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精密自動裝配中微小加速度計組件的設計

添加時間:2020/07/23 來源:大連理工大學 作者:牛文婷
針對裝配中多個微小零件的精密操作、裝配過程中的自動鎖緊、裝配前零件自動上料和裝配后組件的下料進行了研究,設計了 WXJJ-BZJ-02 型微裝配系統設備的結構,開發了裝配設備的控制軟件,對裝配設備進行了標定,并進行了裝配實驗。
以下為本篇論文正文:

摘 要

  隨著現代制造技術的不斷發展,器件和產品不斷地微小型化,其制造過程中毫米級尺度、微米級精度的裝配需求越來越多。航空、航天等領域應用的加速度計等精密微小器件的性能和批量要求不斷提高,傳統的手工及半自動化裝配方式已經無法滿足生產需求,因此,提高裝配的自動化程度,開發高效、穩定、可靠的全自動微裝配系統,成為產品質量提高、滿足批量生產需求的重要途徑。

  本文針對某型號微小加速度計的組件,研究實現其組成零件的全自動裝配相關技術。

  針對裝配中多個微小零件的精密操作、裝配過程中的自動鎖緊、裝配前零件自動上料和裝配后組件的下料進行了研究,設計了 WXJJ-BZJ-02 型微裝配系統設備的結構,開發了裝配設備的控制軟件,對裝配設備進行了標定,并進行了裝配實驗。

  WXJJ-BZJ-02 型自動精密裝配系統由自動上下料模塊、視覺模塊、裝配作業模塊、作業工作臺模塊和上料平臺模塊五個模塊組成。自動上下料模塊用來實現與生產線物料的交互,保證了裝配過程的連續性,同時實現了裝配的全自動化。上料平臺模塊為裝配前的零件提供固定平臺。視覺模塊用于監測裝配過程同時采集零件圖像,輔助實現裝配任務。裝配作業模塊用來實現對微小零件的穩定拾取和釋放功能,設計了一套集成式夾鉗,選用基于真空吸附的方式實現對不同微小零件的操作,同時通過在機械臂單元上嵌入微力傳感器,實現了對裝配過程裝配力大小的實時控制,有效的防止了微小零件由于受力過大而被損壞。裝配平臺模塊為零件裝配提供作業空間,針對微小零件裝配后需要鎖緊的要求,設計了一套自動鎖緊夾具,可實現微小零件的自動鎖緊,避免了人工干預。

  基于模塊化思想設計了分層軟件框架,交互層主要用于顯示裝配過程信息,同時允許輸入指令。任務層實現裝配流程的劃分,把任務以消息的形式發給邏輯層。邏輯層負責接收任務層分解后的消息,將針對硬件的消息發給行為層,同時接受行為層反饋的信息。行為層是直接控制硬件的程序層。層與層之間通過接口實現通信,上層通過接口控制下層,下層通過接口將信息反饋給上層。針對零件裝配精度要求和裝配順序,設計了裝配流程,實現了裝配任務的細分,最后根據控制軟件框架和裝配流程編寫了控制軟件。

  最后,對系統誤差進行了分析,主要包括視覺測量裝置安裝誤差和各模塊運動部件安裝誤差。以系統硬件為基礎建立誤差補償模型,并通過標定實驗補償誤差,提高了系統的裝配精度。同時進行了裝配實驗,表明該系統能夠實現預定精度的裝配任務。

  關鍵詞:精密自動裝配;微小裝配;自動上下料;自動鎖緊夾具;裝配控制軟件

微小零件裝配設備

Abstract

  With the continuous development of modern manufacturing technology, devices and products are continuously miniaturized, and the assembly requirements of millimeter scale and micron precision are increasing in the manufacturing process. The performance and batch requirements of precision micro-devices such as accelerometers used in aviation, aerospace, and other fields are constantly improving. Traditional manual and semi-automated assembly methods are no longer sufficient for production needs, therefore, improving the automation of assembly and developing an efficient, stable and reliable fully automatic micro-assembly system has become an important way to improve product quality and meet the needs of mass production.

  This paper studies the fully automatic assembly technology of micro-accuracy accelerometer components. This research includes the precise operation of multiple small parts in the assembly, the automatic locking during the assembly process, the automatic loading of the parts before assembly and the automatic unloading after the assembly is completed. The structure of the WXJJ-BZJ-02 micro-assembly system equipment was designed, the control software of the assembly equipment was developed, the assembly equipment was calibrated, and the assembly experiment was carried out.

  The WXJJ-BZJ-02 automatic precision assembly system consists of five modules:

  automatic loading and unloading module, vision module, assembly operation module, work table module and loading platform module. The automatic loading and unloading module is used to realize the interaction with the material of the production line, which ensures the continuity of the assembly process and realizes the full automation of the assembly. The loading platform module provides a fixed platform for the parts before assembly. The vision module is used to monitor the assembly process while acquiring part images to aid in assembly tasks. The assembly operation module is used to realize the stable picking and releasing function for small parts. An integrated clamp is designed, and the operation of different small parts is realized by vacuum adsorption, and the micro force sensor is

  embedded on the mechanical arm unit. Real-time control of the assembly force of the assembly process is realized, and the micro-parts are effectively prevented from being damaged due to excessive force. The assembly platform module provides working space for parts assembly. For the requirement of locking and fixing after the assembly of small parts, an automatic locking fixture is developed independently, which can realize automatic locking of small parts and avoid manual intervention.

  Based on the modular idea, a layered software framework is designed, which pides the assembly software into interaction layer, task layer, logic layer and behavior layer. The interaction layer is mainly used to display the assembly process information while allowing input of instructions. The task layer pides the assembly process and sends the task to the logical layer in the form of a message. The logic layer is mainly responsible for receiving the message after the task layer is decomposed, and sending the assembly message for the hardware to the behavior layer, and also receiving the information fed back by the behavior layer. The behavior layer is the program layer that directly controls the hardware. Each layer performs its own tasks, and the layers communicate with each other through interfaces. The upper layer controls the lower layer through the interface, and the lower layer feeds information back to the upper layer through the interface. According to the assembly precision requirements and assembly sequence of parts, the assembly process was designed, and the subpision of assembly tasks was realized. Finally, the control software was written according to the control software framework and assembly process.

  Finally, the error caused by the system hardware installation is analyzed, including the installation error of the visual measuring device and the installation error of the moving parts of each module. Based on the system hardware, the error compensation model is established, and the calibration error is compensated by the calibration experiment, which improves the assembly precision of the system. The assembly experiment was carried out, and the results show that the system can achieve the assembly task with predetermined precision.

  Key Words: Precision automatic assembly; Micro assembly; Automatic loading and unloading; Automatic locking fixture; Assembly control software

目 錄

  1 緒論

  1.1 課題研究背景和來源

  裝配是指根據連接要求將零件組裝起來,是產品制造過程中的關鍵部分。通過統計,裝配的工作量占產品研制工作量的一半,同時產品的裝配質量也影響著產品的性能。長期以來,裝配勞動力大、裝配效率低使得裝配成為產品生產中的薄弱環節之一,因此,提高裝配過程的效率和裝配后產品的質量具有非常重要的意義。由于工業產品不斷發展,其形狀越來越復雜,質量越來越輕便且目前產品采用光機電一體化技術的趨勢程度越來越高,因此對裝配后性能要求越來越高、裝調的難度也越來越大。

  目前加速度計的裝配主要通過人工裝配和半自動裝配設備裝配[1],人工裝配是通過顯微鏡和鑷子來實現微小零件的裝配,存在裝配效率低、裝配一致性差等缺點,半自動裝配設備是通過裝配設備實現微小零件的裝配過程,但是裝配前的上料任務和裝配后組件的鎖緊和鎖緊后的下料任務仍然需要人工干預,其效率相對于人工裝配提高了裝配效率和裝配的一致性。本課題涉及的加速度計尺寸、形狀不一,關鍵尺寸為幾百微米,且裝配完成后為保證零件位置不發生偏移需要進行鎖緊,增加了裝配難度。

  針對這一問題,研制了開發自動化裝配設備,解決了半自動裝配設備和人工裝配設備裝配帶來的一致性差、效率低和需要人工干預的缺點,整個裝配過程全自動化,提高裝配效率并達到裝配精度要求。

  本文由國家部委基礎科研計劃重大項目(編號:JCYK2016205A003)和中國航空工業集團公司西安飛行自動控制研究所委托項目資助完成,特此感謝!

  1.2 微小裝配研究現狀

  1.2.1 微小裝配研究現狀

 。1)多倫多大學的微裝配機器人如圖 1.1 所示,針對工件設計的微裝配機器人包括兩大部分:一個 4 自由度可動平臺和兩自由度的工作臂,工作平臺可以沿 X、Y、Z 三軸移動且能繞 α 軸旋轉,工作臂可以繞 β 軸和 γ 軸旋轉,平臺和工作臂的運動通過 6 個步進電機驅動[2-4].微型工件放在工作臺上,微夾鉗通過膠粘結固定在工作臂上,由于系統自由度較高因此裝配比較靈活能夠實現比較復雜的動作,且裝配過程中采用視覺檢測來反饋裝配過程狀態。實驗證明該裝配系統的線性移動裝配精度可達 0.2μm,旋轉精度可達 0.072°。

 。2) 瑞士聯邦理工大學研制的微小裝配機器人針對微小裝配問題的研究,瑞士聯邦理工大學研制了"Micro-assembly ststemV2"系統。如圖 1.2 所示,系統包括平臺、夾持機械手和三個相機組成。平臺和夾持機械手共有 6 個自由度,平臺具有四個自由度,能夠實現沿 X、Y、Z 三個軸的移動和繞 z 軸的旋轉運動,其運動分辨率為 0.04?m.視覺系統含有三個相機同時具有 3 個 LED 光源為其提供不同的照明。夾持機械手具有兩個自由度,且有兩種形式的夾鉗,可以針對不同的場合選擇相應的夾鉗,兩種夾鉗分別為鑷子式的夾鉗和采用靜電驅動的集成電容式且包含力反饋感應的 MEMS 夾鉗[5].如果被夾持零件的尺寸較小時可以選擇靜電驅動的微夾鉗,該種夾鉗最小可以夾持尺寸為 5?m 的零件,如果被夾持零件尺寸較大時可以選擇直流電機驅動的機械式夾鉗,該種夾鉗夾持的零件尺寸為 200μm 到 800μm 之間。

  國內對于微小型零件自動化裝配的研究起步比較晚,目前國內很多單位已經取得了一些成果[6-7].

 。1)哈爾濱工業大學錐殼靶精密裝配系統針對錐殼靶裝配這一問題,哈爾濱工業大學研制了一套采用多操作手實現多種零件操作的精密裝配系統。如圖 1.3 錐殼靶精密裝配系統結構圖,該裝配系統包括輔助裝配任務的顯微視覺平臺、拾取工件的操作手平臺、放置工件的中心供件平臺和實現工件固定的點膠平臺四個模塊[8].操作手平臺的主要結構為夾持單元,該夾持單元具有三個自由度且能夠實現微米級定位精度,該單元由三種零件的操作裝置和配套的能實現真空吸附功能的系統組成,末端夾持是根據零件的特征形狀設計的。為實現零件裝配過程的視覺檢測和視覺反饋,該系統的顯微視覺測量系統包括兩個水平的顯微鏡和一個豎直的顯微鏡,兩兩相交的顯微視覺系統能實現零件裝配過程中全方位的檢測和測量功能。點膠平臺是用于零件裝配的連接固定。本系統采用 Look-Pick-Look-Placed 的方法實現零件裝配,首先顯微視覺先對準零件,操作手拾取后運動到裝配位置上方,顯微視覺對零件的特征進行測量,選取合適的圖像處理方法,調整狀態后裝配,裝配完后,點膠平臺在零件連接處點膠實現零件的固定連接。實驗證明裝配的直線誤差和角度誤差都滿足裝配要求,與手工裝配相對比,在裝配精度和裝配一致性方面明顯提高。該系統具有微小零件裝配和微小零件連接兩個功能,且針對零件的不同采用不同的末端夾持器,并且將多個末端夾持器采用換接的方式集成在一個機械臂上,集成度較高。裝配過程采用兩兩相交的視覺輔助裝配,全方位的視覺監測保障了裝配的可靠性,同時機械手操作精度能夠達到微米級別,在一定程度上保障了裝配精度。但是裝配前后沒有自動上料功能,沒有實現裝配的全自動化。

 。2) 華中科技大學的微裝配機器人系統微裝配機器人系統通過分析裝配要求設計系統組成,如圖 1.4 所示系統主要包括用于拾取零件的微型操作機械手、微夾持器和用于視覺檢測的顯微視覺三部分。

  該系統上位機為工控機,主要用于協調控制、采集并處理圖像信息、給下位機傳輸信號和指令、顯示交互界面等,下位機由多軸運動控制器和單片機兩部分組成,多軸運動控制器通過 PCI 接口與主機相連,用于控制微型操作手,單片機系統通過 RS232 接口與主機相連實現通信,用于控制微夾持器[9].微型操作手系統包括 3 個操作機械手,左、中、右三個微操作機械手共同協作對零件進行操作,其中左手和右手包括 3 軸微動平臺和 3 自由度手腕關節。微夾持器主要用于拾取和釋放微零件,本系統微夾持器包括真空吸附式微夾持器和壓電雙晶片微夾持器兩種,微夾持器的控制命令由上位機發出,電磁開關閥通過電信號控制真空吸附式微夾持器的開關,它是通過控制真空氣路的通過和截斷來控制的[12].壓電雙晶片微夾持器是給壓電雙晶片提供合適的驅動電壓實現微夾持器的夾取和釋放。顯微視覺是由正交的顯微視覺構成,用于實現裝配過程的監控和裝配零件的實時測量。該系統集成了不同類型的微型夾持器,針對不同零件采用不同的微型夾持器操作,實現了零件的基本操作,操作過程借助視覺測量完成,在一定程度上實現了自動裝配,但是該系統的擺放空間比較雜亂且系統集成度不高。

 。3) 中國科學院自動化研究所微裝配機器人系統為實現如圖 1.5 所示裝配對象達到微米級別裝配精度,研發一套微裝配機器人。該微裝配系統要實現將薄環套進臂筒中筒的頸部中,薄壁筒按要求的姿態插入臂筒中的筒內,細長管插入到臂筒中的筒壁上的小孔中[10].為實現裝配對象的裝配,需要解決以下難點,第一個是完成多種形狀零件的拾取,圖中待裝配零件的尺寸數量級不一樣,且材料不同;第二個是裝配過程要求過盈裝配,薄壁筒裝配到臂筒組件中的筒內,但是壁筒的外徑大于臂筒中筒的內徑,因此裝配完后不允許發生相對轉動。

  該機器人系統是通過顯微視覺控制多個機械手實現裝配的微裝配機器人系統。如圖1.6 所示該系統包括 6 個機械手,機械手都具有大行程的粗動模塊和小行程的高精度精調平臺,且末端有異型的零件夾持器。且系統具有 3 個顯微視覺鏡頭,相互垂直放置。

  由于裝配過程中兩個零件是過盈裝配,因此為防止裝配過程中零件受力過大變形,設計上采用了視覺和力相結合的反饋方式。微裝配機器人系統在顯微視覺和力反饋結合的方法下實現了過盈裝配組件±9?m 的裝配精度,基本實現了裝配要求。系統針對不同的零件設計了不同的機械手,保障了零件的基本操作,但是機械手數量較多,占用空間比較大,集成性低,同時各個模塊的空間布置比較雜亂,不適合批量化生產和使用。

  1.2.2 微小裝配系統

  典型結構通過查閱國內外關于微小零件裝配系統的實例分析可得,目前微小零件裝配系統一般包含以下部分:視覺測量系統、微小零件操作裝置、裝配控制系統等。

 。1)視覺測量系統視覺測量技術是目前裝配系統中最常用的輔助裝配的方法,視覺裝置采集裝配過程零件的圖像,通過圖像處理算法提取圖像中零件的特征信息,從而得到理念的位置信息,為下一步的裝配提供數據[11].典型的視覺裝置包括工業相機、鏡頭和光源,在進行測量時不直接接觸零件,是一種非接觸測量手段,不會對零件造成破壞。具有采集速度快、精度高、噪音小、穩定性和適應性好等優點。

  隨著裝配任務的多樣化、復雜化發展,視覺測量系統也有了一定發展,許多裝配設備采用了立體視覺、視覺引導[12]以及視覺伺服控制系統。

 。2)微小零件操作系統微小零件操作系統主要完成微小零件的拾取、移動、調整和裝配等工作,作為裝配的直接執行機構,其性能直接關系裝配質量。零件操作系統一般由微夾持器、精密運動模塊、裝配狀態控制模塊三部分組成。

  微型夾持器是微小裝配系統中操作模塊的末端執行機構,保證零件的穩定拾取和釋放是裝配的基礎。目前的微小型零件質量更輕、質地更脆、黏附力更大,因此為實現零件的穩定拾取和釋放且不損壞零件,微夾持器的研究對于微裝配系統來說具有重要的意義[13].

  目前微夾持器根據原理不同主要分為壓電式、靜電式、形狀記憶合金式、電磁式和真空吸附式。由于其原理不同因此適用于不同的零件的和場合。

  壓電式微夾持器主要是利用壓電陶瓷的逆壓電效應。逆壓電效應是通過對晶體施加電場會使其發生機械變形,撤去電場后變形會隨之消失,微夾持器選用該材料就可以通過控制電場產生電場從而使夾持器產生張開和閉合的動作最終實現對零件的夾取[14].

  電極間的電荷在電場作用下相互之間會產生吸引力或者排斥力,吸引力和排斥力可以驅動電極發生平移或者旋轉運動,靜電式微夾持器是利用這一原理對零件實現夾取。

  單位質量的靜電力和微夾持器尺寸成反比,也就是說微夾持器尺寸越小產生的靜電力越大。

  利用形狀記憶合金的形狀記憶效應研制的微夾持器稱為形狀記憶合金式微夾持器。

  通過改變形狀記憶合金的溫度會使得形狀記憶合金產生變形從而產生夾持力。用形狀記憶合金制成的微夾持器可以產生很大的變形,但是形狀記憶合金受環境溫度變化比較大響應的速度比較慢[15].

  電磁式微夾持器利用電磁力驅動微夾持器使其產生張開和閉合的動作,產生的位移比較大且響應速度也比較快速,但是零件體積大難以實現微型化。

  真空吸附式微夾持器是利用真空吸附原理產生氣壓實現微小零件拾取和釋放。真空吸附式的微夾持器結構緊湊且吸附力易于控制,但是對于零件的要求較高,零件的表面需要比較光滑這樣易于真空的形成,且零件的重量比較輕,這樣能夠提高零件吸附的可靠性,主要適用于表面光滑質量較輕且材料易碎的微小零件的拾取。

  微夾鉗在執行裝配任務的同時,也具有監測零件受力的模塊,實現對裝配過程裝配的控制以保護微小零件,常用的檢測方法為微力傳感器。當裝配力到達設定的閾值后,停止零件操作系統,防止零件變形或破壞[16].

 。3)裝配控制系統裝配控制系統是微小零件裝配設備的控制中心,控制設備中運動部件的移動、視覺測量、數據采集等。系統通過人機交互界面實現與操作者的交流,操作者通過控制系統實現對操作過程的控制,同時向操作人員顯示當前的裝配狀態。裝配控制系統一般采用工業控制計算機作為主控單元,小型的裝配系統也采用 PLC 作為主控單元。

  1.2.3 微小裝配目前存在的問題

  目前微小零件的裝配設備已經廣泛應用于微裝配工作中,在一定程度上解放了人力,且相對于人工裝配提高了效率和裝配的一致性。隨著微制造技術的發展,目前微小零件朝著尺寸更小,結構更復雜更精密的方向發展,因此對于微小裝配技術的要求也越來越高,目前主要存在以下幾個問題:

 。1)交互性差,一個產品的多個零件是不同形狀甚至不同材料的,產品在裝配過程中還涉及涂膠、焊接等實現零件連接的工序,但是目前的裝配設備只能實現幾個裝配工序,有些還需要人工輔助完成,一個產品的整個裝配流程除了采用一個設備完成,有時還需要幾個設備協作完成,但是目前裝配設備之間的交互和數據共享還未成熟[17]. (2)自動化程序低,目前多數微小零件設備處于半自動化階段,在裝配過程中需要人工干預完成一些任務,如裝配前的上料任務和裝配后的下料任務。

  針對目前微小裝配存在的問題,未來系統將朝向更智能化、更小型化、更模塊化、實現流水線操作和無人員干涉的方向發展。未來的微小零件自動裝配設備具備以下特點:

 。1)微裝配中心取代單功能的微裝配設備,為實現一整套產品的微裝配,包括零件裝配、膠粘接、微焊接一體化工作,微裝配中心集成一系列工藝,實現流水線操作[18].

 。2)裝配設備全自動化,裝配設備在裝配之前的上料過程已經按照裝配順序把零件放好,因此上料夾具為零件提供固定位置,之后系統的相機模塊可以自動識別當前零件的型號,驅動操作裝置拾取并實現裝配[18],整個裝配的過程不需要人工干預,提高了效率。

  1.3 本文的研究目的及主要內容

  本文針對裝配中多個微小零件的精密無損壞操作問題、裝配前后的自動上料和下料問題、裝配完成后的自動鎖緊問題,進行了研究。分析零件裝配特征,針對零件特征選擇合適的拾取方式和合理的操作結構,集成式夾鉗能穩定拾取和釋放微小零件,集成柔性單元保證在操作過程中不會對零件產生損壞;分析裝配前后零件上下料的要求,設計能實現自動上下料的結構;根據零件裝配后的位置和姿態設計合理的自動鎖緊夾具,保證裝配后的自動鎖緊;根據零件特征制定合理的裝配流程并編寫裝配控制軟件。

  針對以上內容,本文將展開以下工作內容:

 。1)針對裝配零件的特征和要求設計自動裝配設備的方案,按照需要的功能將設備整體分為幾個模塊,各個模塊之間功能相互獨立,但又相互配合共同實現微小零件的自動裝配任務。

 。2)針對設計的方案,研制一臺自動裝配設備,實現零件的自動上下料任務、自動裝配任務和裝配后的自動鎖緊任務。針對設計好的方案設計各個模塊的結構。根據上下料的作業空間選取合適的運動部件,并根據夾具設計合理的拾取方式實現與生產線的交互。為實現零件操作的穩定性,設計集成式夾鉗解決多零件的拾取與釋放,保證零件在裝配過程中不被損壞,且使其具備裝配力檢測功能。根據零件大小選擇合適的工業數字相機,實現裝配過程中圖像采集。根據裝配后零件的擺放位置和姿態設計自動鎖緊夾具,實現零件裝配完后的自動鎖緊且在鎖緊過程中保證零件不會損壞和零件位置姿態不發生偏移。

 。3)針對零件裝配要求設計軟件框架并制定合理的裝配策略,采用 C++語言作為編程語言進行軟件編寫。

 。4)為保證裝配精度,分析系統存在的誤差,建立合理的誤差補償模型進行誤差補償,保證裝配精度,并進行裝配實驗。






  2 系統方案設計
  2.1 裝配任務分析
  2.2 設備總體設計
  2.2.1 模塊功能分析
  2.2.2 方案設計
  2.3 本章小結

  3 自動裝配系統設計
  3.1 自動上下料模塊
  3.2 上料平臺模塊
  3.3 視覺模塊
  3.3.1 精密運動平臺
  3.3.2 工業數字相機
  3.3.3 光源
  3.3.4 光學鏡頭

  3.4 裝配作業模塊
  3.4.1 三軸精密運動平臺
  3.4.2 機械臂結構設計
  3.5 作業工作臺模塊
  3.6 系統硬件連接
  3.7 本章小結

  4 裝配控制軟件
  4.1 裝配軟件架構
  4.2 裝配流程
  4.3 裝配控制軟件
  4.4 本章小結

  5 誤差標定及裝配實驗
  5.1 誤差標定實驗
  5.1.1 誤差分析與模型建立
  5.1.2 誤差補償實驗
  5.2 裝配實驗
  5.3 本章小結

結 論

  本文針對微小型加速度計擺組件自動裝配過程中的難點問題,設計了集成式夾鉗完成了對多個零件的拾取和釋放,設計了自動鎖緊夾具實現了裝配后組件的自動鎖緊,設計了自動上下料模塊實現了與生產線之間的交互。并且制定了合理的裝配策略及流程,基于模塊化的系統架構,設計并編寫了具有良好交互界面的自動裝配控制程序。經過調試,該設備已交付投入使用。

  主要完成了以下工作:

  1 根據零件特征和裝配要求,研發了 WXJJ-BZJ-02 型自動裝配設備。為實現與生產線的物料交互,裝配系統中集成了自動上下料模塊。該模塊主要包括兩軸精密位移平臺和機械手,機械手與生產線機器人相互配合,實現上料夾具和裝配夾具有序交互。夾具拾取與放置基于真空吸附的方式實現,真空氣路配置了真空開關用于確保吸附的安全性。

  設計了一種柔性機械臂結構,可對不同形狀、尺寸的微小零件進行操作。柔性機械臂單元包括集成式夾鉗、柔性單元和力傳感器。集成式夾鉗能夠操作多個微小零件,針對零件的特征選取合適的拾取方式。機械臂的柔性單元,由四個彈簧片組成的平行四邊形結構,保證機械臂末端執行器與微小零件的柔性接觸。機械臂中嵌入力傳感器,能夠在拾取及釋放微小零件時實時檢測作用力,從而判斷是否接觸,防止裝配力過大導致零件損壞。

  為解決微小零件裝配過程中的自動鎖緊問題,研發了一套自動鎖緊夾具,能夠實現零件的柔性裝配和裝配后的自動鎖緊,有效的避免了人干預對裝配精度的干擾。零件 1和零件 2 為圓環狀零件,夾具中心為定位圓柱,零件 1 和零件 2 裝配是通過該定位圓柱實現同心裝配。定位圓柱外側的彈簧結構,在裝配過程中能夠起到緩沖裝配力的作用,保證柔性裝配。壓緊架上探針及彈簧結構可實現微小零件裝配過程中的自動鎖緊。

  2 基于模塊化思想設計了分層軟件框架,將裝配軟件劃分為交互層、任務層、邏輯層和行為層,簡化了裝配程序的編寫并提高了程序的二次開發。根據軟件框架和裝配流程編寫了自動裝配軟件,并對軟件的功能進行了簡要闡述。

  3 根據設計方案搭建完成自動裝配設備,并對影響裝配精度的誤差進行了標定及補償,通過進行裝配實驗,驗證了系統能夠實現某型號加速度計的組件的裝配任務,滿足裝配精度要求。

  參 考 文 獻
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致 謝

  在學校就讀研究生的三年時間里,我學到了很多專業知識,相比較于本科的學習將機械原理機械設計等理論知識運用到實際的工程中,提高了動手能力和時間能力,這要感謝我的指導教師王曉東教授,王老師對待科學研究的嚴謹和認真使我欽佩,也感謝王老師在我的課題研究方面給我的指導和意見,在我的學習上交給我對待學習不能只滿足于完成任務,而是要把每一步都做到完美。

  同時還要感謝羅怡教授,羅老師在我生活和科研方面的引導,羅老師對待學生和藹親切,在生活上也很關心,讓我的三年求學生活變得更加溫暖。

  感謝我的父母和身邊的親人,是求學路上最大的精神支柱,在我遇上挫折的時候悉心的開導我。

  感謝張志勇師兄、阮冶師兄、郇巖強師兄、王偉師兄、黃奕欣師兄、金天倫師弟、杜甫師弟、王乾州師弟在我課題研究過程中給我的指導和幫助,當我遇到問題時,他們會和我一起討論研究幫我找出問題,給我提供科研中的建議。

  感謝金仕亞同學在科研無進展時幫我查閱資料提供想法,且在我遇到困難和挫折時給我鼓勵和安慰,教會我如何面對科研上的難題和生活上的挫折。

  感謝同窗的兄弟姐妹、師兄師姐和師弟師妹們,讓我的每一天都充滿了歡笑。

  最后感謝審閱論文的老師和答辯的老師。

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