一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)及其應用方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)，包括控制模塊，以及與控制模塊連接的演示展臺，其中，演示展臺包括：五軸機械臂，汽車頂蓋裝配二軸機械臂，汽車輪胎裝配二軸機械臂，汽車擺放三軸機械臂，傳送平臺和系統(tǒng)底座。本發(fā)明還公開了一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)的應用方法。本發(fā)明的優(yōu)點體現(xiàn)在：此教學平臺中所有運用的設備器械都是由工業(yè)制造中運用廣泛的車床、銑床、雕刻機、3D打印機、模具擠壓成型、可編程邏輯控制器、觸屏技術、以及個性化設計融為一體。其中由可編程邏輯控制器和它所控制的所有步進電機，以及人機互動界面將多項需要大量人工完成的工程作業(yè)變得更加有序、整潔、可控。
【專利說明】
一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)及其應用方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及自動化裝配教學技術領域，具體涉及一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)及其應用方法。
【背景技術】
[0002]汽車是各種零部件的有機組合體，因此汽車生產(chǎn)的最后一道工序必定是裝配(包括檢測和調(diào)整)，否則各種零部件無法組合在一起并相互協(xié)調(diào)發(fā)揮其應有的功能。所謂裝配就是將各種零部件、合件或總成按規(guī)定的技術條件和質(zhì)量要求聯(lián)接組合成完整產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，使各種零部件、合件或總成具有規(guī)定的相互位置關系的工藝過程。
[0003]我們對于汽車裝配過程的了解只限于視頻和廣告介紹，并沒有一款能夠展示汽車裝配過程的教學系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術中的不足，提供一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明的再一目的是，提供一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)的應用方法。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了如下技術方案:
[0007]—種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)，包括控制模塊，以及與控制模塊連接的演示展臺，其中，演示展臺包括:
[0008]五軸機械臂，固定安裝在系統(tǒng)底座上部前端，用于汽車底盤提取和擺放，
[0009]汽車頂蓋裝配二軸機械臂，通過二軸機械臂支架安裝在系統(tǒng)底座上部中前端，用于汽車頂蓋裝配，
[0010]汽車輪胎裝配二軸機械臂，通過二軸機械臂支架安裝在系統(tǒng)底座上部中后端，用于汽車輪胎裝配，
[0011 ]汽車擺放三軸機械臂，通過三軸機械臂支架安裝在系統(tǒng)底座上部后端，用于汽車擺放，
[0012]傳送平臺，通過傳送導軌安裝在系統(tǒng)底座上部，并分別在五軸機械臂所對應的初始工位、汽車頂蓋裝配二軸機械臂所對應的汽車外殼裝配工位、汽車輪胎裝配二軸機械臂所對應的汽車輪胎裝配工位、汽車擺放三軸機械臂所對應的終止工位形成裝配關系，
[0013]系統(tǒng)底座，系統(tǒng)底座上部設有汽車底盤支架、汽車外殼支架和汽車輪胎支架，在系統(tǒng)底座上還設有汽車擺放位置的標記，在汽車底盤支架上設有汽車底盤模型、汽車外殼支架上設有汽車外殼模型、汽車輪胎支架上設有汽車輪胎模型。
[0014]進一步的，所述控制模塊為顯示、控制一體機，包括觸屏電腦以及支撐觸屏電腦的支撐結構。
[0015]進一步的，所述汽車頂蓋裝配二軸機械臂和汽車輪胎裝配二軸機械臂通過同一二軸機械臂支架安裝在系統(tǒng)底座上，汽車頂蓋裝配二軸機械臂包括連接二軸機械臂支架的第一Y軸導軌，第一Y軸導軌上設有第一Z軸導軌，第一Z軸導軌上設有第一移動臺，第一移動臺上設有第一電磁提取器;汽車輪胎裝配二軸機械臂包括連接二軸機械臂支架的第二 Y軸導軌，第二Y軸導軌上設有第二Z軸導軌，第二Z軸導軌上設有第二移動臺，第二移動臺上設有第二電磁提取器。
[0016]進一步的，所述第一電磁提取器包括第一連接桿以及安裝在第一連接桿端部的電磁鐵;第二電磁提取器包括第二連接桿以及安裝在第二連接桿端部的四個電磁鐵。
[0017]進一步的，所述汽車擺放三軸機械臂包括連接三軸機械臂支架的第三Y軸導軌，第三Y軸導軌上設有第三Z軸導軌，第三Z軸導軌上設有第三移動臺，第三移動臺上設有第三電磁提取器。
[0018]進一步的，所述汽車底盤支架在五軸機械臂周圍向心擺放。
[0019]為實現(xiàn)上述第二個目的，本發(fā)明公開了如下技術方案:
[0020]—種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)的應用方法，利用如上所述的自動化汽車裝配教學系統(tǒng)，包括如下步驟:
[0021]SI通過控制模塊控制五軸機械臂、汽車頂蓋裝配二軸機械臂、汽車輪胎裝配二軸機械臂、汽車擺放三軸機械臂進行機械臂準備，使機械臂回歸初始位置；
[0022]S2狀態(tài)復位，還原界面上移動的元素，包括汽車底盤、汽車外殼和汽車擺放位置；
[0023]S3各工位回零，將五軸機械臂以外的所有機械臂和導軌的位置回零；
[0024]S4通過控制模塊進行汽車零件選擇，包括汽車底盤選擇、汽車外殼選擇、汽車輪胎選擇、汽車擺放位置選擇，每一個選擇步驟均可返回至上一步驟進行重選；
[0025]S5通過控制模塊進行汽車零件裝配組合確認，等待汽車裝配完成，裝配過程可返回至上一步驟進行重新操作；
[0026]S6返回至初始狀態(tài)，機械臂停機。
[0027]進一步的，在所述步驟S4中，設有包括跑車、越野車的不同種類底盤、外殼、輪胎進行汽車零件選擇。
[0028]本發(fā)明公開的一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)及其應用方法，具有以下有益效果:
[0029]此實用新型教學平臺雖是基于現(xiàn)有高端汽車裝配車間設計制作的模擬汽車自動化裝配教學平臺，但它將工業(yè)制造、數(shù)字化控制、人工智能、個性化選擇融為一體。
[0030]此教學平臺中所有運用的設備器械都是由工業(yè)制造中運用廣泛的車床、銑床、雕刻機、3D打印機、模具擠壓成型、可編程邏輯控制器、觸屏技術、以及個性化設計融為一體。每一個環(huán)節(jié)都顯示著前沿工業(yè)制造業(yè)的高端大氣。其中由可編程邏輯控制器和它所控制的所有步進電機，以及人機互動界面將多項需要大量人工完成的工程作業(yè)變得更加有序、整潔、可控。此教學平臺中所展現(xiàn)的人工智能就是它的個性化裝配。
【附圖說明】
[0031 ]圖1是本發(fā)明的整體結構示意圖；
[0032]圖2是五軸機械臂結構示意圖；
[0033]圖3是汽車頂蓋裝配二軸機械臂和汽車輪胎裝配二軸機械臂結構示意圖；
[0034]圖4是汽車擺放三軸機械臂結構示意圖；
[0035]圖5是傳送平臺結構示意圖；
[0036]圖6是系統(tǒng)底座結構不意圖；
[0037]圖7是控制模塊結構示意圖；
[0038]圖8是汽車底盤模型圖；
[0039]圖9是汽車外殼模型圖；
[0040]圖10是汽車輪胎模型圖；
[0041]圖11是汽車擺放位置示意圖；
[0042]其中:
[0043]1.五軸機械臂，2.汽車頂蓋裝配二軸機械臂，3.汽車輪胎裝配二軸機械臂，4.汽車擺放三軸機械臂，5.傳送導軌，6.系統(tǒng)底座，7.一體機，8.傳送平臺，9.汽車底盤，10.汽車底盤支架，11.汽車外殼，12.汽車外殼支架，13.二軸機械臂支架，14.汽車輪胎，15.汽車輪胎支架，16.汽車擺放位置，17.三軸機械臂支架，18.主旋轉(zhuǎn)軸，19.第一電機，20.第二電機，21.第三電機，22.第四電機，23.第一 Y軸導軌，24.第二 Y軸導軌，25.第一 Z軸導軌，26.第二 Z軸導軌，27.第一移動臺，28.第二移動臺，29.第一電磁提取器，30.第二電磁提取器，31.第一X軸導軌，32.第三Y軸導軌，33.第三Z軸導軌，34.第三移動臺，35.第三電磁提取器，36.縱臂，37.橫臂，38.夾持器，39.肘關節(jié)，40.觸屏電腦，41.支撐結構。
【具體實施方式】
[0044]下面結合實施例并參照附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0045]本發(fā)明利用可編程邏輯控制器和電磁技術，與軟件控制界面、步進電機和鋁材支架相配合制作的一套模擬汽車自動化裝配教學平臺。
[0046]本平臺主要在于展現(xiàn)現(xiàn)代汽車自動化裝配線的工作狀態(tài)，體現(xiàn)人工智能和設備集成的工業(yè)制造理念。
[0047]實施例1
[0048]請參見圖1-圖11。
[0049]一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)，包括控制模塊，以及與控制模塊連接的控制及裝配過程演示展臺，其中，演示展臺包括:
[0050]五軸機械臂I，固定安裝在系統(tǒng)底座6上部前端，用于汽車底盤提取和擺放，五軸機械臂I的主旋轉(zhuǎn)軸18能夠使得機械臂在水平面進行360度旋轉(zhuǎn)。第一電機19控制橫臂37和肘關節(jié)39的上下擺動。第二電機20控制縱臂36的前后擺動。第三電機21控制橫臂37的旋轉(zhuǎn)。第四電機22控制夾持器38上下擺動。汽車底盤9的初始位置為汽車底盤支架10，用來確定底盤的正確擺放位置，這樣五軸機械臂I就可以準確的從汽車底盤支架10上提取汽車底盤，并將汽車底盤擺放到傳送平臺8上。
[0051]汽車頂蓋裝配二軸機械臂2，通過二軸機械臂支架13安裝在系統(tǒng)底座6上部中前端，用于汽車頂蓋裝配，當傳送導軌5將傳送平臺8和傳送平臺8上的汽車底盤9移動到二軸機械臂工位時，汽車外殼裝配二軸機械臂2利用電磁提取器將汽車外殼提取并擺放到汽車底盤9上。
[0052]汽車輪胎裝配二軸機械臂3，通過二軸機械臂支架13安裝在系統(tǒng)底座6上部中后端，用于汽車輪胎裝配，汽車的左輪胎和右輪胎位于傳送導軌5兩側(cè)的汽車輪胎支架15上。當傳送導軌5將傳送平臺8和傳送平臺8上的汽車底盤以及裝配好的汽車外殼移動到二軸機械臂工位時，汽車輪胎裝配二軸機械臂3將利用電磁提取器分別提取汽車左、右兩側(cè)輪胎并裝配到汽車底盤上。
[0053]汽車擺放三軸機械臂3，通過三軸機械臂支架17安裝在系統(tǒng)底座6上部后端，用于汽車擺放，當傳送導軌5將傳送平臺8和傳送平臺8上的汽車底盤9以及裝配好的汽車外殼11和汽車輪胎14移動到三軸機械臂工位時，汽車擺放三軸機械臂3將利用電磁提取器提取汽車并擺放到六個位置中的一個位置上。
[0054]傳送平臺8，通過傳送導軌5安裝在系統(tǒng)底座6上部，并分別在五軸機械臂I所對應的初始工位、汽車頂蓋裝配二軸機械臂I所對應的汽車外殼裝配工位、汽車輪胎裝配二軸機械臂2所對應的汽車輪胎裝配工位、汽車擺放三軸機械臂4所對應的終止工位形成裝配關系，
[0055]系統(tǒng)底座6，系統(tǒng)底座6上部設有汽車底盤支架10、汽車外殼支架12和汽車輪胎支架15，在系統(tǒng)底座6上還設有汽車擺放位置16的標記，在汽車底盤支架10上設有汽車底盤模型、汽車外殼支架12上設有汽車外殼模型、汽車輪胎支架15上設有汽車輪胎模型。系統(tǒng)底座6為倒梯形木制基座。
[0056]實施例2
[0057]本實施例中，控制模塊為顯示、控制一體機，包括觸屏電腦40以及支撐觸屏電腦40的支撐結構41。
[0058]實施例3
[0059]本實施例中，汽車頂蓋裝配二軸機械臂2和汽車輪胎裝配二軸機械臂3通過同一二軸機械臂支架13安裝在系統(tǒng)底座6上，汽車頂蓋裝配二軸機械臂2包括連接二軸機械臂支架13的第一 Y軸導軌23，第一 Y軸導軌23上設有第一 Z軸導軌25，第一 Z軸導軌25上設有第一移動臺27，第一移動臺27上設有第一電磁提取器29;汽車輪胎裝配二軸機械臂3包括連接二軸機械臂支架13的第二 Y軸導軌24，第二 Y軸導軌24上設有第二 Z軸導軌26，第二 Z軸導軌26上設有第二移動臺28，第二移動臺28上設有第二電磁提取器30。
[0060]實施例4
[0061]本實施例中，第一電磁提取器29包括第一連接桿以及安裝在第一連接桿端部的電磁鐵;第二電磁提取器30包括第二連接桿以及安裝在第二連接桿端部的四個電磁鐵。
[0062]實施例5
[0063]本實施例中，汽車擺放三軸機械臂4包括連接三軸機械臂支架17的第三Y軸導軌32，第三Y軸導軌32上設有第三Z軸導軌33，第三Z軸導軌33上設有第三移動臺34，第三移動臺34上設有第三電磁提取器35。
[0064]實施例6
[0065]本實施例中，汽車底盤支架10在五軸機械臂I周圍向心擺放。
[0066]—種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)的應用方法，利用如實施例1-6中所述的自動化汽車裝配教學系統(tǒng)，包括如下步驟:
[0067]SI通過控制模塊控制五軸機械臂1、汽車頂蓋裝配二軸機械臂2、汽車輪胎裝配二軸機械臂3、汽車擺放三軸機械臂4進行機械臂準備，使機械臂回歸初始位置；
[0068]S2狀態(tài)復位，還原界面上移動的元素，包括汽車底盤、汽車外殼和汽車擺放位置；
[0069]S3各工位回零，將五軸機械臂I以外的所有機械臂和導軌的位置回零；
[0070]S4通過控制模塊進行汽車零件選擇，包括汽車底盤選擇、汽車外殼選擇、汽車輪胎選擇、汽車擺放位置選擇，每一個選擇步驟均可返回至上一步驟進行重選;本應用方法中，設有包括跑車、越野車的不同種類底盤(跑車底盤、越野車底盤)、外殼(越野車有白、紅、藍色外殼，跑車有灰、紅、藍色外殼)、輪胎(越野車有原裝和窄胎，跑車有原裝和厚胎)進行汽車零件選擇；已選車輛無法再次被選，除非進行狀態(tài)復位操作;所選的任何過程都可以返回、重選，并且對所選物體進行重現(xiàn)，以確保用戶的選擇正確無誤。
[0071]S5通過控制模塊進行汽車零件裝配組合確認，等待汽車裝配完成，裝配過程可返回至上一步驟進行重新操作；
[0072 ] S6返回至初始狀態(tài)，機械臂停機。
[0073]本發(fā)明中的控制模塊設有調(diào)試功能，用于手動測試各工位的數(shù)字脈沖，從而定義每個步進電機的移動距離。
[0074]本發(fā)明的裝配過程從開始到結束，用戶可以選擇兩種汽車底盤，每種底盤又可以選擇三種顏色的汽車外殼、和兩種汽車輪胎，到最后的汽車擺放位置的自由化和每個工序的占位和已選提醒，都將個性化裝配體現(xiàn)的淋漓盡致。如果就汽車裝配序列來說，每種汽車(包含位置的選擇)可以有324種裝配過程(3個汽車底盤、3個汽車外殼、6套汽車輪胎、6個位置選擇。
[0075]此教學平臺中運用電磁效應完成汽車零件的抓取。當機械臂的電磁鐵接近汽車零部件上的鐵片后，電磁鐵電源開啟產(chǎn)生磁力，從而完成零部件的抓取過程。這里還可以利用真空吸氣完成抓取，但只限于表面光滑平整的物體，如汽車外殼。其他粗糙或者凹槽多的結構體則不適用。利用電磁鐵大大增加抓取的穩(wěn)定性，減少移動時慣性所導致的位移或掉落。
[0076]利用夾持器也可以完成部件提取，但是夾持器的結構以及所夾物體的形狀和擺放位置要求十分苛刻，對于模擬教學平臺來說，遠遠無需高精度的控制。
[0077]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，而非對其限制;應當指出，盡管參照上述各實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，其依然可以對上述各實施例所記載的技術方案進行修改，或?qū)ζ渲胁糠只蛘呷考夹g特征進行等同替換;而這些修改和替換，并不使相應的技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。
【主權項】
1.一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)，其特征在于，包括控制模塊，以及與控制模塊連接的控制及裝配過程演示展臺，其中，演示展臺包括: 五軸機械臂，固定安裝在系統(tǒng)底座上部前端，用于汽車底盤提取和擺放， 汽車頂蓋裝配二軸機械臂，通過二軸機械臂支架安裝在系統(tǒng)底座上部中前端，用于汽車頂蓋裝配， 汽車輪胎裝配二軸機械臂，通過二軸機械臂支架安裝在系統(tǒng)底座上部中后端，用于汽車輪胎裝配， 汽車擺放三軸機械臂，通過三軸機械臂支架安裝在系統(tǒng)底座上部后端，用于汽車擺放，傳送平臺，通過傳送導軌安裝在系統(tǒng)底座上部，并分別在五軸機械臂所對應的初始工位、汽車頂蓋裝配二軸機械臂所對應的汽車外殼裝配工位、汽車輪胎裝配二軸機械臂所對應的汽車輪胎裝配工位、汽車擺放三軸機械臂所對應的終止工位形成裝配關系， 系統(tǒng)底座，系統(tǒng)底座上部設有汽車底盤支架、汽車外殼支架和汽車輪胎支架，在系統(tǒng)底座上還設有汽車擺放位置的標記，在汽車底盤支架上設有汽車底盤模型、汽車外殼支架上設有汽車外殼模型、汽車輪胎支架上設有汽車輪胎模型。2.根據(jù)權利要求1所述的一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)，其特征在于，所述控制模塊為顯示、控制一體機，包括觸屏電腦以及支撐觸屏電腦的支撐結構。3.根據(jù)權利要求1所述的一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)，其特征在于，所述汽車頂蓋裝配二軸機械臂和汽車輪胎裝配二軸機械臂通過同一二軸機械臂支架安裝在系統(tǒng)底座上，汽車頂蓋裝配二軸機械臂包括連接二軸機械臂支架的第一 Y軸導軌，第一 Y軸導軌上設有第一Z軸導軌，第一Z軸導軌上設有第一移動臺，第一移動臺上設有第一電磁提取器;汽車輪胎裝配二軸機械臂包括連接二軸機械臂支架的第二 Y軸導軌，第二 Y軸導軌上設有第二 Z軸導軌，第二Z軸導軌上設有第二移動臺，第二移動臺上設有第二電磁提取器。4.根據(jù)權利要求3所述的一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)，其特征在于，所述第一電磁提取器包括第一連接桿以及安裝在第一連接桿端部的電磁鐵;第二電磁提取器包括第二連接桿以及安裝在第二連接桿端部的四個電磁鐵。5.根據(jù)權利要求1所述的一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)，其特征在于，所述汽車擺放三軸機械臂包括連接三軸機械臂支架的第三Y軸導軌，第三Y軸導軌上設有第三Z軸導軌，第三Z軸導軌上設有第三移動臺，第三移動臺上設有第三電磁提取器。6.根據(jù)權利要求1所述的一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)，其特征在于，所述汽車底盤支架在五軸機械臂周圍向心擺放。7.—種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)的應用方法，其特征在于，利用如權利要求1-6所述的自動化汽車裝配教學系統(tǒng)，包括如下步驟: SI通過控制模塊控制五軸機械臂、汽車頂蓋裝配二軸機械臂、汽車輪胎裝配二軸機械臂、汽車擺放三軸機械臂進行機械臂準備，使機械臂回歸初始位置； S2狀態(tài)復位，還原界面上移動的元素，包括汽車底盤、汽車外殼和汽車擺放位置； S3各工位回零，將五軸機械臂以外的所有機械臂和導軌的位置回零； S4通過控制模塊進行汽車零件選擇，包括汽車底盤選擇、汽車外殼選擇、汽車輪胎選擇、汽車擺放位置選擇，每一個選擇步驟均可返回至上一步驟進行重選； S5通過控制模塊進行汽車零件裝配組合確認，等待汽車裝配完成，裝配過程可返回至上一步驟進行重新操作； S6返回至初始狀態(tài)，機械臂停機。8.根據(jù)權利要求7所述的一種自動化汽車裝配教學系統(tǒng)的應用方法，其特征在于，在所述步驟S4中，設有包括跑車、越野車的不同種類底盤、外殼、輪胎進行汽車零件選擇。
【文檔編號】G09B25/02GK105957438SQ201610516166
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】董方暉
【申請人】北京思達科教科技開發(fā)有限公司