一種用于新能源汽車空調旋轉按鈕的自動化智能化組裝設備的設計與研究

楊氟，楊康民

（1.西安薪海精誠智能科技有限公司，陜西 西安 710000；2.陜西鑫盛強園林建設有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

隨著世界的發展，能源問題成了人類的重要問題。在當代，中國的新能源汽車飛速發展，已經走在了世界的前列。因而實現自動化智能化組裝設備或者產線對企業和國家的發展都有著很大的推動作用。目前雖然已經有很多自動化智能化設備應用到新能源汽車行業，給企業的發展提供了一定的幫助。但是宏觀角度看，我國的新能源汽車行業自動化設備的水平還需要加快腳步，與時俱進。隨著社會的發展，我國的人工成本也不斷加大，再加上近年的疫情，許多企業面臨招工難的問題，現在的產能完全不能滿足企業的發展，針對這種現狀，我們設計研發了一種用于新能源汽車空調旋轉按鈕的自動化智能化組裝設備，來解決企業發展的困難[1-2]。

1 產品組成簡介

本文所研發的這款設備，主要想解決這款產品的組裝問題，這款產品主要由：A、B、C、D、E五款零件組成，其組裝工藝比較復雜。其中最難操作的主要組裝工位是：①將E的孔裝入B的柱上；②將C的凹槽卡入B的凸槽；③對組裝的每步工位進行OK品檢測。這三點人工操作有些復雜，如果長時間操作會導致出錯率增加，因為人會產生疲勞和情緒。

為了解決這些難點問題，筆者研發了一款解決此困難的設備，接下來將從以下幾個方面重點說明。

2 設備主要組成部

2.1 機械結構部分

機械機構部分是本設備的骨骼框架。機械機構部分在整個設備中主要包括：機架部分、機罩部分以及安裝大板上的運動機構和輔助的緊固結構。一個好的機械結構的布局設計對整臺設備來說是很重要的[3]。在本設計中，設計的主要運動機構是環形滑軌，環形滑軌上的治具通過控制單元，將其運行到相應的工位，之后再通過限位機構將其精準定位，最后方便其他機構或者機器人進行各自作業要求。

2.2 機器人部分

機器人部分在本設備中相當于人的手臂。機器人部分在整個設備中的主要作用：（1）機器人通過自己學習的機械點位將X處的零件搬運至Y處，單純地走點位搬運。在此處第一個作用的目的是：a.提高生產效率和保證產品質量；b.用機器人替代工人減少人工成本。（2）機器人與其他控制器的交互作業：a.機器人和PLC的相互溝通；PLC將指令通過TCP協議或者串口等通信方式將指令輸入給機器人，讓機器人去指定的位置工作。b.機器人和視覺的相互溝通：①機器人配合視覺完成九點標定功能；②機器人通過視覺輸入的指令進行指定位置的作業。最終配合完成本設計中的產品工藝流程。

2.3 視覺部分

機器人視覺部分在本設備中相當于人的眼睛，他有一套自己的軟件系統。機器人視覺部分在整個設備中的主要作用是檢測，而檢測的方向有兩點：

（1）僅僅檢測產品是好的還是壞的。通過特定崗位的工藝，視覺系統會開發相對應的一套相適應的算法，對于產品的好壞檢測。那么視覺控制器里會有一套好壞檢測算法在視覺控制器中，如果檢測的產品是壞的，那么視覺控制系統將發送一個事先與主控PLC（或者機器人）商定好的協議，告訴主控PLC（或者機器人）去相對應地好壞處理。

（2）檢測產品中零件與零件之間的定位問題。這個問題，視覺系統需要和機器人相互配合。具體實現步驟：

a.將視覺系統硬件部分裝在機器人本體上；

b.機器人的本體和控制器配合視覺的硬件和軟件系統進行九點標定或者12點標定等等；

c.機器人將視覺移動到被測零件上拍照；

d.視覺系統將抓取的照片進行一系列算法分析得出位置坐標；

e.視覺系統將需要補償的坐標量告訴機器人；

f.機器人根據視覺的補償坐標量和指令正確的計算調整后將零件裝入另一個零件中。

2.4 運動控制部分

運動控制部分在本設備中相當于人體的心臟。在本設備中的主要運動控制單元是PLC，運動控制部分在整個設備中的主要作用是控制所有執行單元或者執行件遵循產品的組裝工藝流程去完成產品的高效生產。

具體實現步驟如下：

a.PLC根據組裝工藝在相應點位控制氣缸和電機；

b.PLC作為主控去控制機器人取放點位；

c.PLC作為主控與視覺配合去控制機器人、電機和氣缸的運動。

3 設備解決問題的運動系統實現

3.1 設備主要組成部分相互之間聯系的工作原理

本文根據工藝精度要求，經過計算后決定采用國產機器人，所用的機器人是由機器人控制器和機器人本體組成，與外部通過TCP通訊保持聯系。視覺系統根據工藝精度要求，經過計算后決定采用國產視覺，所用視覺系統是由硬件部分：相機、鏡頭、光源、PC組成和軟件部分：以上位機軟件為主，本文采用基于Windows開發平臺上位機。與外部通過TCP通訊保持聯系[4-5]。主控部分根據工藝精度要求和成本，決定采用PLC，如果不考慮成本，而是根據各個工程師擅長應用的技術進行選擇，那么也可以選擇總線型方式或者采用一體化軟件控制等等其他控制方式，與外部通過TCP通訊保持聯系[6]。最后PLC將實時數據輸送到MES系統供給不同部門使用：工作人員通過設備運行中的數據和報警等實時信息高效率地完成生產；設備維修保養員通過后臺軟件的實時數據對設備進行保養；企業家通過MES系統的實時數據做出最準確的籌劃。

由于各個IO擴展模塊的成本或者串口模塊成本相比于TCP通訊成本較高，所以本文各主要組成部分相互之間的聯系采用的是TCP 通訊方式，包括后續的數據處理系統也是通過TCP通訊方式進行數據交換[7]。各主要組成部分相互之間的工作原理如下圖1所示。當然，IO模塊或者串口模塊也可以保證各個組成部分之間相互有效聯系。

3.2 實驗結果

通過調試，本設計設備成功提高了生產率。在調試過程中，本設計設備能夠自主較好地在設定的工藝流程上進行工作，判斷產品是否合格，檢測是否正確，運行是否繼續，數據是否上傳等等，可順利完整地完成工藝組裝任務，達到預期目標。本設計設備實物調試場景示意圖如圖2所示。

4 結語

本文的一種用于新能源汽車空調旋轉按鈕的自動化智能化組裝設備在考慮到成本和生產效率的前提下選擇了一種性價比較高的硬件以及軟件的組合設計，為處在人工成本高和新能源快速發展的風口的企業提供了更高的效率，使創業的企業家在這種競爭激烈的環境中感受到高科技設備給公司帶來的利益。下一步我們可以再以高自動化、高智能化程度為主，以設計成本為輔，可以兼容更多相關設備甚至全部的相關設備，并且可以輸出更多的其他設備都可以接收到的有用數據的設計理念下，去設計企業需要的設備。希望可以為我國的智能制造事業真正地奉獻出自己的一份力量。