一种基于TRIZ的导向环自动装配设备上料机构

作者：张毅

   本文运用TRIZ（TRIZ是俄文的英文音译Teoriya ResheniyaIzobreatatelskikh Zadatch的缩写，其英文全称是Theory of the Solution of Inventive Problems，中文意思为发明问题解决理论）创新设计方法对电枢导向环自动装配设备上料机构进行设计，找到稳定、精确可靠的上料机构设计方案。

1  上料机构创新设计方案的确定

1.1  矛盾分析

电枢导向环自动装配设备是汽车雨刮器电机自动生产线配套设备，主要完成磁性导向环与无磁性导向环（如图1所示）的自动装配。

  电枢导向环的上料需要将磁性导向环或者无磁性导向环进行整理分料，然后输送到指定待装配取料位，等待机械手完成自动装配任务。在上料机构的初步设计过程中有下列设计问题：①如何解决电枢导向环串料和散料两种不同形式物料的整理分料；②如何解决磁性导向环分料输送过程中磁性对分料效果的影响。针对上述问题进行如下矛盾分析：

  (1)问题①中电枢导向环的物料分为两种形式，一种是磁性串料，另一种是无磁性散料。如何在电枢导向环自动装配设备上实现两种形式的物料都能适用，并保证结构简单、换型快速的要求。需要改善的参数是设备的适应性，恶化的参数是设备的结构复杂程度。同时，当设备的适应性增加，其可制造性也将恶化，生产成本增加，因此，这就形成了两对技术矛盾。

  (2)问题②中，带磁性导向环的磁性是其所匹配雨刮器电机所必须的属性，而上料过程中磁性会导致导向环之间的相互作用，出现卡料、粘连和偏移等问题，因此，导向环的磁性作为磁场力构成了物理矛盾。

1.2  矛盾解决

1.2.1  冲突解决原理

针对问题①中所确定的技术冲突，查冲突矩阵表（见表1），在交叉处得到推荐的发明原理解(15，29，37，28)和(1，13，31)。

  查阅TRIZ理论40个发明原理，综合分析以上原理解，发现1分割原理、15动态化和28机械系统的替代原理对设计帮助很大，因此采用以上三个原理进行方案设计。

1.2.2方案设计

  方案一：根据1分割原理将上料机构分解为两个独立的部分。根据15动态化原理采用电磁振动盘改变无磁性导向环散料的散乱状态；采用气缸推料结构将磁性串料分离成单个元件。在装配取料处根据28机械系统的替代原理设计旋转分料机构，将两个独立上料机构输送物料整合到同一位置。

  方案二：利用13反向原理采用人工方式将磁性串料串料打散，使两种导向环都处于散乱状态，然后利用15动态化原理采用电磁振动盘改变导向环状态使其处于最佳操作状态，最后完成上料。

  方案三：利用13反向原理增加一个串料机构改变无磁性导向环的散乱状态，使其与磁性导向环串料处于相同状态，然后根据15动态化原理采用气缸推料结构将导向环分离成相互间能相对运动的元件，最后完成上料。

1.2.3方案评估

  方案一采用分割原理和动态化原理将磁性串料和无磁性散料分为两个独立部分，能够使单个上料结构简单，制造性好。同时分为两部分进行上料不需要回收上一批次未使用完的导向环。但是，两部分独立设计增加了设备整体尺寸。

  方案二和方案三采用反向原理和动态化原理将串料打散或者将散料加工成串料，用一个机构完成上料，节省了空间尺寸。但是，增加了生产工序，而且每次在导向环换型时需要回收前一批次未使用完的物料。另外，方案三需要增加一个串料机构，增加了系统复杂程度。

  综上，选择方案一进行设计。

  针对问题②中导向环磁性的物理冲突，利用TRIZ理论中的4种分离原理来进行求解，而分离原理与40个发明原理又有密切关系，其关系如表2所示。

  通过对该物理冲突分析，发现在时间分离方法中原理10预操作对解决冲突有很大帮助。因此，选择在上料过程中增加一个预操作机构施加预压力，来抵消导向环自身磁性相互吸引所导致的粘连卡料。

2上料机构结构设计

  在利用TRIZ理论冲突解决方法进行分析与求解后，已经确定了电枢导向环自动装配设备上料机构的设计方案，下面对其进行具体设计。

首先，确定结构布局。根据上文求解，确定带磁性导向环与无磁性导向环分为两个独立部分进行设计，然后通过旋转圆盘将其整合起来，如图2所示。

2.1  磁性导向环上料部件设计

针对磁性导向环串料性质，确定采用圆盘式供料结构，如图3所示。选用24分度间歇分割器十步进电机旋转供料，用单作用气缸对导向环施加预压力保证导向环每次分料准确。

2.2  无磁性导向环上料部件设计

无磁性导向环上料时，需要先将散乱的导向环整理，然后进行上料。选用电磁振动盘对散料进行整理，然后用直线振动槽加气缸推送机构推送至待装配位置，如图4所示。

2.3整体设计

带磁性导向环与不带磁性导向环上料机构在完成分料后需要移载到指定待装配取料位，考虑设备的空间尺寸与功能要求，采用4分度间歇分割器十步进电机的转盘结构，将来自两个独立上料机构的导向环移载到同一待装配取料位。同时，添加一个磁性检测位，当所上料导向环与所装配产品型号不匹配时，对不合格导向环进行回收处理。电枢导向环自动装配设备上料机构的总体结构如图5所示。

3结束语

通过TRIZ创新理论中冲突解决理论在电枢导向环自动装配设备上料机构设计中的运用，提出了电枢导向环自动装配设备上料机构的一个创新方案。在满足电枢导向环装配节拍的同时，也具备了很好的后期设备维护性能以及良好的经济性。目前该创新方案已经成功应用于实际生产中，取得了良好的效果。

4摘要：针对雨刮器电机自动化生产线配套设备，电枢导向环自动装配设备结构设计中如何高效、稳定供料的问题，提出运用TRIZ创新设计方法中的冲突解决原理进行电枢导向环自动装配设备的上料机构设计。通过分析上料机构功能设计需求与TRIZ中39个工程参数的关系，建立上料机构的矛盾矩阵，用冲突解决原理进行分析，找到相应的原理解，结合传统设计经验提出设计方案并评估，最终确定了电枢导向环自动装配设备上料机构的设计方案。