顯揚(yáng)科技丨UR機(jī)器人大扭矩?cái)Q緊應(yīng)用方案詳解
發(fā)布時(shí)間：2021-06-24 11:53:36 作者：顯揚(yáng)科技
大扭矩?cái)Q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(guò)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(qiáng)度，又便于裝拆，具有互換性，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn)，成本低而且價(jià)格便宜，經(jīng)常被應(yīng)用到發(fā)動(dòng)機(jī)、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(shí)，經(jīng)常會(huì)碰到以下問(wèn)題：
● 職業(yè)病
作業(yè)員長(zhǎng)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(shí)，無(wú)法避免少打、漏打及擰緊扭矩錯(cuò)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(dòng)起伏。
● 人工成本高昂
擰緊工作在大多數(shù)生產(chǎn)過(guò)程中，都處于一個(gè)高負(fù)荷的工藝環(huán)節(jié)，耗費(fèi)大量人工成本。
優(yōu)傲機(jī)器人用于擰緊的方案：
UR機(jī)器人可以代替工人進(jìn)行24小時(shí)不間斷的高負(fù)荷勞動(dòng)，同時(shí)將產(chǎn)品質(zhì)量控制在一個(gè)非常穩(wěn)定的狀態(tài)。本方案設(shè)計(jì)的目標(biāo)是將擰緊槍的反作用力平均地分配到機(jī)器人的六個(gè)關(guān)節(jié)上，我們將從擰緊槍與機(jī)器人的安裝方式、機(jī)器人底座安裝方式和機(jī)器人軟件設(shè)置等方面進(jìn)行詳細(xì)介紹，來(lái)指導(dǎo)客戶如何克服擰緊槍的反作用力。通過(guò)實(shí)際測(cè)試，UR10可以實(shí)現(xiàn)的扭矩范圍為120Nm。
一、負(fù)載重量設(shè)計(jì)
1、在設(shè)計(jì)擰緊槍和工裝夾具時(shí)，請(qǐng)UR提供公式計(jì)算出機(jī)器人最大允許負(fù)載，實(shí)際負(fù)載重量不要超過(guò)計(jì)算結(jié)果。
2、在機(jī)器人安裝設(shè)置界面，務(wù)必要準(zhǔn)確設(shè)置有效負(fù)載和重心。
二、擰緊槍與機(jī)器人法蘭盤連接方式
工裝夾具的設(shè)計(jì)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(lái)自擰緊槍的最大反作用力，極易報(bào)警)，如需添加CCD，請(qǐng)注意機(jī)器人關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)時(shí)與CCD干涉問(wèn)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(jī)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(jī)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(lái)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)认虻模倚枰獢Q緊座椅兩側(cè)的情況。
優(yōu)先考慮機(jī)器人底座側(cè)裝的方式（這種方式機(jī)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(jī)器人底座正裝的方式，如下圖所示： 
注意：機(jī)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(hào)連接
優(yōu)傲機(jī)器人與擰緊槍通訊一般采用數(shù)字IO信號(hào)連接，優(yōu)傲機(jī)器人也支持Ethernet、Profinet、Modbus tcp和TCP/IP協(xié)議，可根據(jù)實(shí)際需求而定。本方案采用的IO信號(hào)連接如下：
機(jī)器人IO輸入信號(hào)：就緒、OK、NG
機(jī)器人IO輸出信號(hào)：程序序號(hào)1、程序序號(hào)2、啟動(dòng)、復(fù)位
五、優(yōu)傲機(jī)器人程序
機(jī)器人程序中，在啟動(dòng)擰緊槍旋轉(zhuǎn)信號(hào)之前寫入“wait is_steady()”指令，當(dāng)is_steady()返還值為真時(shí)，優(yōu)傲機(jī)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(shuō)明和結(jié)果
a) 方案結(jié)果
可以通過(guò)監(jiān)控?cái)Q緊槍在擰緊瞬間，機(jī)器人各關(guān)節(jié)實(shí)時(shí)扭矩值，判斷設(shè)計(jì)方案是否合理，各關(guān)節(jié)受到扭矩值越平均越佳。在機(jī)器人線程程序中，使用腳本“get_joint_torques()”得到機(jī)器人各關(guān)節(jié)實(shí)時(shí)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(jī)器人易發(fā)生保護(hù)性停止。
對(duì)策：從擰緊槍方面，可適當(dāng)降低旋轉(zhuǎn)速度；從機(jī)器人方面，可通過(guò)附件中的小程序監(jiān)控各關(guān)節(jié)的扭矩值，若六個(gè)關(guān)節(jié)受力不均勻，需要改變機(jī)器人姿態(tài)。
故障二：螺絲槍擰完螺絲退出時(shí)，被螺絲憋住，機(jī)器人易發(fā)生保護(hù)性停止。
對(duì)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(xiàng)目中，測(cè)試中較為穩(wěn)定的擰緊槍扭矩范圍，最大可達(dá)120Nm。
顯揚(yáng)科技優(yōu)勢(shì)：
顯揚(yáng)科技是國(guó)家高新技術(shù)企業(yè)，在機(jī)器人、機(jī)器視覺方面有多年的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)，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(dòng)機(jī)器人工作臺(tái)。
顯揚(yáng)科技已成功銷售Franka機(jī)器人、UR機(jī)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(píng)價(jià)。顯揚(yáng)科技研發(fā)人員超過(guò)50人，精通UR，F(xiàn)ranka，遨博機(jī)器人安裝、調(diào)式、二次開發(fā)等，對(duì)基于協(xié)作機(jī)器人的各種應(yīng)用開發(fā)已有超過(guò)8年經(jīng)驗(yàn)。
關(guān)于顯揚(yáng)科技：
顯揚(yáng)科技（www.qiaojuntea.com）專注研發(fā)并產(chǎn)業(yè)化高速高清三維機(jī)器視覺設(shè)備、智能協(xié)作機(jī)器人系統(tǒng)。顯揚(yáng)科技創(chuàng)建了一個(gè)集高精度視覺傳感器、智能協(xié)作機(jī)器人、智能感知與控制系統(tǒng)平臺(tái)，讓機(jī)器人更加智能、可靠，適用于更多復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景。顯揚(yáng)科技研發(fā)的三維機(jī)器視覺設(shè)備精度能達(dá)亞微米級(jí)，三維數(shù)據(jù)采集幀率高達(dá)300幀，具有高精度、大景深、高穩(wěn)定性的優(yōu)勢(shì)，已在多個(gè)領(lǐng)域成功替代進(jìn)口同類產(chǎn)品。目前，顯揚(yáng)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(yáng)科技創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)由香港中文大學(xué)數(shù)名博士組成，公司研發(fā)人員均來(lái)自海內(nèi)外名校。公司知識(shí)產(chǎn)權(quán)超過(guò)50項(xiàng)，產(chǎn)品已經(jīng)通過(guò)歐盟CE認(rèn)證。顯揚(yáng)科技已完成投資與融資約5000萬(wàn)人民幣。
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應(yīng)用案例方向：1.三維機(jī)器視覺機(jī)器人引導(dǎo)系統(tǒng) 2.工業(yè)檢測(cè)與測(cè)量系統(tǒng)3.教育行業(yè)解決方案4.智慧零售解決方案
應(yīng)用場(chǎng)景：汽車制造行業(yè) | 3C行業(yè) | 電子電氣 | 機(jī)械加工 | 液晶半導(dǎo)體 | 食品加工行業(yè) | 醫(yī)藥行業(yè) | 化工行業(yè) | 教育行業(yè) | 生活 | 其他行業(yè)
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