基于機器人的前排座椅自動投入工作站設計
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摘 要：在現代化的生產車間建設中，隨著工業4.0進程的快速推進，全自動設備的推行導入，可有效地降低人力成本，同時提高裝配品質，在車間智能化數字化建設中占有重要的一環。本文主要簡述座椅自動投入工作站的規劃導入思路，探討工作站的系統組成以及工藝流程，最后說明本例自動化工作站的導入對原有工藝的約束，對總裝車間的前排座椅自動投入工作站設計導入有一定的借鑒和參考作用。
關鍵詞：人力成本;裝配品質;前排座椅;自動投入
0 前言
在汽車的批量裝配生產過程中，工業機器人是未來柔性自動化裝配的重要工具。傳統前排座椅的投入工藝，多是作業人員人手搬入或通過助力機械手夾持座椅進行投入，勞動負荷較大且對員工習熟度要求較高。在日益提升的人力成本的趨勢下，前排座椅自動投入工作站的導入有著重要意義。
1 座椅自動投入工作站概況
工作站基于兩臺工業機器人，機器人對座椅進行拍照識別后自動夾持，對車身進行視覺檢測后機器人自動投入座椅。依靠4個固定式攝像頭對車身位置進行自動檢測車身位置，安裝精度可達±5mm。
通過導入該工作站，車間單班次生產可至少優化減少2名作業員工，達到少人化的目的。
2 機器人裝配工作站的系統組成
座椅機器人采用旁置式結構，控制柜等布置在流水線的側邊，整套工作站以四部分系統組成：
（1）機器人系統。機器人規格：要求有效臂展半徑大于3000mm，負載大于120kg，重復定位精度高于±0.06mm，并保證功能，機器人6自由度，交流伺服電機系統驅動，實現安裝精度±5mm。
夾具采用不銹鋼與鋁合金材質制作，通過夾爪插入座椅坐墊與靠背之間的縫隙以及兩側的抱緊夾爪固定座椅，并具有靠位板保證與座椅的接觸不會損傷座椅。夾緊放松均有緩沖限位，可調整及緩沖減震，設有接近開關，檢測是否夾緊到位，防止誤操作。抓手各氣缸配備減壓閥，無級調壓，使夾持力適中，防止夾傷座椅。夾具上有取料檢測傳感器以及視覺相機，檢測座椅來料姿態及位置是否正確，以及保證取料的準確性。
（2）視覺系統。視覺系統適應工廠的光線和現場的照明，不需要工廠配置特殊的照明，檢測定位精度達±0.2mm，整套視覺識別分為以下3部分：1）視覺A：車身三維視覺系統，利用固定在車身周圍的4個相機對車身進行視覺定位;2）視覺B：視覺識別系統，利用固定于車身兩側的2個相機對座椅安裝處檢測是否有雜物影響座椅安裝;3）視覺C：座椅識別系統，利用固定于機器人夾手上的2個相機來引導機器人自動抓取座椅。
（3）電氣控制系統。系統采取的是1套PLC系統控制柜、1套視覺系統控制柜、2套機器人控制柜，進行整個座椅自動安裝系統的自動控制、檢測、顯示、保護、報警等功能，且能對系統故障自診斷。
（4）安全裝置及周邊附屬設備。座椅自動投入工作站范圍內由安全圍欄及相關設備形成一個封閉區域，在圍欄的出口處設置安全光柵，當操作者誤穿過光柵發出的光線時，系統會自動停止工作和報警。同時設置安全門用于設備人員對機器人系統進行維護保養時的進出口，安全門通過安全鎖與系統聯鎖，當安全門被非正常打開時，系統停止運行并報警。
3 工藝流程說明
（1）座椅通過座椅輸送線輥道到達升降機;（2）機器人攜帶相機對座椅進行視覺拍照檢測;（3）機器人根據檢測數據調整運行軌跡;（4）機器人攜帶傳感器檢測座椅靠背的打開角度。傳感器檢測OK→機器人進行下一步驟，傳感器檢測NG→機器人報警聲光提醒由人為糾正座椅;（5）機器人插入座椅靠背和坐墊的縫隙并將擋板打下;（6）輸送線快速到達停止位，視覺系統對車體進行定位檢測以及對車型進行檢測;（7）機器人根據檢測調整的軌跡將座椅從門洞投入相應位置。視覺系統檢測OK→機器人返回原位等待，視覺系統檢測NG→機器人將座椅放置NG臺上并報警聲光提醒;（8）機器人回到原位等待
4 約束項目說明
（1）座椅/托盤來料約束。所有種類座椅來料姿態需求：1）上部滑軌前移和底部滑軌前端面平齊;2）角度來料時90°，頭枕是縮回的狀態;3）所有座椅狀態高度調整到最低。托盤來料要求：1）座椅在托盤上來料XY誤差±5mm;2）座椅在托盤XY向有尼龍限位，使座椅限制在±5mm誤差范圍內;3）座椅在托盤內需有防傾倒功能，防止機器人插取座椅時將座椅插倒;4）機器人抓取座椅后，Z向提升約100mm可平移取出座椅。
（2）工藝約束。座椅投入工位布置在外裝線。此時已完成IP總成、CNSL、門密封條、方向盤等零件的安裝。1）座椅與門框以及IP總成間隙約束（±30mm）;2）座椅發泡件誤差±10mm;3）門框焊接誤差±3-5mm;4）座椅車身視覺定位誤差±5mm;5）安全余量±10mm。合計誤差10+5+5+10=±30mm。
5 結語
綜上所述，隨著工業機器人的廣泛應用于生產，其優異的性能也日益凸顯。通過將機器人執行系統與視覺識別系統相結合，可大大提高裝配精度且有效防錯。本文結合汽車裝配工藝實際，設計適用于汽車量產的前排座椅自動投入工作站，可以有效節省車間運營成本，提升產品裝配質量。
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