雙臂機(jī)械手在背光源設(shè)備中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

王 淳，郭曉蕾

（太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西太原 030024）

雙臂機(jī)械手在背光源設(shè)備中的設(shè)計(jì)應(yīng)用

王 淳，郭曉蕾

（太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，山西太原 030024）

通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝的研究，針對(duì)設(shè)備的高精度，高效率，運(yùn)行平穩(wěn)的要求，提出了機(jī)械手臂合二為一的工作模式。減少了動(dòng)作重復(fù)，提高了運(yùn)行效率。

背光源；機(jī)械手臂；效率

近年來(lái)由于液晶顯示器產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，LCD產(chǎn)品不斷進(jìn)步，市場(chǎng)不斷擴(kuò)大。由于LCD本身是非發(fā)光性的顯示裝置，必須通過(guò)背光源才能達(dá)到顯示效果，因此背光源性能的好壞直接影響LCD顯示品質(zhì)。人們?cè)陉P(guān)注其生產(chǎn)工藝技術(shù)的同時(shí)，也越來(lái)越關(guān)注LED關(guān)鍵設(shè)備的研發(fā)和改進(jìn)。背光源產(chǎn)業(yè)屬于勞動(dòng)密集型組裝產(chǎn)業(yè)，耗工耗時(shí)，加之近年來(lái)中國(guó)臺(tái)灣地區(qū)、日本、韓國(guó)主要背光源模塊廠商，都不斷在我國(guó)內(nèi)設(shè)廠，產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，保證品質(zhì)的同時(shí)還要提高生產(chǎn)效率成為了眾生產(chǎn)廠商發(fā)展的瓶頸。因此，在自動(dòng)BLU疊合機(jī)的研發(fā)中，機(jī)械手臂的運(yùn)送效率是設(shè)計(jì)的核心環(huán)節(jié)。

1 背光源生產(chǎn)工藝介紹

背光源模塊主要由光源、導(dǎo)光板組成的半成品以及擴(kuò)散膜、增光膜和遮光膜組成（如圖1所示）。組裝時(shí)將各種膜放置在半成品內(nèi)壓合而成，為了達(dá)到一定的顯示品質(zhì)，各層膜片疊放時(shí)務(wù)必達(dá)到一定的精確度。因此，人工生產(chǎn)無(wú)法保證疊放的一致性，導(dǎo)致了產(chǎn)品良莠不齊。

圖1 背光單元結(jié)構(gòu)示意圖

2 機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)

機(jī)械手臂的作用是將從保護(hù)膜中自動(dòng)剝離出來(lái)的各種膜片從送料平臺(tái)上取放在定位平臺(tái)，再?gòu)亩ㄎ黄脚_(tái)取放到半成品內(nèi)，整個(gè)工藝流程需要機(jī)械手臂完成10個(gè)直線動(dòng)作。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)工藝的研究以及對(duì)設(shè)備的整體配置的優(yōu)化，機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)主要有3點(diǎn)要求：取放膜片速度快；取放膜片的精度高；運(yùn)行穩(wěn)定。

為提高運(yùn)送效率，提出了兩個(gè)步驟同時(shí)進(jìn)行的動(dòng)作方案，需要兩個(gè)機(jī)械手臂完成以下動(dòng)作（如圖2）。手臂1通過(guò)動(dòng)作1～5將膜片從料平臺(tái)運(yùn)送到定位平臺(tái)，完成運(yùn)送后回到原點(diǎn)進(jìn)行下一次的運(yùn)送。手臂2繼續(xù)手臂1的工作將定好位的膜片通過(guò)動(dòng)作（6）～（10）從定位平臺(tái)運(yùn)送到半成品內(nèi)，完成運(yùn)送后回到原點(diǎn)繼續(xù)手臂1的運(yùn)送。

圖2 單一臂膜片取放流程

該方案可以高效率的完成整個(gè)工藝流程，但由于設(shè)備的空間設(shè)計(jì)較為緊湊，以及對(duì)成本的控制，對(duì)此方案進(jìn)行了新一輪的優(yōu)化，將兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的手臂結(jié)合為一體控制，提出了雙臂機(jī)械手的新設(shè)計(jì)（如圖3）。此次優(yōu)化將成本降低為原先的一半，并將整個(gè)運(yùn)送時(shí)間縮短了1/2。

圖3 雙臂膜片取放流程

機(jī)械臂X向運(yùn)動(dòng)裝置（如圖4）由原先只帶動(dòng)一個(gè)機(jī)械臂轉(zhuǎn)為同時(shí)帶動(dòng)兩個(gè)機(jī)械臂，這對(duì)動(dòng)力裝置提出了更高的要求，為保證產(chǎn)品精度以及良品率，設(shè)計(jì)時(shí)采用了伺服電機(jī)控制高精度絲桿運(yùn)動(dòng)作為機(jī)械手臂運(yùn)行的主要方式，通過(guò)司服電機(jī)的帶動(dòng)，最大運(yùn)行速度為800 mm/s，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。

伺服電機(jī)的最高使用轉(zhuǎn)速為：1 500 r/min

額定轉(zhuǎn)速為:3 000 r/min

摩擦扭矩為:T1=（Fa·Ph/2π·η）·A

式中：Fa——軸向負(fù)荷

Ph——滾珠絲杠的導(dǎo)程

η——滾珠絲杠的效率（0.9～0.95）

A——減速比

慣性力矩：每單位長(zhǎng)的絲桿軸慣性扭矩為1.23×10-3kg·cm2/mm，則絲桿軸全長(zhǎng)500 mm的慣性力矩為：

角加速度 ω＇=（2π·Nm）/（60t1）

式中：Nm——電動(dòng)機(jī)每分鐘轉(zhuǎn)速

t1——加速時(shí)間

則扭矩為T(mén)K=T1+T2

故伺服電機(jī)瞬間最大扭矩必須大于TK。選擇電機(jī)滿足條件。

由于取放膜片的速度快，精度要求高，兩個(gè)手臂Y向運(yùn)動(dòng)時(shí)不能出現(xiàn)抖動(dòng)，傾斜或動(dòng)作生硬的現(xiàn)象，故對(duì)手臂的Y向運(yùn)動(dòng)氣缸進(jìn)行受力分析，（如圖5）。負(fù)載安裝在氣缸的端板上，機(jī)械臂外伸，負(fù)載集中看作為向下的力F。

運(yùn)動(dòng)速度為：Va=300 mm/s，集中負(fù)載質(zhì)量為W=3.2 kg，外伸量為L(zhǎng)n=120 mm，故：集中負(fù)載質(zhì)量為：

圖4 機(jī)械臂X向運(yùn)動(dòng)裝置

圖5 氣缸受力示意圖

式中：K——工件安裝系數(shù)

β——允許集中負(fù)載質(zhì)量系列

Wmax——最大允許集中負(fù)載質(zhì)量集中負(fù)載質(zhì)量的負(fù)載率為α1＝W/Wa靜態(tài)力矩為：

式中：An——力矩中心位置距離修正值

靜態(tài)力矩的負(fù)載率為α2=M/Ma

動(dòng)態(tài)力矩為：

動(dòng)態(tài)力矩的負(fù)載率為α3=Me/Mea

計(jì)算得 αn=α1+α2+α3≤1，滿足使用要求。

3 結(jié) 論

本文主要介紹了背光源設(shè)備中機(jī)械手臂的設(shè)計(jì)過(guò)程，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品工藝的深入研究，將影響設(shè)備生產(chǎn)效率的核心部件進(jìn)行整合設(shè)計(jì)，將兩個(gè)機(jī)械手臂整合為一體控制，絲桿采用精密滾珠絲桿,導(dǎo)軌采用LM滾動(dòng)導(dǎo)軌。（如圖6）

圖6 雙臂機(jī)械手

穩(wěn)定高精度的運(yùn)行使得產(chǎn)品定位精度高，減少機(jī)械手臂數(shù)量，降低了成本，并使得生產(chǎn)效率大大提高，滿足了客戶的需求。

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[1]張俊清.背光源自動(dòng)帖片機(jī)送料機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代顯示，2011（10）：25-27.

[2]高艷.背光源膜片吸取裝置的設(shè)計(jì)[J].電子工業(yè)專(zhuān)用設(shè)備，2013（2-3）：58-60.

[3]靳建鼎.電子專(zhuān)用設(shè)備的人性化設(shè)計(jì)[J].電子工藝技術(shù)，2008，29（3）：160-163.

Design of Double-Kinematics Robot in Backlight Equipment

WANG Chun
（Taiyuan Fenghua Information-equipment CO.，LTd.，Taiyuan 030024，China）

Abstract:Focusing on the design requirements of equipment about high precision，efficiency and running stability，we designed double-kinematics work pattern，by analyzing the production process.The result show this design successful reduces repeating actions，improves production efficiency.

Keywords:Backlight；kinematics Robot；efficiency

TH132

B

1004-4507（2013）10-0047-03

2013-09-23

王淳（1986-），女，山西太原人，大學(xué)本科，就職于太原風(fēng)華信息裝備股份有限公司，現(xiàn)從事電子專(zhuān)用設(shè)備的研制與開(kāi)發(fā)，