大扭矩擰緊是汽車總裝和零部件產業中的常見應用。將各種汽車零部件裝配成整車的過程，需要很多種不同類型的聯接，其中螺栓聯接是最重要的聯接方法之一。由于螺栓聯接可以獲得很高的聯接強度，又便于裝拆，具有互換性，通過標準化實現了大批量生產，成本低而且價格便宜，經常被應用到發動機、變速箱和底盤等重要位置的裝配中。螺栓的擰緊質量直接影響到產品的安全性和可靠性。

在執行螺栓擰緊任務時，經常會碰到以下問題：

● 職業病

作業員長期受到擰緊槍的自重和反作用力的影響，導致肌腱損傷，而患上左圖所示的職業病。

● 產品質量穩定性

作業員在做擰緊工作時，無法避免少打、漏打及擰緊扭矩錯誤的現象，且螺絲擰緊的質量隨作業員的工作狀態波動起伏。

● 人工成本高昂

擰緊工作在大多數生產過程中，都處于一個高負荷的工藝環節，耗費大量人工成本。

優傲機器人用于擰緊的方案：

UR機器人可以代替工人進行24小時不間斷的高負荷勞動，同時將產品質量控制在一個非常穩定的狀態。本方案設計的目標是將擰緊槍的反作用力平均地分配到機器人的六個關節上，我們將從擰緊槍與機器人的安裝方式、機器人底座安裝方式和機器人軟件設置等方面進行詳細介紹，來指導客戶如何克服擰緊槍的反作用力。通過實際測試，UR10可以實現的扭矩范圍為120Nm。

一、負載重量設計

1、在設計擰緊槍和工裝夾具時，請UR提供公式計算出機器人最大允許負載，實際負載重量不要超過計算結果。

2、在機器人安裝設置界面，務必要準確設置有效負載和重心。

二、擰緊槍與機器人法蘭盤連接方式

工裝夾具的設計原則讓擰緊槍旋轉軸與手腕3旋轉軸方向垂直(如果兩者安裝方向平行，手腕3將承受來自擰緊槍的最大反作用力，極易報警)，如需添加CCD，請注意機器人關節旋轉時與CCD干涉問題。擰緊槍一般分為直頭和彎頭兩種：

1.直頭擰緊槍建議安裝方式如下圖所示：

2.彎頭擰緊槍建議安裝方式如下圖所示：

三、機器人底座安裝方式

1. 如果螺絲擰緊方向是垂直地面向下的情況，建議機器人底座傾斜45度安裝，這樣可以避免擰緊槍旋轉軸和手腕2旋轉方向平行（避免手腕2承受來自擰緊槍的最大反作用力），建議如下圖所示安裝：

2.螺絲擰緊方向是平行于地面側向的，且需要擰緊座椅兩側的情況。

優先考慮機器人底座側裝的方式（這種方式機器人在左右側之間切換姿態比較自由），如下圖所示：

其次考慮機器人底座正裝的方式，如下圖所示：

注意：機器人底座位置盡量與螺絲孔位處于同一水平高度。

四、IO信號連接

優傲機器人與擰緊槍通訊一般采用數字IO信號連接，優傲機器人也支持Ethernet、Profinet、Modbus tcp和TCP/IP協議，可根據實際需求而定。本方案采用的IO信號連接如下：

機器人IO輸入信號：就緒、OK、NG

機器人IO輸出信號：程序序號1、程序序號2、啟動、復位

五、優傲機器人程序

機器人程序中，在啟動擰緊槍旋轉信號之前寫入“wait is_steady()”指令，當is_steady()返還值為真時，優傲機器人可以接受外部更大壓力或扭矩，如下圖所示：

擰緊方案說明和結果

a) 方案結果

可以通過監控擰緊槍在擰緊瞬間，機器人各關節實時扭矩值，判斷設計方案是否合理，各關節受到扭矩值越平均越佳。在機器人線程程序中，使用腳本“get_joint_torques()”得到機器人各關節實時扭矩值，可以保持記錄各關節最大扭矩值（參考附件中的小程序）。

b) 常見故障處理

故障一：螺絲槍在擰緊瞬間，由于擰緊槍產生的反作用力較大，機器人易發生保護性停止。

對策：從擰緊槍方面，可適當降低旋轉速度；從機器人方面，可通過附件中的小程序監控各關節的扭矩值，若六個關節受力不均勻，需要改變機器人姿態。

故障二：螺絲槍擰完螺絲退出時，被螺絲憋住，機器人易發生保護性停止。

對策：建議螺釘不要使用內六角式（接觸面積較越摩擦力越大），可以使用內梅花式或外六角式螺釘。

總結：
在使用UR10的眾多擰緊項目中，測試中較為穩定的擰緊槍扭矩范圍，最大可達120Nm。

大扭矩擰緊應用的領域

▲ 汽車座椅擰緊

▲ 汽車發動機擰緊

▲ 汽車變速箱擰緊

▲ 汽車曲軸擰緊

▲ 新能源汽車電池組擰緊