機(jī)器人工具快換裝置

機(jī)器人工具快換裝置，使單個(gè)機(jī)器人能夠在制造和裝備過程中交換使用不同的末端執(zhí)行器以增加柔性，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)點(diǎn)焊、弧焊、材料抓舉、沖壓、檢測(cè)、卷邊、裝配、材料去除、毛刺清理、包裝等操作，具有生產(chǎn)線更換快速、有效降低停工時(shí)間等多種優(yōu)勢(shì)。

機(jī)器人工具快換裝置（Robotic Tool Changer）通過使機(jī)器人自動(dòng)更換不同的末端執(zhí)行器或外圍設(shè)備,使機(jī)器人的應(yīng)用更具柔性。這些末端執(zhí)行器和外圍設(shè)備包含例如點(diǎn)焊焊槍、抓手、真空工具、氣動(dòng)和電動(dòng)馬達(dá)等。工具快換裝置包括一個(gè)機(jī)器人側(cè)用來安裝在機(jī)器人手臂上，還包括一個(gè)工具側(cè)用來安裝在末端執(zhí)行器上。工具快換裝置能夠讓不同的介質(zhì)例如氣體、電信號(hào)、液體、視頻、超聲等從機(jī)器人手臂連通到末端執(zhí)行器。機(jī)器人工具快換裝置的優(yōu)點(diǎn)在于：

1. 生產(chǎn)線更換可以在數(shù)秒內(nèi)完成；

2. 維護(hù)和修理工具可以快速更換，大大降低停工時(shí)間；

3. 通過在應(yīng)用中使用1個(gè)以上的末端執(zhí)行器，從而使柔性增加；

4. 使用自動(dòng)交換單一功能的末端執(zhí)行器，代替原有笨重復(fù)雜的多功能工裝執(zhí)行器。

機(jī)器人工具快換裝置，使單個(gè)機(jī)器人能夠在制造和裝備過程中交換使用不同的末端執(zhí)行器增加柔性，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)點(diǎn)焊、弧焊、材料抓舉、沖壓、檢測(cè)、卷邊、裝配、材料去除、毛刺清理、包裝等操作。另外，工具快換裝置在一些重要的應(yīng)用中能夠?yàn)楣ぞ咛峁﹤浞莨ぞ?，有效避免意外事件。相?duì)人工需數(shù)小時(shí)更換工具，工具快換裝置自動(dòng)更換備用工具能夠在數(shù)秒鐘內(nèi)就完成。同時(shí)，該裝置還被廣泛應(yīng)用在一些非機(jī)器人領(lǐng)域，包括托臺(tái)系統(tǒng)、柔性夾具、人工點(diǎn)焊和人工材料抓舉。

汽車行業(yè)的柔性制造

隨著市場(chǎng)和制造技術(shù)的發(fā)展，汽車制造企業(yè)普遍認(rèn)為柔性化是成功的關(guān)鍵之一。柔性制造能夠在單一的生產(chǎn)線上生產(chǎn)多種產(chǎn)品，它主要通過工具、設(shè)備、生產(chǎn)過程快速、頻繁的轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)。

較早的加工制造方法包括傳統(tǒng)加工、機(jī)械加工和材料拌勻設(shè)備，這些都是為了生產(chǎn)單一產(chǎn)品而設(shè)計(jì)的。這種系統(tǒng)對(duì)于生產(chǎn)大批量單件產(chǎn)品是高效的，但如果更換工具則成本極高，并且如果用新工具更換舊的工具將造成很長(zhǎng)時(shí)間的停工期，同時(shí)這種技術(shù)通常都依賴大量的勞動(dòng)力。

柔性制造能夠根據(jù)瞬息萬變的市場(chǎng)需求快速改變生產(chǎn)工具、材料抓舉設(shè)備、生產(chǎn)過程和生產(chǎn)計(jì)劃。柔性制造主要專注于自動(dòng)化、提高效率和通過減少停工期和更換工具時(shí)間來降低成本。其優(yōu)點(diǎn)主要包括：增加工廠利用率；快速響應(yīng)隨時(shí)改變的市場(chǎng)需求；減低人力成本；降低停工和閑置時(shí)間；實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化效率最大化；提升產(chǎn)品質(zhì)量；可高效生產(chǎn)低數(shù)量的不同產(chǎn)品。

機(jī)器人是柔性制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)之一，但是機(jī)器人有一定的限制，一臺(tái)沒有安裝工具快換裝置的機(jī)器人僅能裝備一個(gè)末端執(zhí)行器且被限制在一個(gè)應(yīng)用中。例如，一臺(tái)僅裝備一個(gè)焊槍的機(jī)器人受焊槍大小幾何尺寸的限制，不能完成其他類似材料抓舉工作。采用機(jī)器人工具快換裝置，可以克服這些限制，工具快換裝置讓機(jī)器人有能力交換不同功能的末端執(zhí)行器實(shí)現(xiàn)不同功能。工具快換裝置可增加機(jī)器人應(yīng)用的柔性、效率和生產(chǎn)力，并且集成于機(jī)器人柔性制造系統(tǒng)中。

對(duì)于汽車制造商來說，精確預(yù)測(cè)市場(chǎng)趨勢(shì)和需求是面對(duì)的主要挑戰(zhàn)之一。在今天的汽車市場(chǎng)，很難找到像過去一樣廣泛流行并保持長(zhǎng)期高銷量的車型?，F(xiàn)在的消費(fèi)者可在同種車型中根據(jù)不同價(jià)格、不同的配置及外觀個(gè)性等元素選擇，這些改變成為汽車制造企業(yè)面臨的重大考驗(yàn)。

用以前的制造手段，一個(gè)汽車制造企業(yè)需要投入巨大的資源來設(shè)計(jì)制造一個(gè)工廠用以生產(chǎn)一種特定的車型。如果市場(chǎng)對(duì)這款車型的反應(yīng)沒有達(dá)到預(yù)計(jì)結(jié)果，那么汽車廠只能有限地生產(chǎn)一種車型來適應(yīng)不多的市場(chǎng)需求。這種情況下，最終結(jié)果是增加工廠數(shù)量和設(shè)備閑置時(shí)間。依賴于這種非柔性生產(chǎn)系統(tǒng)的汽車制造企業(yè)將有可能在特定車型銷售不如預(yù)計(jì)時(shí)陷入困境。

柔性制造是汽車制造企業(yè)為了適應(yīng)不斷變化的汽車市場(chǎng)而選擇的最好的策略之一。高適應(yīng)性和快速響應(yīng)使生產(chǎn)企業(yè)能夠克服市場(chǎng)需求的突變和不準(zhǔn)確的市場(chǎng)預(yù)計(jì)。實(shí)施輪班生產(chǎn)使汽車生產(chǎn)企業(yè)能夠在不同的車廠生產(chǎn)不同的車型，在一個(gè)工廠生產(chǎn)不同的車型可以增加運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率最大化。如果有些車型的銷量比別的好，那么工廠可以通過快速改變生產(chǎn)線來響應(yīng)，從而保證市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)最大化。

為了減少成本、增加柔性，克萊斯勒集團(tuán)（Chrysler Group）采用了柔性制造加工，其中，運(yùn)用機(jī)器人和工具快換裝置在同一個(gè)裝配線上制造不同的汽車?？巳R斯勒 (IL) 裝配工廠首先應(yīng)用柔性制造轉(zhuǎn)化，有1/3的新ABB機(jī)器人裝備了ATI工業(yè)自動(dòng)化公司的重載荷工具快換裝置。柔性生產(chǎn)使一個(gè)工廠可生產(chǎn)3種不同的車型，更適應(yīng)市場(chǎng)變化的需求。此外，新的生產(chǎn)工具重組成本僅僅是傳統(tǒng)工廠成本的2/3。

ATI機(jī)器人工具快換裝置

圖1  ATI工業(yè)自動(dòng)化重載荷機(jī)器人自動(dòng)工具快換裝置

圖2  機(jī)器人上ATI工具快換裝置和材料抓舉夾具

圖3  機(jī)器人和工具快換裝置自動(dòng)的交換末端執(zhí)行工具

隨著汽車制造企業(yè)不斷深入執(zhí)行柔性制造技術(shù)，ATI工業(yè)自動(dòng)化公司的機(jī)器人工具快換裝置已成為這些柔性系統(tǒng)的重要貢獻(xiàn)者之一。ATI工具快換裝置運(yùn)用專利強(qiáng)力的鎖緊機(jī)構(gòu)，提供寬泛的大小型號(hào)。由于其采用模塊化設(shè)計(jì)，可提供多種應(yīng)用模塊選擇，包括氣、電、液、焊接高電流、現(xiàn)場(chǎng)總線如DeviceNetTM、伺服電源和信號(hào)、超聲和高壓液體等。其具體特點(diǎn)在于：

1. 極高的重復(fù)精度。獨(dú)特設(shè)計(jì)的雙錐面鎖緊活塞配合兩個(gè)定位銷保證了出色的重復(fù)精度，在滿載荷情況下經(jīng)過上百萬次的循環(huán)測(cè)試結(jié)果表明一般的精度都更加優(yōu)于標(biāo)注的值。

2. 高硬度。ATI工具快換裝置因?yàn)殒i緊機(jī)構(gòu)活塞的高鎖緊力和大半徑提供極高的抗扭矩能力，鎖緊后的工具快換裝置在大慣性運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)而導(dǎo)致鎖緊失效或精度問題。

3. 出色的可靠性。專利設(shè)計(jì)的雙錐面鎖緊機(jī)構(gòu)為內(nèi)磨損而不是外磨損；氣體孔采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)；長(zhǎng)壽命的橡膠密封能夠避免氣壓損失；機(jī)器人側(cè)彈簧式電信號(hào)針與工具側(cè)固定針保證了電信號(hào)的可靠連通；ATI機(jī)器人工具快換裝置的設(shè)計(jì)是全生產(chǎn)周期的。

4. 輕重量、集成化設(shè)計(jì)。質(zhì)量和體積在不降低可靠性和性能的前提下盡可能的小。

5. 防止錯(cuò)誤的鎖緊機(jī)構(gòu)。專利設(shè)計(jì)的鎖緊機(jī)構(gòu)即使在鎖緊氣體壓力瞬間丟失的情況下，也能使機(jī)器人側(cè)和工具側(cè)保持鎖緊狀態(tài)。

（轉(zhuǎn)載）