小型電子產(chǎn)品機(jī)器人裝配工藝研究

高昀

摘 要：機(jī)器人自動裝配就是用機(jī)器人代替人工將零件組合在一起最終形成產(chǎn)品的過程。機(jī)器人能夠靈活地完成各種動作，尤其對裝配過程中的精準(zhǔn)重復(fù)性、協(xié)同動作有突出優(yōu)勢。傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品裝配都是通過人工流水作業(yè)的方式來完成，耗費(fèi)了大量人力、物力，并且工作效率低下，因此研究工業(yè)機(jī)器人裝配工藝顯得十分必要且具有重要意義。并對多機(jī)器人協(xié)同作業(yè)的未來發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；協(xié)同作業(yè)；自動裝配

引言

裝配是產(chǎn)品生產(chǎn)的后續(xù)工序，在制造業(yè)中占有重要地位，作為一項新興的工業(yè)技術(shù)，機(jī)器人自動裝配應(yīng)運(yùn)而生。用于裝配生產(chǎn)線上對零件或部件進(jìn)行裝配的工業(yè)機(jī)器人，屬于高、精、尖的機(jī)電一體化產(chǎn)品。隨著“中國制造2025”與德國“工業(yè)4.0”的對接，我國正不斷加大對工業(yè)機(jī)器人行業(yè)的扶持力度，生產(chǎn)電子產(chǎn)品的企業(yè)也將機(jī)器人代替人工這一發(fā)展規(guī)劃提上了日程，裝配領(lǐng)域?qū)⑹俏磥頇C(jī)器人技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)之一通過多機(jī)器人之間的協(xié)同作業(yè)，可靠完成單機(jī)器人無法完成的復(fù)雜任務(wù)。

一、裝配單元布局

系統(tǒng)由多關(guān)節(jié)機(jī)器人、裝配夾具、托盤分揀機(jī)構(gòu)、輸送線、變位機(jī)定位機(jī)構(gòu)、振動上料裝置、托盤疊盤機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等設(shè)備組成。系統(tǒng)集成應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了外殼、彈簧、托盤零部件的自動上下料及機(jī)器人協(xié)同裝配柔性生產(chǎn)工藝。在機(jī)器人集成應(yīng)用中常見的兩個問題是工作單元的精準(zhǔn)可靠性和控制系統(tǒng)穩(wěn)定性如何保證。

1.托盤分揀定位機(jī)構(gòu)（1）外殼托盤分揀：托盤上設(shè)計有定向及堆垛卡槽，保證物料放入的一致性和堆垛的穩(wěn)定性；人工補(bǔ)給托盤料倉，托盤從分揀裝置底部一次分揀輸送一張托盤；當(dāng)分揀托盤料倉儲存低位時，系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號，提醒人工補(bǔ)給物料。（2）外殼托盤定位：皮帶線自動輸送托盤到定位裝置處進(jìn)行阻擋定位，發(fā)出信號預(yù)約機(jī)械手取外殼裝配及裝盤

二、RB03機(jī)器人+機(jī)械手夾具

（1）系統(tǒng)采用GSK-RB03機(jī)器人，重復(fù)定位精度高、速度快、控制靈活、體積小，適合本單位生產(chǎn)空間緊湊、效率高的電子生產(chǎn)裝配線進(jìn)行搬運(yùn)、分揀、柔性裝配作業(yè)。針對本應(yīng)用工況復(fù)雜性、定位精度高的特定應(yīng)用環(huán)境，機(jī)械手夾具采用柔性裝配方式設(shè)計，并針對用戶產(chǎn)品特性，設(shè)計成通用性裝配夾具。雙機(jī)器人分別從輸送線托盤內(nèi)取外殼部件、振動盤定位機(jī)構(gòu)取彈簧進(jìn)行協(xié)同柔性裝配，并將裝配成品排序放回輸送線托盤內(nèi)。振動盤快速穩(wěn)定輸送彈簧上料作為機(jī)器人自動組裝的輔助供料設(shè)備，振動盤可以把堆垛的異形彈簧有序振動排列出來，配合機(jī)器人組裝夾具一起將外殼各部件組裝起來成為完整的一個產(chǎn)品。變位機(jī)定位裝配變位機(jī)定位外殼：根據(jù)工件外形特性設(shè)置兩個外殼定位夾具，可以快速更換模塊，實(shí)現(xiàn)快速換線產(chǎn)品柔性生產(chǎn)。變位機(jī)采用伺服電機(jī)齒輪傳動驅(qū)動，可實(shí)現(xiàn)

90°、180°步進(jìn)旋轉(zhuǎn)夾具，重復(fù)定位高，協(xié)同機(jī)器人精準(zhǔn)控制作業(yè)。采用雙工位自動變位裝配，實(shí)現(xiàn)雙機(jī)器人一邊快速安裝拆卸外殼，另一邊裝配彈簧協(xié)同作業(yè)，生產(chǎn)效率高。疊盤、托盤下料托盤疊盤：輸送線托盤送入疊盤機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)檢測托盤

后自下而上疊垛暫存托盤，設(shè)計一次可暫存25件托盤疊盤暫存滿后系統(tǒng)自動放料，輸送整疊托盤到緩存物料區(qū)，系統(tǒng)提示人工取走盤。

三、機(jī)器人循環(huán)時間和裝配動作分析

在機(jī)器人自動裝配設(shè)計中，工作周期循環(huán)是一項重要組成部分。周期循環(huán)時間決定了機(jī)器人生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，本項目通過機(jī)器人的協(xié)同作業(yè)，約束管控機(jī)器人的位置和運(yùn)動軌跡，加強(qiáng)機(jī)器人之間的聯(lián)合式協(xié)作，大大提升了裝配生產(chǎn)效率。圖2為多關(guān)節(jié)機(jī)器人協(xié)同作業(yè)圖

倉的容量，根據(jù)運(yùn)行軌跡及PLC檢測識別工件等信號交互時間，預(yù)計單件裝配速度為8s節(jié)拍，方案設(shè)計一次儲料大概400件外殼，需50 min進(jìn)行一次補(bǔ)給上下物料。為滿足以上自動生產(chǎn)動作要求，需關(guān)注以下注意事項：（1）零部件的定向和重復(fù)位置精度；（2）夾具的柔性裝配設(shè)計及通用性；（3）托盤載體的定向定位；（4）機(jī)器人可操作的工作區(qū)域設(shè)計；（5）機(jī)器人負(fù)載容量設(shè)計；（6）系統(tǒng)定位精度和可重復(fù)性；（7）機(jī)器人形態(tài)及協(xié)同作業(yè)控制（8）機(jī)器利用率平衡的問題。

總結(jié)與展望

本系統(tǒng)采用兩臺RB03多關(guān)節(jié)機(jī)器人協(xié)同作業(yè)，重復(fù)定位精度高、速度快、協(xié)同控制靈活、體積小。裝配機(jī)器人的一個目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)工作自主、多機(jī)協(xié)同，開發(fā)出智能型自主識別、判斷

裝配機(jī)器人，能在各種裝配工作站工作，因此多機(jī)器人協(xié)作、人機(jī)協(xié)作問題一直是多機(jī)器人研究的重點(diǎn)。多機(jī)器人技術(shù)在未來的生產(chǎn)生活中將有廣闊的市場前景，未來多機(jī)器人如何完成任務(wù)，主要可從以下兩點(diǎn)進(jìn)行研究：（1）多機(jī)器人任務(wù)分配：無論是在靜態(tài)環(huán)境下還是在動態(tài)未知環(huán)境下，首先要對每臺機(jī)器人分配好任務(wù)，使機(jī)器人各自按照分配任務(wù)去執(zhí)行；

（2）多機(jī)器人路徑規(guī)劃：無論是在靜態(tài)環(huán)境下還是未知環(huán)境下，機(jī)器人路徑規(guī)劃的主要目的是完成系統(tǒng)分配的任務(wù)，保證機(jī)器人在執(zhí)行任務(wù)時的穩(wěn)定性、可靠性等

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（作者單位：四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院）