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(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(fù)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(biāo)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(xì)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(fù)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(fù)載,，實際負(fù)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(zhǔn)確設(shè)置有效負(fù)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(dāng)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(dāng)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。