基于工業(yè)機器人的智能螺栓擰緊系統(tǒng)設計

張建建

摘要：某新能源汽車零部件制造企業(yè)為了擴大生產(chǎn)規(guī)模，新建一條汽車副車架生產(chǎn)線，其中螺栓擰緊采用自動化擰緊技術(shù)，本文針對實際生產(chǎn)中位置分布不規(guī)則的螺栓擰緊的工作研制了一款基于柔性機器人的螺栓擰緊系統(tǒng)，本系統(tǒng)首先從系統(tǒng)總體方案入手對機器人的選型、擰緊機的選型等方面作了論述，接著對硬件結(jié)構(gòu)做出了布局及規(guī)劃，最后將數(shù)據(jù)存儲及HMI畫面進行細致分析。該螺栓擰緊系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)剛性螺栓擰緊模式，減少人為因素造成的失誤，提升了產(chǎn)品質(zhì)量和工作效率，提升了汽車零部件市場競爭力，是汽車生產(chǎn)中螺栓擰緊不可缺少的設備。

關鍵詞：PLC;機器人;螺栓擰緊;集成

1、產(chǎn)品工藝分析

在某汽車零部件裝配線的副車架裝配工位，副車架與前輪罩通過螺紋連接，在整車裝配之前要求先對螺紋連接部分進行整車部位連接預連接，防止在后加工出現(xiàn)整體變形，此副車架需要有 5個螺栓進行裝配。工件組裝過程中螺栓的擰緊沒有次序，操作人員使用電動擰緊工具按照順序?qū)ξ恢梅植疾灰?guī)則的螺栓依次擰緊裝配，為了保證螺栓擰緊的穩(wěn)定性，擰緊控制采用初始扭矩和目標扭矩、目標角度，二次擰緊的扭矩控制法進行螺栓的擰緊。副車架的擰緊工藝參數(shù)如表 1.1 所示。

2、系統(tǒng)整體方案設計

副車架在前一個工序進行螺栓預裝配上料，進入副車架裝配工位后，首先人工進行機型的確認，然后根據(jù)機型確認采取的擰緊工藝參數(shù)，接著使用電動擰緊工具1-5個螺栓按照順序進行手動擰緊，每次擰緊都需要確認擰緊結(jié)果，擰緊完成后，手動操作進行下料，其工藝流程如圖 2.1 所示。

3、軌跡規(guī)劃的程序設計

通過操作工業(yè)機器人的示教器，調(diào)整工業(yè)機器人、扭矩扳手、輸送鏈之間的空間位置，使它們與工業(yè)機器人相對位置正確。制定ABB機器人程序控制流程圖，ABB機器人啟動后首先執(zhí)行初始化程序，復位PLC交互的邏輯信號，然后回到原點位置等待。當接收到副車架即工件到位，扳手和換手位就緒信號后，執(zhí)行螺栓擰緊程序，當螺栓擰緊失敗后，ABB機器人運行到待機位置執(zhí)行擰緊螺栓NG程序，然后，重新執(zhí)行螺栓擰緊程序，螺栓擰緊完成，運行程序結(jié)束，機器人回原點等待。

ABB工業(yè)機器人提供了軟件Robot Studio和Flex Pendant兩種方式，可以完成機器人程序的編寫。一般而言，利用Robot Studio軟件編寫ABB機器人程序顯得更為方便和高效。

4、PLC 與工業(yè)機器人的集成

ABB IRC5 控制器配備標準接口的 DSQC352 通訊模塊，與 PLC 實現(xiàn) PROFIBUS-DP的數(shù)據(jù)交互。IRC5 控制器作為 PLC 的 DP 從站，PLC 作為 DP 主站，實現(xiàn)主從控制。工業(yè)機器人與 PLC 的連接示意如圖 4.4 所示。

工業(yè)機器人、RFID 識別、擰緊工具與 PLC 通過現(xiàn)場總線實現(xiàn)了系統(tǒng)的集成，如 4.5 圖所示。

結(jié)束語：

目前設計的螺釘擰緊工作站已經(jīng)投入使用，與傳統(tǒng)手動螺釘擰緊方式相比，操作簡單，大幅度提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了勞動強度取得了良好的經(jīng)濟效益。本論文以用于位置分布不規(guī)則的螺栓擰緊的工業(yè)機器人為研究對象，以解決現(xiàn)場存在的實際問題為目標，在理論分析和工程應用結(jié)合的基礎上，研制了一種基于 PLC 的柔性機器人螺栓擰緊系統(tǒng)。

參考文獻：

【1】王瑩，淺談工業(yè)機器人在現(xiàn)代生產(chǎn)中的應用【J】.中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2015，9：19;

【2】楊明松，基于PLC控制的氣動伺服擰緊系統(tǒng)的研究【D】.宜昌：三峽大學2012;