陳金鶴

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

1 概述

2001年中國(guó)加入了WTO，中國(guó)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(wàn)、400萬(wàn)輛，并于2005年產(chǎn)量達(dá)到了507.4萬(wàn)輛，其中轎車234.1萬(wàn)輛。目前汽車工業(yè)已經(jīng)成為中國(guó)的支柱產(chǎn)業(yè)，2009年我國(guó)汽車工業(yè)取得了全球矚目的成績(jī)，首次超過美國(guó)，成為全球產(chǎn)銷量第一的國(guó)家。2010年中國(guó)共生產(chǎn)了1826.47萬(wàn)輛汽車，中國(guó)成為世界第一大汽車生產(chǎn)國(guó)。汽車工業(yè)的飛速發(fā)展為汽車零部件的發(fā)展帶來(lái)了空前的機(jī)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(jī)。

作為汽車重要零部件的汽車開關(guān)包括：儀表燈開關(guān)、點(diǎn)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(cè)試設(shè)備，但是它們只針對(duì)其中一種或有限的幾種開關(guān)進(jìn)行檢測(cè)。因此對(duì)于汽車各種開關(guān)耐久性試驗(yàn)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(xiàng)目在于提供一種檢測(cè)汽車各種開關(guān)耐久性的機(jī)器人裝置，是由人機(jī)界面進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人初始化以及程序的編寫和輸出，下載到機(jī)器人控制器，通過機(jī)器人控制組合開關(guān)動(dòng)作，工業(yè)機(jī)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(diǎn)的電阻參數(shù)，通過RS-485通信實(shí)時(shí)的在檢測(cè)柜上顯示，從而實(shí)現(xiàn)汽車組合開關(guān)耐久性試驗(yàn)的自動(dòng)化操作和控制。

2 項(xiàng)目研究方案

2.1 確立方案研究的依據(jù)

本科研項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容就是研制試驗(yàn)裝置控制軟件、特制的SCARA機(jī)器人、各種手爪結(jié)構(gòu)、操作臺(tái)以及檢測(cè)柜等汽車開關(guān)相關(guān)的性能實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

依據(jù)汽車開關(guān)類行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QC/T 20-1992《汽車用氣壓式制動(dòng)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(diǎn)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(diǎn)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(yàn)方法一般通則》、JIS D 5808-1994《汽車機(jī)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(xiǎn)報(bào)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?jī)?nèi)容的確定

1）該智能機(jī)械手臂擁有三組獨(dú)立的司服電機(jī)控制系統(tǒng)，能夠完成往復(fù)動(dòng)作測(cè)試、上下點(diǎn)動(dòng)測(cè)試、開關(guān)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作測(cè)試等；

2）全自動(dòng)無(wú)人值守，故障報(bào)警，自動(dòng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析等功能；

3）以被試驗(yàn)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(yàn)的需要。（做到一臺(tái)檢測(cè)設(shè)備滿足十種以上開關(guān)檢測(cè)的需要）；

4）該系統(tǒng)可以保存20組標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)作模式，動(dòng)作自由編輯可達(dá)120組，完全滿足不同客戶的需求；

5）良好擴(kuò)展性：智能手臂預(yù)留信號(hào)輸出點(diǎn)，可以選配各種夾具。

3 確立研究方案

對(duì)于單個(gè)開關(guān)的耐久性檢測(cè)可以在末端執(zhí)行器上安裝相應(yīng)的手爪結(jié)構(gòu)，在機(jī)界面上設(shè)置單一的動(dòng)作類型，如上下、旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)等，就能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的實(shí)驗(yàn)要求，該實(shí)驗(yàn)很容易實(shí)現(xiàn)。

但是對(duì)于由轉(zhuǎn)向燈、儀表轉(zhuǎn)向指示燈、危險(xiǎn)報(bào)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(cè)要求更高，因?yàn)樗坏枰獙?shí)現(xiàn)各個(gè)動(dòng)作類型的組合，還要有一定的合理性、可靠性、準(zhǔn)確性。

本項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)是試驗(yàn)裝置必須完全符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。設(shè)備應(yīng)能根據(jù)每個(gè)開關(guān)的具體情況，設(shè)定相應(yīng)的動(dòng)作類型和參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于檢測(cè)結(jié)果系統(tǒng)可以自動(dòng)分析判斷并保存，顯示總的檢測(cè)次數(shù)、已經(jīng)執(zhí)行的檢測(cè)次數(shù)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)次數(shù)達(dá)到目標(biāo)要求的實(shí)驗(yàn)次數(shù)時(shí)，設(shè)備自動(dòng)停止，對(duì)應(yīng)的指示燈亮，保護(hù)設(shè)備并提醒操作人員。

根據(jù)實(shí)際需求和標(biāo)準(zhǔn)要求，繪制出實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置的整體布局圖。圖中：1.控制柜，2.PC機(jī)主機(jī)，3.鼠標(biāo)和鍵盤，4.PC機(jī)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(jī)（HC-KFE43），9.絲杠電機(jī)，10.小臂電機(jī)，11.大臂電機(jī)，12.螺栓，13.電阻測(cè)量?jī)x，14.檢測(cè)柜，15.總控系統(tǒng)，16.LED顯示板，17.工作信號(hào)燈，18.報(bào)警信號(hào)燈，19.停止信號(hào)燈，20.開始按鈕，21.暫停按鈕，22.恢復(fù)按鈕，23.急停按鈕，24.機(jī)器人， 25.操作臺(tái)，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(gè)，31.通信模塊（FX485-BD）2個(gè)。

2）圖2為工業(yè)機(jī)器人操作界面。圖中，主要包括狀態(tài)顯示、手動(dòng)示教、參數(shù)查詢、動(dòng)作編程、程序?qū)懭氲取Ｊ謩?dòng)示教實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人位置的初始化和位置的鎖定。動(dòng)作編程的內(nèi)容有：動(dòng)作類型選擇（電機(jī)及其旋轉(zhuǎn)方向）、動(dòng)作行程、動(dòng)作速度、動(dòng)作延時(shí)時(shí)間、動(dòng)作邏輯、有無(wú)循環(huán)及循環(huán)次數(shù)等，點(diǎn)擊“程序?qū)懭搿卑粹o即可將用戶總?cè)蝿?wù)下傳至控制系統(tǒng)。下位機(jī)還可以將機(jī)器人的各種狀態(tài)通過人機(jī)界面提示給用戶，如上電后控制系統(tǒng)對(duì)工業(yè)機(jī)器人各個(gè)關(guān)節(jié)的狀態(tài)及系統(tǒng)的狀態(tài)等。下位機(jī)通過人機(jī)界面接受用戶對(duì)工業(yè)機(jī)器人各個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)的位置矯正，以及用戶對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中各個(gè)模塊的參數(shù)查詢。另外在設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，保護(hù)設(shè)備安全。

圖2 人機(jī)界面

3）圖3三為末端執(zhí)行器對(duì)應(yīng)的上下運(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的手爪結(jié)構(gòu)。

圖4 擺動(dòng)手爪結(jié)構(gòu)

5）圖五為末端執(zhí)行器對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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(shè)備適用于絕大多數(shù)汽車開關(guān)耐久性試驗(yàn)的需要，只需要簡(jiǎn)單更換手抓結(jié)構(gòu)，設(shè)備具有很好的通用性和可移植性。

4 項(xiàng)目的驗(yàn)證

最后經(jīng)過有關(guān)部門驗(yàn)證該項(xiàng)目達(dá)到如下性能要求：

1）研制的樣機(jī)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(yàn)的要求, 符合QC/T198《汽車用開關(guān)通用技術(shù)條件》等20多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的性能試驗(yàn)原理、方法及技術(shù)要求；

2）研制的樣機(jī)經(jīng)計(jì)量測(cè)試檢定所測(cè)試，其技術(shù)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)的要求；

3）使用該設(shè)備用于汽車開關(guān)產(chǎn)品檢測(cè)，并通過了QC/T198《汽車用開關(guān)通用技術(shù)條件》等9項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的省級(jí)計(jì)量認(rèn)證和國(guó)家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可；

4）研制的樣機(jī)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(yàn)參數(shù)、故障報(bào)警停機(jī)保護(hù)等功能。 屬國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

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