本帖最后由 羅羅日記 于 2019-9-30 22:12 編輯 * B6 L% S" U+ Y0 D
1 K3 r5 p# O+ H# f這兩天太忙了,，本來該前兩天發(fā)出來，拖到今天,，我內(nèi)心有點過意不去,。 0 i# E9 Y7 g8 N4 Y9 A+ |
這不，剛剛回來,，吃了個橘子,，馬上就開機，今晚發(fā)了,，明天回家,。
( o6 A9 k" |. @ g; v! |/ z老鐵，看到來頂帖,。
" t% e# I* A- ?- K2 M+ p, s羅羅,，我常常在一些機器人末端上，看到有快換裝置的應用,。 ( M, C& ]! N$ r8 `) O+ b
/ X0 D& i! R% y+ d+ m) f% X你能說說,，快換裝置是怎么回事嗎？ 7 L8 Q$ e3 c. g: w, g; e0 ]& X% A
) z- o" F# M6 R- _& t$ s) C+ g6 V可以,。 3 }% B/ I- ]- y
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你說的機器人應用,，是屬于自動化范疇的。 $ e% A! n3 G7 e' G) r o
6 u \7 Y# H# ~' `6 ?6 `8 }9 L5 }那種快換裝置（Quick Changer／Tool Changer）,，分為兩側,，主側和副側。 # q; S7 k0 q7 G* a! o0 g( b$ z
8 P h% R c: M主側裝在機器人末端,，副側裝在工具端,。
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& @' O1 N3 _5 G0 `: j9 @$ a% _副側常常和工具固連,，放在工具架上，一個工具用一個副側,。 ! @3 h6 \; j" w. @' Q
/ W- C7 e% \# H% v8 x% b ^機器人末端,，會根據(jù)工藝需要，自動更換不同的工具（執(zhí)行器）,，來協(xié)同機器人運動軸,，完成不同的動作，處理不同的物料等,。
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. ^7 R, C8 I- p' {/ C* C( v9 ^# {5 d' g z嗯哼,，我大體明白了,。
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其實,，在做三坐標測量機時，有一段時間,，我的主要工作內(nèi)容,，就是快換裝置的設計,。 ( Q w8 {% }! s, S9 R1 ?
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你們?yōu)槭裁匆每鞊Q裝置？ ( e3 A7 W4 E/ j/ Q- K) Y# H
8 U/ b5 y* g; r$ y1 {- b因為當時,，采取了一個Z軸的配置,，根據(jù)不同的應用，用快換裝置,，自動更換不同的檢測頭。 N' ^ O! M( `: @$ s. k
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怎么更換的,？能顯示得具體一些嗎,？ " g" \. ^+ E3 R, ^
1 [" @! p* W0 h3 u& @9 x好的，我做了一個PPT,，名叫《測頭更換流程》,。
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0 M# p' e4 Z& }' B在公號羅羅日記里,，回復測頭,，即可下載播放,，觀看測頭更換的流程,。
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好的,，我晚點去看看,。
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不過,，我想問，為何只配置一個Z軸呢,？ ) |; ^* q* g& V( Q$ V% J( }( o- {+ h
8 ?6 u" D& G& h" [1 m1 ~其實,，我們當時有兩個方案。 + J. p- x# G5 M6 C! a
# r. }& L3 L) M第一種是3只Z軸：一個探針Z1軸,，一只二維光學鏡頭和一只三維光學鏡頭Z2軸,，另外一個Z3軸,，留給粗糙度檢測鏡頭，或者激光干涉儀,。 . u) i1 e1 M% ^& q
2 U3 h, s" W6 Y# |% V此配置方案的優(yōu)點是測頭固定,，沒有因為更換測頭，引入的重復性誤差,。 3 e( `$ {- M& [4 n+ @' q
# }4 I- L% i1 T& a缺點是測頭都掛在Z軸,，導致重量變大，對運動速度有不利的影響,，對結構剛性要求高,。
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而且檢測的時候，旁邊的測頭會在一定程度上,，影響檢測頭的檢測范圍,，測量深度等。
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8 z. ]* [5 O* @那么,，第二種配置呢,？ L8 W+ Q. |% W4 N0 v# @
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只有一個Z軸。
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根據(jù)需要,，快速更換檢測頭,，其他檢測頭不用時，放置于測頭架上。
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比如,，三維共聚焦光學檢測頭,，二維光學檢測頭，探針測頭,，激光干涉儀等輪換到Z軸上,。
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$ w! Y E3 S: G3 {8 Q此配置方案的優(yōu)點是重量輕，可以實現(xiàn)高速運動,，缺點是需要更換測頭,，精度依賴于更換時的重復定位精度和校調。 5 Z% z) o4 N4 @2 S6 t, O
: N( X7 b$ B0 y4 T你們?yōu)楹斡玫诙N方案,？
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% O$ n. S( O) ~1 z最主要的是第一種太重了,，想要達到需要的精度，結構設計非常有挑戰(zhàn),。
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另外,，我們考察CMM三家主要競爭對手，�,？怂箍�,、蔡司、三豐的設計,，他們Z上大部分只有一個軸,。 % t% H' \. t# T; h3 Y
& G* B8 d6 c% x2 S. R" U( w$ A1 T可以說，快速更換,，是行業(yè)里的一個發(fā)展趨勢,。
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所以，我們最后決定用第二種方案,。 2 E) f( t4 j% b; ~& Y
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好的,，明白。
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但是,，你們?yōu)槭裁床毁I現(xiàn)成的快換產(chǎn)品呢？
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8 B5 [0 ]7 a& Y5 {2 ?. ^/ p" [7 @3 [因為市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品,，不滿足我們的使用要求,。
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最重要的是，我們有一個很特別的要求：希望裝置是中空的結構,。 2 w3 ?* Q( }! m. T
* J% v5 k3 C4 q3 ]9 M因為,，中間我們要放置相機和光學器件，這個完全沒有產(chǎn)品滿足要求,。
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另外,，電接口和氣接口數(shù)量,，不滿足我們的應用要求。
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我們希望總重量小于2Kg,，這一點,，到是有不少的供應商可以做到。 ( g. W7 @+ b' D7 E. n/ w
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但是,，我們電接口數(shù)量多達60,，沒有一家供應商可以達到。 1 `7 y) K3 G1 ?7 L2 o' I
) P# k# H# t8 T; @6 g而且,，問了幾家供應商,，都不愿意定做，畢竟我們需要的數(shù)量太少,，可能他們覺得沒啥錢賺,，投入精力不劃算吧。
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OK,。你們研究的,，比較知名的供應商有哪些？
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+ A% i: s/ A. a2 [& W6 {6 cATI,， Schunk(雄克),，Applied Robotics，KOSMEK（考世美）,，Gimatic等,。 ! L; H2 k& \+ I+ `
- A6 h/ c, Y) P( t) a我有2張表格，如下圖,，從原理和參數(shù)方面,，對比了幾家供應商。
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同時,，也對比了幾家競爭對手,，快換裝置的做法。 快換裝置原理對比
8 C% m0 c* f6 Z. k3 Z. ^# `8 t4 P1 v快換裝置參數(shù)對比
/ Q, }( S5 d) ~ r3 J& x$ j* |0 U競爭對手快換裝置對比 8 t/ Z$ ~+ r2 J8 E9 p! _
通過上面的原理對比,，你應該能夠看出,。
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我們主要考慮：重復性，定位,，預載,，安全鎖緊，釋放,，電接口數(shù)量,，氣動接口，載荷等設計要點。 & Z! a/ r6 u. }" Z
0 ]* p' k% P4 Q1 `; L2 V定位：競爭對手是V型槽和高硬度鋼球定位,。
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* g6 I1 Z+ y* b" l! g當V型槽由兩個鋼球構成時,，另一邊則是一根鋼棒，當V型槽是兩根鋼棒構成時,，另一邊則是鋼球,。
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大量的論文研究表明，這種定位方法,，在動態(tài)耦合時,，重復性是最好的。 ' d8 s* p! I) b
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比如《Kinematic couplings: A review ofdesign principles and applications》中有提到,，可以達到0.01um的重復性,。（更多相關文章可以參考http://pergatory.mit.edu/kinematiccouplings/html/documents.html）
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9 I1 ]9 ~6 `6 s- o但是因為是點接觸，所以剛性不是很高,，一般用于輕載荷,，低加速度。
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而自動化方面的供應商,，定位方式有所不同,。 9 s2 y. K* H4 D
Q8 P5 l0 H7 E. t- w' A1 @) W在XY方向，他們大都是定位銷和定位孔定位,。 * @1 A1 S6 {2 N# q
; k4 p6 @5 Y( |當然也有用錐面定位的,，比如KOSMEK（考世美），這種浮動錐面定位,，優(yōu)點是可以顯著提高重復性,。 * @9 Z) L, O6 K. O. ^5 K! o4 k$ y
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從上面參數(shù)對比表，可以看出,，只有考世美實現(xiàn)的重復性是最高的,，達到3um。 0 o5 D( U& l: K, w1 s
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而對于Z方向定位,，都是用接觸大面定位,。 0 P N. @/ n' B9 U Q
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工廠自動化方面的定位方式，好處是,，接觸面大,，剛性好，但是缺點就是重復性差一些,。
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預載：預載荷的大小,，在很大程度上，決定了動態(tài)耦合的剛性,，預載的加載方式，可能會帶來沖擊，應當避免沖擊,。
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) s' d$ W, U+ z& C+ m- E9 K" C/ F我們中途有提到用薄型氣缸,，后來就是因為沖擊被否決了。
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安全鎖緊：就是系統(tǒng)突然斷電斷氣時,，工具側不能掉下來,，應該是鎖住的狀態(tài)，不然會出現(xiàn)安全等問題,。 5 Z) {( P) x. f2 N6 ^2 k5 K1 Y2 y
8 _: m: s7 Y# s; B2 {# r, w釋放：釋放和預載是相反的,，簡單理解就是解除連接。 / Q1 d3 _, ? G' T" i- M" s* [
4 U6 z* ~2 a1 Y# T% ^電接口：共60針,，擺放在外側,，便于維護。 6 U% ~: S/ N9 `, _% K" N
, _! \/ G4 d8 V$ G2 G氣接口：除了用于氣缸,，另外預留2路氣體,，作為氣體冷卻備用。 5 _ {" B) M/ L8 H" E. `
1 @5 _1 N6 `; a: I5 m" J9 I載荷：6Kg,，重心位置不超過結合面200mm,。
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) J, G6 I( r% m! o7 Z既然沒有滿足要求的設計，那你們只有自己做了,？
$ m) S, [+ T. _# d沒錯,。 * C" j! Q. x; f4 U O7 B+ b
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因為我們載荷比較大，同時重復性要求高（X,，Y：±50um,，Z±15um，中心軸±0.25°）,。 ' Z" ~: B6 [; T, Q# l% `" E: n
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所以,，我們參考海克斯康,，機械鉤子式快換裝置,，做出了第一個版本的設計。
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原理如下圖,。 快換裝置的設計V1.0
2 s1 {- A) C- a5 Y% s用鋼球和V型槽定位,，壓簧做預載，用機械鉤子,，來鉤住被連接的副側模組,。
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( l/ u8 L) P% o4 p( ^這里，我們用中空的氣缸來釋放,，因為中間的位置,，被相機和光學模組占用了,。 0 D) s0 ^+ G; ]) j
8 ]: g, j. ]7 A& B中空的氣缸是自己做的嗎？
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" M6 |( h. t8 T& z是的,，當時倒角太小,，密封圈的裝配還挺費勁，抹了潤滑油,，還用熱水燙了一下,，才壓進去。 ; S' d8 n% o1 ^0 [
/ s! n" p" c) |2 M; s后來你們做測試沒有,，效果如何,？
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對于上面的設計V1.0，后面我有測試其重復性和靜態(tài)剛性（因為實驗條件有限,，沒有做動態(tài)剛性測試）,。
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' L% n2 N1 j" k9 k測試方法是：
; N# ^, n5 y4 I（1）重復性 利用現(xiàn)有的Z運動平臺，把快換裝置裝在平臺上,。 $ x, u z3 n- m
; ? D; k9 W1 b/ U7 D0 C6 D相機和主側模組在一起,，掛在平臺上。 ) y5 R& ?. [, x2 v; H1 n% g2 p
- B3 l6 ]4 s" S5 \3 m3 I2 Q通過馬達微調到想要的位置后,，用機械鎖緊Z軸,，避免電機位置變化引入誤差。
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6 U9 o% ]" A- E1 R, K同時,，在快換裝置的下側,，豎立兩塊板，當氣缸通斷氣的時候,，實現(xiàn)釋放和預載,，釋放后，光學測量模組,，可以落在豎立的兩塊板上（板頂部貼有緩沖橡膠）,。
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) J* E$ b0 j8 \; V- Y7 j預載后，通過相機拍照,，看位于其正下方的標準校準玻璃,，分析圖像在XY方向的移動量，來測量XY的重復性,。 4 K3 X2 I) r7 a4 h( f2 P% k. o
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1 [7 C# A. Z% Y+ B7 [
測試結果是：XY方向重復性±48um<±50um,，Z方向±10um<要求±15um。達標,。同時,，因為相機有清晰的成像，所以中心軸傾斜也沒問題,。
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7 N; O) r* ~* _$ C（2）靜態(tài)剛性的測試 直接加載一組力,，力的作用線,，通過耦合后模組的質心，然后還是看相機圖像在XY方向的平移量,。
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因為項目要求的是動態(tài)剛性（0.1um）,，所以這里測試的靜態(tài)剛性，只能作為參考,。 ! z/ _5 v) X [1 q) R
% `( b0 h5 c( M3 t剛性測試結果是，波動幅度最大到250um/gf,。 7 H Y- Z* }' l4 I2 V# e9 ^
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對于動態(tài)剛性,，暫時先通過CAE模擬，來分析其動態(tài)剛性,。
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后面通過做瞬態(tài)分析,，發(fā)現(xiàn)剛性不是很好。
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因為檢測末端點,，在運動“穩(wěn)定”后,，相對于工件的位移變化，已經(jīng)達到10um,。
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結論是系統(tǒng)剛性不足,，各個模塊，特別是快換裝置,，都必須繼續(xù)提高剛性,。 ; w2 G$ O5 w0 A& w# w ^
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所以，你們后面有繼續(xù)更新設計,，對嗎,？
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& u% K3 q, d2 |; m9 h是的。 " S2 L6 w7 a9 S$ u- o* ~) z' N
* @5 c! W/ Z5 r; _( @6 Z2 ]其實,，對于上面的概念,，我們在CAE結果還沒出來時，就做了一些局部的更新,。 快換裝置的設計V1.1
; w' y/ A" O* B( w; r S3 @從V1.0更新到V1.1,。 8 n1 _( L- Z& E- `+ P1 V
1 D5 t: m3 j+ ?. V# T) I: s4 `8 s! O主要是把鉤子約束軸承，變換了位置,，因為V1.0中,，鉤子是旋轉到水平位置，可能有水平分力,。
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2 u2 H/ c/ |$ W( {V1.1中,，因為約束在側面，當調整好約束軸承位置后,，鉤子是直線往上走,，沒有水平分力,。 2 V5 D% ^& B7 w4 [5 y7 ]6 K3 v5 M
/ t0 S( E1 C7 R: O0 i后來有繼續(xù)升級設計嗎？ 6 _5 X* g6 d6 a: b
& d5 k, H, [# G R) B有的,。
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因為V1版本的結構件挺多的,，顯得不夠簡單。 ( `7 {, V9 @" {) I+ ]" G# G( D7 B
8 l& s& W# Z8 W- j6 _另外,，沒有經(jīng)過長期的測試,，氣缸可靠性可能是一個問題。
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1 g+ Z$ u+ P: U+ `3 s. r4 ~所以,，后來做了一個新的版本,，V2.0。 $ Z0 s- ?, V. `
快換裝置的設計V2.0 ) J& k6 I3 M9 M; p7 f$ \
3 g6 h, T9 q% A1 I- S# `
6 A. ~- X- X6 n* i( t- g) ^! C6 O9 `因為,，電磁鐵比自己做的氣缸穩(wěn)定可靠,。 - z3 t5 Z6 ]5 n1 W. |
9 Z! B6 \( W& N( G& U9 f嗯，明白,。 & h( Q+ M1 f3 K
+ Q6 v; w" i) F0 V那你這個概念,，其實，還是沒有提高快換裝置的剛性,，對嗎,？
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( Z& c9 b& m- t0 D8 [0 v( ~沒錯。
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所以,，后面又升級到V2.1,。 快換裝置的設計V2.1
% a. ]2 e7 g, J& G. _( i j主要的考慮因素，就是提高剛性,。 2 P' J' W3 ]& Q0 h; `
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這里把原來的鋼球加V型鋼柱定位方式,，變成了XY方向用柔性定位銷，Z方向用大面接觸,。
4 X+ }( m$ g- K' h, \: ~) e! Z" X! p% N" {1 S s
這種做法,，會損失一定的重復性吧？
8 d6 U) Z" G2 P: H
) _" g" S" f2 d$ H! m是的,。
3 E2 e$ ]9 ~$ @' d3 F7 s$ F/ k& i1 u7 g1 V. k( K- d$ H
正如前面所說,，鋼球加V型槽的動態(tài)耦合，能夠達到的重復性是最高的,。 " ~/ L7 f, R( b( M
" A" ]4 Y( m- ?' y$ D
但是,，我們升級到V2.1,，其實也是有原因的。
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! e7 |7 w0 }. f因為這種概念,，能夠達到的重復性還是相當高的,。 1 `/ `( ^2 G) y5 H
4 Y6 W) @* H8 k
其實，我們是參考了總部位于瑞士,，主要用于工件裝甲的System 3R的做法,。 / \( |$ l. Y- t2 m. D$ g
System 3R快換裝置的設計
1 I# j- j0 O9 } s6 USystem 3R：X，Y方向,，由四組柔性彈片,，配合高硬度凸臺來定位，之所以用柔性體,，是為了避免Z方向的過約束，因為Z方向,，是用四個面接觸來定位,。
( o* Z* M S# I7 b$ `7 L' D) n. f3 |8 A) n3 _ X0 T$ f/ }% e
目前，V2.1這個方案,，正在等待物料,，后續(xù)會有一些測試。
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好的,，希望以后能有一些測試結果,。 , O* e2 i2 z: Q* p5 o0 W: p
( J9 R0 R+ b4 w; o$ K我會跟蹤的，有結果,，我會寫在這篇文章的評論里,，歡迎你關注。 8 c, ], A# F, T& ]; Q2 ~. o8 h3 r
: P9 }6 |8 O9 A( V: y( j+ x對了,，后來,，我自己又參考考世美的做法，做了一個版本,，V2.2,。 5 e7 c# V# Y% g, A/ ]. E
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主要是把XY的定位方式，換成浮動錐銷,。
4 Z) {5 c2 K) a1 I4 M( r" |" E1 O9 \( b, J
當然,，這個版本沒有出設計，我自己留個底,，可能以后用得著,。
1 Q1 k0 o$ m9 i% j- N快換裝置的設計V2.2
" L. g, m2 V2 X! A( t我懂。
[0 Q3 b9 u, p! W+ J0 b# M* l$ u2 D
我還有一點疑問,，電磁鐵和相機,，都會產(chǎn)生熱量吧,，對精度有影響吧？
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當然,，因為后面V2的方案都引入了電磁鐵,，電磁鐵會引入一個熱功率，瞬間功率高達25瓦,。
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% Y# ~+ }$ Q4 q不過,，因為用的時間很少，大概只有5/1000,，所以實際的熱功率很小,，只有零點幾瓦。
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( B% Y' Q: J% `0 f, I2 K$ a' R3 s到是相機本身會發(fā)熱,，最后的散熱設計,，是需要重點考慮的問題。
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不過,，我們還是有解決辦法的,。
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對于相機，采用封閉包圍的散熱片,，加上外接的空氣,，來冷卻它。 1 ]! K$ |9 D+ A. ], s0 ^
3 H# P* I& Q4 c y, h前兩天測試了一下,，效果還是很明顯的,，可以降低相機溫度15度，從原來的43度,，降低到28度,。 7 w3 h, }# h! \' Z- M t. P" J
" R2 R# @+ e& w7 P( H不過對系統(tǒng)精度的貢獻，還需要做更多的測試,。 + k, t; e, X& N6 d4 j3 |3 |
( c; h) d% Q' ]5 \; Y g還有,，你們的60針電接口是怎么解決的？ - F+ Y- h- Z8 k' V9 a
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用的Pogo Pin,，我們提要求,，找供應商做的。 + o9 G+ i w; w2 ~+ G* d C/ z) \
) N0 z' b! h# h) M1 w) W# U因為,，沒有現(xiàn)成的模塊有那么多針腳,，同時，有些模擬信號需要做屏蔽保護,。 : z+ \ W, E# H6 @/ D
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同時,，還考慮了Pogo Pin的接觸力，因為這會降低電磁鐵的預載力。
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# @7 O7 E/ P6 A7 T3 [8 ]6 m當然,，對于電磁鐵和針腳式電接口,，我們也做了隔熱處理。
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. `6 T2 d% ~" x U2 }# _$ L采用隔熱板,，隔熱陶瓷等,，有效隔離其熱源。
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好的,。
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, X4 ^" o" f/ c8 A H/ X a羅羅,，最后，我還有一個要求,，你上面的原理,，參數(shù)對比，以及不同的設計版本PPT,，能分享給我嗎,？
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. A4 ]& P# |, J0 L" O0 Z j$ Z$ |可以。
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在我公號里,，回復“快換裝置”即可下載,。 . S% C9 A( q6 G- O% Z! n, s8 K9 p
2 z9 E: {& @: J2 A4 N好的，多謝你,。
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6 q8 G9 b6 D$ H* s沒事。 6 U6 M; u2 t6 Y6 V5 r4 p3 f# _1 |
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相關閱讀： 8 B/ H$ I$ f: ?7 h& h( L
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發(fā)表于 2019-9-30 20:47:15
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問題專業(yè)，描述清楚
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