基于多传感器的机器人谐波减速器柔性装配关键技术研究

发布时间：2020-07-08 07:55

【摘要】：谐波减速器是在中小负载工业机器人中应用广泛的减速器种类之一。由于其结构精密、装配工艺复杂、精度要求高,实现自动化装配存在困难,因此目前其装配多由人工完成,成本难以缩减。本文基于某机器人公司谐波减速器装配实际需求,针对谐波减速器装配涉及的压装、螺丝锁付及大线径比O型密封圈装配等关键装配工艺,对装配系统进行整体设计并深入研究其中涉及的螺纹孔位姿确定、O型密封圈上料、O型密封圈装配效果检测等关键问题。本文主要完成以下工作:(1)谐波减速器装配工艺研究及装配系统机械设计分析某型号谐波减速器的结构,研究所涉及装配工艺,提炼出关键装配问题。基于自动化装配理论,对装配系统进行了机器人选型及总体布局;并对装配单元中的核心设备,如末端执行器、压机等进行了设备选型及设计。(2)控制系统整体设计分析装配系统的控制需求和主要任务;设计机器人控制柜-PLC-Iolink的控制架构以满足控制需求。以PLC作为控制主站、机器人控制柜作为从站,完成硬件选型、控制系统组态、装配系统PLC端及机器人端控制程序编写。(3)基于激光位移传感器的螺纹孔搜索方法研究针对工业现场螺丝锁付过程中工件位姿及螺纹孔位置不确定的问题,设计一种利用激光位移传感器确定工件位姿及搜索圆孔特征中心点的方法,无需设计专用夹具,即可应用于各种不同工件。同时以常见的环形组孔工件为例,设计搜索策略以获得螺纹孔精确位姿,并通过搜索实验,验证搜索精度。(4)螺丝锁付工艺研究针对螺丝锁付的具体工艺问题,基于锁付及拆卸多种不同尺寸螺丝需求,完成供料及锁付设备选型,对其进行重新设计以适配末端执行器手指抓取;针对螺丝锁紧需求,编写锁付单元及供料设备控制程序;针对螺丝拆卸需求,设计了基于力传感器辅助的拆卸工艺;经测试,设计的螺丝锁付工艺满足谐波减速器装配需求。(5)大线径比O型密封圈端面装配关键技术研究O型密封圈的完整装配流程由供料、装配及装配效果检测三部分组成。大线径比O型圈由于其几何尺寸大及柔性强的特点,无法通过传统方式实现自动化供料及装配。针对大线径比O型圈,设计出一种具备通用性的供料方案,针对该方案O型圈供料过程中O型圈未叠加状态进行运动学分析,并针对供料过程中O型圈叠加状态进行静力学分析,基于分析结果设计并优化送料装置样机。针对O型密封圈端面装配问题,设计一种借助工装实现的低成本、高可靠性装配方案。针对O型密封圈装配效果检测需求,借助视觉传感器实现装配效果检测及故障处理流程。最终通过测试,证明供料装置样机及装配方案能够满足实际需求。
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP242.2;TG95
【图文】：

基于多传感器的谐波减速器柔性装配关键技术研究1 绪论1.1 选题的背景和意义随着国民经济快速发展、生产技术进步、劳动力成本上升，如何进一步提高生产率、提高产品质量、降低劳动强度、改善劳动条件已经成为制造业必须面对的问题。作为未来制造业中难以替代的重要装备，应用工业机器人成为了理想的选择。目前，随着各行各业的自动化装配需求越来越旺盛，机器人的销量及使用量也维持高速增长状态。由 IFR（InternationalFederationofRobotics）统计数据可知，从 2012 到 2017 年，机器人销量平均每年增长 19%。在 2015-2017 年，平均每年增长 31 万台。2017 年，机器人销量增长30%，达到 381355 台，其增长的主要来源为传统机械行业（+55%）和电子行业（+33%），增长主要来自于亚洲地区，尤其是中国。2009 年，中国每 10000 名员工平均拥有 11 台机器人，而在 2017 年，这个数字增长至 93 台。统计数据如图 1-1 所示。

基于多传感器的谐波减速器柔性装配关键技术研究根据主要装配技术需求，确定了由一台主装配机器人及四个工作站构成的工作单元，并通过 SolidWorks 进行整体设计。装配单元布局如图 2-3 所示。在装配单元中，共有来料及螺丝锁付站、压装工作站、压装工装及油封、轴承来料存储工作站、螺丝及 O 型密封圈供料工作站四个工作站，以上四个工作站的有效工作空间均在机器人工作空间的覆盖范围内，并且互不干涉。因此，在一台机器人的有效工作空间内，通过与不同工作站的协同工作，能够使用一台机器人，实现工作目的，达到了设计要求。

基于多传感器的谐波减速器柔性装配关键技术研究激光位移传感器选型光位移传感器是利用激光测量与物体间距离的传感器，常用于非接要测量原理是三角测量原理。激光位移传感器精度高、鲁棒性强、于螺纹孔搜索，平面度确定等功能。机器人工作空间自由度大，激光传感器距离与被测面距离能够任意范围要求低。根据使用需求及现有条件，选择了基恩士 IL-030 型号对应的 IL-1000 型信号放大器,如图 2-4 所示。其基本参数见表 2-2。

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本文编号：2746297