劉保千

（合肥欣奕華智能機器有限公司，合肥 230011）

液晶行業(yè)具有科技含量高、價值大、市場潛力大等特點。現(xiàn)階段，世界各國對液晶行業(yè)都非常重視。尤其近年來國內(nèi)的液晶行業(yè)發(fā)展迅猛，國內(nèi)市場對液晶顯示的需求量越來越大，使得液晶顯示產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為我國電子信息發(fā)展的核心產(chǎn)業(yè)。我國的液晶制造產(chǎn)業(yè)在技術層面多依賴日本、韓國的技術和設備，嚴重限制了我國液晶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。由于我國液晶行業(yè)的起步較晚，針對液晶產(chǎn)業(yè)的研究仍處于起步階段。在液晶面板的生產(chǎn)制造過程中，大部分國內(nèi)機械裝備都是在國外機械裝備的基礎上進行簡單的改造，以適應我國液晶生產(chǎn)的特點。隨著國內(nèi)液晶顯示市場的迅猛發(fā)展，液晶面板生產(chǎn)裝備的自主研發(fā)已經(jīng)成為我國液晶顯示行業(yè)發(fā)展的重中之重。隨著液晶面板尺寸的不斷增大，在液晶面板生產(chǎn)制造過程中，搬運設備對液晶面板的生產(chǎn)效率影響增加。在實際液晶面板加工制造中，采用機械臂搬運液晶面板能夠有效提升液晶面板的生產(chǎn)效率，有助于促進現(xiàn)代液晶顯示行業(yè)的發(fā)展。

1 液晶面板搬運機械臂系統(tǒng)總體設計

液晶面板的搬運機械系統(tǒng)由搬運工作臺、機械臂裝置和行走裝置3 部分組成。裝置平臺上安裝有壓力感應傳感器，當信號傳感器檢測到裝置平臺上沒有材料時，會向材料輸送小車發(fā)送搬運請求信號，此時搬運小車會將裝有液晶面板的小車輸送至工作臺。當檢測裝置再次檢測到平臺上有液晶面板時，需要檢測液晶面板的數(shù)量，待檢測完成后將測試數(shù)據(jù)傳遞給總控制器?？偪刂破鹘o出搬運指令，機械臂開始動作搬運液晶面板。搬運機械臂的動作結(jié)構(gòu)包括移動、伸出、吸附、回收、轉(zhuǎn)運、伸出和釋放[1]。整個過程循環(huán)進行，直到將平臺上的液晶面板搬運完成。整個系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示，裝置的詳細工作流程圖如圖2所示。

2 液晶面板搬運機械臂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

2.1 機械臂展收方案設計

設計液晶面板機械臂時，需要保證整個裝置的穩(wěn)定性和環(huán)境適應性，在搬運過程中減少抖動，以防抖動對液晶面板造成負面影響。通過觀察設計，本次液晶面板機械臂采用的是相互獨立運動的平面關節(jié)型設計。采用此類型的設計有絲桿直接傳動、平面四桿滑塊機構(gòu)以及平面四桿曲柄驅(qū)動機構(gòu)3 種方案。通過分析這3 種方案形式可知：絲桿直接傳動能夠精確定位控制和動作的調(diào)整，結(jié)構(gòu)和控制均十分簡單；平面四桿滑塊驅(qū)動形式是在絲桿直接傳動的基礎上進行更改，采取的是“一端固定，一端松開”的方式，即以絲桿作為其主要的承力部位，但是在長期使用過程中絲桿會產(chǎn)生磨損或者是絲桿的水平度會受到影響，導致其裝置精確度受到影響；采用平面四桿曲柄驅(qū)動機構(gòu)機架部分的導向桿只是承擔導向的作用，不承擔受力的作用，并且采用此種方式的導向桿可伸縮，減小了旋轉(zhuǎn)半徑，可更好地節(jié)省運行空間[2]。綜上所述，機械臂展收機構(gòu)的設計采用具有更小旋轉(zhuǎn)半徑和更高精確度的曲柄驅(qū)動形式。

2.2 機械臂的末端執(zhí)行機構(gòu)設計

液晶面板的搬運機械臂在進行搬運的過程中，可能會出現(xiàn)某種原因?qū)е碌耐ｎD，造成液晶面板摔碎。為了防止這種情況的出現(xiàn)，保證搬運機械臂能夠適應多種大小的液晶面板，設計了一種尺寸大小可以調(diào)節(jié)且能夠?qū)σ壕姘暹M行有效保護的末端執(zhí)行機構(gòu)。該末端調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由真空吸盤、總成結(jié)構(gòu)、連接機構(gòu)以及真空阻斷器4 部分組成，裝置三維圖如圖3 所示。為了防止斷電出現(xiàn)搬運機構(gòu)的真空吸盤吸附力瞬間減小而導致液晶面板破碎的現(xiàn)象，末端執(zhí)行機構(gòu)中設置有真空阻斷器和常閉式電磁閥。裝置在運行過程中，通電后常閉式電磁閥打開，真空阻斷器打開，此時裝置與氣源接通，接通后開始吸緊液晶面板。當出現(xiàn)故障發(fā)生停電現(xiàn)象時，此時常閉式電磁閥會瞬間阻斷真空回流，使得其能夠較好地保護正在搬運的液晶面板[3]。

3 液晶面板搬運機械臂控制系統(tǒng)設計

液晶面板搬運機械臂控制系統(tǒng)是整個裝置的控制大腦。為了確保液晶面板搬運機械臂能夠在動作的過程中到達準確位置且能夠快速高效運行，需要對其控制系統(tǒng)進行設計。

3.1 液晶面板搬運機械臂控制系統(tǒng)的總體設計

液晶面板機械臂需要有3 個方向的自由度，并且在這3 個自由度上要能夠?qū)崿F(xiàn)其單獨運動或者是協(xié)同運動。因此，液晶面板搬運機械臂需要注意以下3 個方面。第一，由于液晶面板搬運機械臂控制系統(tǒng)在日常工作過程中要保證開放性，因此機械臂控制系統(tǒng)要有著較好的人機交互界面和能夠進行后續(xù)更新的一個開發(fā)系統(tǒng)，以保證能夠?qū)崟r進行更新。第二，液晶面板搬運機械臂控制系統(tǒng)在液晶面板生產(chǎn)制造企業(yè)使用較多，因此設計時要充分考慮液晶面板搬運機械臂裝置的成本。第三，要考慮實用性和可靠性，其中實用性是基本，可靠性是液晶面板搬運機械臂安全穩(wěn)定進行生產(chǎn)活動的基礎[4]。

經(jīng)過綜合考慮，液晶面板搬運機械臂控制系統(tǒng)采用可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）作為控制核心。按照它的功能，該系統(tǒng)的控制方式有單機、集中、分布式以及遠程VO 控制等。

3.2 液晶面板搬運機械臂控制系統(tǒng)硬件設計

根據(jù)液晶面板搬運機械臂控制系統(tǒng)的功能和動作，選擇三菱公司生產(chǎn)的Q 系列Q13UDV 型號的PLC，信息交互采用QJ71JP 型號的CC-Link 模塊。此外，選用兩個QE81WH 智能監(jiān)控模塊來監(jiān)控液晶面板機械臂工作過程中的電壓信號和電流信號。人機交互界面的顯示器選用普洛菲斯GP4000 觸摸屏。將已經(jīng)設計好的相關控制程序?qū)隤LC，PLC 收集采集的信息、機械臂的運行狀態(tài)等，并將其與先前設定的信息進行對比分析，然后通過控制電磁閥實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的動作，最終實現(xiàn)對液晶面板的搬運。

3.3 液晶面板搬運機械臂控制系統(tǒng)軟件設計

液晶面板搬運機械臂控制系統(tǒng)程序設計主要是由以下程序來完成的。

3.3.1 液晶面板搬運箱搬運程序

工作臺上的壓力傳感器根據(jù)檢測信號來確定是否需要搬運箱啟動搬運玻璃面板。當壓力傳感器檢測到搬運箱后，會傳遞給PLC 相關信號，控制器將發(fā)出指令打開電磁閥，驅(qū)動器對整個裝置進行固定，然后開始檢測液晶面板的層數(shù)，待檢測完成后，將檢測到的信息發(fā)送給控制器。

3.3.2 手動運行程序

操作工作人員可以通過手動方式將已經(jīng)固定好或者已經(jīng)松開的搬運箱進行手動控制操作。手動操作機器重新檢測液晶面板的層數(shù)，并手動控制機器完成液晶面板的搬運工作。

3.3.3 自動運行程序

自動運行程序是相對于手動控制程序的。自動運行程序利用壓力傳感器等檢測搬運箱，通過傳感器的狀態(tài)，PLC 根據(jù)預先的指令不斷地向各個部分發(fā)出搬運指令，循環(huán)往復進行工作[5]。

3.3.4 監(jiān)視程序

監(jiān)視程序是對液晶面板搬運機械臂的運行狀態(tài)進行實時測定，并將測定的相關數(shù)據(jù)信息傳遞給控制器。

4 結(jié)語

液晶面板搬運機械臂在液晶顯示行業(yè)的生產(chǎn)制造過程中具有重要作用。通過設計液晶面板搬運機械臂的末端執(zhí)行機構(gòu)和機械展收的方式，闡述液晶面板搬運機械臂控制系統(tǒng)的要求，對硬件部分的控制器、人機交互界面以及智能監(jiān)控裝置進行選型設計，對其軟件部分進行程序設計。液晶面板搬運機械臂的應用實現(xiàn)了液晶面板搬運的自動化和機械化。試驗證明，液晶面板搬運機械臂在實際運行過程中的節(jié)拍時間為19.4 s，遠小于標準節(jié)拍時間，具有更優(yōu)的穩(wěn)定性和可靠性。