摘要：人工成本不断攀升的背景下，企业对自动化以及智能化产品的需求不断扩大，作为工业领域最重要机种之一的装配机器人在企业生产过程中的运用越来越广泛，设计与开发也日趋成熟。然而，受到装配精度、价格以及智能化程度的影响，装配机器人很难被大众化中小型企业所接受，在很多装配车间，依然依靠大量的人工对产品进行装配。本文主要加强小型电子产品机器人装配系统进行分析，以手机后盖的装配为例来详细说明装配顺序的控制，以突出机器人装配的优越性。
关键词：小型电子产品；机器人；装配；设计
1小型电子产品的装配现状
目前在小型电子装配行业中，人工装配占据了很大的比例。富士康的手机装配为例，在生产线上，除了PCB板的生产，其余的装配工作都是人工操作完成，人工装配占整个生产线的80%。在电子产品装配中，装配工时和费用大约占总费用的40%－60%。由于近些年我国经济转型，人口老龄化以及人力成本的提升等问题，机器人在我国制造业中的应用越来越广泛，机器人在我国制造业中的应用越来越广泛，企业也逐渐尝试用机器人代替人工进行电子产品的装配。
2小型电子产品机器人装配工艺简介
2.1传统的电子产品装配工艺
传统的电子产品装配中，基本工序有装配准备、装配、调试、检验、包装、入库。
2.2自动装配工艺流程
手工装配使用灵活方便，广泛应用于各道工序或各种场合，但速度慢，易出差错，效率低，不适应现代化生产的需要。尤其是对于设计稳定、产量大和装配工作量大而元器件又无需选择的产品，宜采用自动装配方式。根据装配工位和基础件的移动状况，自动化装配过程可分为两种类型。一为基础件移动式的自动装配线。装配操作由相应的工位来完成，各个工位的装配动作都不同，采用传输系统来完成工位的变换。二为基础件固定式的自动装配线。零件按照装配顺序依次装配到基础件上，此时装配工位只有一个，装配基础件是固定的。
3装配单元的设计
生产单元通常由工业机器人、生产机器、传送带、夹具、刀具等设备组成。机器人应用工程中常见的两个问题是工作单元的设计和控制系统的设计。下面主要介绍机器人生产单元的布局。
3.1装配单元布局
常见的工作单元布局有3种类型：1.以机器人为中心的单元；2.直线排列机器人单元；3.移动的机器人单元。这些单元布局依机器人和其它设备的组合形式来决定。
（1）以机器人为中心的单元
在以机器人为中心的工作单元布局中，就几何位置而言，机器人位于工作单元的中心，其它的设备以机器人为中心圆周排列。最常见的是，一个机器人完成一个单独的操作，或者服务一台生产机器，或者完成一个单独的生产操作。在以机器人为中心的单元中，机器人以圆弧形的末端轨迹来完成相关的机械操作。在这种情况下，工业化器人能够实现为多个设备输送和输出物料或工件。通常使用传送带、带有输送槽的零件送料器、托盘等来实现这一功能，比如：机械加工，冲压，组装等独立部件的生产操作。这些传送设备通常将零件以固定的姿态放置到己知的位置上，方便机器人抓取。
（2）直线排列机器人单元，常用的3种类型的传输系统：间歇传输；连续传输：非同步传输。间歇传输，在生产线上从一个工作站到下一个之间有开始和停止的动作。也称作同步输送，所有的零件都是同时移动，并且同时到达下一个预计地点。在间歇传输中，机器人位于传送带旁边，当零件到达预定的位置，机器人对零件进行机械操作。在连续传输中，传送带匀速进行物料的输送。机器人随动对零件进行机械操作。非同步传输，也被称作悬挂输送系统。其中，每个零件单独移动，移动或者停下这些动作都是相互独立的。当一部分零件正处于处理中时，另一部分还在生产线上移动。传感器必须能够给机器人提示工作周期的开始时间。
（3）移动的机器人单元
在移动的机器人工作单元中，机器人被安装在轨道系统上的移动基座上，能够移动到设备的多个部分。轨道系统要么是固定在工厂的地板上的轨道，要么是高架轨道系统。相比于安装在地板上的轨道系统，高架轨道的优点是不需要太多的地面空间，缺点是增加了铺设高架系统的费用。通常移动的机器人单元适用于工作周期较长，一个机器人能够服务于多个机器的情况下。此时，机器人在多台机器之间工作，没有机器人独自工作或者服务机器人时的等待的多余的空闲时间。在移动机器人单元中，我们需要寻找机器人可服务的机器的最大数量。目标是在不造成机器闲置时间的情况下，寻找机器人可服务的机器的最大数量。
4装配过程中的顺序控制
除了设置机器人工作单元的物理布局的问题，还有工作单元中所发生的各种活动的协调问题。大多数装配工作都是顺序发生的，但是也有可能同时发生，有一些其他的因素也需要考虑到，比如人工操作的安全性。通过一台被称作工作单元控制器或者工作站控制器的设备，我们可以实现多个工作的协调。下面主要以手机后盖的机器人自动装配为例，详细分析了装配顺序的控制，后盖装配线的布局如下：
图1盾盖装配单元布局
Ri表示机器人i，Ci表示圆形工作台i，Fi表示夹具i，后盖的装配周期中，装配顺序如下:
(1) 机器人R1抓取J6放置到F1上
(2) 机器人R1抓取J7装配到J6
（1） 机器人R2，抓取J8装配到J6上
（2） 机器人R3，抓取J9装配到J6上
（3） 机器人R4，抓取J10装配到J6上
（4） 机器人R5，抓取J11装配到J6上
（5） 机器人R6，抓取J12装配到J6上
（6） 机器人R2，抓取I3装配到J6上
（7） 机器人R2，抓取I2装配到J6上
（8） 机器人R2，抓取I5装配到J6上
（9） 机器人R2，抓取I1装配到J6上
在后盖装配单元中，工作站控制器的作用是确保这些装配动作在规定的时间按照正确的顺序进行，因此，工作站控制器必须能够和工作单元中各个设备进行信号交流。在其他情况中，工作单元控制器需要完成一些常见的顺序控制分类，这些功能需要更复杂的工作单元，这些功能包括：执行计算：处理设备故障等特殊事件；处理不规则周期问题，比如周期性间隔中的刀具变换等问题。
5总结
在手机等电子产品的装配工艺中，机器人装配系统适合产品结构及工序大同小异且订单稳定的批量性产品的组装生产。机器人装配系统可以有效提高装配过程的效率，系统柔性化高，同类型产品更新升级组装线简单快速，故机器人装配系统的设计和应用研究对电子自动化生产有着重要的意义。
参考文献：
[1]工业机器人技术的发展与应用综述[J]. 计时鸣,黄希欢. 机电工程. 2015(01)
[2]基于PLC的木工机械多轴运动控制系统设计与研究[D]. 李晓.山东大学 2015
[3]基于单目图像的装配机器人固定视觉控制系统研究[D]. 谢珂.湖南科技大学 2014
论文作者:朱影
论文发表刊物:《电力设备》2018年第10期
论文发表时间:2018/7/30
标签：机器人论文; 单元论文; 工作论文; 机器论文; 电子产品论文; 系统论文; 零件论文; 《电力设备》2018年第10期论文;