机器人柔性装配演示流水线的设计

机器人柔性装配演示流水线的设计20CO机器人柔性装配演示流水线的设计毪堡顿向明杨汝清上海交通大学机器人研究所,上海200030过装配试验对方案进行了验证茎蓄人TP装242笺耋文章身I鞋缀,20OOL000103TP2421001000103,幸C1,中图分类号文献标识码B文章号一265F,JDOFFLEXLEROBOTASSMLYDTMMLINESUNBINZHANGGEIJDUNXIANGMINGYANGRUQINGOFTHESYSTEMANDTHEDESIGNOFHARDWAREANDSO一YYIHEYKMF,7加,K呵W珊吐ROB0TASSEMBASSEMHHNEDEM1前言为满足多品种,小批量产品的市场需求,现代化工业生产中出现了以柔性制造技术和柔性装配技术为代表的一系列先进制造技术这些技术的出现,把人从繁重的重复劳动中解放出来,降低了产品成本,提高了产品质量,缩短了产品的生产周期,提高了市场竞争力为了向公众展示现代化的计算机集成制造技术,普及先进制造技术知识,上海科技城将建立一条机器人自动装配演示流水线,向公众演示现代化工业生产从产品设计,零件制造到产品装配的全过程,以及计算机辅助设计/制造CAD/CAM技术,物流管理技术和机器人柔性装配等关键技术下面将讨论该系统设计以及初步实旌2系统设计该系统的设计既要考虑展示上述一系列先进制造技术又要考虑参观者广泛的知识层次和科普教育的要求基于这些考虑,该系统的设计遵循以下三点原则1参观者可以参与产品及零件的设计,体现系统的参与性2系统能够将用户设计体现在产品上,体现制造的柔性3系统能完成多种产品的自动化装配,即体现机器人装配的柔性基于以上原则设计的演示系统如图1所示系统由游客设计子系统一台游客设计计算机及辅助设备,自动仓库子系统小型自动化立体仓库,数控雕刻子系统一台机械数控雕刻机和一台装卸机器人和机器人装配子系统一台装配机器人,一台拧螺钉机器人,一个工作台变位器,一条环形输送线及气动装置组成,可以同时完成两个种类,四个型号的礼品的装图1系统组成1环形输送线2三维敷匣雕射机3机器下料机构5参观者附计算机6控制器7系统监控计算机8拧螺钉机9变位器10机器儿小型立体仓库12通讯厢培13系统服务嚣2000年第9配游客可以在游客计算机上选择要装配的礼品的种类并设计礼品标牌上的图案,由数控雕刻机进行加工小型立体仓库进行物料管理,仓库内存有摆放好不同型号礼品的零备件的托盘,并可通过自动选料系统自动标识和调度机器人装配子系统完成礼品的装配并送到游客手中,具体的装配动作由装配机器人,拧螺钉机器人和二自由度变位器以及气动系统协调完成,环行输送线保证零件的自动传输3装配任务序列设计根据展项设计的要求,采用汽车模型和带有科技城造型的八音盒作为自动装配演示的对象兼顾演示的观赏性和系统的复杂性,装配件的数量设计在68件,装配动作设计在815个以汽车模型为例,该模型由5种零件组成底盘1件,车身1件,车轮4件,标牌1件,总计7个零件构成不含联结螺钉同时将设计两种不同车型和两种不同颜色供参观者挑选八音盒的设计类似汽车模型,由底座1件,外型壳体1件,机芯1件,标牌1件,钥匙,1件和装饰件如旗杆或纪念碑1件组成以汽车模型为例,装配任务序列如下1根据参观者的选择,自动化仓库自动选择相应的料盘,并通过传送带送到仓库出口,由输送线在指定位置定位2机器人2抓取待雕刻零件传送到机器人1,机器人L将该零件安装到三维数控雕刻机的工作台上,自动夹具夹紧机器人2抓取待装配的其他零件并放到装配托盘相应的位置3雕刻机开始加工游客设计的图案,完成后,自动夹具松开,机器人1把雕刻好的零件放到装配托盘对应位置上4机器人2抓取托盘中的汽车模型底盘,放到变位器上的装配工作台上,自动夹具夹紧5变位器绕水平轴旋转90,机器人2依次抓取轮L,轮2,压人底盘的轮轴上6变位器绕水平轴旋转一180,机器人2依次抓取轮3,轮4,压人底盘的轮轴上7变位器绕水平轴和垂直轴同时旋转90,机器人2抓取标牌,插入底盘尾部8拧螺钉机器人启动,插入并拧紧标牌与底盘的联接螺钉9变位器绕水平轴和垂直轴同时旋转一90机器人2抓取车身,放置在底盘上10拧螺钉机器人启动,依次拧车身与底盘的两个联结螺钉11自动夹具松开,机器人2抓取装配完的汽车模型,放到环形输送线的传输板上12环形输送线将汽车模型送到指定位置,机器人1抓取汽车模型,并放到出料装置上13出料装置将汽车模型送出装配区,游客取下礼品4主要设备的选择和设计装配机器人要完成除螺钉外全部零部件的顺序抓取,并运送到装配工位,完成装配作业,考虑多自由度多方位的灵活性,机器人选用6自由度MOTOMANSV3机器人如图2,并根据所抓取零件的形位特征,设计多用途末端夹持器双V型槽手爪完成多种零件的抓取,采用气动驱动这样,在装配过程中不必更换抓取装置,从而太大提高了效率螺钉自动拧紧装置采用SCARA型SR440F拧螺钉机如图3,SR440F拧螺钉机具有很大的操作空间,自动检测距离与扭矩拧螺钉机白带的线性振动送料器能够将M4螺钉自动排队,由联接气管把螺钉吹人驱动头,完成螺钉插入及拧紧动作由于装配时需要改变装配方向,因此专门设计了一个两自由度变位器如图4,工作台与变位器相连,上方为自动装配夹具工作台的尺寸设计在MOTOMAN机器人和拧螺钉机器人工作区之交集即最佳工作区内,以使两台机器人能重叠作业变位器采用了伺服电机驱动,RV传动,最大旋转扭矩可达40KGM,可以满足太多数中小型机电产品的装配要求5控制系统设计控制系统采用分散控制方式,各子系统的控制器控制系统内部设备的运行,子系统之间通过系统监控计算机集中进行协调系统监控计算机通过扩展I/O接口板与各个子系统的控制单元连接,按照RS232或RS422串行通讯协议进行通讯,同时通过网络服务器与科技城网络连接图2MOTOMANSV3机器人图3SR440F拧螺钉机图4变位器2组合机床与自动化加工技术二自由度变位器可以由SV3的控制器通过扩展联控,这样实际上SV3机器人和二自由度变位器共同组成一个8自由度机器人来满足装配所需的各种动作小型立体仓库和环行输送线均采用PLC实现顺序控制,和自动拧螺钉机以及机器人2一起,由一个控制器集中控制三维数控雕刻机,机器人1和自动下料装置由另一个控制器实现各设备的顺序控制,并通过监控系统计算机进行设备运行F青况监控和协调系统运行过程中,根据动作序列的执行情况,调用相应的软件模块,控制相应设备动作,并对动作的执行情况进行监控系统软件运行的流程如图5所示6方案试验目前,已经完成了该方案主体部分机器人装配子系统的设计和试验构造了一条由MOTOMANSV3机器人,环形输送线,SR440F拧螺机机器人和变位器构成的装配系统如图6所示,并在此系统上进行了两种汽车模型的装配试验按照上述装配动作序列,加入一些表演动作后,可在35分钟内完成一个汽车模型装配图7为待装配的汽车模型零件和装配完成的汽车模型该试验系统目前已经通过了科技城的验收图5系统软件运行流程图图6机器人柔性装配系统图7装配前后的汽车模型7总结本文针对机器人柔性装配系统的一个具体应用,介绍了一种自动装配演示流水线的设计方案,详细描述了系统的组成,装配动作序列以及控制系统的设计,并对主要装配部分进行了试验研究试验表明,该方案完全能够达到展项的演示时间要求参考文献】1