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基于机器人的前排座椅自动投入工作站设计

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  摘 要:在现代化的生产车间建设中,随着工业4.0进程的快速推进,全自动设备的推行导入,可有效地降低人力成本,同时提高装配品质,在车间智能化数字化建设中占有重要的一环。本文主要简述座椅自动投入工作站的规划导入思路,探讨工作站的系统组成以及工艺流程,最后说明本例自动化工作站的导入对原有工艺的约束,对总装车间的前排座椅自动投入工作站设计导入有一定的借鉴和参考作用。
  关键词:人力成本;装配品质;前排座椅;自動投入
  0 前言
   在汽车的批量装配生产过程中,工业机器人是未来柔性自动化装配的重要工具。传统前排座椅的投入工艺,多是作业人员人手搬入或通过助力机械手夹持座椅进行投入,劳动负荷较大且对员工习熟度要求较高。在日益提升的人力成本的趋势下,前排座椅自动投入工作站的导入有着重要意义。
  1 座椅自动投入工作站概况
   工作站基于两台工业机器人,机器人对座椅进行拍照识别后自动夹持,对车身进行视觉检测后机器人自动投入座椅。依靠4个固定式摄像头对车身位置进行自动检测车身位置,安装精度可达±5mm。
   通过导入该工作站,车间单班次生产可至少优化减少2名作业员工,达到少人化的目的。
  2 机器人装配工作站的系统组成
   座椅机器人采用旁置式结构,控制柜等布置在流水线的侧边,整套工作站以四部分系统组成:
   (1)机器人系统。机器人规格:要求有效臂展半径大于3000mm,负载大于120kg,重复定位精度高于±0.06mm,并保证功能,机器人6自由度,交流伺服电机系统驱动,实现安装精度±5mm。
   夹具采用不锈钢与铝合金材质制作,通过夹爪插入座椅坐垫与靠背之间的缝隙以及两侧的抱紧夹爪固定座椅,并具有靠位板保证与座椅的接触不会损伤座椅。夹紧放松均有缓冲限位,可调整及缓冲减震,设有接近开关,检测是否夹紧到位,防止误操作。抓手各气缸配备减压阀,无级调压,使夹持力适中,防止夹伤座椅。夹具上有取料检测传感器以及视觉相机,检测座椅来料姿态及位置是否正确,以及保证取料的准确性。
   (2)视觉系统。视觉系统适应工厂的光线和现场的照明,不需要工厂配置特殊的照明,检测定位精度达±0.2mm,整套视觉识别分为以下3部分:1)视觉A:车身三维视觉系统,利用固定在车身周围的4个相机对车身进行视觉定位;2)视觉B:视觉识别系统,利用固定于车身两侧的2个相机对座椅安装处检测是否有杂物影响座椅安装;3)视觉C:座椅识别系统,利用固定于机器人夹手上的2个相机来引导机器人自动抓取座椅。
   (3)电气控制系统。系统采取的是1套PLC系统控制柜、1套视觉系统控制柜、2套机器人控制柜,进行整个座椅自动安装系统的自动控制、检测、显示、保护、报警等功能,且能对系统故障自诊断。
   (4)安全装置及周边附属设备。座椅自动投入工作站范围内由安全围栏及相关设备形成一个封闭区域,在围栏的出口处设置安全光栅,当操作者误穿过光栅发出的光线时,系统会自动停止工作和报警。同时设置安全门用于设备人员对机器人系统进行维护保养时的进出口,安全门通过安全锁与系统联锁,当安全门被非正常打开时,系统停止运行并报警。
  3 工艺流程说明
   (1)座椅通过座椅输送线辊道到达升降机;(2)机器人携带相机对座椅进行视觉拍照检测;(3)机器人根据检测数据调整运行轨迹;(4)机器人携带传感器检测座椅靠背的打开角度。传感器检测OK→机器人进行下一步骤,传感器检测NG→机器人报警声光提醒由人为纠正座椅;(5)机器人插入座椅靠背和坐垫的缝隙并将挡板打下;(6)输送线快速到达停止位,视觉系统对车体进行定位检测以及对车型进行检测;(7)机器人根据检测调整的轨迹将座椅从门洞投入相应位置。视觉系统检测OK→机器人返回原位等待,视觉系统检测NG→机器人将座椅放置NG台上并报警声光提醒;(8)机器人回到原位等待
  4 约束项目说明
   (1)座椅/托盘来料约束。所有种类座椅来料姿态需求:1)上部滑轨前移和底部滑轨前端面平齐;2)角度来料时90°,头枕是缩回的状态;3)所有座椅状态高度调整到最低。托盘来料要求:1)座椅在托盘上来料XY误差±5mm;2)座椅在托盘XY向有尼龙限位,使座椅限制在±5mm误差范围内;3)座椅在托盘内需有防倾倒功能,防止机器人插取座椅时将座椅插倒;4)机器人抓取座椅后,Z向提升约100mm可平移取出座椅。
   (2)工艺约束。座椅投入工位布置在外装线。此时已完成IP总成、CNSL、门密封条、方向盘等零件的安装。1)座椅与门框以及IP总成间隙约束(±30mm);2)座椅发泡件误差±10mm;3)门框焊接误差±3-5mm;4)座椅车身视觉定位误差±5mm;5)安全余量±10mm。合计误差10+5+5+10=±30mm。
  5 结语
   综上所述,随着工业机器人的广泛应用于生产,其优异的性能也日益凸显。通过将机器人执行系统与视觉识别系统相结合,可大大提高装配精度且有效防错。本文结合汽车装配工艺实际,设计适用于汽车量产的前排座椅自动投入工作站,可以有效节省车间运营成本,提升产品装配质量。
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