秦 輝， 武 杰， 劉向勇

（中電科風(fēng)華信息裝備股份有限公司， 山西 太原 030024）

引言

工業(yè)機(jī)器人指的是能在人的控制下智能工作，并能完美替代人力在生產(chǎn)線上工作的多關(guān)節(jié)機(jī)械手或多自由度的機(jī)器裝置。與人力相比，工業(yè)機(jī)器人具有低成本、高效率的特點(diǎn)。近年來，隨著國內(nèi)勞動(dòng)力成本不斷上漲，我國制造業(yè)勞動(dòng)力優(yōu)勢不顯，制造業(yè)亟待向智能化轉(zhuǎn)型，在此機(jī)遇下，工業(yè)機(jī)器人大有可為。

1 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用優(yōu)勢

1）高安全系數(shù)。使用小型搬運(yùn)機(jī)器人能夠替代人工，進(jìn)行比較高難度的作業(yè)。采用機(jī)械手生產(chǎn)，可以更大程度地保障工人的工作安全性。在需要倒班的生產(chǎn)車間中，工人晚上更容易出現(xiàn)生理性疲勞，導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，而使用機(jī)械手則可確保安全生產(chǎn)。另外，有些較為危險(xiǎn)的工種，采用工業(yè)機(jī)器人操作，精確度、穩(wěn)定性和安全性更強(qiáng)，可以保障人員安全。

2）提高效率和品質(zhì)。工業(yè)機(jī)器人能夠不間斷地進(jìn)行24 h作業(yè)，且機(jī)器人不受情緒影響，而工人則相反。機(jī)械手生產(chǎn)一件產(chǎn)品耗時(shí)是固定的。在同樣的生產(chǎn)周期內(nèi)，使用機(jī)械手的產(chǎn)量也是固定的，不會(huì)忽高忽低。并且工業(yè)機(jī)器人生產(chǎn)每一模的產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)間固定化，產(chǎn)品成品率也高，使用機(jī)器人生產(chǎn)更符合企業(yè)利益。

3）節(jié)省原料，降低成本。機(jī)器人可以24 h進(jìn)行操作，工人會(huì)存在偷懶行為，取出產(chǎn)品時(shí)間不定，而機(jī)器人則不會(huì)，且如今人工成本越來越高，而機(jī)器人屬于固定資產(chǎn)。另外，采用工業(yè)機(jī)械手操作的模式，自動(dòng)流水線更能節(jié)省廠地，使整廠規(guī)劃更小、更緊湊[1]。

4）便于管理。以往企業(yè)中很難精確保證每天的生產(chǎn)量，監(jiān)管人員每天瑣事較多，很難時(shí)時(shí)刻刻去抓員工工作效率。使用機(jī)械手生產(chǎn)后，用工人員減少，員工管理更方便了。

5）提高企業(yè)形象。使用機(jī)器人作業(yè)，能夠提升客戶對(duì)企業(yè)的形象認(rèn)識(shí)，能間接增加企業(yè)訂單數(shù)量。

2 玻璃基板自動(dòng)上料整體設(shè)計(jì)方案

上料機(jī)由料盒夾具、上料轉(zhuǎn)臺(tái)部件、拾取玻璃機(jī)器人組件、撕膜機(jī)器人部件、操作臺(tái)、氣路組件、控制組件等組成。外圍加裝安全保護(hù)圍欄如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體方案

2.1 料盒夾具

料盒夾具用于料箱上料、下料周轉(zhuǎn)時(shí)固定箱體和玻璃。夾具主體由方鋼管焊接而成，表面噴塑處理。料盒夾具由固定底架、側(cè)活動(dòng)架和壓緊機(jī)構(gòu)組成，壓緊結(jié)構(gòu)為可拆卸式，便于鏟車上下料。

2.2 料盒轉(zhuǎn)臺(tái)

料盒轉(zhuǎn)臺(tái)由轉(zhuǎn)臺(tái)固定底座、轉(zhuǎn)臺(tái)機(jī)體、支撐氣缸、支撐輪、傾斜支架、限位機(jī)構(gòu)、壓紙機(jī)構(gòu)、離子風(fēng)棒等組成。壓紙機(jī)構(gòu)由高度方向模組、厚度方向模組、壓紙氣缸和壓紙件等組成。當(dāng)上料機(jī)械手取玻璃時(shí)，壓紙氣缸伸出，壓紙件壓住墊紙，防止被玻璃帶起。離子棒用于消除靜電，輔助玻璃和紙分離。本機(jī)構(gòu)用于支撐玻璃料盒，完成料盒垂直位于傾斜上料位之間的轉(zhuǎn)換，并在玻璃上料時(shí)壓住墊紙[2]。

在垂直上料位時(shí)，由鏟車將帶夾具的料盒送到料盒支架上，人工旋轉(zhuǎn)90°到玻璃上料位，由支撐氣缸伸出將料盒支架推至傾斜位置，即玻璃上料位。

料箱內(nèi)玻璃上完時(shí)，或半箱玻璃需要切換品種時(shí)，人工將轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)90°返回原位，支撐氣缸縮回將料盒支架拉回垂直位置，由鏟車將料箱卸下。

2.3 取料機(jī)器人

機(jī)器人取料組件由機(jī)器人、真空吸附架、吸盤等組成。取料機(jī)器人6個(gè)自由度組合動(dòng)作可將玻璃從上料轉(zhuǎn)臺(tái)上的料箱里吸附轉(zhuǎn)運(yùn)到絲印傳送臺(tái)上的指定位置。

2.4 撕膜、取紙機(jī)器人

撕膜、取紙機(jī)器人均由支架、機(jī)器人、撕膜頭組件、吸盤組、氣缸組等組成。撕膜機(jī)械手將保護(hù)膜吸起或粘起并用氣缸夾持，再通過機(jī)器人6個(gè)自由度組合運(yùn)動(dòng)將保護(hù)膜分離并放到廢料區(qū)域。

2.5 易撕貼供料機(jī)

易撕貼供料主要由交流電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)光電傳感器檢測到易撕貼到位時(shí)，交流電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 電氣設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用安川六軸機(jī)器人作位動(dòng)作執(zhí)行機(jī)構(gòu)，同時(shí)采用三菱可編程邏輯控制器作為時(shí)序控制部件，配合Proface觸摸屏實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，安川六軸機(jī)器人作為工業(yè)機(jī)器人中的一線品牌，可以滿足絕大部分應(yīng)用場景。選用PLC控制的優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)穩(wěn)定、拓展性強(qiáng)、維護(hù)方便，如圖2所示。

圖2 設(shè)備硬件系統(tǒng)配置圖

3.2 軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖3所示。

圖3 設(shè)備運(yùn)行流程圖

系統(tǒng)初始化，各機(jī)器人手臂回原點(diǎn)。首先撕膜機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到等待位置，易撕貼供料電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)到合適位置，撕膜機(jī)器人夾爪氣缸動(dòng)作，夾取易撕貼回到等待位置，此時(shí)檢測料盒區(qū)域有無其他機(jī)器人。當(dāng)檢測到料盒區(qū)域無其他機(jī)械手，開始執(zhí)行撕膜流程，機(jī)器人快速運(yùn)動(dòng)到預(yù)先設(shè)定位置，開始慢速執(zhí)行平移動(dòng)作，當(dāng)機(jī)器人前端接近傳感器有信號(hào)時(shí)，機(jī)器人停止前進(jìn)，易撕貼氣缸執(zhí)行向前伸縮動(dòng)作，此時(shí)易撕貼具有黏性的一面粘住玻璃基板表面的塑料膜，等待1 s后開始執(zhí)行撕膜動(dòng)作，機(jī)器人按照預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)到廢料盒上方，執(zhí)行吹氣動(dòng)作，把廢膜放到廢料盒中，回原點(diǎn)后，標(biāo)志位復(fù)位，上料機(jī)器人執(zhí)行上料動(dòng)作，具體接近動(dòng)作同撕膜，上料完成后取紙機(jī)器人執(zhí)行取紙動(dòng)作[3]。操作界面如圖4所示。

圖4 操作界面

3.3 技術(shù)難點(diǎn)

3.3.1 玻璃表面膜難撕

依靠靜電貼附在玻璃表面的塑料膜很薄，如果采用傳統(tǒng)的氣缸夾爪，機(jī)器人堅(jiān)硬的機(jī)械臂很容易把玻璃給撞壞掉，同時(shí)塑料膜在撕的過程中容易拉扯壞。

解決方法。機(jī)械手前端夾取易撕貼，依靠易撕貼的黏性把膜給粘起來，同時(shí)優(yōu)化機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡，使膜避免被料盒給拉扯斷。

3.3.2 玻璃難取

大型玻璃之間，除了存在靜電，還有因?yàn)椴Ａё灾貕汉袭a(chǎn)生的真空，在機(jī)械手吸取玻璃的過程中很容易把后面的玻璃給帶起來，造出后面玻璃掉落的風(fēng)險(xiǎn)。

解決方法。在料盒上加裝離子風(fēng)棒用來除靜電；使用緩沖較長的吸筆；優(yōu)化機(jī)械手接觸玻璃的角度，利用吸筆緩沖使機(jī)械手再吸取玻璃的時(shí)候產(chǎn)生角度，從而破壞玻璃之間的真空。

3.3.3 玻璃之前紙難取

玻璃之間用紙來隔離，這種紙密度低、強(qiáng)度小，采用傳統(tǒng)吸筆加氣缸夾爪，很容易造成紙張的掉落。解決方法。采用大型抽風(fēng)機(jī)，產(chǎn)生類似于吸塵器的效果，很好地解決了上述難點(diǎn)。

3.3.4 機(jī)械臂活動(dòng)受限

設(shè)備現(xiàn)場空間局促，機(jī)械手不能很好地施展手臂，同時(shí)容易造成機(jī)械臂的碰撞。

解決方法。設(shè)置多個(gè)干涉區(qū)域，同時(shí)，優(yōu)化機(jī)械手運(yùn)動(dòng)軌跡和整個(gè)上料流程，使得在容易產(chǎn)生碰撞的區(qū)域，在同一時(shí)間只有一個(gè)機(jī)械臂在運(yùn)動(dòng)。

4 結(jié)論

六軸機(jī)器人的上料系統(tǒng)在進(jìn)行大型玻璃的搬運(yùn)過程起到了良好的效果，有效取代了人工上料，大大提高了生產(chǎn)效率，滿足了客戶的要求。

[1]孫立蓉，李亞麗.AMLCD基板玻璃切割條件的選擇[J].陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，23（4）：103-107.

[2]李亞利，張方輝.TFT—LCD切割裂片工藝參數(shù)探討[J].液晶與顯示，2006（1）：96-97.

[3]呂沫，張飛特.TP玻璃切割工藝研究[J].電子工藝技術(shù)，2014，35（4）：242-245．