一种用于新能源汽车空调旋转按钮的自动化智能化组装设备的设计与研究

杨氟，杨康民

（1.西安薪海精诚智能科技有限公司，陕西 西安 710000；2.陕西鑫盛强园林建设有限公司，陕西 西安 710000）

0 引言

随着世界的发展，能源问题成了人类的重要问题。在当代，中国的新能源汽车飞速发展，已经走在了世界的前列。因而实现自动化智能化组装设备或者产线对企业和国家的发展都有着很大的推动作用。目前虽然已经有很多自动化智能化设备应用到新能源汽车行业，给企业的发展提供了一定的帮助。但是宏观角度看，我国的新能源汽车行业自动化设备的水平还需要加快脚步，与时俱进。随着社会的发展，我国的人工成本也不断加大，再加上近年的疫情，许多企业面临招工难的问题，现在的产能完全不能满足企业的发展，针对这种现状，我们设计研发了一种用于新能源汽车空调旋转按钮的自动化智能化组装设备，来解决企业发展的困难[1-2]。

1 产品组成简介

本文所研发的这款设备，主要想解决这款产品的组装问题，这款产品主要由：A、B、C、D、E五款零件组成，其组装工艺比较复杂。其中最难操作的主要组装工位是：①将E的孔装入B的柱上；②将C的凹槽卡入B的凸槽；③对组装的每步工位进行OK品检测。这三点人工操作有些复杂，如果长时间操作会导致出错率增加，因为人会产生疲劳和情绪。

为了解决这些难点问题，笔者研发了一款解决此困难的设备，接下来将从以下几个方面重点说明。

2 设备主要组成部

2.1 机械结构部分

机械机构部分是本设备的骨骼框架。机械机构部分在整个设备中主要包括：机架部分、机罩部分以及安装大板上的运动机构和辅助的紧固结构。一个好的机械结构的布局设计对整台设备来说是很重要的[3]。在本设计中，设计的主要运动机构是环形滑轨，环形滑轨上的治具通过控制单元，将其运行到相应的工位，之后再通过限位机构将其精准定位，最后方便其他机构或者机器人进行各自作业要求。

2.2 机器人部分

机器人部分在本设备中相当于人的手臂。机器人部分在整个设备中的主要作用：（1）机器人通过自己学习的机械点位将X处的零件搬运至Y处，单纯地走点位搬运。在此处第一个作用的目的是：a.提高生产效率和保证产品质量；b.用机器人替代工人减少人工成本。（2）机器人与其他控制器的交互作业：a.机器人和PLC的相互沟通；PLC将指令通过TCP协议或者串口等通信方式将指令输入给机器人，让机器人去指定的位置工作。b.机器人和视觉的相互沟通：①机器人配合视觉完成九点标定功能；②机器人通过视觉输入的指令进行指定位置的作业。最终配合完成本设计中的产品工艺流程。

2.3 视觉部分

机器人视觉部分在本设备中相当于人的眼睛，他有一套自己的软件系统。机器人视觉部分在整个设备中的主要作用是检测，而检测的方向有两点：

（1）仅仅检测产品是好的还是坏的。通过特定岗位的工艺，视觉系统会开发相对应的一套相适应的算法，对于产品的好坏检测。那么视觉控制器里会有一套好坏检测算法在视觉控制器中，如果检测的产品是坏的，那么视觉控制系统将发送一个事先与主控PLC（或者机器人）商定好的协议，告诉主控PLC（或者机器人）去相对应地好坏处理。

（2）检测产品中零件与零件之间的定位问题。这个问题，视觉系统需要和机器人相互配合。具体实现步骤：

a.将视觉系统硬件部分装在机器人本体上；

b.机器人的本体和控制器配合视觉的硬件和软件系统进行九点标定或者12点标定等等；

c.机器人将视觉移动到被测零件上拍照；

d.视觉系统将抓取的照片进行一系列算法分析得出位置坐标；

e.视觉系统将需要补偿的坐标量告诉机器人；

f.机器人根据视觉的补偿坐标量和指令正确的计算调整后将零件装入另一个零件中。

2.4 运动控制部分

运动控制部分在本设备中相当于人体的心脏。在本设备中的主要运动控制单元是PLC，运动控制部分在整个设备中的主要作用是控制所有执行单元或者执行件遵循产品的组装工艺流程去完成产品的高效生产。

具体实现步骤如下：

a.PLC根据组装工艺在相应点位控制气缸和电机；

b.PLC作为主控去控制机器人取放点位；

c.PLC作为主控与视觉配合去控制机器人、电机和气缸的运动。

3 设备解决问题的运动系统实现

3.1 设备主要组成部分相互之间联系的工作原理

本文根据工艺精度要求，经过计算后决定采用国产机器人，所用的机器人是由机器人控制器和机器人本体组成，与外部通过TCP通讯保持联系。视觉系统根据工艺精度要求，经过计算后决定采用国产视觉，所用视觉系统是由硬件部分：相机、镜头、光源、PC组成和软件部分：以上位机软件为主，本文采用基于Windows开发平台上位机。与外部通过TCP通讯保持联系[4-5]。主控部分根据工艺精度要求和成本，决定采用PLC，如果不考虑成本，而是根据各个工程师擅长应用的技术进行选择，那么也可以选择总线型方式或者采用一体化软件控制等等其他控制方式，与外部通过TCP通讯保持联系[6]。最后PLC将实时数据输送到MES系统供给不同部门使用：工作人员通过设备运行中的数据和报警等实时信息高效率地完成生产；设备维修保养员通过后台软件的实时数据对设备进行保养；企业家通过MES系统的实时数据做出最准确的筹划。

由于各个IO扩展模块的成本或者串口模块成本相比于TCP通讯成本较高，所以本文各主要组成部分相互之间的联系采用的是TCP 通讯方式，包括后续的数据处理系统也是通过TCP通讯方式进行数据交换[7]。各主要组成部分相互之间的工作原理如下图1所示。当然，IO模块或者串口模块也可以保证各个组成部分之间相互有效联系。

3.2 实验结果

通过调试，本设计设备成功提高了生产率。在调试过程中，本设计设备能够自主较好地在设定的工艺流程上进行工作，判断产品是否合格，检测是否正确，运行是否继续，数据是否上传等等，可顺利完整地完成工艺组装任务，达到预期目标。本设计设备实物调试场景示意图如图2所示。

4 结语

本文的一种用于新能源汽车空调旋转按钮的自动化智能化组装设备在考虑到成本和生产效率的前提下选择了一种性价比较高的硬件以及软件的组合设计，为处在人工成本高和新能源快速发展的风口的企业提供了更高的效率，使创业的企业家在这种竞争激烈的环境中感受到高科技设备给公司带来的利益。下一步我们可以再以高自动化、高智能化程度为主，以设计成本为辅，可以兼容更多相关设备甚至全部的相关设备，并且可以输出更多的其他设备都可以接收到的有用数据的设计理念下，去设计企业需要的设备。希望可以为我国的智能制造事业真正地奉献出自己的一份力量。