陳金鶴

瑞安市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測院，浙江 瑞安 325204

1 概述

2001年中國加入了WTO，中國的汽車工業(yè)發(fā)展顯著加速，汽車產(chǎn)量在2003和2004年相繼突破了300萬、400萬輛，并于2005年產(chǎn)量達到了507.4萬輛，其中轎車234.1萬輛。目前汽車工業(yè)已經(jīng)成為中國的支柱產(chǎn)業(yè)，2009年我國汽車工業(yè)取得了全球矚目的成績，首次超過美國，成為全球產(chǎn)銷量第一的國家。2010年中國共生產(chǎn)了1826.47萬輛汽車，中國成為世界第一大汽車生產(chǎn)國。汽車工業(yè)的飛速發(fā)展為汽車零部件的發(fā)展帶來了空前的機遇，而浙江作為重要的汽車零部件輸出大省其產(chǎn)業(yè)也取得了顯著的成績。

作為汽車重要零部件的汽車開關(guān)包括：儀表燈開關(guān)、點火開關(guān)、翹板開關(guān)、組合開關(guān)、電源開關(guān)、車燈開關(guān)、轉(zhuǎn)向鎖開關(guān)等。目前已經(jīng)有一些開關(guān)測試設備，但是它們只針對其中一種或有限的幾種開關(guān)進行檢測。因此對于汽車各種開關(guān)耐久性試驗方法的研究具有非常重要的意義。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本研究項目在于提供一種檢測汽車各種開關(guān)耐久性的機器人裝置，是由人機界面進行工業(yè)機器人初始化以及程序的編寫和輸出，下載到機器人控制器，通過機器人控制組合開關(guān)動作，工業(yè)機器人的操作代替人工勞作，經(jīng)過電參數(shù)儀表采集組合開關(guān)各點的電阻參數(shù)，通過RS-485通信實時的在檢測柜上顯示，從而實現(xiàn)汽車組合開關(guān)耐久性試驗的自動化操作和控制。

2 項目研究方案

2.1 確立方案研究的依據(jù)

本科研項目的研究內(nèi)容就是研制試驗裝置控制軟件、特制的SCARA機器人、各種手爪結(jié)構(gòu)、操作臺以及檢測柜等汽車開關(guān)相關(guān)的性能實驗設備。

依據(jù)汽車開關(guān)類行業(yè)標準QC/T 20-1992《汽車用氣壓式制動燈開關(guān)技術(shù)條件》、QC/T 198-1995《汽車用開關(guān)通用技術(shù)條件》、QC/T 218-1996《汽車用轉(zhuǎn)向管柱上組合開關(guān)技術(shù)條件》、QC/T 427-1999《汽車用電源總開關(guān)技術(shù)條件》、QC/T 504-1999《汽車用點火開關(guān)技術(shù)條件》、QC/T 505-1992《汽車用車燈開關(guān)技術(shù)條件》、QC/T 506-1999《汽車用儀表燈開關(guān)技術(shù)條件》、QC/T 628-1999《汽車用帶點火開關(guān)的轉(zhuǎn)向鎖》、QC/T 632-2000《汽車用翹板式開關(guān)技術(shù)條件》、JIS D 0208-1993《汽車開關(guān)試驗方法一般通則》、JIS D 5808-1994《汽車機械式停止燈開關(guān)》、JIS D 5810-1994《汽車倒車燈開關(guān)》、JIS D 5811-1994《汽車危險報警燈開關(guān)的性能檢查》、JIS D 5813-1994《汽車車門開關(guān)》。

2.2 研究內(nèi)容的確定

1）該智能機械手臂擁有三組獨立的司服電機控制系統(tǒng)，能夠完成往復動作測試、上下點動測試、開關(guān)旋轉(zhuǎn)動作測試等；

2）全自動無人值守，故障報警，自動記錄測試數(shù)據(jù)并進行分析等功能；

3）以被試驗產(chǎn)品為本的柔性裝夾，可通過更換夾具獲得良好的通用性，以適用于絕大多數(shù)汽車開關(guān)疲勞性試驗的需要。（做到一臺檢測設備滿足十種以上開關(guān)檢測的需要）；

4）該系統(tǒng)可以保存20組標準動作模式，動作自由編輯可達120組，完全滿足不同客戶的需求；

5）良好擴展性：智能手臂預留信號輸出點，可以選配各種夾具。

3 確立研究方案

對于單個開關(guān)的耐久性檢測可以在末端執(zhí)行器上安裝相應的手爪結(jié)構(gòu)，在機界面上設置單一的動作類型，如上下、旋轉(zhuǎn)、擺動等，就能達到標準規(guī)定的實驗要求，該實驗很容易實現(xiàn)。

但是對于由轉(zhuǎn)向燈、儀表轉(zhuǎn)向指示燈、危險報警燈開關(guān)、燈光、水器開關(guān)總成的組合開關(guān)耐久性能檢測要求更高，因為它不但需要實現(xiàn)各個動作類型的組合，還要有一定的合理性、可靠性、準確性。

本項目的關(guān)鍵技術(shù)是試驗裝置必須完全符合標準規(guī)定的要求。設備應能根據(jù)每個開關(guān)的具體情況，設定相應的動作類型和參數(shù)進行檢測，對于檢測結(jié)果系統(tǒng)可以自動分析判斷并保存，顯示總的檢測次數(shù)、已經(jīng)執(zhí)行的檢測次數(shù)，當實驗次數(shù)達到目標要求的實驗次數(shù)時，設備自動停止，對應的指示燈亮，保護設備并提醒操作人員。

根據(jù)實際需求和標準要求，繪制出實驗裝置整體布局圖，繪制出各種手爪執(zhí)行器結(jié)構(gòu)圖。見附圖所示：

圖1 裝置總體結(jié)構(gòu)圖

1）圖1為實驗裝置的整體布局圖。圖中：1.控制柜，2.PC機主機，3.鼠標和鍵盤，4.PC機顯示器， 5.末端執(zhí)行器， 6.壓力傳感器，7.接近傳感器，8.自轉(zhuǎn)電機（HC-KFE43），9.絲杠電機，10.小臂電機，11.大臂電機，12.螺栓，13.電阻測量儀，14.檢測柜，15.總控系統(tǒng)，16.LED顯示板，17.工作信號燈，18.報警信號燈，19.停止信號燈，20.開始按鈕，21.暫停按鈕，22.恢復按鈕，23.急停按鈕，24.機器人， 25.操作臺，26.大臂伺服放大器（MR-E-40A），27.小臂伺服放大器，28.絲杠伺服放大器，29.自轉(zhuǎn)伺服放大器，30.PLC控制器（FX1s-30MT）2個，31.通信模塊（FX485-BD）2個。

2）圖2為工業(yè)機器人操作界面。圖中，主要包括狀態(tài)顯示、手動示教、參數(shù)查詢、動作編程、程序?qū)懭氲取Ｊ謩邮窘虒崿F(xiàn)工業(yè)機器人位置的初始化和位置的鎖定。動作編程的內(nèi)容有：動作類型選擇（電機及其旋轉(zhuǎn)方向）、動作行程、動作速度、動作延時時間、動作邏輯、有無循環(huán)及循環(huán)次數(shù)等，點擊“程序?qū)懭搿卑粹o即可將用戶總?cè)蝿障聜髦量刂葡到y(tǒng)。下位機還可以將機器人的各種狀態(tài)通過人機界面提示給用戶，如上電后控制系統(tǒng)對工業(yè)機器人各個關(guān)節(jié)的狀態(tài)及系統(tǒng)的狀態(tài)等。下位機通過人機界面接受用戶對工業(yè)機器人各個運動關(guān)節(jié)的位置矯正，以及用戶對運動過程中各個模塊的參數(shù)查詢。另外在設備出現(xiàn)故障時系統(tǒng)會自動報警，保護設備安全。

圖2 人機界面

3）圖3三為末端執(zhí)行器對應的上下運動的手爪結(jié)構(gòu)。（用于開關(guān)類型）

圖3 上下手爪結(jié)構(gòu)

4）圖四為末端執(zhí)行器對應的擺動運動的手爪結(jié)構(gòu)。

圖4 擺動手爪結(jié)構(gòu)

5）圖五為末端執(zhí)行器對應的旋轉(zhuǎn)運動的手爪結(jié)構(gòu)。

圖5 旋轉(zhuǎn)手爪結(jié)構(gòu)

3、4、5三種末端執(zhí)行器的手抓結(jié)構(gòu)，使得該設備適用于絕大多數(shù)汽車開關(guān)耐久性試驗的需要，只需要簡單更換手抓結(jié)構(gòu)，設備具有很好的通用性和可移植性。

4 項目的驗證

最后經(jīng)過有關(guān)部門驗證該項目達到如下性能要求：

1）研制的樣機使用功能滿足“按、拉、推、撥、拿、旋轉(zhuǎn)”等功能的各類汽車開關(guān)耐久性能試驗的要求, 符合QC/T198《汽車用開關(guān)通用技術(shù)條件》等20多項標準規(guī)定的性能試驗原理、方法及技術(shù)要求；

2）研制的樣機經(jīng)計量測試檢定所測試，其技術(shù)指標達到設計的要求；

3）使用該設備用于汽車開關(guān)產(chǎn)品檢測，并通過了QC/T198《汽車用開關(guān)通用技術(shù)條件》等9項標準的省級計量認證和國家實驗室認可；

4）研制的樣機結(jié)構(gòu)緊湊、裝夾柔性，采用的伺服系統(tǒng)可靠，具有便捷的可編控制程序、操作界面可顯示各種試驗參數(shù)、故障報警停機保護等功能。 屬國內(nèi)領(lǐng)先水平。

[1]金永，陳金鶴.基于構(gòu)件的工業(yè)機器人測控軟件系統(tǒng)的研究[J].機械工程師，2010，3：74-76.