。水平串联关节式装配机器人拾取超薄硅片装配机器人的分类及特点8.1常见装配机器人以臂部运动形式分直角式装配机器人和关节式装配机器人。2.关节式装配机器人（2）垂直串联式装配机器人垂直串联式装配机器人多有六个自由度，可在空间任意位置确定任意位姿，面向对象多为三维空间的任意位置和姿势的作业。垂直串联关节式装配机器人组装读卡器装配机器人的分类及特点8.1常见装配机器人以臂部运动形式分直角式装配机器人和关节式装配机器人。2.关节式装配机器人（3）并联式装配机器人是一款轻型、结构紧凑高速装配机器人，可安装在任意倾斜角度上，独特的并联款轻型、结构紧凑高速装配机器人，可安装在任意倾斜角度上，独特的并联装方便、精准灵敏等优点，广泛运用于IT、电子装配等领域。并联机器人装配线装配机器人的分类及特点8.1装配机器人作业时需与作业对象直接接触，并进行相应动作；码垛、焊接机器人在移动物料时运动轨迹多为开放性，而装配作业是一种约束运动类操作，即装配机器人精度要高于搬运、码垛、焊接和涂装机器人。尽管装配机器人在本体上较其他类型机器人有所区别，但在实际运用中无论是直角式装配机器人还是关节式装配机器人都有如下特性：①能够实时调节生产节拍和末端执行器动作状态；②可更换不同末端执行器以适应装配任务的变化，方便、快捷；③能够与零件供给器、输送装置等辅助设备集成，实现柔性化生产；④多带有传感器，如视觉传感器、触觉传感器、力传感器等，以保证装配任务的精准性。装配机器人的系统组成8.2装配机器人是柔性自动化装配系统的核心设备，由操作机、控制系统、装配系统（手爪、气体发生装置、真空发生装置或电动装置）、传感系统和安全保护装置组成。装配机器人系统组成1—机器人控制柜2—示教器3—气体发生装置4—真空发生装置5—机器人本体6—视觉传感器7—气动手爪装配机器人的系统组成8.2装配机器人的末端执行器是夹持工件移动的一种夹具，类似于码垛机器人的末端执行器，常见的装配执行器有吸附式、夹钳式、专用式和组合式。1.吸附式吸附式末端执行器在装配中仅占一小部分，广泛应用于电视、录音机、鼠标等轻小物品装配场合。2.夹钳式夹钳式手爪是最常用的一类手爪，多采用气动或伺服电机驱动，闭环控制配备传感器可实现准确控制手爪起动、停止、转速并对外部信号做出准确反映，具有重量轻、出力大、速度高、惯性小、灵敏度强、转动平滑、力矩稳定等特点。夹钳式手爪装配机器人的系统组成8.2装配机器人的末端执行器是夹持工件移动的一种夹具，类似于码垛机器人的末端执行器，常见的装配执行器有吸附式、夹钳式、专用式和组合式。3.专用式专用式手爪是在装配中针对某一类装配场合而单独设定的末端执行器，且部分带有磁力，常见的主要是螺钉、螺栓的装配，同样亦多采用气动或伺服电机驱动。4.组合式组合式末端执行器在装配作业中是通过组合获得各单组手爪优势的一类手爪，灵活性较大。多在机器人进行相互配合装配时，可节约时间、提高效率。专用式手爪组合式手爪装配机器人的系统组成8.2带有传感系统的装配机器人可更好地完成销、轴、螺钉、螺栓等柔性化装配作业，在其作业中常用到的传感系统有视觉传感系统、触觉传感系统。1.视觉传感系统视觉传感器的主要功能是获取足够的机器视觉系统要处理的最原始图像。配备视觉传感系统的装配机器人可依据需要选择合适装配零件，并进行粗定位和位置补偿，可完成零件平面测量、形状识别等检测。视觉系统原理装配机器人的系统组成8.2带有传感系统的装配机器人可更好地完成销、轴、螺钉、螺栓等柔性化装配作业，在其作业中常用到的传感系统有视觉传感系统、触觉传感系统。2.触觉传感系统装配机器人的触觉传感系统主要是时刻检测机器人与被装配物件之间的配合，机器人触觉可分为接触觉、接近觉、压觉、滑觉和力觉等五种传感器。（1）接触觉传感器用以判断机器人(主要指四肢)是否接触到外界物体或测量被接触物体的特征的传感器。接触觉传感器有微动开关、导电橡胶、含碳海绵、碳素纤维、气动复位式装置等类型。接触觉传感器装配机器人的系统组成8.2（1）接触觉传感器装配机器人的系统组成8.2（2）接近觉传感器接近觉传感器是一种非接触传感器，机器人利用它，可以感觉到近距离的对象或障碍物，能检测出物体的距离、相对倾角甚至对象表面的特性，可用来防止碰撞，实现无冲击接近和抓取操作，它比视觉系统和触觉系统简单，应用也比较广泛。接近觉传感器装配机器人的系统组成8.2（2）接近觉传感器装配机器人的系统组成8.2（3）力觉传感器力觉传感器用于测量机器人自身或与外界相互作用而产生的力或力矩的传感器。它通常装在机器人各关节处。在装配机器人中力觉传感器不仅存在末端执行器与环境作用过程中的力测量，而且存在于装配机器人自身运动控制和末端执行器夹持物体的夹持力测量等情况。常见装配机器人力觉传感器分关节力传感器、腕力传感器、指力传感器。腕力传感器装配机器人的系统组成8.2（3）力觉传感器装配机器人的系统组成8.2（4）滑觉传感器用于判断和测量机器人抓握或搬运物体时物体所产生的滑移。它实际上是一种位移传感器。按有无滑动方向检测功能可分为无方向性、单方向性和全方向性三类。①无方向性传感器有探针耳机式，它由蓝宝石探针、金属缓冲器、压电罗谢尔盐晶体和橡胶缓冲器组成。滑动时探针产生振动，由罗谢尔盐转换为相应的电信号。缓冲器的作用是减小噪声。②单方向性传感器有滚筒光电式，被抓物体的滑移使滚筒转动，导致光敏二极管接收到透过码盘（装在滚筒的圆面上）的光信号，通过滚筒的转角信号而测出物体的滑动。③全方向性传感器采用表面包有绝缘材料并构成经纬分布的导电与不导电区的金属球。当传感器接触物体并产生滑动时，球发生转动，使球面上的导电与不导电区交替接触电极，从而产生通断信号，通过对通断信号的计数和判断可测出滑移的大小和方向。这种传感器的制作工艺要求较高。装配机器人的系统组成8.2（4）滑觉传感器装配机器人的作业示教8.3一、TCP点确定对于装配机器人，末端执行器结构不同TCP点设置点亦不同，吸附式、夹钳式可参考码垛机器人TCP点设定；专用式末端执行器（拧螺栓）TCP一般设在法兰中心线与手爪前端平面交点处，组合式TCP设定点需依据起主要作用的单组手爪确定。专用式末端执行器TCP点及生产再现装配机器人的作业示教8.3二、螺栓紧固作业现依螺纹孔紧固为例选择直角式（或SCARA机器人），末端执行器为专用式螺栓手爪。采用在线示教方式为机器人输入装配作业程序。以A螺纹孔紧固为例，简述装配作业编程，B、C、D螺纹孔可根据A孔自行扩展。装配运动轨迹装配机器人的作业示教8.3二、螺栓紧固作业程序点说明手爪动作程序点说明手爪动作程序点1机器人原点程序点6装配作业点抓取程序点2取料临近点程序点7装配作业点放置程序点3取料作业点抓取程序点8装配规避点程序点4取料规避点抓取程序点9机器人原点程序点5移动中间点抓取程序点说明手爪动作程序点说明手爪动作程序点1机器人原点程序点6装配作业点抓取程序点2取料临近点程序点7装配作业点放置程序点3取料作业点抓取程序点8装配规避点程序点4取料规避点抓取程序点9机器人原点程序点5移动中间点抓取程序点说明（装配作业）螺栓紧固机器人作业示教流程装配机器人的作业示教8.3二、螺栓紧固作业（1）明确工作任务螺栓紧固作业装配。（2）示教前的准备1）工件清理，表面无铁锈、油污等杂质2）确认自己和机器人之间保持安全距离3）确认机器人运动区域无干涉4）机器人原点确认5）安全确认（3）新建作业程序点:按示教器的相关菜单或按钮，新建一个作业程序（4）程序点的输入程序点示教方法程序点1（机器人原点）①按第5章手动操作机器人要领移动机器人到装配原点。②插补方式选择“PTP”或“直线插补”。③确认并保存程序点1为机器人原点。程序点2（取料临近点）①手动操作机器人到取料作业临近点，并调整末端执行器姿态。②插补方式选择“PTP”。③确认并保存程序点2为取料作业临近点。程序点3（取料作业点）①手动操作机器人移动到取料作业点，并保持末端执行器姿态不变。②插补方式选择“直线插补”。③确认并保存程序点3为机器人取料作业点。程序点4（取料规避点）①手动操作机器人移动到取料规避点。②插补方式选择“PTP”。③确认并保存程序点4为并保持末端执行器姿态不变。程序点5（移动中间点）①手动操作机器人移动到移动中间点，并适度调整末端执行器姿态。②插补方式选择“PTP”。③确认并保存程序点5为机器人移动中间点。装配作业示教程序点示教方法程序点6（装配作业点）①手动操作装配机器人移动到装配作业点且调整抓手位姿以适合安放螺栓。②插补方式选择“直线插补”。③再次确认程序点，保证其为装配作业开始点。④若有需要可直接输入装配作业命令。程序点7（装配作业点）①手动操作机器人移动到装配作业点。②插补方式选择“直线插补”。③确认并保存程序点7为机器人装配作业终止点。程序点8（装配规避点）①手动操作机器人到装配规避点。②插补方式选择“直线插补”。③确认并保存程序点8为机器人装配作业规避点。程序点9（机器人原点）①手动操作机器人到机器人原点。②，插补方式选择“PTP”或“直线插补”。③确认并保存程序点9为机器人原点。装配机器人的作业示教8.3二、螺栓紧固作业（5）设定作业条件1）在作业开始命令中设定装配开始规范及装配开始动作次序；2）在作业结束命令中设定装配结束规范及装配结束动作次序；3）依据实际情况，在编辑模式下合理选择配置装配工艺参数及选择合理的末端执行器。（6）测试程序确认装配机器人周围安全，按如下操作进行跟踪测试作业程序。1）检查是否有急停按钮被按下，若有则将其拔