齊黨進(jìn)

（上海發(fā)那科機器人有限公司，上海 201906）

隨著產(chǎn)業(yè)的升級和工業(yè)4.0 的推進(jìn)，機器人越來越多地出現(xiàn)在汽車總裝車間。在主輪胎安裝領(lǐng)域，存在2 種解決方案，即帶直交軌道擰緊機方案和機器人擰緊方案。帶直交軌道擰緊機方案采用直交軌道實現(xiàn)擰緊機的自動移栽，增加主胎安裝機實現(xiàn)半自動安裝，但仍需要人工進(jìn)行螺母（螺釘）安裝和預(yù)擰緊；無法解決安裝位置的3D 補償，需要人工對準(zhǔn)和施加預(yù)壓力。機器人擰緊方案，由機器人手持多軸擰緊機實現(xiàn)自動擰緊，但要求車身傳輸線做較多改造，且只能實現(xiàn)定點安裝，也無法滿足柔性生產(chǎn)的需求，卻造成了擰緊軸電纜易損壞和可靠穩(wěn)定裝配下降的后果。但是，相關(guān)的工藝研究和開發(fā)相對較少，且主要與輪胎輸送相關(guān)。

因此，通過對機器人技術(shù)、擰緊技術(shù)、3D 視覺補正和隨動技術(shù)等的研究，應(yīng)對隨動安裝需求，本文提出了一種汽車主胎安裝擰緊系統(tǒng)，搭建了一個安裝測試平臺進(jìn)行可行性分析和工藝研究，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)了全新的汽車主胎安裝擰緊系統(tǒng)，實現(xiàn)了隨動安裝。

1 汽車主胎安裝擰緊系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)布局

圖1 汽車主胎安裝擰緊系統(tǒng)示意圖

如圖1 所示，本系統(tǒng)包含2 套主胎安裝機器人系統(tǒng)、螺母供料系統(tǒng)、螺母分料系統(tǒng)、車輪供料系統(tǒng)、伺服跟隨系統(tǒng)、機器人控制柜&電控柜系統(tǒng)等，上下兩側(cè)對稱排布。

1.2 隨動安裝機器人系統(tǒng)

如圖2 所示，隨動安裝機器人系統(tǒng)包括機器人系統(tǒng)、3D相機系統(tǒng)、輪胎擰緊機和專用管線包4 部分，實現(xiàn)汽車螺母（或螺釘）的自動拾取、主胎的自動拾取、主胎類型的自動識別、主胎安裝位置的3D 補償、主胎的安裝和自動擰緊。

圖2 隨動安裝機器人系統(tǒng)

1.3 伺服跟隨系統(tǒng)

如圖3 所示，伺服跟隨系統(tǒng)主要由伺服驅(qū)動系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、跟隨系統(tǒng)、車身定位工裝和支撐板組成，實現(xiàn)機器人跟隨車身傳輸線運動。伺服驅(qū)動系統(tǒng)作為機器人的外部軸，由機器人統(tǒng)一控制并實現(xiàn)左右同步運行，當(dāng)車身進(jìn)入主胎安裝區(qū)域，車身將被二次定位并固定到車身定位工裝上，并由伺服驅(qū)動系統(tǒng)驅(qū)動以恒定速度前行；如圖3 左側(cè)放大圖所示，跟隨系統(tǒng)由線跟蹤編碼器、驅(qū)動齒輪、控制板卡和線纜等組成，與伺服驅(qū)動系統(tǒng)直接相連，確保機器人可以跟隨車身運動，實現(xiàn)隨動安裝；導(dǎo)向系統(tǒng)用于防止車身發(fā)生方向偏移。

圖3 伺服跟隨系統(tǒng)示意圖

1.4 主胎隨動安裝流程

如圖4 所示，隨動安裝的主流程為機器人動作流程，子流程為車身傳輸流程、螺母（螺釘）供料流程和輪胎供料流程。左右側(cè)輪胎安裝機器人各自拾取所需螺母（螺釘），并將其壓到待裝配主胎上，然后拾取待裝配輪胎，等待伺服隨動系統(tǒng)就位；伴隨機器人拾取螺母（螺釘）和輪胎，車身進(jìn)入安裝區(qū)域，并通過二次定位鎖定到隨動工裝上后，由伺服隨動系統(tǒng)驅(qū)動前行，接著觸發(fā)開始安裝信號；在隨動安裝信號觸發(fā)后，兩側(cè)輪胎安裝機器人跟隨車身完成3D 視覺定位、主胎安裝和螺母（螺釘）擰緊，在確認(rèn)安裝完畢后，進(jìn)入下一流程。

圖4 主胎隨動安裝流程

2 隨動安裝測試和分析

2.1 測試平臺

如圖5 所示，在機器人主胎安裝工藝研究的基礎(chǔ)上，建立了一個可以進(jìn)行工藝技術(shù)測試、工藝深入研究和實驗展示的測試平臺。系統(tǒng)包括一套隨動安裝機器人系統(tǒng)、模擬輸送/伺服隨動系統(tǒng)（采用標(biāo)準(zhǔn)行走軸運載車橋模擬車身傳輸和伺服跟隨系統(tǒng)）、模擬車橋系統(tǒng)、輪胎上料臺、螺母暫存臺和電控系統(tǒng)等。

2.2 跟隨誤差測試和分析

圖5 隨動安裝測試平臺

為了研究主胎隨動安裝過程中的跟隨誤差，將激光位移傳感器綁定在輪胎擰緊機手爪上，測試跟隨狀態(tài)下，手爪與模擬剎車車盤總成之間的定位偏差值。其中，以開始跟隨的點，機器人示教的安裝點和跟隨結(jié)束的點作為3 個跟隨誤差測試點，測試結(jié)果如圖6。

分析測試數(shù)據(jù)，可以得到以下結(jié)論：

（1）汽車傳輸方向的跟隨誤差幾乎不受車身傳輸速度的影響；

（2）分析跟隨趨勢，跟隨誤差絕對值遵循由大變小再偏大的趨勢，即機器人開始跟隨時，距離安裝目標(biāo)偏差大，正向偏差與負(fù)向定位偏差都有，隨后，誤差越來越小，并在結(jié)束跟隨前，誤差變大，值基本與開始時接近；

（3）根據(jù)跟隨誤差的趨勢情況，必須在跟隨的中間段完成安裝和擰緊作業(yè)，否則，直接會影響主胎安裝和擰緊的成功率；

另外，跟隨誤差與線跟蹤坐標(biāo)系的準(zhǔn)確性有極大關(guān)系，必須確保跟隨誤差的準(zhǔn)確性，否則直接會影響主胎安裝和擰緊的成功率。

2.3 跟隨時間測試和分析

進(jìn)一步，對整個主胎隨動安裝的時間參數(shù)進(jìn)行了測試，結(jié)果如圖7。

分析以上數(shù)據(jù)，得到如下結(jié)論：

（1）機器人速度越快，所需跟隨時間越短，行走軸速度越快，所需跟隨時間也越短；

（2）但是，當(dāng)車身傳輸速度≥100mm/s 時，跟隨時間受車身傳輸速度影響極??；

（3）為了達(dá)到跟隨安裝的目的，跟隨時間需要大于擰緊時間，約為5s。

圖6 車身傳輸方向跟隨誤差變化曲線

圖7 跟隨時間與安裝時間變化曲線

3 結(jié)語

綜上，針對汽車總裝中對機器人隨動安裝主胎的市場需求，借鑒了前人的研究和開發(fā)成果，對機器人用主胎安裝擰緊系統(tǒng)、3D 視覺補正和隨動安裝進(jìn)行了研究。本文提出了一種利用伺服跟隨系統(tǒng)驅(qū)動車身，3D 視覺系統(tǒng)進(jìn)行視覺補正的隨動安裝方法；通過汽車主胎安裝測試平臺的測試驗證，確定了隨動安裝的可行性，并以此為基礎(chǔ)開發(fā)了全新的汽車主胎安裝擰緊系統(tǒng)，為汽車總裝，特別是主胎隨動安裝提供了全新的解決方案。