自動檢測座椅功能機器人的設計與實施

高圓

[摘 ? ?要]通過引入自動檢測座椅功能機器人，實現了機器人代替人工完成較為復雜的測試過程，節省了人工成本，提高了工廠自動化水平。同時提高了生產線平衡率， 實現線平衡率由85.6%提高到了90.6%，提高了效率，使生產線生產更加均衡化。主要介紹了自動檢測座椅功能機器人的設計方案和實施過程，以及其中的注意事項和問題等。

[關鍵詞]自動檢測座椅功能機器人;自動化水平;線平衡率;設備綜合效率

[中圖分類號]TP242 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）03–00–04

[Abstract]Through the introduction of automatic seat detection robot， the robot can replace the manual to complete the more complex test process， save the labor cost and improve the level of factory automation. At the same time， the balance rate of the production line is increased from 85.6% to 90.6%， which ， improves the efficiency and makes the production line more balanced. This paper mainly introduces the design scheme and implementation process of the automatic detection seat function robot， as well as the matters needing attention and problems.

[Keywords]automatic detection seat function robot; automation level; line balance rate; equipment comprehensive efficiency

隨著時代的發展和變化，如今的制造企業無論是在數量上還是在質量上，其內外部競爭都愈趨激烈。各企業為在擁擠的市場中獲得一席之地，想盡辦法對傳統制造業進行改革創新，對外提高產品質量和服務，對內以人為本，盡一切可能提高效率、節約成本，使企業在時代的潮流中保持活力和競爭力。其中對內改革伴隨著自動化技術的高速發展，其高效率、低成本的特點使自動化應用成為企業提高核心競爭力的首選方法。在眾多自動化產品的應用中，利用機器人進行自動化生產無疑是當前企業進行生產制造裝備智能化的主流及發展方向，利用該技術不但有節省人工、提高效率及降低成本和損耗等優點，而且還可以實現收益的擴大化，使企業生產的產品質量更加穩定，使企業在競爭中處于優勢地位。

1 自動檢測座椅功能機器人的具體需求

1.1 生產作業需求

根據客戶產能要求，需要滿足每小時產出UPH為18套，從工位作業分析來看，見表1，人工功能測試工位UPH值為18，只能剛好滿足要求。由于測試項目較多，此工位為瓶頸工位，且工時較其他工位長至少15s以上，導致線平衡率較低，只有85.6%。線體不平衡，使其他工位產生大量等待浪費，工廠成本較高。

根據上述情況：對自動檢測座椅功能機器人的生產作業需求為縮短測試時間，提高效率，將線平衡率提高到90%。

1.2 功能需求

座椅電功能的測試項目，分別是對座椅滑道電機、座盆電機、升降電機、靠背電機、震動電機、SBR感應墊、安全氣囊、安全插扣、加熱墊、加熱模塊、記憶模塊、線束對地等進行檢測與數據存儲。自動檢測座椅機器人需要與測試機聯動，在測試機進行滑道前后移動，靠背前后移動等功能項進行檢測時，發送信號給機器人，機器人接收信號后，進行模擬人工的動作，使座椅進行相應的動作，以便對座椅功能進行檢測。

1.3 硬件需求

（1）需要實現測試接口與產品座椅線束接口快速準確對接。

（2）需要實現與測試機數據通信的設備硬件。

（3）需要時時顯示運行信息并具備人工干預的操作顯示設備。

2 自動檢測座椅功能機器人的設計方案

2.1 機器人選型

機器人供應商為工廠提供了UR3，UR5，UR10三種機器人型號供選擇，見表2與圖2。對所有需機器人完成的模擬手部動作進行試驗，獲得以下結果：

（1）機器人的工作半徑為700 mm。

（2）肘關節工作范圍0°～90°。

（3）腕關節工位范圍0°～360°。

（4）座椅前后移動線速度0.05 m/s。

（5）座椅角度調節速度6°/s。

經過對3種型號的機器人技術及功能參數的對比，UR5和UR10機器人可以滿足所有動作要求，從節約成本和空間的角度考慮，UR5更加經濟實用，故選取了UR5機器人。

2.2 硬件設計

（1）測試儀及龍門框架。其中測試儀要求可移動的，龍門框架要求鋁合金結構，用于固定座椅發運姿態檢測傳感器。主框架結構見圖3。

（2）根據座椅功能調節按鈕的不同形狀和調節方式，對人調節按鈕時的動作進行分析，設計了模仿手指動作的工裝，如圖4，采用旋轉的方式來切換工作工裝，分別對座椅移動、坐墊升降、靠背翻轉及腰托功能進行調節測試。

（3）要求所有控制柜與外部連接的電纜必須通過快接插頭，以保證設備快速更換。

（4）用于測試插頭的電纜必須是高柔性的，防止使用過程的折斷。

（5）所有跟座椅鏈接的插頭均采用工業非侵入式彈簧插針，探針品牌要求使用英鋼，托盤轉接插頭采用座椅整車插頭，可快拆快裝。

（6）所有插頭應經久耐用，并有防錯插功能（Poka-Yoke），防止與主控柜錯插。

（7）自動對接采用雙氣缸，先進行鎖緊，再進行線速接口的對接，見圖5。

（8）控制柜要求有空調功能，良好的通風及過濾。

2.3 軟件測試流程設計

機器人正確連接測試線束，啟動測試過程完成座椅功能測試，實現實時顯示測試狀態及測試結果。測試過程結束后，與流水線MES控制系統連鎖，將測試參數結果保存至數據庫。測試合格的放行，測試中斷的復位（重測功能），測試故障報警。其中需要注意：

（1）除操作界面外進入所有的界面必須有密碼保護。微軟“開始“菜單也必須鎖定。如沒有正確的口令，操作人員不能在測試設備中安裝軟件或更改測試參數。

（2）測試數據存儲在本地，并在每次測試結束后通過“Windows Messaging”發給LPS。數據存儲格式為Excel或CSV，以方便導出為Excel文件用于追溯和展示。

（3）當系統與數據采集系統離線時，設備應能掃描條碼并在本地存儲測試數據直到數據采集系統連線。

（4）測試設備應建有測試故障代碼用于快速解決測試儀故障。

（5）測試軟件應可以測試單個駕駛側座椅或單個乘客側座椅，同時應準備一個假插頭（連接全配置線束），模擬另一個座椅與測試儀連接。

（6）插頭與生產線應做到位置互鎖，以確保插頭在正確的位置狀態。

2.4 測試工作原理及流程設計

測試模式設計：設計了主副駕座椅同時進入測試位置，主駕在前，副駕在后，如圖6，這樣就使整套座椅的調節按鈕集中到中間區域，一個機器人即可完成兩個座椅的測試（主駕調節按鈕在座椅左側，副駕調節按鈕在座椅右側）。除動作相關測試（座椅前后移動、靠背翻轉、坐墊升降等）外，其余功能測試（例如安全氣囊、加熱模塊、記憶模塊等）同時進行測試，這樣就消除了人工測試時，一個座椅測試另一個座椅等待的問題，減少了測試時間，提高了測試效率。

測試原理及流程：在測試工位前序工位，裝配人員將座椅線束與夾具線束工裝一端接口對接。座椅進入測試位置后，測試機通過RFID讀取托盤主副駕信息，確認主副駕位置無誤后，夾具線束工裝另一端接口與測試電控柜相連，開始進行測試。兩臺測試機同時對主副駕座椅進行非動作相關功能測試，測試完畢后，測試機控制機器人對座椅進行操作，開始測試動作相關功能。機器人通過視覺定位的方法，準確控制座椅按鈕依次對主駕座椅前后移動、座椅前后升降、靠背翻轉、腰托頂出和收回，而后再對副駕重復上述動作，完成測試。最后，通過視覺系統定位及氣缸推動對安全帶Buckle進行測試，整個測試流程結束。測試合格座椅進行放行，測試有故障座椅進行報警并禁止座椅放行。

座椅自動電檢，采用機器視覺定位引導的方法作為判別及安全手段，UR機器手臂作為按鍵執行機構，來完成座椅接頭的自動插拔、按鍵測試等工作。整套系統包括六軸機械臂、電纜插頭柔性拔插裝置、安全帶座測試裝置、視覺輔助判斷系統及總控制系統組成。總控制系統PLC帶有通訊網口，用于與生產線所有輸入輸出點的連接。控制系統通過以太網與李爾LPS系統相連，交互座椅型號信息及測試過程中的各種信號。機器人完全由程序控制，每個測試都由程序給出測試信號，檢測合格后程序也會給機器人完成的信號，直至所有測試結束。

3 自動檢測座椅功能機器人的制造及現場施工

3.1 在供應商處進行預驗收

預驗收由工廠IE工程師及設備機械、電氣工程師在供應商處進行，檢測定制的機器和設備是否符合技術協議中所列出的要求及標準。在預驗收成功結束后，才可以進行機器設備發貨。

3.2 進場施工及驗收

設備在供應商處完成預驗收后，根據項目時間截點及實際生產需要，確認設備進廠時間。設備進廠前，組織各部門和供應商對現場施工環境、電、氣接入位置及安全的防護范圍進行詳細的規范確認，安全防護要求落實到每名員工，確保施工安全。

3.2.1 施工準備及安全會議

（1）確認設備進廠時間及施工周期;確認每日施工內容，制定計劃，工廠及供應商每日施工責任人。

（2）確認施工時的安全防護要求，以及電、氣等危險能源掛牌上鎖要求。

3.2.2 設備進廠安裝、調試及問題整改

設備進廠后，首先工廠EHS人員對施工方相關安全協議、施工證書及防護設施進行審核。審核通過后，供應商根據前期進廠前討論確認的施工流程計劃，進行現場施工。

（1）供應商在現場張貼項目進度表，直接反映進度。

（2）施工現場安全監督：除工廠安全員不定期巡查外，現場負責的IE工程師對供應商現場施工也需要進行安全監督。

（3）安裝完成后，對機器人及各機構系統進行調試，檢查定位精度是否準確，機器人工作速度，各機構的協調性等。

3.2.3 設備試生產驗證

（1）設備安裝調試完成后，IE工程師組織牽頭實施系統防錯試刷驗證，保證系統防錯功能有效。

（2）進行小批量驗證，評估測試穩定性，并對測試數據（電機電流、電阻值等）進行過程能力分析，確保CPK穩定達到1.67以上。

（3）進行“紅兔子”驗證，驗證設備是否可以檢測出問題座椅，并禁止放行。

（4）工廠內部試生產驗證合格后，反饋客戶通用，得到通用現場審核通過后，將座椅發運到通用生產車間進行兩輪PTR試裝，驗證座椅裝車與車身線束連接后，所有功能及參數是否合格。

（5）在兩輪PTR驗證通過后，經客戶同意，自動檢測座椅機器人設備正式上線使用。

4 自動檢測座椅功能機器人項目的收益

使用機器人后工位分析見表3。

（1）節省人工成本：使用機器人代替人工測試后，C1UL項目早晚每個班次可節省1名操作人員，共節省2名操作人員，此項目也是工廠Plant Saving重點項目之一。

（2）提高線平衡率：機器人測試比人工測試每套可節省38.5s，線平衡率由原來的85.6%提高到了90.6%，提高了生產效率。

（3）自動檢測座椅功能機器人的成功實施，提升了工廠的自動化水平，為李爾中國區其他的座椅工廠提供了新的方案和思路。

5 結束語

從工廠的實際情況出發，闡述了導入自動檢測座椅功能機器人的原因、需求，以及機器人的方案設計、實施過程、驗證要點，直到最后的量產使用。項目達到了最初的目標和要求，同時，也為工廠進行下一步自動化水平提升提供了新的思路和寶貴的經驗。

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