顯揚科技丨UR機器人大扭矩擰緊應(yīng)用方案詳解
發(fā)布時間：2021-06-24 11:53:36 作者：顯揚科技
大扭矩擰緊是汽車總裝和零部件產(chǎn)業(yè)中的常見應(yīng)用。將各種汽車零部件裝配成整車的過程，需要很多種不同類型的聯(lián)接，其中螺栓聯(lián)接是最重要的聯(lián)接方法之一。由于螺栓聯(lián)接可以獲得很高的聯(lián)接強度，又便于裝拆，具有互換性，通過標準化實現(xiàn)了大批量生產(chǎn)，成本低而且價格便宜，經(jīng)常被應(yīng)用到發(fā)動機、變速箱和底盤等重要位置的裝配中。螺栓的擰緊質(zhì)量直接影響到產(chǎn)品的安全性和可靠性。
在執(zhí)行螺栓擰緊任務(wù)時，經(jīng)常會碰到以下問題：
● 職業(yè)病
作業(yè)員長期受到擰緊槍的自重和反作用力的影響，導(dǎo)致肌腱損傷，而患上左圖所示的職業(yè)病。
● 產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性
作業(yè)員在做擰緊工作時，無法避免少打、漏打及擰緊扭矩錯誤的現(xiàn)象，且螺絲擰緊的質(zhì)量隨作業(yè)員的工作狀態(tài)波動起伏。
● 人工成本高昂
擰緊工作在大多數(shù)生產(chǎn)過程中，都處于一個高負荷的工藝環(huán)節(jié)，耗費大量人工成本。
優(yōu)傲機器人用于擰緊的方案：
UR機器人可以代替工人進行24小時不間斷的高負荷勞動，同時將產(chǎn)品質(zhì)量控制在一個非常穩(wěn)定的狀態(tài)。本方案設(shè)計的目標是將擰緊槍的反作用力平均地分配到機器人的六個關(guān)節(jié)上，我們將從擰緊槍與機器人的安裝方式、機器人底座安裝方式和機器人軟件設(shè)置等方面進行詳細介紹，來指導(dǎo)客戶如何克服擰緊槍的反作用力。通過實際測試，UR10可以實現(xiàn)的扭矩范圍為120Nm。
一、負載重量設(shè)計
1、在設(shè)計擰緊槍和工裝夾具時，請UR提供公式計算出機器人最大允許負載，實際負載重量不要超過計算結(jié)果。
2、在機器人安裝設(shè)置界面，務(wù)必要準確設(shè)置有效負載和重心。
二、擰緊槍與機器人法蘭盤連接方式
工裝夾具的設(shè)計原則讓擰緊槍旋轉(zhuǎn)軸與手腕3旋轉(zhuǎn)軸方向垂直(如果兩者安裝方向平行，手腕3將承受來自擰緊槍的最大反作用力，極易報警)，如需添加CCD，請注意機器人關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)時與CCD干涉問題。擰緊槍一般分為直頭和彎頭兩種：
1.直頭擰緊槍建議安裝方式如下圖所示：
2.彎頭擰緊槍建議安裝方式如下圖所示：
三、機器人底座安裝方式
1. 如果螺絲擰緊方向是垂直地面向下的情況，建議機器人底座傾斜45度安裝，這樣可以避免擰緊槍旋轉(zhuǎn)軸和手腕2旋轉(zhuǎn)方向平行（避免手腕2承受來自擰緊槍的最大反作用力），建議如下圖所示安裝：
2.螺絲擰緊方向是平行于地面?zhèn)认虻?，且需要擰緊座椅兩側(cè)的情況。
優(yōu)先考慮機器人底座側(cè)裝的方式（這種方式機器人在左右側(cè)之間切換姿態(tài)比較自由），如下圖所示：
其次考慮機器人底座正裝的方式，如下圖所示： 
注意：機器人底座位置盡量與螺絲孔位處于同一水平高度。
四、IO信號連接
優(yōu)傲機器人與擰緊槍通訊一般采用數(shù)字IO信號連接，優(yōu)傲機器人也支持Ethernet、Profinet、Modbus tcp和TCP/IP協(xié)議，可根據(jù)實際需求而定。本方案采用的IO信號連接如下：
機器人IO輸入信號：就緒、OK、NG
機器人IO輸出信號：程序序號1、程序序號2、啟動、復(fù)位
五、優(yōu)傲機器人程序
機器人程序中，在啟動擰緊槍旋轉(zhuǎn)信號之前寫入“wait is_steady()”指令，當is_steady()返還值為真時，優(yōu)傲機器人可以接受外部更大壓力或扭矩，如下圖所示：
擰緊方案說明和結(jié)果
a) 方案結(jié)果
可以通過監(jiān)控擰緊槍在擰緊瞬間，機器人各關(guān)節(jié)實時扭矩值，判斷設(shè)計方案是否合理，各關(guān)節(jié)受到扭矩值越平均越佳。在機器人線程程序中，使用腳本“get_joint_torques()”得到機器人各關(guān)節(jié)實時扭矩值，可以保持記錄各關(guān)節(jié)最大扭矩值（參考附件中的小程序）。
b) 常見故障處理
故障一：螺絲槍在擰緊瞬間，由于擰緊槍產(chǎn)生的反作用力較大，機器人易發(fā)生保護性停止。
對策：從擰緊槍方面，可適當降低旋轉(zhuǎn)速度；從機器人方面，可通過附件中的小程序監(jiān)控各關(guān)節(jié)的扭矩值，若六個關(guān)節(jié)受力不均勻，需要改變機器人姿態(tài)。
故障二：螺絲槍擰完螺絲退出時，被螺絲憋住，機器人易發(fā)生保護性停止。
對策：建議螺釘不要使用內(nèi)六角式（接觸面積較越摩擦力越大），可以使用內(nèi)梅花式或外六角式螺釘。
總結(jié)：
在使用UR10的眾多擰緊項目中，測試中較為穩(wěn)定的擰緊槍扭矩范圍，最大可達120Nm。
顯揚科技優(yōu)勢：
顯揚科技是國家高新技術(shù)企業(yè)，在機器人、機器視覺方面有多年的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗，可為你提供完善的售后與保修服務(wù)，以及其他研發(fā)方面協(xié)作，并且提供專用移動機器人工作臺。
顯揚科技已成功銷售Franka機器人、UR機器人、Robotiq夾具等產(chǎn)品給浙江大學(xué)，清華大學(xué)，哈爾濱工業(yè)大學(xué)等，獲得了非常好的評價。顯揚科技研發(fā)人員超過50人，精通UR，F(xiàn)ranka，遨博機器人安裝、調(diào)式、二次開發(fā)等，對基于協(xié)作機器人的各種應(yīng)用開發(fā)已有超過8年經(jīng)驗。
關(guān)于顯揚科技：
顯揚科技（www.minmetals-sy.com）專注研發(fā)并產(chǎn)業(yè)化高速高清三維機器視覺設(shè)備、智能協(xié)作機器人系統(tǒng)。顯揚科技創(chuàng)建了一個集高精度視覺傳感器、智能協(xié)作機器人、智能感知與控制系統(tǒng)平臺，讓機器人更加智能、可靠，適用于更多復(fù)雜的應(yīng)用場景。顯揚科技研發(fā)的三維機器視覺設(shè)備精度能達亞微米級，三維數(shù)據(jù)采集幀率高達300幀，具有高精度、大景深、高穩(wěn)定性的優(yōu)勢，已在多個領(lǐng)域成功替代進口同類產(chǎn)品。目前，顯揚科技產(chǎn)品已成功應(yīng)用于食品、電器、陶瓷、物流、教育科技、新零售等行業(yè)。顯揚科技創(chuàng)始團隊由香港中文大學(xué)數(shù)名博士組成，公司研發(fā)人員均來自海內(nèi)外名校。公司知識產(chǎn)權(quán)超過50項，產(chǎn)品已經(jīng)通過歐盟CE認證。顯揚科技已完成投資與融資約5000萬人民幣。
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