玻璃架转台设计原理及应用

高昌颀,汪宏飞,杨晓伟

(中建材凯盛机器人(上海)有限公司,上海 201600)

随着科技的进步和玻璃工业的高速发展，各玻璃加工设备越来越能快速、高效的生产出高质量的玻璃产品，对设备进料速度要求越来越严格。许多深加工玻璃生产线不得不在主线，深加工钢化炉前，设计多条支线，以实现生产效率的最大化。多条支线意味着更大的空间布局，特别是搬运玻璃机器人加工段的横向不能过宽，避免增加不必要的连接辊道、浪费过多的场地面积。这就要求我们必须舍弃从前把玻璃架子一左一右放置在机器人两侧的布局结构，尽可能的使每个机器人系统单元占用最小的工作面积。因此设计一个能够尽可能不影响生产效率、结构合理、操作方便、安全可靠的玻璃放置转台，具有巨大的意义和广阔的应用空间。

1 总体设计

1.1 总体结构

玻璃架转台机械部分主要由转台基座、旋转轴、旋转平台、定位装置、安全围栏、驱动装置和控制系统组成。圆形基座圆心上安装旋转轴，旋转轴上方搭建方形旋转平台，旋转平台中间由安全围栏一分为二。驱动装置部分为链条驱动，由链条引出值驱动动力源，即步进电机链轮处。此电机为外置布局，可根据设计布局要求更改外置方向。而控制系统则由接近开关和电机驱动器通过控制器控制。总体结构如图1所示。

1.2 工作原理

生产过程中，可将两架玻璃分别放置在玻璃架转台前后两个位置，由安全围栏隔开。此时机器人抓取其中一架玻璃直至抓取完成，经人工确认另一架玻璃准备好后，通过按钮启动玻璃架转台，此时卡簧销钉缩回，检测到控制气缸收回到位后，控制系统通过检测装置判定电机旋转方向，随后启动电机，玻璃架转台的旋转平台开始旋转，当检测装置检测到旋转平台旋转了180°后，停止电机，通过气缸弹出卡簧销钉，固定旋转平台，检测到销钉深处到位后，控制系统发送命令，使机器人能够快速再次进入工作状态。

2 主要机构设计

2.1 转台基座

转台基座主要用于固定转台位置、检测装置和限位装置的安装固定，见图2。

由于此装置荷载较重，配合机器人抓取玻璃精度要求高，需要保持在系统布局中的某一固定位置和固定角度，所以转台基座必须要采用一种可靠的固定方法。这里采用分别在四个九十度分割线上开孔，使用膨胀螺栓直接钉入地面的方式，形成了一个牢固的工作平台，成为此装置能稳定运行的基础。

此外，转台基座还需要配合旋转平台和控制系统完成旋转定位。通过在一定位置安装检测装置的固定支架，实现控制系统启动和停止控制；安装旋转位置限位块、销钉气缸定位装置，配合旋转平台避免旋转平台冲过合适位置、运行过程中旋转平台旋转溜滑造成机构紊乱，造成危险。

2.2 转台旋转轴

转台旋转轴主要用于使旋转平台旋转以切换玻璃加工工位，结构见图3。

此装置为整个机构中，连接转台基座、旋转平台和驱动装置的核心部件，设计精巧，承重力强，对加工精度和加工原材料都有很高的要求。此装置固定于基座上，承接上方的旋转平台，其本体形似链轮。在工作过程中，和驱动装置由链条链接，传动至旋转轴带动旋转平台转动。注意：由于此装置是整个装置核心连接零部件，所以要避免使用过程中出现磨损严重、卡顿等现象的发生。要求加工精度高，材质合适且有润滑机构。

2.3 转台旋转平台

转台旋转平台主要用于承载和定位玻璃架、配合转台基座完成定位和固定功能，见图4。

此装置承载玻璃架且需要频繁转动。配合控制系统，需要在合适的位置安装检测装置支架、转台旋转挡块和固定机构。在工作过程中，通过平台上的检测支架确定旋转平台是否到位，通过间隔安装两个定位轮，便于销钉顶入固定旋转平台。

另外，增加了横档和防护围栏安装机构，避免了玻璃架子的位置偏差过大，且避免了架子相互干涉。一个平整度好，旋转过程稳定无晃动的旋转平台，会大大提高产线的生产效率。

初中数学是培养学生逻辑思维的重要学科。在这个过程中，我们不仅要传授数学基础知识，同样还需培养学生的核心素养。因此教师需要在进行数学知识教学的过程中，逐步培养学生的逻辑能力，推理能力，空间想象等能力，同时强化学生利用数学知识解决问题的能力，综合提升学生核心素养。而令学生具有利用数学知识解决问题的能力，首要之急便是将数学与实践联系起来。因此教师在教学过程中需要通过各种各样的实践活动，令学生在实践之中习得新知识，感受知识与实际生活的联系。同时在实验之中，学生自己动手进行探索解决问题更可以提升其核心素养。

2.4 定位装置

定位销主要用于限制转台旋转平台的转动，结构见图5。

此机构主要由定位销、气缸、定位轮轮和控制检测装置组成。其中气缸配合销钉、控制检测装置安装固定于转台基座上，两个定位轮分开固定于转台旋转平台上。工作过程中，当转台需要旋转时，气缸带动销钉收回，转台旋转平面得以旋转；当转台旋转到位停下时，气缸伸出，使销钉插入固定轮之间的缝隙，有效防止了机器人运行过程中旋转平台滑移造成机器人相关设备损坏。

注意：在旋转平台旋转过程中，一定要在合适的位置安装旋转限位挡块，避免转台旋转平面在电机停止驱动时，在惯性的作用下旋转超出销钉工作范围，使得销钉弹出失败，甚至弹出位置偏差过大，造成系统错误，对人员或机构部件造成不必要的损伤。布局成熟的卡簧销钉、限位挡块配合控制系统，使工作过程更加流畅，有效避免了生产过程中可能发生的各种风险。

2.5 转台围栏

图1中转台围栏为此机构重要的安全防护装置，能最大限度避免不必要的人身财产损失。

安全生产是企业管理的重点，是企业发展的根本保证，是一个日积月累、持续不断的过程。而设备的防护装置是企业安全生产的物质基础。这就要求设备设计人员尽可能模拟现场生产环境、人员操作习惯和生产过程中可能出现的各种状况，周全地考虑到此设备存在的安全风险，以避免安全事故发生。

此设备考虑到机器人抓取过程中，可能会出现的其中一架玻璃架子倾倒导致另一架玻璃掉落风险，采用了在两架玻璃中间加装安全围栏的方法，杜绝了此风险的发生。另外，由于操作工人可能需要到等待旋转的玻璃架子周围走动，设计加宽了围栏避免工作过程中的玻璃架子上玻璃破损掉落、玻璃飞溅造成安全事故。

2.6 转台驱动装置

转台驱动装置由一个变频器驱动的步进电机构成。此装置采用外置设计。其底座连接固定于主体基座上，以保证传动过程中不会出现过大的误差；其上安装电机和齿轮轮盘，作为旋转平台旋转的动力驱动和传动件，配合转台主体部件旋转轴上的轮盘，实现旋转平台旋转功能；外装罩壳和护板，避免人员经过时发生意外。此驱动装置可根据产线设备布局灵活改变方向，能较大限度的利用厂房空间，并对电气布线和后期维护提供便利。

2.7 转台控制系统

转台控制系统是整个系统信号采集、数据处理和命令输出的核心。一个严谨可靠的控制系统会使系统各个部件完美的相互配合，快速高效的完成生产作业。状态控制系统大体分为软件和硬件两部分。

1)软件部分分为信号采集、信号处理、信号输出三部分：(1)信号采集： 首先，该装置应用独立性接近传感器(接近开关又称无触点接近开关，是理想的电子开关量传感器。当金属检测体接近开关的感应区域，开关就能无接触、无压力、无火花、迅速发出电气指令，准确反应出运动机构的位置和行程。)，配合安装在旋转平台合适位置的感应板，在感应板接近感应开关时触发，输入到控制系统一个信号；其次，应用磁性开关，又称磁控管，是一种通过磁场信号来控制的线路开关器件，两个分别独立安装在气缸伸出和收回的合适位置，作为销钉气缸伸出/收回的一种有效可靠的检测装置。(2)信号处理： 采用德国西门子可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,简称PLC)作为信号处理中枢。通过编写控制程序对采集的信号分析处理，判断机构当前状态，并根据工艺逻辑要求对系统各电气元器件做出动作指示。(3)信号输出： 信号输出由PLC输出至控制继电器，由控制继电器控制系统执行机构硬件做出相应动作。

2)硬件部分分为气缸电磁阀、变频器、控制按钮、指示灯和人机界面五部分：(1)电磁阀：作为驱动销钉气缸的元器件使用，由控制系统输出命令弹出/收回销钉。(2)变频器：作为驱动步进电机转动的动力元件，由控制系统输出命令、柜内供电，控制电机正转/反转。

3)控制按钮、指示灯和人机界面： 主要用于人工给定工作状态、单独控制各个部件等功能。工作过程中：首先，通过控制按钮设定转台两个工位准备好。准备好后按下按钮，激活转台工位，待正在运行的工位上工件抓取结束，通过指示灯提醒工作人员确认可以旋转后，在人机界面上发出旋转指令。

此时，控制器收集转台本体上安装的接近传感器、磁性开关信号和与机器人的交互信号，确认旋转平台当前位置正常、销钉状态正常，且机器人处于原点位置。

然后，控制器输出信号使销钉电磁阀切换状态，驱动气缸伸缩杆上的销钉收回。当气缸上面的磁性开关检测到气缸伸缩杆收回到位后，立即命令变频器工作，驱动电机旋转，带动旋转平台按照指定的方向正(反)转。

紧接着，当跟随旋转平台旋转的检测板行进到接近传感器检测面，控制器接收到传感器信号后，立马停止变频器工作。旋转平台随惯性平稳停止的同时，再次切换电磁阀工作状态，使销钉顶进定位轮之间，再次形成整体稳固状态。

最后，检测各部件工作状态正常，输出准备完成信号至控制器，等待机器人启动开始工作。至此完成该机构整个工作周期。

3 结 论

受世界能源紧缺和环境污染双重压力的影响，太阳能光伏产业越来越受到重视。快速、高效的生产高质量产品，尽可能节约成本、节能减排，实现效益最大化，是行业中每家供应商都需要着重考虑的事情。此设备以实现本世纪中叶碳达峰、2060年碳中和的宏伟目标为指引，能有效避免随设备升级产能加速使得的整条产线过于庞大，造成资源过度浪费问题。