一种自动化汽车装配教学系统及其应用方法

摘要

本发明涉及一种自动化汽车装配教学系统，包括控制模块，以及与控制模块连接的演示展台，其中，演示展台包括：五轴机械臂，汽车顶盖装配二轴机械臂，汽车轮胎装配二轴机械臂，汽车摆放三轴机械臂，传送平台和系统底座。本发明还公开了一种自动化汽车装配教学系统的应用方法。本发明的优点体现在：此教学平台中所有运用的设备器械都是由工业制造中运用广泛的车床、铣床、雕刻机、3D打印机、模具挤压成型、可编程逻辑控制器、触屏技术、以及个性化设计融为一体。其中由可编程逻辑控制器和它所控制的所有步进电机，以及人机互动界面将多项需要大量人工完成的工程作业变得更加有序、整洁、可控。

权利要求

1.一种自动化汽车装配教学系统，其特征在于，包括控制模块，以及与控制模块连接的控制及装配过程演示展台，其中，演示展台包括：五轴机械臂，固定安装在系统底座上部前端，用于汽车底盘提取和摆放，汽车顶盖装配二轴机械臂，通过二轴机械臂支架安装在系统底座上部中前端，用于汽车顶盖装配，汽车轮胎装配二轴机械臂，通过二轴机械臂支架安装在系统底座上部中后端，用于汽车轮胎装配，汽车摆放三轴机械臂，通过三轴机械臂支架安装在系统底座上部后端，用于汽车摆放，传送平台，通过传送导轨安装在系统底座上部，并分别在五轴机械臂所对应的初始工位、汽车顶盖装配二轴机械臂所对应的汽车外壳装配工位、汽车轮胎装配二轴机械臂所对应的汽车轮胎装配工位、汽车摆放三轴机械臂所对应的终止工位形成装配关系，系统底座，系统底座上部设有汽车底盘支架、汽车外壳支架和汽车轮胎支架，在系统底座上还设有汽车摆放位置的标记，在汽车底盘支架上设有汽车底盘模型、汽车外壳支架上设有汽车外壳模型、汽车轮胎支架上设有汽车轮胎模型。

2.根据权利要求1所述的一种自动化汽车装配教学系统，其特征在于，所述控制模块为显示、控制一体机，包括触屏电脑以及支撑触屏电脑的支撑结构。

3.根据权利要求1所述的一种自动化汽车装配教学系统，其特征在于，所述汽车顶盖装配二轴机械臂和汽车轮胎装配二轴机械臂通过同一二轴机械臂支架安装在系统底座上，汽车顶盖装配二轴机械臂包括连接二轴机械臂支架的第一Y轴导轨，第一Y轴导轨上设有第一Z轴导轨，第一Z轴导轨上设有第一移动台，第一移动台上设有第一电磁提取器；汽车轮胎装配二轴机械臂包括连接二轴机械臂支架的第二Y轴导轨，第二Y轴导轨上设有第二Z轴导轨，第二Z轴导轨上设有第二移动台，第二移动台上设有第二电磁提取器。

4.根据权利要求3所述的一种自动化汽车装配教学系统，其特征在于，所述第一电磁提取器包括第一连接杆以及安装在第一连接杆端部的电磁铁；第二电磁提取器包括第二连接杆以及安装在第二连接杆端部的四个电磁铁。

5.根据权利要求1所述的一种自动化汽车装配教学系统，其特征在于，所述汽车摆放三轴机械臂包括连接三轴机械臂支架的第三Y轴导轨，第三Y轴导轨上设有第三Z轴导轨，第三Z轴导轨上设有第三移动台，第三移动台上设有第三电磁提取器。

6.根据权利要求1所述的一种自动化汽车装配教学系统，其特征在于，所述汽车底盘支架在五轴机械臂周围向心摆放。

7.一种自动化汽车装配教学系统的应用方法，其特征在于，利用如权利要求1-6所述的自动化汽车装配教学系统，包括如下步骤：S1通过控制模块控制五轴机械臂、汽车顶盖装配二轴机械臂、汽车轮胎装配二轴机械臂、汽车摆放三轴机械臂进行机械臂准备，使机械臂回归初始位置；

S2状态复位，还原界面上移动的元素，包括汽车底盘、汽车外壳和汽车摆放位置；

S3各工位回零，将五轴机械臂以外的所有机械臂和导轨的位置回零；

S4通过控制模块进行汽车零件选择，包括汽车底盘选择、汽车外壳选择、汽车轮胎选择、汽车摆放位置选择，每一个选择步骤均可返回至上一汽车零件选择步骤进行重选；

S5通过控制模块进行汽车零件装配组合确认，等待汽车装配完成，装配过程可返回至上一步骤进行重新操作；

S6返回至初始状态，机械臂停机。

8.根据权利要求7所述的一种自动化汽车装配教学系统的应用方法，其特征在于，在所述步骤S4中，设有包括跑车、越野车的不同种类底盘、外壳、轮胎进行汽车零件选择。

说明书

一种自动化汽车装配教学系统及其应用方法

技术领域

[0001] 本发明涉及自动化装配教学技术领域，具体涉及一种自动化汽车装配教学系统及其应用方法。

背景技术

[0002] 汽车是各种零部件的有机组合体，因此汽车生产的最后一道工序必定是装配(包括检测和调整)，否则各种零部件无法组合在一起并相互协调发挥其应有的功能。所谓装配就是将各种零部件、合件或总成按规定的技术条件和质量要求联接组合成完整产品的生产过程，使各种零部件、合件或总成具有规定的相互位置关系的工艺过程。

[0003] 我们对于汽车装配过程的了解只限于视频和广告介绍，并没有一款能够展示汽车装配过程的教学系统。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种自动化汽车装配教学系统。

[0005] 本发明的再一目的是，提供一种自动化汽车装配教学系统的应用方法。

[0006] 为实现上述目的，本发明公开了如下技术方案：

[0007] 一种自动化汽车装配教学系统，包括控制模块，以及与控制模块连接的演示展台，其中，演示展台包括：

[0008] 五轴机械臂，固定安装在系统底座上部前端，用于汽车底盘提取和摆放，[0009] 汽车顶盖装配二轴机械臂，通过二轴机械臂支架安装在系统底座上部中前端，用于汽车顶盖装配，

[0010] 汽车轮胎装配二轴机械臂，通过二轴机械臂支架安装在系统底座上部中后端，用于汽车轮胎装配，

[0011] 汽车摆放三轴机械臂，通过三轴机械臂支架安装在系统底座上部后端，用于汽车摆放，

[0012] 传送平台，通过传送导轨安装在系统底座上部，并分别在五轴机械臂所对应的初始工位、汽车顶盖装配二轴机械臂所对应的汽车外壳装配工位、汽车轮胎装配二轴机械臂所对应的汽车轮胎装配工位、汽车摆放三轴机械臂所对应的终止工位形成装配关系，[0013] 系统底座，系统底座上部设有汽车底盘支架、汽车外壳支架和汽车轮胎支架，在系统底座上还设有汽车摆放位置的标记，在汽车底盘支架上设有汽车底盘模型、汽车外壳支架上设有汽车外壳模型、汽车轮胎支架上设有汽车轮胎模型。

[0014] 进一步的，所述控制模块为显示、控制一体机，包括触屏电脑以及支撑触屏电脑的支撑结构。

[0015] 进一步的，所述汽车顶盖装配二轴机械臂和汽车轮胎装配二轴机械臂通过同一二轴机械臂支架安装在系统底座上，汽车顶盖装配二轴机械臂包括连接二轴机械臂支架的第一Y轴导轨，第一Y轴导轨上设有第一Z轴导轨，第一Z轴导轨上设有第一移动台，第一移动台上设有第一电磁提取器；汽车轮胎装配二轴机械臂包括连接二轴机械臂支架的第二Y轴导轨，第二Y轴导轨上设有第二Z轴导轨，第二Z轴导轨上设有第二移动台，第二移动台上设有第二电磁提取器。

[0016] 进一步的，所述第一电磁提取器包括第一连接杆以及安装在第一连接杆端部的电磁铁；第二电磁提取器包括第二连接杆以及安装在第二连接杆端部的四个电磁铁。

[0017] 进一步的，所述汽车摆放三轴机械臂包括连接三轴机械臂支架的第三Y轴导轨，第三Y轴导轨上设有第三Z轴导轨，第三Z轴导轨上设有第三移动台，第三移动台上设有第三电磁提取器。

[0018] 进一步的，所述汽车底盘支架在五轴机械臂周围向心摆放。

[0019] 为实现上述第二个目的，本发明公开了如下技术方案：

[0020] 一种自动化汽车装配教学系统的应用方法，利用如上所述的自动化汽车装配教学系统，包括如下步骤：

[0021] S1通过控制模块控制五轴机械臂、汽车顶盖装配二轴机械臂、汽车轮胎装配二轴机械臂、汽车摆放三轴机械臂进行机械臂准备，使机械臂回归初始位置；

[0022] S2状态复位，还原界面上移动的元素，包括汽车底盘、汽车外壳和汽车摆放位置；

[0023] S3各工位回零，将五轴机械臂以外的所有机械臂和导轨的位置回零；

[0024] S4通过控制模块进行汽车零件选择，包括汽车底盘选择、汽车外壳选择、汽车轮胎选择、汽车摆放位置选择，每一个选择步骤均可返回至上一汽车零件选择步骤进行重选；

[0025] S5通过控制模块进行汽车零件装配组合确认，等待汽车装配完成，装配过程可返回至上一步骤进行重新操作；

[0026] S6返回至初始状态，机械臂停机。

[0027] 进一步的，在所述步骤S4中，设有包括跑车、越野车的不同种类底盘、外壳、轮胎进行汽车零件选择。

[0028] 本发明公开的一种自动化汽车装配教学系统及其应用方法，具有以下有益效果：

[0029] 此实用新型教学平台虽是基于现有高端汽车装配车间设计制作的模拟汽车自动化装配教学平台，但它将工业制造、数字化控制、人工智能、个性化选择融为一体。

[0030] 此教学平台中所有运用的设备器械都是由工业制造中运用广泛的车床、铣床、雕刻机、3D打印机、模具挤压成型、可编程逻辑控制器、触屏技术、以及个性化设计融为一体。每一个环节都显示着前沿工业制造业的高端大气。其中由可编程逻辑控制器和它所控制的所有步进电机，以及人机互动界面将多项需要大量人工完成的工程作业变得更加有序、整洁、可控。此教学平台中所展现的人工智能就是它的个性化装配。

附图说明

[0031] 图1是本发明的整体结构示意图；

[0032] 图2是五轴机械臂结构示意图；

[0033] 图3是汽车顶盖装配二轴机械臂和汽车轮胎装配二轴机械臂结构示意图；

[0034] 图4是汽车摆放三轴机械臂结构示意图；

[0035] 图5是传送平台结构示意图；

[0036] 图6是系统底座结构示意图；

[0037] 图7是控制模块结构示意图；

[0038] 图8是汽车底盘模型图；

[0039] 图9是汽车外壳模型图；

[0040] 图10是汽车轮胎模型图；

[0041] 图11是汽车摆放位置示意图；

[0042] 其中：

[0043] 1.五轴机械臂，2.汽车顶盖装配二轴机械臂，3.汽车轮胎装配二轴机械臂，4.汽车摆放三轴机械臂，5.传送导轨，6.系统底座，7.一体机，8.传送平台，9.汽车底盘，10.汽车底盘支架，11.汽车外壳，12.汽车外壳支架，13.二轴机械臂支架，14.汽车轮胎，15.汽车轮胎支架，16.汽车摆放位置，17.三轴机械臂支架，18.主旋转轴，19.第一电机，20.第二电机，21.第三电机，22.第四电机，23.第一Y轴导轨，24.第二Y轴导轨，25.第一Z轴导轨，26.第二Z轴导轨，27.第一移动台，28.第二移动台，29.第一电磁提取器，30.第二电磁提取器，31.第一X轴导轨，32.第三Y轴导轨，33.第三Z轴导轨，34.第三移动台，35.第三电磁提取器，36.纵臂，37.横臂，38.夹持器，39.肘关节，40.触屏电脑，41.支撑结构。

具体实施方式

[0044] 下面结合实施例并参照附图对本发明作进一步描述。

[0045] 本发明利用可编程逻辑控制器和电磁技术，与软件控制界面、步进电机和铝材支架相配合制作的一套模拟汽车自动化装配教学平台。

[0046] 本平台主要在于展现现代汽车自动化装配线的工作状态，体现人工智能和设备集成的工业制造理念。

[0047] 实施例1

[0048] 请参见图1-图11。

[0049] 一种自动化汽车装配教学系统，包括控制模块，以及与控制模块连接的控制及装配过程演示展台，其中，演示展台包括：

[0050] 五轴机械臂1，固定安装在系统底座6上部前端，用于汽车底盘提取和摆放，五轴机械臂1的主旋转轴18能够使得机械臂在水平面进行360度旋转。第一电机19控制横臂37和肘关节39的上下摆动。第二电机20控制纵臂36的前后摆动。第三电机21控制横臂37的旋转。第四电机22控制夹持器38上下摆动。汽车底盘9的初始位置为汽车底盘支架10，用来确定底盘的正确摆放位置，这样五轴机械臂1就可以准确的从汽车底盘支架10上提取汽车底盘，并将汽车底盘摆放到传送平台8上。

[0051] 汽车顶盖装配二轴机械臂2，通过二轴机械臂支架13安装在系统底座6上部中前端，用于汽车顶盖装配，当传送导轨5将传送平台8和传送平台8上的汽车底盘9移动到二轴机械臂工位时，汽车外壳装配二轴机械臂2利用电磁提取器将汽车外壳提取并摆放到汽车底盘9上。

[0052] 汽车轮胎装配二轴机械臂3，通过二轴机械臂支架13安装在系统底座6上部中后端，用于汽车轮胎装配，汽车的左轮胎和右轮胎位于传送导轨5两侧的汽车轮胎支架15上。当传送导轨5将传送平台8和传送平台8上的汽车底盘以及装配好的汽车外壳移动到二轴机械臂工位时，汽车轮胎装配二轴机械臂3将利用电磁提取器分别提取汽车左、右两侧轮胎并装配到汽车底盘上。

[0053] 汽车摆放三轴机械臂3，通过三轴机械臂支架17安装在系统底座6上部后端，用于汽车摆放，当传送导轨5将传送平台8和传送平台8上的汽车底盘9以及装配好的汽车外壳11和汽车轮胎14移动到三轴机械臂工位时，汽车摆放三轴机械臂3将利用电磁提取器提取汽车并摆放到六个位置中的一个位置上。

[0054] 传送平台8，通过传送导轨5安装在系统底座6上部，并分别在五轴机械臂1所对应的初始工位、汽车顶盖装配二轴机械臂1所对应的汽车外壳装配工位、汽车轮胎装配二轴机械臂2所对应的汽车轮胎装配工位、汽车摆放三轴机械臂4所对应的终止工位形成装配关系，

[0055] 系统底座6，系统底座6上部设有汽车底盘支架10、汽车外壳支架12和汽车轮胎支架15，在系统底座6上还设有汽车摆放位置16的标记，在汽车底盘支架10上设有汽车底盘模型、汽车外壳支架12上设有汽车外壳模型、汽车轮胎支架15上设有汽车轮胎模型。系统底座6为倒梯形木制基座。

[0056] 实施例2

[0057] 本实施例中，控制模块为显示、控制一体机，包括触屏电脑40以及支撑触屏电脑40的支撑结构41。

[0058] 实施例3

[0059] 本实施例中，汽车顶盖装配二轴机械臂2和汽车轮胎装配二轴机械臂3通过同一二轴机械臂支架13安装在系统底座6上，汽车顶盖装配二轴机械臂2包括连接二轴机械臂支架13的第一Y轴导轨23，第一Y轴导轨23上设有第一Z轴导轨25，第一Z轴导轨25上设有第一移动台27，第一移动台27上设有第一电磁提取器29；汽车轮胎装配二轴机械臂3包括连接二轴机械臂支架13的第二Y轴导轨24，第二Y轴导轨24上设有第二Z轴导轨26，第二Z轴导轨26上设有第二移动台28，第二移动台28上设有第二电磁提取器30。

[0060] 实施例4

[0061] 本实施例中，第一电磁提取器29包括第一连接杆以及安装在第一连接杆端部的电磁铁；第二电磁提取器30包括第二连接杆以及安装在第二连接杆端部的四个电磁铁。

[0062] 实施例5

[0063] 本实施例中，汽车摆放三轴机械臂4包括连接三轴机械臂支架17的第三Y轴导轨32，第三Y轴导轨32上设有第三Z轴导轨33，第三Z轴导轨33上设有第三移动台34，第三移动台34上设有第三电磁提取器35。

[0064] 实施例6

[0065] 本实施例中，汽车底盘支架10在五轴机械臂1周围向心摆放。

[0066] 一种自动化汽车装配教学系统的应用方法，利用如实施例1-6中所述的自动化汽车装配教学系统，包括如下步骤：

[0067] S1通过控制模块控制五轴机械臂1、汽车顶盖装配二轴机械臂2、汽车轮胎装配二轴机械臂3、汽车摆放三轴机械臂4进行机械臂准备，使机械臂回归初始位置；

[0068] S2状态复位，还原界面上移动的元素，包括汽车底盘、汽车外壳和汽车摆放位置；

[0069] S3各工位回零，将五轴机械臂1以外的所有机械臂和导轨的位置回零；

[0070] S4通过控制模块进行汽车零件选择，包括汽车底盘选择、汽车外壳选择、汽车轮胎选择、汽车摆放位置选择，每一个选择步骤均可返回至上一汽车零件选择步骤进行重选；本应用方法中，设有包括跑车、越野车的不同种类底盘(跑车底盘、越野车底盘)、外壳(越野车有白、红、蓝色外壳，跑车有灰、红、蓝色外壳)、轮胎(越野车有原装和窄胎，跑车有原装和厚胎)进行汽车零件选择；已选车辆无法再次被选，除非进行状态复位操作；所选的任何过程都可以返回、重选，并且对所选物体进行重现，以确保用户的选择正确无误。

[0071] S5通过控制模块进行汽车零件装配组合确认，等待汽车装配完成，装配过程可返回至上一步骤进行重新操作；

[0072] S6返回至初始状态，机械臂停机。

[0073] 本发明中的控制模块设有调试功能，用于手动测试各工位的数字脉冲，从而定义每个步进电机的移动距离。

[0074] 本发明的装配过程从开始到结束，用户可以选择两种汽车底盘，每种底盘又可以选择三种颜色的汽车外壳、和两种汽车轮胎，到最后的汽车摆放位置的自由化和每个工序的占位和已选提醒，都将个性化装配体现的淋漓尽致。如果就汽车装配序列来说，每种汽车(包含位置的选择)可以有324种装配过程(3个汽车底盘、3个汽车外壳、6套汽车轮胎、6个位置选择。

[0075] 此教学平台中运用电磁效应完成汽车零件的抓取。当机械臂的电磁铁接近汽车零部件上的铁片后，电磁铁电源开启产生磁力，从而完成零部件的抓取过程。这里还可以利用真空吸气完成抓取，但只限于表面光滑平整的物体，如汽车外壳。其他粗糙或者凹槽多的结构体则不适用。利用电磁铁大大增加抓取的稳定性，减少移动时惯性所导致的位移或掉落。

[0076] 利用夹持器也可以完成部件提取，但是夹持器的结构以及所夹物体的形状和摆放位置要求十分苛刻，对于模拟教学平台来说，远远无需高精度的控制。

[0077] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，而非对其限制；应当指出，尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，其依然可以对上述各实施例所记载的技术方案进行修改，或对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改和替换，并不使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。