第7章 装配机器人工作站系统

1、第第7章章 装装配机器人工作站系统配机器人工作站系统钟奇制作装配机器装配机器人人概念：概念：装配机器人是为完成装配作业而设计的工业机器人。装配工业机器人工作站是指使用一台或多台装配机器人，配有控制系统、辅助装置及周边设备，进行装配生产作业，从而达到完成特定工作任务的生产单元。装配机器装配机器人人工作站概念：工作站概念：装配机器人工作站中使用的装配机器人是专门为装配而设计的机器装配机器人工作站中使用的装配机器人是专门为装配而设计的机器人，与其他工业机器人比较，它具有精度高、柔性好、工作范围小、人，与其他工业机器人比较，它具有精度高、柔性好、工作范围小、能与其他系统配套使用等特点外，其结构也与其他

2、机器人有所不同。能与其他系统配套使用等特点外，其结构也与其他机器人有所不同。装配机器人装配机器人由由机器人、控制器、末端执行器，传感系统，输送机器人、控制器、末端执行器，传感系统，输送设备，外围设备以及相关配置组成。设备，外围设备以及相关配置组成。第一节第一节 装装配机器人分类与组成配机器人分类与组成装配机器人的分类装配机器人的组成手臂；手（手抓）；控制器；示教盒；传感器。手臂是装配机器人的主机部分，由若干驱动机构和支持部分组成。为适应各种用途，手臂是装配机器人的主机部分，由若干驱动机构和支持部分组成。为适应各种用途，它有不同组成方式和尺寸。手臂各关节部分根据装配任务需要，产生不同的自由度它有

3、不同组成方式和尺寸。手臂各关节部分根据装配任务需要，产生不同的自由度运动，自由度数越多，则执行任务时越灵活，对完成装配的复杂性有好处。运动，自由度数越多，则执行任务时越灵活，对完成装配的复杂性有好处。驱动装置是带动臂部到达指定位置的动力源。动力一般是直接或经电缆、齿轮箱或驱动装置是带动臂部到达指定位置的动力源。动力一般是直接或经电缆、齿轮箱或其他方法送至臂部。目前主要有液、气动、电动三种驱动方式。电动又有直流电动其他方法送至臂部。目前主要有液、气动、电动三种驱动方式。电动又有直流电动机、步进电动机和交流电动机驱动。关节型装配机器人几乎都采取电机驱方式。伺机、步进电动机和交流电动机驱动。关节型装

4、配机器人几乎都采取电机驱方式。伺服电动机速度快，容易控制，现在已十分普及。只有部分廉价的机器人采用步进电服电动机速度快，容易控制，现在已十分普及。只有部分廉价的机器人采用步进电机。在实际应用中，使用何种驱动器，要根据任务情况来灵活确定，以能完成装配机。在实际应用中，使用何种驱动器，要根据任务情况来灵活确定，以能完成装配任务要求为准则。任务要求为准则。手爪安装在手部前端，担负抓握对象物的任务，相当于人手。事实上用一种手爪很手爪安装在手部前端，担负抓握对象物的任务，相当于人手。事实上用一种手爪很难适应形状各异的工件，通常，按抓拿对像有不同需要设计特定的手爪。在一些机难适应形状各异的工件，通常，按抓

5、拿对像有不同需要设计特定的手爪。在一些机器人上配备各种可换手，则可以增加通用性。手爪的驱动以压缩空气居多，使用压器人上配备各种可换手，则可以增加通用性。手爪的驱动以压缩空气居多，使用压缩空气吸取装配对象是一种手爪形式，可以抓取平面类零件；使用空气驱动机械机缩空气吸取装配对象是一种手爪形式，可以抓取平面类零件；使用空气驱动机械机构抓紧或松开，从而模拟人手抓取零件是另一种形式。电机驱动也是手爪驱动的主构抓紧或松开，从而模拟人手抓取零件是另一种形式。电机驱动也是手爪驱动的主要模式之一，可通过电磁吸引或电机驱动来抓取零件。要模式之一，可通过电磁吸引或电机驱动来抓取零件。控制器的作用是记忆机器人的动作，

6、对手臂和手爪实施控制。控制器的核心是微型控制器的作用是记忆机器人的动作，对手臂和手爪实施控制。控制器的核心是微型计算机，它能完成动作程序、手臂位置的记忆、程序的执行、工作状态的诊断、与计算机，它能完成动作程序、手臂位置的记忆、程序的执行、工作状态的诊断、与传感器的信息交流、状态显示等功能。传感器的信息交流、状态显示等功能。示教盒主要由显示部分和输入键组成，用来输入程序、显示机器人的状态等。这是示教盒主要由显示部分和输入键组成，用来输入程序、显示机器人的状态等。这是人机对话的主要渠道。显示部分一般采用液晶显示器（人机对话的主要渠道。显示部分一般采用液晶显示器（LCD）。借助传感器的感知，）。借助

7、传感器的感知，机器人可以更好地顺应对象物，进行柔软的操作。视觉传感器常常用来修正对象物机器人可以更好地顺应对象物，进行柔软的操作。视觉传感器常常用来修正对象物的位置偏移。通过示教盒的帮助，可以让机器对工作过程进行初步认知，然后再经的位置偏移。通过示教盒的帮助，可以让机器对工作过程进行初步认知，然后再经过精确调整来完成装配操作，这就使机器的智能化程度提高，减少了操作人员的负过精确调整来完成装配操作，这就使机器的智能化程度提高，减少了操作人员的负担。担。第二节第二节 装装配机器人的周边设备配机器人的周边设备机器人进行装配作业时，除上面提到的机器人主机、手爪、传感器外，零件供给装置和工件搬运装置也至

8、关重要。无论从投资额的角度还是从安装占地面积的角度，它们往往比机器人主机所占的比例大。周边设备常由可编程控制器控制、台架、安全栏等。手：双指气动手价格便宜，因而经常使用。如图7.4所示，如果给手腕赋予柔顺性，便可以在一定程度上消除装配时零件相互的定位误差，对配合作业很有利。手的形式根据装配任务不同可能是不一样的，比喻，抓取大面积的板类零件时，可能用到气动吸取或电磁吸引的方式；抓紧特殊结构零件时可能需要特制对应的手来抓取。因此，手的外形、工作原理、结构样式等均与装配任务不同而变化，设计者需要根据具体情况作出相应处理。传感器：传感器：装配机器人经常使用的传感器有听装配机器人经常使用的传感器有听觉、

9、视觉、触觉、接近觉和力传感器等。如觉、视觉、触觉、接近觉和力传感器等。如图图7.5是部分传感器。视觉传感器主要用于是部分传感器。视觉传感器主要用于零件或工件位置补偿，零件的判别、确认等。零件或工件位置补偿，零件的判别、确认等。触觉和接近觉传感器一般固定在指端，用来触觉和接近觉传感器一般固定在指端，用来补偿零件或工件的位置误差，防止碰撞等。补偿零件或工件的位置误差，防止碰撞等。恰当地配置传感器能有效地降低机器人的价恰当地配置传感器能有效地降低机器人的价格，改善它的性能。力传感器一般装在腕部，格，改善它的性能。力传感器一般装在腕部，用来检测腕部受力情况。一般在精密装配或用来检测腕部受力情况。一般在

10、精密装配或去飞边一类需要力控制的作业中使用。去飞边一类需要力控制的作业中使用。零件供给器：零件供给器：零件供给器是为机器人装配时零件供给器是为机器人装配时不断提供装配时需要用到的零件的装置，作不断提供装配时需要用到的零件的装置，作用是保证机器人能逐个正确地抓拿待装配零用是保证机器人能逐个正确地抓拿待装配零件，保证装配作业正常进行。零件供给器形件，保证装配作业正常进行。零件供给器形式与种类众多，根据机器人装配的性质进行式与种类众多，根据机器人装配的性质进行设计。图设计。图7.6是其中两种不同形式的零件供是其中两种不同形式的零件供给器。最近机器人利用视觉和触觉传感技术，给器。最近机器人利用视觉和触

11、觉传感技术，已经达到能够从散堆（适度的堆积）状态把已经达到能够从散堆（适度的堆积）状态把零件一一分检出来的水平，部分技术已投入零件一一分检出来的水平，部分技术已投入实用。可以预料，不久之后在零件的供给方实用。可以预料，不久之后在零件的供给方式上可能会发生显著的改观。式上可能会发生显著的改观。输送装置：在机器人装配线上，输送装置承担把工件搬运到各作业地点的任务。输送装置中以传送带居多，其他形式如圆盘回转式也常用。输送装置也需要根据装配情况来进行灵活设计，不同装配要求就有不同的装配输送装置，比如，装置的零件大，复杂，就可能用输送带形式，零件较小，工序不多，可能用圆盘回转式。理论上说，零件即使随传送

12、带一起移动，借助传感器的识别能力，机器人也能实现所谓“动态”装配，但原则上，作业时工件都处于静止。所以最常采用的传送带为游离式，这样，装载工件的托盘容易同步停止。输送装置的技术难点是停止时的定位精度、冲击和减振。用减震器可以吸收冲击能。第三节第三节 装装配工作站机器人的结构配工作站机器人的结构装配机器人的结构与装配的种类与性质有关。当被装配的机器及零件可以通过传送带或转盘输送时，多采用机器人不移动，零件与被装配的机器或部件可以通过输送带移动的形式；但当机器体积或重量特别大，或其它客观原因不能移动被装配的机器或部件时，可以采用被装配的机器或部件不动，而装配机器人可以移动的方式。被装配机器可以输送的机器人结构FANUC装配机器人十字龙门式机器人摆臂式机器人垂直关节机器人摆头机器人被装配机器不可移动的装配机器人大型部件或产品的装配在节拍式的装配线上是难以实现的。所以人们想到另外一种方案：让装配者和装配对象调换位置，被装配的部件或产品位置不动，装配工或装配机械围绕被装配的部件或产品运动。从这一设想出发人们又开发出了行走机器人。行走式机器人又根据装配工作的要求不同，分为固定轨道式与自由移动式两种，如图7-14所示左侧二图是自由移动式机器人，右侧为固定轨道移动式机器人。第四节第四节 装装配机器人的工作空