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        機(jī)器人自動(dòng)裝配方法及技術(shù)研究

        2018-06-28 02:23:44鐘志斌
        機(jī)電信息 2018年18期
        關(guān)鍵詞:輸送線變位外殼

        鐘志斌

        (廣州數(shù)控設(shè)備有限公司,廣東廣州510530)

        0 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(xiàng)新興的工業(yè)技術(shù),機(jī)器人自動(dòng)裝配應(yīng)運(yùn)而生。用于裝配生產(chǎn)線上對(duì)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(guó)制造2025”與德國(guó)“工業(yè)4.0”的對(duì)接,我國(guó)正不斷加大對(duì)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?lái)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的焦點(diǎn)之一。本文將以機(jī)器人自動(dòng)裝配剃須刀為例,通過(guò)多機(jī)器人之間的協(xié)同作業(yè),可靠完成單機(jī)器人無(wú)法完成的復(fù)雜任務(wù)。

        1 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(pán)分揀機(jī)構(gòu)、輸送線、變位機(jī)定位機(jī)構(gòu)、振動(dòng)上料裝置、托盤(pán)疊盤(pán)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(pán)零部件的自動(dòng)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(jiàn)的兩個(gè)問(wèn)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,以下介紹機(jī)器人協(xié)同作業(yè)裝配單元的布局,整體布局圖如圖1所示。

        圖1 整體布局圖

        1.1 托盤(pán)分揀定位機(jī)構(gòu)

        (1)外殼托盤(pán)分揀:托盤(pán)上設(shè)計(jì)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(pán)料倉(cāng),托盤(pán)從分揀裝置底部一次分揀輸送一張托盤(pán);當(dāng)分揀托盤(pán)料倉(cāng)儲(chǔ)存低位時(shí),系統(tǒng)發(fā)出預(yù)警信號(hào),提醒人工補(bǔ)給物料。

        (2)外殼托盤(pán)定位:皮帶線自動(dòng)輸送托盤(pán)到定位裝置處進(jìn)行阻擋定位,發(fā)出信號(hào)預(yù)約機(jī)械手取外殼裝配及裝盤(pán)。

        1.2 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)。

        (2)針對(duì)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(jì),并針對(duì)用戶產(chǎn)品特性,設(shè)計(jì)成通用性裝配夾具。

        (3)雙機(jī)器人分別從輸送線托盤(pán)內(nèi)取外殼部件、振動(dòng)盤(pán)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(pán)內(nèi)。

        1.3 振動(dòng)盤(pán)快速、穩(wěn)定輸送彈簧上料

        作為機(jī)器人自動(dòng)組裝的輔助供料設(shè)備,振動(dòng)盤(pán)可以把堆垛的異形彈簧有序振動(dòng)排列出來(lái),配合機(jī)器人組裝夾具一起將外殼各部件組裝起來(lái)成為完整的一個(gè)產(chǎn)品。

        1.4 變位機(jī)定位裝配

        (1)變位機(jī)定位外殼:根據(jù)工件外形特性設(shè)置兩個(gè)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)。

        (2)變位機(jī)采用伺服電機(jī)齒輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng),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)。

        (3)采用雙工位自動(dòng)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。

        1.5 疊盤(pán)、托盤(pán)下料

        (1)托盤(pán)疊盤(pán):輸送線托盤(pán)送入疊盤(pán)機(jī)構(gòu),系統(tǒng)檢測(cè)托盤(pán)后自下而上疊垛暫存托盤(pán),設(shè)計(jì)一次可暫存25件托盤(pán)。

        (2)疊盤(pán)暫存滿后系統(tǒng)自動(dòng)放料,輸送整疊托盤(pán)到緩存物料區(qū),系統(tǒng)提示人工取走盤(pán)。

        2 裝配過(guò)程工序控制

        本設(shè)備為機(jī)器人自動(dòng)裝配剃須刀系統(tǒng),用于實(shí)現(xiàn)外殼托盤(pán)分揀、托盤(pán)自動(dòng)輸送、取外殼定位裝配、彈簧上料、機(jī)器人協(xié)同組裝、外殼疊盤(pán)以及裝配外殼回收等柔性生產(chǎn)工序。本系統(tǒng)以全自動(dòng)化控制替代人工操作,提高了生產(chǎn)效益。下面用剃須刀裝配實(shí)例解釋裝配工藝的順序控制:

        (1)外殼、彈簧上料:建立外殼托盤(pán)料倉(cāng)、彈簧振動(dòng)盤(pán)輸送上料。

        (2)外殼托盤(pán)分揀:將托盤(pán)料倉(cāng)的托盤(pán)自下而上分揀,皮帶線自動(dòng)輸送托盤(pán)。

        (3)托盤(pán)定位:皮帶線將外殼托盤(pán)輸送到定位裝置處進(jìn)行定位固定,預(yù)約等待機(jī)械手取外殼裝配及裝配件裝盤(pán)。

        (4)變位機(jī)定位外殼:機(jī)械手1取外殼放入旋轉(zhuǎn)變位機(jī)夾具,同時(shí),將組裝完彈簧的外殼放回托盤(pán)相應(yīng)位置,實(shí)現(xiàn)外殼與組裝成品外殼的交換裝配。

        (5)彈簧裝配:變位機(jī)旋轉(zhuǎn)180°,機(jī)器人2從振動(dòng)盤(pán)夾取彈簧進(jìn)行裝配。

        (6)裝配外殼裝盤(pán):變位機(jī)旋轉(zhuǎn)180°,機(jī)器人1再將裝配好的外殼成品放入輸送線托盤(pán),重復(fù)工序機(jī)器人協(xié)同裝配各零部件。

        (7)托盤(pán)疊盤(pán):輸送線將托盤(pán)送入疊盤(pán)機(jī)構(gòu),系統(tǒng)檢測(cè)托盤(pán)后自下而上疊垛托盤(pán),一次可堆盤(pán)25件。

        (8)托盤(pán)下線:疊盤(pán)堆滿后系統(tǒng)自動(dòng)放料,輸送線將整疊托盤(pán)輸送到緩存物料區(qū),系統(tǒng)提示待人工取走盤(pán)。

        為了確保這些裝配動(dòng)作在規(guī)定的時(shí)間按照正確的順序進(jìn)行,總控系統(tǒng)必須能夠和工作單元中各個(gè)設(shè)備進(jìn)行可靠穩(wěn)定的信號(hào)交流。在應(yīng)用中,單元控制系統(tǒng)還要考慮完成一些常見(jiàn)的順序控制、執(zhí)行計(jì)算、處理設(shè)備故障等特殊事件以及不規(guī)則周期性問(wèn)題的排除。

        3 機(jī)器人循環(huán)時(shí)間和裝配動(dòng)作分析

        在機(jī)器人自動(dòng)裝配設(shè)計(jì)中,工作周期循環(huán)是一項(xiàng)重要組成部分。周期循環(huán)時(shí)間決定了機(jī)器人生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率,本項(xiàng)目通過(guò)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(dòng)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。

        圖2 多關(guān)節(jié)機(jī)器人協(xié)同作業(yè)圖

        我們將機(jī)器人在裝配過(guò)程中的應(yīng)用分成兩類:機(jī)器人上下料、協(xié)同裝配。機(jī)器人裝配的速度決定于生產(chǎn)效率及托盤(pán)料倉(cāng)的容量,根據(jù)運(yùn)行軌跡及PLC檢測(cè)識(shí)別工件等信號(hào)交互時(shí)間,預(yù)計(jì)單件裝配速度為8 s節(jié)拍,方案設(shè)計(jì)一次儲(chǔ)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(dòng)生產(chǎn)動(dòng)作要求,需關(guān)注以下注意事項(xiàng):(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(jì)及通用性;(3)托盤(pán)載體的定向定位;(4)機(jī)器人可操作的工作區(qū)域設(shè)計(jì);(5)機(jī)器人負(fù)載容量設(shè)計(jì);(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(wèn)題。

        4 總結(jié)與展望

        本系統(tǒng)采用兩臺(tái)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(gè)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)工作自主、多機(jī)協(xié)同,開(kāi)發(fā)出智能型自主識(shí)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(wèn)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(lái)的生產(chǎn)生活中將有廣闊的市場(chǎng)前景,未來(lái)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(wú)論是在靜態(tài)環(huán)境下還是在動(dòng)態(tài)未知環(huán)境下,首先要對(duì)每臺(tái)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(wú)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(shí)的穩(wěn)定性、可靠性等。

        [1]于海贏.6-DOF機(jī)器人運(yùn)動(dòng)路徑優(yōu)化研究[D].長(zhǎng)春:長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué),2012.

        [2]陳森源.起重機(jī)底盤(pán)裝配線線平衡研究[D].長(zhǎng)春:吉林大學(xué),2011.

        [3]朱振杰.機(jī)械產(chǎn)品裝配線平衡問(wèn)題優(yōu)化研究[D].濟(jì)南:山東大學(xué),2010.

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