自动检测座椅功能机器人的设计与实施

高圆

[摘    要]通过引入自动检测座椅功能机器人，实现了机器人代替人工完成较为复杂的测试过程，节省了人工成本，提高了工厂自动化水平。同时提高了生产线平衡率， 实现线平衡率由85.6%提高到了90.6%，提高了效率，使生产线生产更加均衡化。主要介绍了自动检测座椅功能机器人的设计方案和实施过程，以及其中的注意事项和问题等。

[关键词]自动检测座椅功能机器人;自动化水平;线平衡率;设备综合效率

[中图分类号]TP242 [文献标志码]A [文章编号]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

随着时代的发展和变化，如今的制造企业无论是在数量上还是在质量上，其内外部竞争都愈趋激烈。各企业为在拥挤的市场中获得一席之地，想尽办法对传统制造业进行改革创新，对外提高产品质量和服务，对内以人为本，尽一切可能提高效率、节约成本，使企业在时代的潮流中保持活力和竞争力。其中对内改革伴随着自动化技术的高速发展，其高效率、低成本的特点使自动化应用成为企业提高核心竞争力的首选方法。在众多自动化产品的应用中，利用机器人进行自动化生产无疑是当前企业进行生产制造装备智能化的主流及发展方向，利用该技术不但有节省人工、提高效率及降低成本和损耗等优点，而且还可以实现收益的扩大化，使企业生产的产品质量更加稳定，使企业在竞争中处于优势地位。

1 自动检测座椅功能机器人的具体需求

1.1 生产作业需求

根据客户产能要求，需要满足每小时产出UPH为18套，从工位作业分析来看，见表1，人工功能测试工位UPH值为18，只能刚好满足要求。由于测试项目较多，此工位为瓶颈工位，且工时较其他工位长至少15s以上，导致线平衡率较低，只有85.6%。线体不平衡，使其他工位产生大量等待浪费，工厂成本较高。

根据上述情况：对自动检测座椅功能机器人的生产作业需求为缩短测试时间，提高效率，将线平衡率提高到90%。

1.2 功能需求

座椅电功能的测试项目，分别是对座椅滑道电机、座盆电机、升降电机、靠背电机、震动电机、SBR感应垫、安全气囊、安全插扣、加热垫、加热模块、记忆模块、线束对地等进行检测与数据存储。自动检测座椅机器人需要与测试机联动，在测试机进行滑道前后移动，靠背前后移动等功能项进行检测时，发送信号给机器人，机器人接收信号后，进行模拟人工的动作，使座椅进行相应的动作，以便对座椅功能进行检测。

1.3 硬件需求

（1）需要实现测试接口与产品座椅线束接口快速准确对接。

（2）需要实现与测试机数据通信的设备硬件。

（3）需要时时显示运行信息并具备人工干预的操作显示设备。

2 自动检测座椅功能机器人的设计方案

2.1 机器人选型

机器人供应商为工厂提供了UR3，UR5，UR10三种机器人型号供选择，见表2与图2。对所有需机器人完成的模拟手部动作进行试验，获得以下结果：

（1）机器人的工作半径为700 mm。

（2）肘关节工作范围0°～90°。

（3）腕关节工位范围0°～360°。

（4）座椅前后移動线速度0.05 m/s。

（5）座椅角度调节速度6°/s。

经过对3种型号的机器人技术及功能参数的对比，UR5和UR10机器人可以满足所有动作要求，从节约成本和空间的角度考虑，UR5更加经济实用，故选取了UR5机器人。

2.2 硬件设计

（1）测试仪及龙门框架。其中测试仪要求可移动的，龙门框架要求铝合金结构，用于固定座椅发运姿态检测传感器。主框架结构见图3。

（2）根据座椅功能调节按钮的不同形状和调节方式，对人调节按钮时的动作进行分析，设计了模仿手指动作的工装，如图4，采用旋转的方式来切换工作工装，分别对座椅移动、坐垫升降、靠背翻转及腰托功能进行调节测试。

（3）要求所有控制柜与外部连接的电缆必须通过快接插头，以保证设备快速更换。

（4）用于测试插头的电缆必须是高柔性的，防止使用过程的折断。

（5）所有跟座椅链接的插头均采用工业非侵入式弹簧插针，探针品牌要求使用英钢，托盘转接插头采用座椅整车插头，可快拆快装。

（6）所有插头应经久耐用，并有防错插功能（Poka-Yoke），防止与主控柜错插。

（7）自动对接采用双气缸，先进行锁紧，再进行线速接口的对接，见图5。

（8）控制柜要求有空调功能，良好的通风及过滤。

2.3 软件测试流程设计

机器人正确连接测试线束，启动测试过程完成座椅功能测试，实现实时显示测试状态及测试结果。测试过程结束后，与流水线MES控制系统连锁，将测试参数结果保存至数据库。测试合格的放行，测试中断的复位（重测功能），测试故障报警。其中需要注意：

（1）除操作界面外进入所有的界面必须有密码保护。微软“开始“菜单也必须锁定。如没有正确的口令，操作人员不能在测试设备中安装软件或更改测试参数。

（2）测试数据存储在本地，并在每次测试结束后通过“Windows Messaging”发给LPS。数据存储格式为Excel或CSV，以方便导出为Excel文件用于追溯和展示。

（3）当系统与数据采集系统离线时，设备应能扫描条码并在本地存储测试数据直到数据采集系统连线。

（4）测试设备应建有测试故障代码用于快速解决测试仪故障。

（5）测试软件应可以测试单个驾驶侧座椅或单个乘客侧座椅，同时应准备一个假插头（连接全配置线束），模拟另一个座椅与测试仪连接。

（6）插头与生产线应做到位置互锁，以确保插头在正确的位置状态。

2.4 测试工作原理及流程设计

测试模式设计：设计了主副驾座椅同时进入测试位置，主驾在前，副驾在后，如图6，这样就使整套座椅的调节按钮集中到中间区域，一个机器人即可完成两个座椅的测试（主驾调节按钮在座椅左侧，副驾调节按钮在座椅右侧）。除动作相关测试（座椅前后移动、靠背翻转、坐垫升降等）外，其余功能测试（例如安全气囊、加热模块、记忆模块等）同时进行测试，这样就消除了人工测试时，一个座椅测试另一个座椅等待的问题，减少了测试时间，提高了测试效率。

测试原理及流程：在测试工位前序工位，装配人员将座椅线束与夹具线束工装一端接口对接。座椅进入测试位置后，测试机通过RFID读取托盘主副驾信息，确认主副驾位置无误后，夹具线束工装另一端接口与测试电控柜相连，开始进行测试。两台测试机同时对主副驾座椅进行非动作相关功能测试，测试完毕后，测试机控制机器人对座椅进行操作，开始测试动作相关功能。机器人通过视觉定位的方法，准确控制座椅按钮依次对主驾座椅前后移动、座椅前后升降、靠背翻转、腰托顶出和收回，而后再对副驾重复上述动作，完成测试。最后，通过视觉系统定位及气缸推动对安全带Buckle进行测试，整个测试流程结束。测试合格座椅进行放行，测试有故障座椅进行报警并禁止座椅放行。

座椅自动电检，采用机器视觉定位引导的方法作为判别及安全手段，UR机器手臂作为按键执行机构，来完成座椅接头的自动插拔、按键测试等工作。整套系统包括六轴机械臂、电缆插头柔性拔插装置、安全带座测试装置、视觉辅助判断系统及总控制系统组成。总控制系统PLC带有通讯网口，用于与生产线所有输入输出点的连接。控制系统通过以太网与李尔LPS系统相连，交互座椅型号信息及测试过程中的各种信号。机器人完全由程序控制，每个测试都由程序给出测试信号，检测合格后程序也会给机器人完成的信号，直至所有测试结束。

3 自动检测座椅功能机器人的制造及现场施工

3.1 在供应商处进行预验收

预验收由工厂IE工程师及设备机械、电气工程师在供应商处进行，检测定制的机器和设备是否符合技术协议中所列出的要求及标准。在预验收成功结束后，才可以进行机器设备发货。

3.2 进场施工及验收

设备在供应商处完成预验收后，根据项目时间截点及实际生产需要，确认设备进厂时间。设备进厂前，组织各部门和供应商对现场施工环境、电、气接入位置及安全的防护范围进行详细的规范确认，安全防护要求落实到每名员工，确保施工安全。

3.2.1 施工准备及安全会议

（1）确认设备进厂时间及施工周期;确认每日施工内容，制定计划，工厂及供应商每日施工责任人。

（2）确认施工时的安全防护要求，以及电、气等危险能源挂牌上锁要求。

3.2.2 设备进厂安装、调试及问题整改

设备进厂后，首先工厂EHS人员对施工方相关安全协议、施工证书及防护设施进行审核。审核通过后，供应商根据前期进厂前讨论确认的施工流程计划，进行现场施工。

（1）供应商在现场张贴项目进度表，直接反映进度。

（2）施工现场安全监督：除工厂安全员不定期巡查外，现场负责的IE工程师对供应商现场施工也需要进行安全监督。

（3）安装完成后，对机器人及各机构系统进行调试，检查定位精度是否准确，机器人工作速度，各机构的协调性等。

3.2.3 设备试生产验证

（1）设备安装调试完成后，IE工程师组织牵头实施系统防错试刷验证，保证系统防错功能有效。

（2）进行小批量验证，评估测试稳定性，并对测试数据（电机电流、电阻值等）进行过程能力分析，确保CPK稳定达到1.67以上。

（3）进行“红兔子”验证，验证设备是否可以检测出问题座椅，并禁止放行。

（4）工厂内部试生产验证合格后，反馈客户通用，得到通用现场审核通过后，将座椅发运到通用生产车间进行两轮PTR试装，验证座椅装车与车身线束连接后，所有功能及参数是否合格。

（5）在两轮PTR验证通过后，经客户同意，自动检测座椅机器人设备正式上线使用。

4 自动检测座椅功能机器人项目的收益

使用机器人后工位分析见表3。

（1）节省人工成本：使用机器人代替人工测试后，C1UL项目早晚每个班次可节省1名操作人员，共节省2名操作人员，此项目也是工厂Plant Saving重点项目之一。

（2）提高线平衡率：机器人测试比人工测试每套可节省38.5s，线平衡率由原来的85.6%提高到了90.6%，提高了生产效率。

（3）自动检测座椅功能机器人的成功实施，提升了工厂的自动化水平，为李尔中国区其他的座椅工厂提供了新的方案和思路。

5 结束语

从工厂的实际情况出发，阐述了导入自动检测座椅功能机器人的原因、需求，以及机器人的方案设计、实施过程、验证要点，直到最后的量产使用。项目达到了最初的目标和要求，同时，也为工厂进行下一步自动化水平提升提供了新的思路和宝贵的经验。

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