高昌頎,汪宏飛,楊曉偉

(中建材凱盛機器人(上海)有限公司,上海 201600)

隨著科技的進步和玻璃工業(yè)的高速發(fā)展，各玻璃加工設(shè)備越來越能快速、高效的生產(chǎn)出高質(zhì)量的玻璃產(chǎn)品，對設(shè)備進料速度要求越來越嚴格。許多深加工玻璃生產(chǎn)線不得不在主線，深加工鋼化爐前，設(shè)計多條支線，以實現(xiàn)生產(chǎn)效率的最大化。多條支線意味著更大的空間布局，特別是搬運玻璃機器人加工段的橫向不能過寬，避免增加不必要的連接輥道、浪費過多的場地面積。這就要求我們必須舍棄從前把玻璃架子一左一右放置在機器人兩側(cè)的布局結(jié)構(gòu)，盡可能的使每個機器人系統(tǒng)單元占用最小的工作面積。因此設(shè)計一個能夠盡可能不影響生產(chǎn)效率、結(jié)構(gòu)合理、操作方便、安全可靠的玻璃放置轉(zhuǎn)臺，具有巨大的意義和廣闊的應用空間。

1 總體設(shè)計

1.1 總體結(jié)構(gòu)

玻璃架轉(zhuǎn)臺機械部分主要由轉(zhuǎn)臺基座、旋轉(zhuǎn)軸、旋轉(zhuǎn)平臺、定位裝置、安全圍欄、驅(qū)動裝置和控制系統(tǒng)組成。圓形基座圓心上安裝旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸上方搭建方形旋轉(zhuǎn)平臺，旋轉(zhuǎn)平臺中間由安全圍欄一分為二。驅(qū)動裝置部分為鏈條驅(qū)動，由鏈條引出值驅(qū)動動力源，即步進電機鏈輪處。此電機為外置布局，可根據(jù)設(shè)計布局要求更改外置方向。而控制系統(tǒng)則由接近開關(guān)和電機驅(qū)動器通過控制器控制?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

生產(chǎn)過程中，可將兩架玻璃分別放置在玻璃架轉(zhuǎn)臺前后兩個位置，由安全圍欄隔開。此時機器人抓取其中一架玻璃直至抓取完成，經(jīng)人工確認另一架玻璃準備好后，通過按鈕啟動玻璃架轉(zhuǎn)臺，此時卡簧銷釘縮回，檢測到控制氣缸收回到位后，控制系統(tǒng)通過檢測裝置判定電機旋轉(zhuǎn)方向，隨后啟動電機，玻璃架轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)平臺開始旋轉(zhuǎn)，當檢測裝置檢測到旋轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)了180°后，停止電機，通過氣缸彈出卡簧銷釘，固定旋轉(zhuǎn)平臺，檢測到銷釘深處到位后，控制系統(tǒng)發(fā)送命令，使機器人能夠快速再次進入工作狀態(tài)。

2 主要機構(gòu)設(shè)計

2.1 轉(zhuǎn)臺基座

轉(zhuǎn)臺基座主要用于固定轉(zhuǎn)臺位置、檢測裝置和限位裝置的安裝固定，見圖2。

由于此裝置荷載較重，配合機器人抓取玻璃精度要求高，需要保持在系統(tǒng)布局中的某一固定位置和固定角度，所以轉(zhuǎn)臺基座必須要采用一種可靠的固定方法。這里采用分別在四個九十度分割線上開孔，使用膨脹螺栓直接釘入地面的方式，形成了一個牢固的工作平臺，成為此裝置能穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。

此外，轉(zhuǎn)臺基座還需要配合旋轉(zhuǎn)平臺和控制系統(tǒng)完成旋轉(zhuǎn)定位。通過在一定位置安裝檢測裝置的固定支架，實現(xiàn)控制系統(tǒng)啟動和停止控制；安裝旋轉(zhuǎn)位置限位塊、銷釘氣缸定位裝置，配合旋轉(zhuǎn)平臺避免旋轉(zhuǎn)平臺沖過合適位置、運行過程中旋轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)溜滑造成機構(gòu)紊亂，造成危險。

2.2 轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)軸

轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)軸主要用于使旋轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)以切換玻璃加工工位，結(jié)構(gòu)見圖3。

此裝置為整個機構(gòu)中，連接轉(zhuǎn)臺基座、旋轉(zhuǎn)平臺和驅(qū)動裝置的核心部件，設(shè)計精巧，承重力強，對加工精度和加工原材料都有很高的要求。此裝置固定于基座上，承接上方的旋轉(zhuǎn)平臺，其本體形似鏈輪。在工作過程中，和驅(qū)動裝置由鏈條鏈接，傳動至旋轉(zhuǎn)軸帶動旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動。注意：由于此裝置是整個裝置核心連接零部件，所以要避免使用過程中出現(xiàn)磨損嚴重、卡頓等現(xiàn)象的發(fā)生。要求加工精度高，材質(zhì)合適且有潤滑機構(gòu)。

2.3 轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)平臺

轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)平臺主要用于承載和定位玻璃架、配合轉(zhuǎn)臺基座完成定位和固定功能，見圖4。

此裝置承載玻璃架且需要頻繁轉(zhuǎn)動。配合控制系統(tǒng)，需要在合適的位置安裝檢測裝置支架、轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)擋塊和固定機構(gòu)。在工作過程中，通過平臺上的檢測支架確定旋轉(zhuǎn)平臺是否到位，通過間隔安裝兩個定位輪，便于銷釘頂入固定旋轉(zhuǎn)平臺。

另外，增加了橫檔和防護圍欄安裝機構(gòu)，避免了玻璃架子的位置偏差過大，且避免了架子相互干涉。一個平整度好，旋轉(zhuǎn)過程穩(wěn)定無晃動的旋轉(zhuǎn)平臺，會大大提高產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

初中數(shù)學是培養(yǎng)學生邏輯思維的重要學科。在這個過程中，我們不僅要傳授數(shù)學基礎(chǔ)知識，同樣還需培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)。因此教師需要在進行數(shù)學知識教學的過程中，逐步培養(yǎng)學生的邏輯能力，推理能力，空間想象等能力，同時強化學生利用數(shù)學知識解決問題的能力，綜合提升學生核心素養(yǎng)。而令學生具有利用數(shù)學知識解決問題的能力，首要之急便是將數(shù)學與實踐聯(lián)系起來。因此教師在教學過程中需要通過各種各樣的實踐活動，令學生在實踐之中習得新知識，感受知識與實際生活的聯(lián)系。同時在實驗之中，學生自己動手進行探索解決問題更可以提升其核心素養(yǎng)。

2.4 定位裝置

定位銷主要用于限制轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)平臺的轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)見圖5。

此機構(gòu)主要由定位銷、氣缸、定位輪輪和控制檢測裝置組成。其中氣缸配合銷釘、控制檢測裝置安裝固定于轉(zhuǎn)臺基座上，兩個定位輪分開固定于轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)平臺上。工作過程中，當轉(zhuǎn)臺需要旋轉(zhuǎn)時，氣缸帶動銷釘收回，轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)平面得以旋轉(zhuǎn)；當轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)到位停下時，氣缸伸出，使銷釘插入固定輪之間的縫隙，有效防止了機器人運行過程中旋轉(zhuǎn)平臺滑移造成機器人相關(guān)設(shè)備損壞。

注意：在旋轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)過程中，一定要在合適的位置安裝旋轉(zhuǎn)限位擋塊，避免轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)平面在電機停止驅(qū)動時，在慣性的作用下旋轉(zhuǎn)超出銷釘工作范圍，使得銷釘彈出失敗，甚至彈出位置偏差過大，造成系統(tǒng)錯誤，對人員或機構(gòu)部件造成不必要的損傷。布局成熟的卡簧銷釘、限位擋塊配合控制系統(tǒng)，使工作過程更加流暢，有效避免了生產(chǎn)過程中可能發(fā)生的各種風險。

2.5 轉(zhuǎn)臺圍欄

圖1中轉(zhuǎn)臺圍欄為此機構(gòu)重要的安全防護裝置，能最大限度避免不必要的人身財產(chǎn)損失。

安全生產(chǎn)是企業(yè)管理的重點，是企業(yè)發(fā)展的根本保證，是一個日積月累、持續(xù)不斷的過程。而設(shè)備的防護裝置是企業(yè)安全生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)。這就要求設(shè)備設(shè)計人員盡可能模擬現(xiàn)場生產(chǎn)環(huán)境、人員操作習慣和生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的各種狀況，周全地考慮到此設(shè)備存在的安全風險，以避免安全事故發(fā)生。

此設(shè)備考慮到機器人抓取過程中，可能會出現(xiàn)的其中一架玻璃架子傾倒導致另一架玻璃掉落風險，采用了在兩架玻璃中間加裝安全圍欄的方法，杜絕了此風險的發(fā)生。另外，由于操作工人可能需要到等待旋轉(zhuǎn)的玻璃架子周圍走動，設(shè)計加寬了圍欄避免工作過程中的玻璃架子上玻璃破損掉落、玻璃飛濺造成安全事故。

2.6 轉(zhuǎn)臺驅(qū)動裝置

轉(zhuǎn)臺驅(qū)動裝置由一個變頻器驅(qū)動的步進電機構(gòu)成。此裝置采用外置設(shè)計。其底座連接固定于主體基座上，以保證傳動過程中不會出現(xiàn)過大的誤差；其上安裝電機和齒輪輪盤，作為旋轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)的動力驅(qū)動和傳動件，配合轉(zhuǎn)臺主體部件旋轉(zhuǎn)軸上的輪盤，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)功能；外裝罩殼和護板，避免人員經(jīng)過時發(fā)生意外。此驅(qū)動裝置可根據(jù)產(chǎn)線設(shè)備布局靈活改變方向，能較大限度的利用廠房空間，并對電氣布線和后期維護提供便利。

2.7 轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)

轉(zhuǎn)臺控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)信號采集、數(shù)據(jù)處理和命令輸出的核心。一個嚴謹可靠的控制系統(tǒng)會使系統(tǒng)各個部件完美的相互配合，快速高效的完成生產(chǎn)作業(yè)。狀態(tài)控制系統(tǒng)大體分為軟件和硬件兩部分。

1)軟件部分分為信號采集、信號處理、信號輸出三部分：(1)信號采集： 首先，該裝置應用獨立性接近傳感器(接近開關(guān)又稱無觸點接近開關(guān)，是理想的電子開關(guān)量傳感器。當金屬檢測體接近開關(guān)的感應區(qū)域，開關(guān)就能無接觸、無壓力、無火花、迅速發(fā)出電氣指令，準確反應出運動機構(gòu)的位置和行程。)，配合安裝在旋轉(zhuǎn)平臺合適位置的感應板，在感應板接近感應開關(guān)時觸發(fā)，輸入到控制系統(tǒng)一個信號；其次，應用磁性開關(guān)，又稱磁控管，是一種通過磁場信號來控制的線路開關(guān)器件，兩個分別獨立安裝在氣缸伸出和收回的合適位置，作為銷釘氣缸伸出/收回的一種有效可靠的檢測裝置。(2)信號處理： 采用德國西門子可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,簡稱PLC)作為信號處理中樞。通過編寫控制程序?qū)Σ杉男盘柗治鎏幚?，判斷機構(gòu)當前狀態(tài)，并根據(jù)工藝邏輯要求對系統(tǒng)各電氣元器件做出動作指示。(3)信號輸出： 信號輸出由PLC輸出至控制繼電器，由控制繼電器控制系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)硬件做出相應動作。

2)硬件部分分為氣缸電磁閥、變頻器、控制按鈕、指示燈和人機界面五部分：(1)電磁閥：作為驅(qū)動銷釘氣缸的元器件使用，由控制系統(tǒng)輸出命令彈出/收回銷釘。(2)變頻器：作為驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動的動力元件，由控制系統(tǒng)輸出命令、柜內(nèi)供電，控制電機正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)。

3)控制按鈕、指示燈和人機界面： 主要用于人工給定工作狀態(tài)、單獨控制各個部件等功能。工作過程中：首先，通過控制按鈕設(shè)定轉(zhuǎn)臺兩個工位準備好。準備好后按下按鈕，激活轉(zhuǎn)臺工位，待正在運行的工位上工件抓取結(jié)束，通過指示燈提醒工作人員確認可以旋轉(zhuǎn)后，在人機界面上發(fā)出旋轉(zhuǎn)指令。

此時，控制器收集轉(zhuǎn)臺本體上安裝的接近傳感器、磁性開關(guān)信號和與機器人的交互信號，確認旋轉(zhuǎn)平臺當前位置正常、銷釘狀態(tài)正常，且機器人處于原點位置。

然后，控制器輸出信號使銷釘電磁閥切換狀態(tài)，驅(qū)動氣缸伸縮桿上的銷釘收回。當氣缸上面的磁性開關(guān)檢測到氣缸伸縮桿收回到位后，立即命令變頻器工作，驅(qū)動電機旋轉(zhuǎn)，帶動旋轉(zhuǎn)平臺按照指定的方向正(反)轉(zhuǎn)。

緊接著，當跟隨旋轉(zhuǎn)平臺旋轉(zhuǎn)的檢測板行進到接近傳感器檢測面，控制器接收到傳感器信號后，立馬停止變頻器工作。旋轉(zhuǎn)平臺隨慣性平穩(wěn)停止的同時，再次切換電磁閥工作狀態(tài)，使銷釘頂進定位輪之間，再次形成整體穩(wěn)固狀態(tài)。

最后，檢測各部件工作狀態(tài)正常，輸出準備完成信號至控制器，等待機器人啟動開始工作。至此完成該機構(gòu)整個工作周期。

3 結(jié) 論

受世界能源緊缺和環(huán)境污染雙重壓力的影響，太陽能光伏產(chǎn)業(yè)越來越受到重視?？焖佟⒏咝У纳a(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品，盡可能節(jié)約成本、節(jié)能減排，實現(xiàn)效益最大化，是行業(yè)中每家供應商都需要著重考慮的事情。此設(shè)備以實現(xiàn)本世紀中葉碳達峰、2060年碳中和的宏偉目標為指引，能有效避免隨設(shè)備升級產(chǎn)能加速使得的整條產(chǎn)線過于龐大，造成資源過度浪費問題。