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機器人螺絲驅動時代的到來

傳統上,組裝人員使用半自動或手動工具來驅動螺釘。盡管該技術仍用于某些緊固應用,但更多制造商正在投資進行自動螺絲驅動。

如今,機器人的價格已比過去便宜,并且更易于小型制造商使用。機器人螺絲驅動是需要高扭矩,多個緊固件,快速轉換和高混合生產的裝配應用的理想選擇。

自動化螺絲刀供應商,例如ASG,DEPRAG,Visumatic和Weber,都具有可安裝在從SCARA到六軸機械的傳統機器人手臂上的工具。這些公司中的一些公司最近還開發了可與協作機器人一起使用的設備。

“與傳統的手持式螺絲驅動系統相比,機器人具有更高的一致性,”領先的緊固件制造商Semblex Corp.的首席開發工程師Brandt Ruszkiewicz博士說。“他們將始終移動到相同的位置并以相同的參數驅動螺釘,從而導致重復精度比人類所能提供的更大。

Ruszkiewicz指出:“機器人不會累,也不會休息。” “這允許全天候持續駕駛。此外,機器人具有比固定螺絲驅動更大的靈活性。一個機器人可以移動到多個區域來驅動螺絲。”

Ruszkiewicz說,對于工程師而言,重要的是要記住,機器人螺絲驅動不同于固定或手持式螺絲驅動等更傳統的應用。他指出:“由于機器人的強度和可重復性提高,因此與手持驅動器相比,它更加一致并且可以運行得更快。”

Ruszkiewicz警告說:“但是,自動螺絲驅動不能很好地解決零件未對準或緊固件質量差的問題。” “大多數機器人系統都無法適應其所連接零件的變化。”

KUKA技術客戶經理Flo Acuna補充說:“在擰螺絲過程中使用機器人的主要優勢是人體工程學。” “其他好處包括所有螺釘均已緊固的可重復性和責任感。”

多重利益

直到最近,自動螺絲驅動器通常與用于組裝汽車子組件(例如底盤和動力總成)的大型緊固件相關聯。但是,該技術現在越來越多地與小螺釘一起用于許多其他類型的組裝應用中。

川崎機器人美國公司產品與應用工程總監薩米爾·帕特爾(Samir Patel)表示:“由于不斷生產新的和改進的產品,當今的電子行業推動了機器人螺絲驅動的需求。”

“大多數智能手機等大容量便攜式電子設備通常都需要一些緊固應用來處理尺寸在1.2到3毫米之間的小螺釘,” Patel解釋說。“配備了錯誤檢測設備和數據追溯功能的新工具吸引了這些制造商。”

FANUC America Corp全球客戶執行總監克里斯·布蘭切特(Chris Blanchette)補充說:“消費產品制造商和合同制造商一直在增加對機器人的使用。這些過程中的許多裝配都依靠螺釘來提高可維修性。

Blanchette解釋說:“自動化是處理使用較小螺釘和較小組件的產品的理想選擇。” “機器人螺絲起子在裝配過程中提供了更高的可靠性,使人們擺脫了不安全或具有挑戰性的操作。”

Weber Screwdriving Systems Inc.加拿大銷售總監斯蒂芬·羅威爾(Stephen Rowell)說:“對機器人螺絲驅動越來越感興趣的第一大因素是人工成本的增加。如今,證明機器人成本變得越來越容易。機器人比以往任何時候都更安全,更容易編程,更易于集成。

Rowell指出:“人們在一天中的不同時間容易出現生產率波動。” “另一方面,機器人全天以100%的效率運行。它們還具有更一致的循環速率。但是,人類通常更具適應性和靈活性。他們可以輕松地進行調整以適應輕微的產品變化或不完美的零件。”

快速轉換是機器人通常比傳統的固定自動化更靈活的另一個原因。隨著產品生命周期越來越短,這已成為工程師考慮的關鍵因素。

TM Robotics(Americas)Inc.執行副總裁Ryan Guthrie說:“速度是機器人螺絲驅動的最大優勢,而精度緊隨其后。通過自動化,使螺絲釘與驅動器對齊的工作變得不費吹灰之力。一切都固定且可重復。

Guthrie指出:“近年來,自動螺絲驅動的成本已大大降低。” “在過去的十年中,大多數機器人的成本下降了20%到30%。”

“因此,我們已經看到較小的制造商承擔了五年前不經濟的自動化項目,” TM Robotics首席執行官Nigel Smith補充道。他的公司最近與Jergens Inc.的ASG合作,提供了一個完整的交鑰匙系統,其中包括SCARA和配備了最新螺絲驅動技術的六軸機器人。

“如今,更先進的螺絲刀變得更容易使用,功能更強大且更具成本效益,” ABB Robotics的組裝和測試業務線經理Nicolas De Keijser說。這就是為什么其雙臂YuMi協作機在電子行業中的螺絲驅動應用中廣受歡迎的原因。

ABB最近還與阿特拉斯·科普柯合作開發了新的自動螺絲驅動系統,該系統將于4月在芝加哥舉行的Automate Show上正式推出。易于編程的設備將螺絲刀和軟件包集成在一起。它將能夠與幾種不同類型的機器人一起運行,包括六軸機器人和協作機器人。

眾多選擇

Visumatic Industrial Products Inc.的市場經理Jarrod Neff說,在過去的幾年中,人們對機器人螺絲驅動的興趣日益增長。他說:“最近,對傳統的手動操作單元的需求不大。”

Neff說:“機器人螺絲驅動使您可以更好地控制過程。” “機器人知道將正確的螺絲放在正確的位置,并且可以證明每個螺絲以正確的扭矩和正確的深度安裝。與人類操作員不同的是,機器人會自動告訴自己,不會害怕,因為它知道自己不會被大吼大叫。

史陶比爾公司機器人業務開發經理Olivier Cremoux補充說:“機器人可以從各個方向驅動螺釘,有時需要不同的扭矩要求。它們還具有為每種類型的緊固件使用各種供料器來驅動不同尺寸的螺釘的能力。制造商可以在提高質量的同時,使每個螺絲刀主軸的循環次數更高,每個螺絲的循環時間更快。”

許多類型的機器人可用于螺絲驅動應用。每個都有利弊,工程師必須仔細考慮。

SCARA機器人非常精確并且可以承受很大的扭矩,因此被廣泛用于螺絲驅動應用。

Neff說:“ SCARA在系統中內置了Z軸。” “這使工程師能夠使用可用于具有不同高度的不同零件的工具。更改機器人的坐標很容易。”

笛卡爾機器人是在單個平面上需要多個螺釘的應用的理想選擇。與SCARA機器人相比,它們通常可以處理更大的力。

“笛卡爾的足跡很大,適合大型零件使用,” ASG技術服務經理Doug Wright說。“它們也比SCARA機器人便宜。”

由于六軸機器人可提供關節運動,因此是許多螺絲驅動應用的理想選擇。與具有直線工作范圍的笛卡爾機器人或具有圓柱形工作范圍的SCARA不同,六軸機器人具有球形工作范圍。

鉸接式機器人可以到達自身上方,下方,周圍和后面。它的手腕可以旋轉緊固工具或將其旋轉一定角度。六軸機器人具有敏捷性和長距離作用,并且可以處理復雜的零件幾何形狀。

當有挑戰性的應用場合必須將螺絲以奇數角度或在平面外插入時,六軸機床是理想的選擇。但是,鉸接式機器人的速度不及笛卡爾和SCARA。它們也更昂貴。

內夫說:“六軸機器人可以處理更高的有效載荷和更高的扭矩應用,例如固定發動機支架或氣門室蓋。” “他們還可以處理奇怪的角度,伸入車輛,并更好地模仿人類的手臂動作。”

另一種選擇是增量機器人。它們在涉及小螺釘的高速螺釘驅動應用中很受歡迎。

“用三角機器人,速度真是太棒了,”賴特解釋說。“缺點是有效載荷容量低(通常少于4公斤)。您可以將三角機器人用于拾取和放置應用,但不能用于任何需要螺絲進給的應用。包括驅動器和螺絲進給器在內的臂端工具可能重4磅或更多。”

協同產品

協作機器人越來越受歡迎,因為它們使人和機器可以緊密合作。它們具有靈活性,易于使用且幾乎不需要安全屏障,因此吸引了眾多制造商。

FANUC的Blanchette說:“如今,協作機器人正在看到更多的應用程序。” “它們非常適合需要對電纜或其他零件進行協商或定位的擰螺絲作業。協作機器人使操作員可以協助組裝

操作,例如將母板電纜移開。”

Weber的Rowell補充說:“關于什么是協作式機器人組裝存在很多誤解。” “例如,協作和合作過程之間存在很大差異。

Rowell說:“真正的協作環境是操作員在與機器人同時進行裝配工作的地方。” “人類可能握住部件或像固定裝置一樣工作。或者,當機器人驅動螺絲時,人可能正在插入別針。

“大多數認為流程是協作的人都是不正確的,” Rowell說。“通常是順序過程或并行過程,在此過程中,人類沒有在同一組件上對機器人進行任何操作。

“協作機器人末尾的許多工具都不是協作的,” Rowell解釋道。“機器人本身是協作的;它裝有感應裝置,當機器受到一定的力時,機器可以停止運轉。但是,如果機器人攜帶的東西有鋒利的邊緣,而沒有光滑的圓形表面,則它不再協作。”

Weber的傳統SER驅動程序可用于各種笛卡爾,六軸和SCARA機器人。但是,其最新產品HRC螺絲驅動系統專為協作機器人而設計。它由一個絲杠主軸,自動進給和一個智能控制單元組成。

SEV-C具有光滑的保護罩,沒有鋒利的邊緣,可能會傷害到自己刷過的人。此外,螺絲起子的尖端還帶有保護套。如果機頭檢測到障礙物(例如手或固定裝置),則其在機頭中的內置傳感器會使機器人停下來。

“它是為人與機器人之間無懈可擊的協作而設計的,” Rowell解釋道。“擰緊過程在同一時間和同一空間內完成。”

所有軟管,進料系統和傳感器均在封閉的電纜包中布線。保護罩的側面安裝了清晰可見的LED燈條,用于指示系統的狀態并提供視覺警告功能。

“協作機器人比傳統機器更易于部署,維護和支持,” Visumatic的Neff說。“這消除了過去威脅較小的制造商的許多障礙。例如,所需的硬件要少得多,例如安全防護。

“但是,除了速度較慢以外,還有其他限制。”內夫解釋道。“例如,由于有效載荷是一個限制因素,我們傾向于在協作機器人上看到較小的扭矩應用。

內夫指出:“您不僅要考慮螺絲驅動工具的重量,還要考慮將要施加在各關節上的力的大小。” “否則,每隔一段時間,您就會使關節過載,這會使內置的安全傳感器跳閘。”

Visumatic最近推出了VCM-3X.2協作機器人模塊。它包括一個自動螺絲進給器,驅動系統,骨架機器人程序以及一個末端執行器,該末端執行器可直接安裝在協作機器人的手腕上,例如通用機器人公司流行的UR5和UR10手臂。

輕巧的工具可使機器人以最大速度運動,而無需犧牲協作保障。它結合了Visumatic經過現場驗證的鉆頭推進組件和雙動力運動,可進行精確,受控的緊固件安裝。

滑動位置傳感器確認鉆頭的進退,并向機器人控制器報告鉆頭到達原始位置時可以移動。這確保了可重復的連接操作。

Neff表示:“與傳統的SCARA或六軸機器人相比,該系統通常可以在不到四小時的時間內完成設置,而通常要花四天或更長時間。” “到目前為止,該系統已受到我們的客戶的好評,并且大小型制造商都在使用它。

“我們構建的最新模塊之一是針對一家大型家電制造商的,該制造商正在使用該機器組裝洗碗機的電子控件,” Neff說。“我們還將螺絲驅動系統運送給了生產內部裝飾板的污水泵制造商和一家小型汽車供應商。”

“協作機器人的兩個主要優點是安全和易于編程,” ASG的賴特補充說,“但是,它們的準確性和速度要比通常用于螺絲驅動應用的其他類型的機器人(例如SCARA或六軸機床)低。”

在2018大會上,ASG推出了X-PAQ SD2500精密緊固系統。它具有內置的螺旋送料器,易于編程。該產品可實現快速轉換,是高混合量,小批量裝配應用的理想選擇。

賴特說:“電子工業對諸如將印刷電路板固定到外殼上的應用最感興趣。” “它可以與頭直徑小至4毫米的螺釘一起使用。”

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