劉保千

（合肥欣奕華智能機(jī)器有限公司，合肥 230011）

液晶行業(yè)具有科技含量高、價(jià)值大、市場潛力大等特點(diǎn)。現(xiàn)階段，世界各國對(duì)液晶行業(yè)都非常重視。尤其近年來國內(nèi)的液晶行業(yè)發(fā)展迅猛，國內(nèi)市場對(duì)液晶顯示的需求量越來越大，使得液晶顯示產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國電子信息發(fā)展的核心產(chǎn)業(yè)。我國的液晶制造產(chǎn)業(yè)在技術(shù)層面多依賴日本、韓國的技術(shù)和設(shè)備，嚴(yán)重限制了我國液晶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。由于我國液晶行業(yè)的起步較晚，針對(duì)液晶產(chǎn)業(yè)的研究仍處于起步階段。在液晶面板的生產(chǎn)制造過程中，大部分國內(nèi)機(jī)械裝備都是在國外機(jī)械裝備的基礎(chǔ)上進(jìn)行簡單的改造，以適應(yīng)我國液晶生產(chǎn)的特點(diǎn)。隨著國內(nèi)液晶顯示市場的迅猛發(fā)展，液晶面板生產(chǎn)裝備的自主研發(fā)已經(jīng)成為我國液晶顯示行業(yè)發(fā)展的重中之重。隨著液晶面板尺寸的不斷增大，在液晶面板生產(chǎn)制造過程中，搬運(yùn)設(shè)備對(duì)液晶面板的生產(chǎn)效率影響增加。在實(shí)際液晶面板加工制造中，采用機(jī)械臂搬運(yùn)液晶面板能夠有效提升液晶面板的生產(chǎn)效率，有助于促進(jìn)現(xiàn)代液晶顯示行業(yè)的發(fā)展。

1 液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

液晶面板的搬運(yùn)機(jī)械系統(tǒng)由搬運(yùn)工作臺(tái)、機(jī)械臂裝置和行走裝置3 部分組成。裝置平臺(tái)上安裝有壓力感應(yīng)傳感器，當(dāng)信號(hào)傳感器檢測到裝置平臺(tái)上沒有材料時(shí)，會(huì)向材料輸送小車發(fā)送搬運(yùn)請(qǐng)求信號(hào)，此時(shí)搬運(yùn)小車會(huì)將裝有液晶面板的小車輸送至工作臺(tái)。當(dāng)檢測裝置再次檢測到平臺(tái)上有液晶面板時(shí)，需要檢測液晶面板的數(shù)量，待檢測完成后將測試數(shù)據(jù)傳遞給總控制器?？偪刂破鹘o出搬運(yùn)指令，機(jī)械臂開始動(dòng)作搬運(yùn)液晶面板。搬運(yùn)機(jī)械臂的動(dòng)作結(jié)構(gòu)包括移動(dòng)、伸出、吸附、回收、轉(zhuǎn)運(yùn)、伸出和釋放[1]。整個(gè)過程循環(huán)進(jìn)行，直到將平臺(tái)上的液晶面板搬運(yùn)完成。整個(gè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，裝置的詳細(xì)工作流程圖如圖2所示。

2 液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)械臂展收方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)液晶面板機(jī)械臂時(shí)，需要保證整個(gè)裝置的穩(wěn)定性和環(huán)境適應(yīng)性，在搬運(yùn)過程中減少抖動(dòng)，以防抖動(dòng)對(duì)液晶面板造成負(fù)面影響。通過觀察設(shè)計(jì)，本次液晶面板機(jī)械臂采用的是相互獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的平面關(guān)節(jié)型設(shè)計(jì)。采用此類型的設(shè)計(jì)有絲桿直接傳動(dòng)、平面四桿滑塊機(jī)構(gòu)以及平面四桿曲柄驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)3 種方案。通過分析這3 種方案形式可知：絲桿直接傳動(dòng)能夠精確定位控制和動(dòng)作的調(diào)整，結(jié)構(gòu)和控制均十分簡單；平面四桿滑塊驅(qū)動(dòng)形式是在絲桿直接傳動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行更改，采取的是“一端固定，一端松開”的方式，即以絲桿作為其主要的承力部位，但是在長期使用過程中絲桿會(huì)產(chǎn)生磨損或者是絲桿的水平度會(huì)受到影響，導(dǎo)致其裝置精確度受到影響；采用平面四桿曲柄驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)架部分的導(dǎo)向桿只是承擔(dān)導(dǎo)向的作用，不承擔(dān)受力的作用，并且采用此種方式的導(dǎo)向桿可伸縮，減小了旋轉(zhuǎn)半徑，可更好地節(jié)省運(yùn)行空間[2]。綜上所述，機(jī)械臂展收機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)采用具有更小旋轉(zhuǎn)半徑和更高精確度的曲柄驅(qū)動(dòng)形式。

2.2 機(jī)械臂的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

液晶面板的搬運(yùn)機(jī)械臂在進(jìn)行搬運(yùn)的過程中，可能會(huì)出現(xiàn)某種原因?qū)е碌耐ｎD，造成液晶面板摔碎。為了防止這種情況的出現(xiàn)，保證搬運(yùn)機(jī)械臂能夠適應(yīng)多種大小的液晶面板，設(shè)計(jì)了一種尺寸大小可以調(diào)節(jié)且能夠?qū)σ壕姘暹M(jìn)行有效保護(hù)的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)。該末端調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)主要由真空吸盤、總成結(jié)構(gòu)、連接機(jī)構(gòu)以及真空阻斷器4 部分組成，裝置三維圖如圖3 所示。為了防止斷電出現(xiàn)搬運(yùn)機(jī)構(gòu)的真空吸盤吸附力瞬間減小而導(dǎo)致液晶面板破碎的現(xiàn)象，末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)中設(shè)置有真空阻斷器和常閉式電磁閥。裝置在運(yùn)行過程中，通電后常閉式電磁閥打開，真空阻斷器打開，此時(shí)裝置與氣源接通，接通后開始吸緊液晶面板。當(dāng)出現(xiàn)故障發(fā)生停電現(xiàn)象時(shí)，此時(shí)常閉式電磁閥會(huì)瞬間阻斷真空回流，使得其能夠較好地保護(hù)正在搬運(yùn)的液晶面板[3]。

3 液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂控制系統(tǒng)是整個(gè)裝置的控制大腦。為了確保液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂能夠在動(dòng)作的過程中到達(dá)準(zhǔn)確位置且能夠快速高效運(yùn)行，需要對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

液晶面板機(jī)械臂需要有3 個(gè)方向的自由度，并且在這3 個(gè)自由度上要能夠?qū)崿F(xiàn)其單獨(dú)運(yùn)動(dòng)或者是協(xié)同運(yùn)動(dòng)。因此，液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂需要注意以下3 個(gè)方面。第一，由于液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂控制系統(tǒng)在日常工作過程中要保證開放性，因此機(jī)械臂控制系統(tǒng)要有著較好的人機(jī)交互界面和能夠進(jìn)行后續(xù)更新的一個(gè)開發(fā)系統(tǒng)，以保證能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行更新。第二，液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂控制系統(tǒng)在液晶面板生產(chǎn)制造企業(yè)使用較多，因此設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂裝置的成本。第三，要考慮實(shí)用性和可靠性，其中實(shí)用性是基本，可靠性是液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂安全穩(wěn)定進(jìn)行生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)[4]。

經(jīng)過綜合考慮，液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂控制系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）作為控制核心。按照它的功能，該系統(tǒng)的控制方式有單機(jī)、集中、分布式以及遠(yuǎn)程VO 控制等。

3.2 液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂控制系統(tǒng)的功能和動(dòng)作，選擇三菱公司生產(chǎn)的Q 系列Q13UDV 型號(hào)的PLC，信息交互采用QJ71JP 型號(hào)的CC-Link 模塊。此外，選用兩個(gè)QE81WH 智能監(jiān)控模塊來監(jiān)控液晶面板機(jī)械臂工作過程中的電壓信號(hào)和電流信號(hào)。人機(jī)交互界面的顯示器選用普洛菲斯GP4000 觸摸屏。將已經(jīng)設(shè)計(jì)好的相關(guān)控制程序?qū)隤LC，PLC 收集采集的信息、機(jī)械臂的運(yùn)行狀態(tài)等，并將其與先前設(shè)定的信息進(jìn)行對(duì)比分析，然后通過控制電磁閥實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)液晶面板的搬運(yùn)。

3.3 液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主要是由以下程序來完成的。

3.3.1 液晶面板搬運(yùn)箱搬運(yùn)程序

工作臺(tái)上的壓力傳感器根據(jù)檢測信號(hào)來確定是否需要搬運(yùn)箱啟動(dòng)搬運(yùn)玻璃面板。當(dāng)壓力傳感器檢測到搬運(yùn)箱后，會(huì)傳遞給PLC 相關(guān)信號(hào)，控制器將發(fā)出指令打開電磁閥，驅(qū)動(dòng)器對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行固定，然后開始檢測液晶面板的層數(shù)，待檢測完成后，將檢測到的信息發(fā)送給控制器。

3.3.2 手動(dòng)運(yùn)行程序

操作工作人員可以通過手動(dòng)方式將已經(jīng)固定好或者已經(jīng)松開的搬運(yùn)箱進(jìn)行手動(dòng)控制操作。手動(dòng)操作機(jī)器重新檢測液晶面板的層數(shù)，并手動(dòng)控制機(jī)器完成液晶面板的搬運(yùn)工作。

3.3.3 自動(dòng)運(yùn)行程序

自動(dòng)運(yùn)行程序是相對(duì)于手動(dòng)控制程序的。自動(dòng)運(yùn)行程序利用壓力傳感器等檢測搬運(yùn)箱，通過傳感器的狀態(tài)，PLC 根據(jù)預(yù)先的指令不斷地向各個(gè)部分發(fā)出搬運(yùn)指令，循環(huán)往復(fù)進(jìn)行工作[5]。

3.3.4 監(jiān)視程序

監(jiān)視程序是對(duì)液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)測定，并將測定的相關(guān)數(shù)據(jù)信息傳遞給控制器。

4 結(jié)語

液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂在液晶顯示行業(yè)的生產(chǎn)制造過程中具有重要作用。通過設(shè)計(jì)液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂的末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)和機(jī)械展收的方式，闡述液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂控制系統(tǒng)的要求，對(duì)硬件部分的控制器、人機(jī)交互界面以及智能監(jiān)控裝置進(jìn)行選型設(shè)計(jì)，對(duì)其軟件部分進(jìn)行程序設(shè)計(jì)。液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了液晶面板搬運(yùn)的自動(dòng)化和機(jī)械化。試驗(yàn)證明，液晶面板搬運(yùn)機(jī)械臂在實(shí)際運(yùn)行過程中的節(jié)拍時(shí)間為19.4 s，遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)節(jié)拍時(shí)間，具有更優(yōu)的穩(wěn)定性和可靠性。