工业机器人系统技术应用知识点20：装配机器人

装配机器人系统由 3 部分组成：装配机器人、末端执行器和周边配套设备。以 3C 行业装配应用为例，其系统组成如图 4.3 所示，周边配套设备主要包括机器视觉系统、传感系统、零件供给器、输送装置等。

装配机器人

装配机器人是指工业自动化生产中用于装配生产线上对零件或部件进行装配的一类工业机器人，是柔性自动化装配系统的核心设备。

1. 装配机器人特点

装配机器人的主要特点有：

（1）精度高，具有极高的重复定位精度，可确保装配精度符合生产要求。

（2）柔顺性好，可根据工艺需要配置不同的末端执行器，以满足生产线多批次、小批量的多样生产要求。

（3）动作迅速，加速性能好，可大大缩短工作循环周期。

（4）占地面积小，能与其他系统配套使用。

（5）可靠性好，作业稳定。

装配机器人按照结构运动形式可分为 3 大类：直角坐标式装配机器人、关节式装配机器人和并联式装配机器人。其中，关节式装配机器人又分水平关节式装配机器人和垂直关节式装配机器人，此部分内容可参考搬运机器人分类，不再赘述。

与其他工业机器人相比，装配机器人的精度要求较高，原因在于：搬运、码垛机器人等在移动物料时，其运动轨迹多为开放性，而装配机器人是一种约束运动类操作；机器人在进行焊接、喷涂等作业时，并没有与作业对象直接接触，仅进行运动轨迹示教，而装配机器人需要与作业对象直接接触，并进行相应动作。

2. 装配机器人关键技术

装配机器人关键技术包括 6 个方面，具体如下。

（1）精确定位。

装配机器人运动系统的定位精度由机械系统静态运动精度（几何误差、热和载荷变形误差）和机电系统高频响应的动态特性所决定。其中，静态精度取决于设备的制造精度和机械运动形式；动态响应取决于外部跟踪信号、系统固有的开环动态特性、所采用的减振方法和控制器的调节作用。

（2）实时控制。

在许多微机应用领域中，计算机的速度和功能往往不能满足需要。特别是在多任务工作环境下，各任务只能分时工作，动态响应取决于外部跟踪信号、系统固有的开环动态特性、所采用的减振方法（阻尼）和控制器的调节作用。

（3）检测传感技术。

检测传感技术的关键是传感器技术，主要用于检测机器人系统中自身与作业对象、作业环境的状态，向控制器提供信息以决定系统动作。传感器精度、灵敏度和可靠性很大程度决定了系统性能的好坏。检测传感技术包含两个方面内容：一是传感器本身的研究和应用，二是检测装置的研究与开发。其包括：多维力觉传感器技术、视觉技术、多路传感器信息融合技术、检测传感装置的集成化与智能化技术等。

（4）控制器的研制。

装配机器人的伺服控制模块是整个系统的基础，它的特点是实现了机器人操作空间力和位置混合伺服控制，实现了高精度的位置控制、静态力控制，并且具有良好的动态力控制性能。伺服模块之上的局部自由控制模块相对独立于监督控制模块，它能完成精密的插圆孔、方孔等较为复杂的装配作业。监督控制模块是整个系统的核心和灵魂，它包括了系统作业的安全机制、人工干预机制和遥控机制。多任务控制器可广泛应用于工业装配机器人中作为其实时任务控制器而使用，也可用作移动机器人的实时任务控制器。

（5）图形仿真技术。

对于复杂装配作业，示教编程方法的效率往往不高，如果能直接把机器人控制器与CAD 系统相连接，则能利用数据库中与装配作业有关的信息对机器人进行离线编程，使机器人在结构环境下的编程具有很大的灵活性。另外，如果将机器人控制器与图形仿真系统相连，则可离线对机器人装配作业进行动画仿真，从而验证装配程序的正确性、可执行性及合理性，为机器人作业编程和调试带来直观的视觉效果，为用户提供灵活友好的操作界面，具有良好的人机交互性。

（6）柔顺手腕的研制。

通常而言，通用机器人均可用于装配操作，利用机器人固有的结构柔性, 可以对装配操作中的运动误差进行修正。通过对影响机器人刚度的各种变量进行分析，并通过调整机器人本身的结构参数来获得期望的机器人末端刚度，以满足装配操作对机器人柔顺性的要求。但在装配机器人中采用柔性操作手爪则能更好地取得装配操作所需的柔顺性。

由于装配操作对机器人精度、速度和柔顺性等性能要求较高，所以有必要设计专门用于装配作业的柔顺手腕。

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