自动组件的柔性夹具|2018-03-05 |装配杂志

固定装置对大多数装配和加工过程至关重要。他们的设计至关重要，因为它们对生产力，成本和质量有直接影响。据估计，40％的被拒绝的部分源于不适当的固定性。

大多数灯具设计用于特定部件或操作。但是，制作，存储，检索和设置专用夹具可能是昂贵的。实际上，这种固定装置可以占组装系统总成本的10％至20％。此外，专用夹具通常需要长时间的时间来产生。因此，专用夹具仅适用于高批量，低混合生产。

另一方面，柔性夹具设计为可重复使用。当然，真正的单尺寸适合 - 所有夹具都不可行，因为有无限种类的工件几何和操作要求。但是，灵活的夹具可以设计成适合需要类似操作的类似产品系列。与专用夹具相比，柔性固定装置的初始成本较高，但它们的总体拥有成本较低，因为它们可以容纳多种产品。

灵活的夹具与自动化并非不兼容。事实上，它们可以是可重新配置的自动化装配系统的一部分。转换可以在工人协助或不协助下实现。这种方法将允许产品品种多、批量小的中小型企业(SMEs)采用自动化。

为了满足柔性装配的要求，我们开发了一种基于无动力Gough-Stewart并联机构的可重构夹具，也称为六足。夹具的定位由机器人完成。

灵活的夹具

我们的夹具基于六角形。六角形可以在所有六个自由中移动。我们的六角形是无力的。它必须手动或通过机器人移动到位置，然后用锁定套筒或液压系统固定到位。

六角摄氏有两个板六个环节。底板刚性地连接到机器人电池。顶板配备有模块化工件定位组件和机器人换刀器的工具侧。工具更换器是启用机器人重新定位Hexapod的原因。

并联机构的六个连杆分别由两个预加载万向节和一个带集成液压机械制动器的移动关节组成。万向节连接连接到顶部和底板，并被设计为最大限度地减少反弹。移动关节用于在适当的位置锁定机构，一旦实现了合适的配置。

工件定位总成是夹具与工件接触的部分。它的设计取决于工件的几何形状和制造操作。因此，我们无法设计出一个真正通用的定位系统。相反，我们提出了一种可重新配置的方法，提供有限的灵活性来适应一系列工件。

为了评估灵活夹具的能力，我们用它来组装一股汽车灯。工件定位组件的设计基于对整个产品系列的常见几何特征的分析。我们确定安装孔是用于定位和夹紧工件的合适特征。但是，不同的型号具有不同的孔直径。为了使定位组件符合全套部件，定心引脚可互换。为了最大限度地减少人类的相互作用并加速重新配置过程，引脚可通过机器人交换。气动杠杆夹将工件保持在适当位置。

初步测试表明，在组装期间需要额外的支持。因此，我们设计了一种新的定位组件，使用一个定心元件来补充夹紧系统。定心元件定位并支撑灯的主灯泡孔。不同的型号有不同直径的孔，因此座位元素也可以由机器人交换。

评估夹具

我们的第一个任务是评估六足动物本身。对于自动化装配，可重构夹具必须能够精确和重复地定位工件。因此，我们需要评估锁定机构的刚度和复位后六足的定位精度。

六脚的锁定机制对准确性和重复性至关重要。当制动器松开，六足机器人可以自由移动时，机器人就会将其定位。当制动器启动时，一股持力作用在六足连杆中的杆上。如果锁定制动器破坏了夹具的最终位置，无论机器人的定位精度如何，六脚都不能正确定位。

另一个重要的特征是锁定机构的刚度。在机器人组件期间，力施加在后者传递到固定装置的工件上。如果夹具足够僵硬，那么这些力将取代夹具和工件。

我们的测试设置由夹具组成，底板连接到固定在地板上的僵硬的金属支柱上。我们的机器人是一个ABB IRB 140，配备了来自ATI工业自动化的三角肌和扭矩传感器，以及来自Destaco的QC-30工具换动器。

为了便于位置测量，不使用定位组件。我们使用GOM公司的Athos三维光学测量系统测量六足动物特定点的位置。精确到±0.04毫米，系统采用立体三角测量
以点云的形式获取地表数据。每次测量都要进行3 - 5次扫描，以获得足量的上、下六足板上点的几何数据。从这些测量结果中，提取了六足动物顶板上的三个点，并计算了它们相对于底板的位置。通过测量六足平台上三个不同的点，我们能够确定相对于六足基座的位置和旋转位移。

测量了20种构型的位置重复性。选择的点在工作空间包络内均匀分布，这样我们就可以测量制动器驱动对六脚最终位置的影响。机器人被用来重新定位六脚。

测量参考位置和方向是两次。在六角摄藏网上连接到机器人并仍然符合标准时进行第一次测量。之后，机构被锁定，工具更换器解耦，机器人的末端执行器缩回。然后，进行第二位置测量以确定顶板的位置和取向。通过这种方式，我们能够确定六足锁定是否对位置精度产生任何影响。

数据分析显示，锁定位置的平均位置位移为0.08毫米，标准差为0.08毫米。旋转位移的均值为0.9毫radian，标准差为0.0005毫radian。

我们的测试表明，使用工具更换器将机器人连接到六足机器人产生了一些负面影响。在分离过程中，平板被推开大约1毫米。这个力是相当大的，并导致机器人可见的运动。幸运的是，这个问题可以用电磁夹持器解决。

在X方向上观察到最大的位移和Z方向上最小的位移。这是不同方向和配置中机构刚度的非线性的结果。因为由刀具更换器垂直地用垂直于顶板作用的力，所以在六角形机构连杆上施加不同方向的力。当在Z方向上施加负载时，机构链路之间的角度和作用在它们上的力通常小于X和Y方向，导致更好的刚度和锁定可重复性。

3D扫描系统的准确性太低，无法可靠地测量夹具的重复性，但夹具的性能超出了我们的期望。需要更精确的测量来确定锁定机构的实际可重复性，但我们确定夹具可以可靠地用于组装汽车灯。

在用于可重复测量的20个点中的六个中测量六己端的刚度。六角形被锁定，机器人在六个方向上施加力（沿着六角形基部坐标系的所有轴的正和负平移，沿Z轴的正和负旋转）。通过在每个方向上推动夹具0.3毫米而产生力，而机构锁定。在给定的配置和方向上，力幅度根据机器人的组合刚度和六角形而变化。使用安装在机器人手腕上的传感器测量力和扭矩。在每个方向上施加力之前和之后进行一组3D测量以确定位移的幅度和方向。相对于六角形底板测量顶板的位置和取向，以避免测量其他部件的变形，例如柱。

这些测量让我们对六足机器人在整个工作空间的刚度特性有了一个概述。刚度计算只考虑了与外载荷方向共线的力和变形分量。在所有方向上所有点的平均刚度大约是每毫米1780牛顿。

在不同方向观察到不同的刚度值。在X和Z方向上的平均刚度分别为1,328.8牛顿每毫米和1,333.4牛顿每毫米。由于机制的对称性，值是相似的。在Z方向上，刚度相当高，为233.4牛顿每毫米。这是预期的，因为六足腿之间的角度和负载在这个方向是最小的。在Z方向上更强的刚度是有益的，因为大多数装配操作都沿着这个轴施加力。