強(qiáng)震儀機(jī)械擺自動(dòng)化裝配流水線的實(shí)現(xiàn)

苑金金 吳瓊 廖奎 張瑾鵬 申喆

摘要：目前，由勞動(dòng)者手工作業(yè)的裝配任務(wù)可由機(jī)器人代替，并且裝配質(zhì)量更好，效率更高，但在機(jī)械擺的裝配上還未能實(shí)現(xiàn)。我國(guó)是地震頻發(fā)的國(guó)家，隨著科技發(fā)展，國(guó)家富強(qiáng)，需要生產(chǎn)出一批質(zhì)量上層、高精度的地震計(jì)。自動(dòng)化裝配減少了人為因素，提升了生產(chǎn)環(huán)境。文章通過(guò)an sys模擬仿真，PLC控制系統(tǒng)，組裝調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械擺自動(dòng)化裝配。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)化裝配；機(jī)械擺；強(qiáng)震儀

近十幾年的發(fā)展中，國(guó)內(nèi)國(guó)外涉及強(qiáng)震儀的技術(shù)都在迅速發(fā)展著，從一代輸出模擬電信號(hào)，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器直接轉(zhuǎn)變成數(shù)字量信號(hào)之后記錄在數(shù)字磁帶上，到二代強(qiáng)震儀較一代新增自動(dòng)增益控制和事前存儲(chǔ)功能，它改進(jìn)了觸發(fā)算法，從而大大提高了儀器的可靠性，然后是三代的強(qiáng)震儀，它用處理器芯片替換了控制邏輯，使得地震儀不僅可以用在地震工程上，而且使其他相關(guān)地震的應(yīng)用也變成了可能，最后到四代改用固態(tài)存貯器，大大方便了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

隨著對(duì)強(qiáng)震儀性能要求的提高，機(jī)械擺自動(dòng)化裝配變得迫切。目前強(qiáng)震儀機(jī)械擺的裝配，仍然主要采用手工作業(yè)以及半自動(dòng)化的作業(yè)方式，這就使得在涉及裝配工藝的時(shí)候具有一定的盲目性，這兩種裝配方式往往由于都是采用先組裝、后測(cè)試的方式，再加上裝配人員的操作方式和習(xí)慣、熟練程度，從而導(dǎo)致生產(chǎn)出一批一致性差、效率低，匹配不合格的強(qiáng)震儀機(jī)械擺[1]。針對(duì)這種現(xiàn)象，就需要我們了解傳統(tǒng)裝配工藝，尋找出強(qiáng)震儀機(jī)械擺裝配過(guò)程中的不確定因素，對(duì)裝配的不確定因素進(jìn)行分析，然后提出可行的控制方法，最后依托工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，研究出符合現(xiàn)代要求的一條行之有效的強(qiáng)震儀機(jī)械擺自動(dòng)化裝配流水線。

1 方案概述

本設(shè)計(jì)的目的是研究出符合現(xiàn)代要求的一條行之有效的強(qiáng)震儀機(jī)械擺自動(dòng)化裝配流水線。本次項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)的流水線包括三大模塊（見圖1）：（1）上料模塊，主要負(fù)責(zé)完成強(qiáng)震儀機(jī)械擺元器件的傳遞運(yùn)輸，從而使各部分元器件能夠移動(dòng)到自己的工作范圍內(nèi)。（2）取料模塊，主要負(fù)責(zé)把強(qiáng)震儀機(jī)械擺的組成部件從上料模塊上移動(dòng)到工作臺(tái)上，起到一個(gè)中間過(guò)渡過(guò)程。（3）組裝模塊，它是這3個(gè)模塊中最重要的部分，該部分是用螺絲J1或焊槍把各個(gè)部分固定好，在這些元器件的配合下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配。

2 自動(dòng)化裝配流水線實(shí)現(xiàn)過(guò)程

2.1強(qiáng)震儀機(jī)械擺儀器誤差

儀器誤差的來(lái)源有很多，按照誤差出現(xiàn)的規(guī)律，可以把誤差分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差，系統(tǒng)誤差是在條件改變時(shí)按一定規(guī)律變化的誤差，引起該類誤差的主要因素是材料、零部件及工藝的缺陷，而隨機(jī)誤差是多次測(cè)量一個(gè)值時(shí)，以不可預(yù)定的方式變化的誤差，它主要是由連接件的彈性形變以及制造引起的，隨機(jī)誤差與設(shè)計(jì)本身和材料本身、加工尺寸、相互位置等儀器的制造過(guò)程有關(guān)，隨機(jī)誤差是不可避免的[2]，而在強(qiáng)震儀機(jī)械擺自動(dòng)化裝配過(guò)程中，主要產(chǎn)生的是隨機(jī)誤差，除去儀器零部件的制造精度會(huì)產(chǎn)生誤差外，裝配過(guò)程中各零部件之間的相互位置、零部件之間的貼合程度等都是產(chǎn)生誤差的原因[3]。

2.2前期自動(dòng)化裝配

用solidworks軟件做出強(qiáng)震儀的整體模型（見圖2），再導(dǎo)入到ansys軟件中進(jìn)行有限元分析，將整體劃分成網(wǎng)格，在電容板螺紋孔周圍添加約束，給簧片施加不等的應(yīng)力，分別得出簧片受力情況。然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和合理編程，從而使機(jī)械手臂對(duì)各部分元器件進(jìn)行相應(yīng)施力，最后實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配流水線。

2.3后期裝配過(guò)程

我國(guó)目前采用的裝配方式大多為人工裝配，即手工操作，而我們采用的自動(dòng)化流水線裝配則是通過(guò)芯片控制、機(jī)械裝置等將零件進(jìn)行組裝。如此一來(lái)，既解放了勞動(dòng)力，又能提高生產(chǎn)環(huán)境和工作效率，能大批量生產(chǎn)出高質(zhì)量、穩(wěn)定性強(qiáng)、一致性良好的強(qiáng)震儀機(jī)械擺[4]，自動(dòng)化流水線由兩部分組成：控制和執(zhí)行，控制部分采用PLC，一種可編程的控制器：而執(zhí)行模塊則由工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械裝置等構(gòu)成。自動(dòng)化裝配組成如圖3所示。

控制單元：采用可以自我控制、能量自給的工業(yè)機(jī)器人，基本由主體、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成，基座與執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu)成主體，包括手部、腕部、臀部、運(yùn)動(dòng)自由度；而驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)就是肌肉和骨頭，與它們共同配合完成任務(wù)；控制系統(tǒng)則相當(dāng)于大腦，發(fā)出控制指令。當(dāng)它接收寫入的程序后，如同人類手臂接收大腦指令一般，可自行按照指令完成任務(wù)。他可隨著指令的不同改變?nèi)蝿?wù)內(nèi)容。 執(zhí)行單元：編輯控制器PLC為主，構(gòu)成控制器，主要由處理器、存儲(chǔ)單元、I/O端口、電源、通信、擴(kuò)展接口等模塊構(gòu)成，且程序編寫簡(jiǎn)單，體積小，抗擾強(qiáng)等。大多配合邏輯控制器件使用，一般組成部分是傳感器、氣爪、馬達(dá)等[5]。

2.4裝配過(guò)程

地震計(jì)機(jī)械擺自動(dòng)化裝配流水線主要由供料單元、檢測(cè)單元、加工單元、搬運(yùn)單元、分揀傳送單元、提取安裝單元以及操作手單元這7個(gè)不同的模塊單元組成，每個(gè)單元的具體作用需根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。

上料模塊由上料開關(guān)控制，就如前面說(shuō)的來(lái)一個(gè)上料信號(hào)，上料模塊就上料一次，按第一下開關(guān)時(shí)，擋門打開，上送線圈，按第二下時(shí)開關(guān)，簧片壓片料斗擋門打開，上一組簧片壓片，按第三下上料開關(guān)時(shí)，電容板3料斗打開，上電容板3，按第四下上料開關(guān)時(shí)，簧片壓片料斗打開，上一組簧片壓片，按第五下上料開關(guān)時(shí)，簧片料斗打開，上一組簧片，按第六下上料開關(guān)時(shí)，簧片壓片料斗打開，上一組簧片壓片，按第七次上料開關(guān)時(shí)，電容板2料斗打開，上電容板2，按第八次上料開關(guān)時(shí)，小柱料斗打開，上一組小柱，按第九次上料開關(guān)時(shí)，電容板1料斗打開，上電容板1，按第十次上料開關(guān)時(shí)，又是線圈料斗打開，上線圈。流水線模塊簡(jiǎn)圖如圖4所示。裝配過(guò)程如圖5所示。

取料模塊如圖6所示，機(jī)器手最初位于在A的上面，打開取料開關(guān)后，機(jī)器手先下降，降到設(shè)計(jì)的地方，再拾取物件，拾取到后再往上移動(dòng)，移動(dòng)到射擊的位置后再向右，到位后再往下移動(dòng)，到位后再放開，放開后再向上移動(dòng)，到位后再往左回到原來(lái)的位置，做完這些，就實(shí)現(xiàn)了物件從臺(tái)A到臺(tái)B的搬動(dòng)。

組裝模塊如圖7所示。如果l表示向右移動(dòng)，2表示向左移動(dòng)，3表示下降，4表示上升，5表示組裝，那么按下組裝開關(guān)后，組裝模塊會(huì)完成1-3-5-4-2這組動(dòng)作，直到下一次按下組裝開關(guān)，則又重復(fù)完成這一組動(dòng)作。

3 結(jié)語(yǔ)

本文由強(qiáng)震儀機(jī)械擺原始的手工裝配的現(xiàn)狀以及缺點(diǎn)，引出自動(dòng)化流水線裝配的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)及實(shí)現(xiàn)過(guò)程。根據(jù)強(qiáng)震儀的結(jié)構(gòu)，用solidworks軟件模擬出強(qiáng)震儀基本模型，再用ansys分析受力，從而得出理想受力情況，最后將結(jié)果引入可編程的PLC程序中，配合所設(shè)計(jì)的流水線結(jié)構(gòu)和特殊的工業(yè)機(jī)器人完成自動(dòng)化流水線的裝配，其中流水線的設(shè)計(jì)和可編程語(yǔ)言的設(shè)計(jì)是本文的重點(diǎn)。

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