自動(dòng)檢測座椅功能機(jī)器人的設(shè)計(jì)與實(shí)施

高圓

[摘 ? ?要]通過引入自動(dòng)檢測座椅功能機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人代替人工完成較為復(fù)雜的測試過程，節(jié)省了人工成本，提高了工廠自動(dòng)化水平。同時(shí)提高了生產(chǎn)線平衡率， 實(shí)現(xiàn)線平衡率由85.6%提高到了90.6%，提高了效率，使生產(chǎn)線生產(chǎn)更加均衡化。主要介紹了自動(dòng)檢測座椅功能機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案和實(shí)施過程，以及其中的注意事項(xiàng)和問題等。

[關(guān)鍵詞]自動(dòng)檢測座椅功能機(jī)器人;自動(dòng)化水平;線平衡率;設(shè)備綜合效率

[中圖分類號(hào)]TP242 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號(hào)]2095–6487（2021）03–00–04

[Abstract]Through the introduction of automatic seat detection robot， the robot can replace the manual to complete the more complex test process， save the labor cost and improve the level of factory automation. At the same time， the balance rate of the production line is increased from 85.6% to 90.6%， which ， improves the efficiency and makes the production line more balanced. This paper mainly introduces the design scheme and implementation process of the automatic detection seat function robot， as well as the matters needing attention and problems.

[Keywords]automatic detection seat function robot; automation level; line balance rate; equipment comprehensive efficiency

隨著時(shí)代的發(fā)展和變化，如今的制造企業(yè)無論是在數(shù)量上還是在質(zhì)量上，其內(nèi)外部競爭都愈趨激烈。各企業(yè)為在擁擠的市場中獲得一席之地，想盡辦法對傳統(tǒng)制造業(yè)進(jìn)行改革創(chuàng)新，對外提高產(chǎn)品質(zhì)量和服務(wù)，對內(nèi)以人為本，盡一切可能提高效率、節(jié)約成本，使企業(yè)在時(shí)代的潮流中保持活力和競爭力。其中對內(nèi)改革伴隨著自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，其高效率、低成本的特點(diǎn)使自動(dòng)化應(yīng)用成為企業(yè)提高核心競爭力的首選方法。在眾多自動(dòng)化產(chǎn)品的應(yīng)用中，利用機(jī)器人進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)無疑是當(dāng)前企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)制造裝備智能化的主流及發(fā)展方向，利用該技術(shù)不但有節(jié)省人工、提高效率及降低成本和損耗等優(yōu)點(diǎn)，而且還可以實(shí)現(xiàn)收益的擴(kuò)大化，使企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定，使企業(yè)在競爭中處于優(yōu)勢地位。

1 自動(dòng)檢測座椅功能機(jī)器人的具體需求

1.1 生產(chǎn)作業(yè)需求

根據(jù)客戶產(chǎn)能要求，需要滿足每小時(shí)產(chǎn)出UPH為18套，從工位作業(yè)分析來看，見表1，人工功能測試工位UPH值為18，只能剛好滿足要求。由于測試項(xiàng)目較多，此工位為瓶頸工位，且工時(shí)較其他工位長至少15s以上，導(dǎo)致線平衡率較低，只有85.6%。線體不平衡，使其他工位產(chǎn)生大量等待浪費(fèi)，工廠成本較高。

根據(jù)上述情況：對自動(dòng)檢測座椅功能機(jī)器人的生產(chǎn)作業(yè)需求為縮短測試時(shí)間，提高效率，將線平衡率提高到90%。

1.2 功能需求

座椅電功能的測試項(xiàng)目，分別是對座椅滑道電機(jī)、座盆電機(jī)、升降電機(jī)、靠背電機(jī)、震動(dòng)電機(jī)、SBR感應(yīng)墊、安全氣囊、安全插扣、加熱墊、加熱模塊、記憶模塊、線束對地等進(jìn)行檢測與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。自動(dòng)檢測座椅機(jī)器人需要與測試機(jī)聯(lián)動(dòng)，在測試機(jī)進(jìn)行滑道前后移動(dòng)，靠背前后移動(dòng)等功能項(xiàng)進(jìn)行檢測時(shí)，發(fā)送信號(hào)給機(jī)器人，機(jī)器人接收信號(hào)后，進(jìn)行模擬人工的動(dòng)作，使座椅進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，以便對座椅功能進(jìn)行檢測。

1.3 硬件需求

（1）需要實(shí)現(xiàn)測試接口與產(chǎn)品座椅線束接口快速準(zhǔn)確對接。

（2）需要實(shí)現(xiàn)與測試機(jī)數(shù)據(jù)通信的設(shè)備硬件。

（3）需要時(shí)時(shí)顯示運(yùn)行信息并具備人工干預(yù)的操作顯示設(shè)備。

2 自動(dòng)檢測座椅功能機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案

2.1 機(jī)器人選型

機(jī)器人供應(yīng)商為工廠提供了UR3，UR5，UR10三種機(jī)器人型號(hào)供選擇，見表2與圖2。對所有需機(jī)器人完成的模擬手部動(dòng)作進(jìn)行試驗(yàn)，獲得以下結(jié)果：

（1）機(jī)器人的工作半徑為700 mm。

（2）肘關(guān)節(jié)工作范圍0°～90°。

（3）腕關(guān)節(jié)工位范圍0°～360°。

（4）座椅前后移動(dòng)線速度0.05 m/s。

（5）座椅角度調(diào)節(jié)速度6°/s。

經(jīng)過對3種型號(hào)的機(jī)器人技術(shù)及功能參數(shù)的對比，UR5和UR10機(jī)器人可以滿足所有動(dòng)作要求，從節(jié)約成本和空間的角度考慮，UR5更加經(jīng)濟(jì)實(shí)用，故選取了UR5機(jī)器人。

2.2 硬件設(shè)計(jì)

（1）測試儀及龍門框架。其中測試儀要求可移動(dòng)的，龍門框架要求鋁合金結(jié)構(gòu)，用于固定座椅發(fā)運(yùn)姿態(tài)檢測傳感器。主框架結(jié)構(gòu)見圖3。

（2）根據(jù)座椅功能調(diào)節(jié)按鈕的不同形狀和調(diào)節(jié)方式，對人調(diào)節(jié)按鈕時(shí)的動(dòng)作進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)了模仿手指動(dòng)作的工裝，如圖4，采用旋轉(zhuǎn)的方式來切換工作工裝，分別對座椅移動(dòng)、坐墊升降、靠背翻轉(zhuǎn)及腰托功能進(jìn)行調(diào)節(jié)測試。

（3）要求所有控制柜與外部連接的電纜必須通過快接插頭，以保證設(shè)備快速更換。

（4）用于測試插頭的電纜必須是高柔性的，防止使用過程的折斷。

（5）所有跟座椅鏈接的插頭均采用工業(yè)非侵入式彈簧插針，探針品牌要求使用英鋼，托盤轉(zhuǎn)接插頭采用座椅整車插頭，可快拆快裝。

（6）所有插頭應(yīng)經(jīng)久耐用，并有防錯(cuò)插功能（Poka-Yoke），防止與主控柜錯(cuò)插。

（7）自動(dòng)對接采用雙氣缸，先進(jìn)行鎖緊，再進(jìn)行線速接口的對接，見圖5。

（8）控制柜要求有空調(diào)功能，良好的通風(fēng)及過濾。

2.3 軟件測試流程設(shè)計(jì)

機(jī)器人正確連接測試線束，啟動(dòng)測試過程完成座椅功能測試，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示測試狀態(tài)及測試結(jié)果。測試過程結(jié)束后，與流水線MES控制系統(tǒng)連鎖，將測試參數(shù)結(jié)果保存至數(shù)據(jù)庫。測試合格的放行，測試中斷的復(fù)位（重測功能），測試故障報(bào)警。其中需要注意：

（1）除操作界面外進(jìn)入所有的界面必須有密碼保護(hù)。微軟“開始“菜單也必須鎖定。如沒有正確的口令，操作人員不能在測試設(shè)備中安裝軟件或更改測試參數(shù)。

（2）測試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，并在每次測試結(jié)束后通過“Windows Messaging”發(fā)給LPS。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式為Excel或CSV，以方便導(dǎo)出為Excel文件用于追溯和展示。

（3）當(dāng)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)離線時(shí)，設(shè)備應(yīng)能掃描條碼并在本地存儲(chǔ)測試數(shù)據(jù)直到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連線。

（4）測試設(shè)備應(yīng)建有測試故障代碼用于快速解決測試儀故障。

（5）測試軟件應(yīng)可以測試單個(gè)駕駛側(cè)座椅或單個(gè)乘客側(cè)座椅，同時(shí)應(yīng)準(zhǔn)備一個(gè)假插頭（連接全配置線束），模擬另一個(gè)座椅與測試儀連接。

（6）插頭與生產(chǎn)線應(yīng)做到位置互鎖，以確保插頭在正確的位置狀態(tài)。

2.4 測試工作原理及流程設(shè)計(jì)

測試模式設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)了主副駕座椅同時(shí)進(jìn)入測試位置，主駕在前，副駕在后，如圖6，這樣就使整套座椅的調(diào)節(jié)按鈕集中到中間區(qū)域，一個(gè)機(jī)器人即可完成兩個(gè)座椅的測試（主駕調(diào)節(jié)按鈕在座椅左側(cè)，副駕調(diào)節(jié)按鈕在座椅右側(cè)）。除動(dòng)作相關(guān)測試（座椅前后移動(dòng)、靠背翻轉(zhuǎn)、坐墊升降等）外，其余功能測試（例如安全氣囊、加熱模塊、記憶模塊等）同時(shí)進(jìn)行測試，這樣就消除了人工測試時(shí)，一個(gè)座椅測試另一個(gè)座椅等待的問題，減少了測試時(shí)間，提高了測試效率。

測試原理及流程：在測試工位前序工位，裝配人員將座椅線束與夾具線束工裝一端接口對接。座椅進(jìn)入測試位置后，測試機(jī)通過RFID讀取托盤主副駕信息，確認(rèn)主副駕位置無誤后，夾具線束工裝另一端接口與測試電控柜相連，開始進(jìn)行測試。兩臺(tái)測試機(jī)同時(shí)對主副駕座椅進(jìn)行非動(dòng)作相關(guān)功能測試，測試完畢后，測試機(jī)控制機(jī)器人對座椅進(jìn)行操作，開始測試動(dòng)作相關(guān)功能。機(jī)器人通過視覺定位的方法，準(zhǔn)確控制座椅按鈕依次對主駕座椅前后移動(dòng)、座椅前后升降、靠背翻轉(zhuǎn)、腰托頂出和收回，而后再對副駕重復(fù)上述動(dòng)作，完成測試。最后，通過視覺系統(tǒng)定位及氣缸推動(dòng)對安全帶Buckle進(jìn)行測試，整個(gè)測試流程結(jié)束。測試合格座椅進(jìn)行放行，測試有故障座椅進(jìn)行報(bào)警并禁止座椅放行。

座椅自動(dòng)電檢，采用機(jī)器視覺定位引導(dǎo)的方法作為判別及安全手段，UR機(jī)器手臂作為按鍵執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來完成座椅接頭的自動(dòng)插拔、按鍵測試等工作。整套系統(tǒng)包括六軸機(jī)械臂、電纜插頭柔性拔插裝置、安全帶座測試裝置、視覺輔助判斷系統(tǒng)及總控制系統(tǒng)組成?？偪刂葡到y(tǒng)PLC帶有通訊網(wǎng)口，用于與生產(chǎn)線所有輸入輸出點(diǎn)的連接?？刂葡到y(tǒng)通過以太網(wǎng)與李爾LPS系統(tǒng)相連，交互座椅型號(hào)信息及測試過程中的各種信號(hào)。機(jī)器人完全由程序控制，每個(gè)測試都由程序給出測試信號(hào)，檢測合格后程序也會(huì)給機(jī)器人完成的信號(hào)，直至所有測試結(jié)束。

3 自動(dòng)檢測座椅功能機(jī)器人的制造及現(xiàn)場施工

3.1 在供應(yīng)商處進(jìn)行預(yù)驗(yàn)收

預(yù)驗(yàn)收由工廠IE工程師及設(shè)備機(jī)械、電氣工程師在供應(yīng)商處進(jìn)行，檢測定制的機(jī)器和設(shè)備是否符合技術(shù)協(xié)議中所列出的要求及標(biāo)準(zhǔn)。在預(yù)驗(yàn)收成功結(jié)束后，才可以進(jìn)行機(jī)器設(shè)備發(fā)貨。

3.2 進(jìn)場施工及驗(yàn)收

設(shè)備在供應(yīng)商處完成預(yù)驗(yàn)收后，根據(jù)項(xiàng)目時(shí)間截點(diǎn)及實(shí)際生產(chǎn)需要，確認(rèn)設(shè)備進(jìn)廠時(shí)間。設(shè)備進(jìn)廠前，組織各部門和供應(yīng)商對現(xiàn)場施工環(huán)境、電、氣接入位置及安全的防護(hù)范圍進(jìn)行詳細(xì)的規(guī)范確認(rèn)，安全防護(hù)要求落實(shí)到每名員工，確保施工安全。

3.2.1 施工準(zhǔn)備及安全會(huì)議

（1）確認(rèn)設(shè)備進(jìn)廠時(shí)間及施工周期;確認(rèn)每日施工內(nèi)容，制定計(jì)劃，工廠及供應(yīng)商每日施工責(zé)任人。

（2）確認(rèn)施工時(shí)的安全防護(hù)要求，以及電、氣等危險(xiǎn)能源掛牌上鎖要求。

3.2.2 設(shè)備進(jìn)廠安裝、調(diào)試及問題整改

設(shè)備進(jìn)廠后，首先工廠EHS人員對施工方相關(guān)安全協(xié)議、施工證書及防護(hù)設(shè)施進(jìn)行審核。審核通過后，供應(yīng)商根據(jù)前期進(jìn)廠前討論確認(rèn)的施工流程計(jì)劃，進(jìn)行現(xiàn)場施工。

（1）供應(yīng)商在現(xiàn)場張貼項(xiàng)目進(jìn)度表，直接反映進(jìn)度。

（2）施工現(xiàn)場安全監(jiān)督：除工廠安全員不定期巡查外，現(xiàn)場負(fù)責(zé)的IE工程師對供應(yīng)商現(xiàn)場施工也需要進(jìn)行安全監(jiān)督。

（3）安裝完成后，對機(jī)器人及各機(jī)構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，檢查定位精度是否準(zhǔn)確，機(jī)器人工作速度，各機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)性等。

3.2.3 設(shè)備試生產(chǎn)驗(yàn)證

（1）設(shè)備安裝調(diào)試完成后，IE工程師組織牽頭實(shí)施系統(tǒng)防錯(cuò)試刷驗(yàn)證，保證系統(tǒng)防錯(cuò)功能有效。

（2）進(jìn)行小批量驗(yàn)證，評估測試穩(wěn)定性，并對測試數(shù)據(jù)（電機(jī)電流、電阻值等）進(jìn)行過程能力分析，確保CPK穩(wěn)定達(dá)到1.67以上。

（3）進(jìn)行“紅兔子”驗(yàn)證，驗(yàn)證設(shè)備是否可以檢測出問題座椅，并禁止放行。

（4）工廠內(nèi)部試生產(chǎn)驗(yàn)證合格后，反饋客戶通用，得到通用現(xiàn)場審核通過后，將座椅發(fā)運(yùn)到通用生產(chǎn)車間進(jìn)行兩輪PTR試裝，驗(yàn)證座椅裝車與車身線束連接后，所有功能及參數(shù)是否合格。

（5）在兩輪PTR驗(yàn)證通過后，經(jīng)客戶同意，自動(dòng)檢測座椅機(jī)器人設(shè)備正式上線使用。

4 自動(dòng)檢測座椅功能機(jī)器人項(xiàng)目的收益

使用機(jī)器人后工位分析見表3。

（1）節(jié)省人工成本：使用機(jī)器人代替人工測試后，C1UL項(xiàng)目早晚每個(gè)班次可節(jié)省1名操作人員，共節(jié)省2名操作人員，此項(xiàng)目也是工廠Plant Saving重點(diǎn)項(xiàng)目之一。

（2）提高線平衡率：機(jī)器人測試比人工測試每套可節(jié)省38.5s，線平衡率由原來的85.6%提高到了90.6%，提高了生產(chǎn)效率。

（3）自動(dòng)檢測座椅功能機(jī)器人的成功實(shí)施，提升了工廠的自動(dòng)化水平，為李爾中國區(qū)其他的座椅工廠提供了新的方案和思路。

5 結(jié)束語

從工廠的實(shí)際情況出發(fā)，闡述了導(dǎo)入自動(dòng)檢測座椅功能機(jī)器人的原因、需求，以及機(jī)器人的方案設(shè)計(jì)、實(shí)施過程、驗(yàn)證要點(diǎn)，直到最后的量產(chǎn)使用。項(xiàng)目達(dá)到了最初的目標(biāo)和要求，同時(shí)，也為工廠進(jìn)行下一步自動(dòng)化水平提升提供了新的思路和寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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