基于ABB 機器人工作站的涂膠工藝設(shè)計

姚莉娟 盛星奎

(1、蘇州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校,江蘇 蘇州215000 2、蘇州長風(fēng)航空電子有限公司,江蘇 蘇州215000)

隨著“工業(yè)4.0”時代的到來,智能制造已成為國家工業(yè)發(fā)展的主流趨勢,工業(yè)生產(chǎn)自動化、智能化是產(chǎn)業(yè)發(fā)展改革的重點內(nèi)容,工業(yè)機器人在各行各業(yè)中已得到廣泛應(yīng)用。文獻[1]研究了工業(yè)機器人在汽車玻璃涂膠中的應(yīng)用,有效保證了出膠量的精確度和涂膠的平整度；文獻[2]對工業(yè)機器人涂膠軌跡算法進行了深入研究,有效提高了涂膠機器人的定位精度。

文獻[3]重點研究了機翼自動涂膠機運動系統(tǒng),有效地提高涂膠質(zhì)量改善了工人的操作環(huán)境。目前工業(yè)機器人專業(yè)技術(shù)人才市場需求量大,職業(yè)院校以培養(yǎng)高技能復(fù)合型人才為己任更應(yīng)緊跟科技發(fā)展的步伐,將最先進、最前沿的技術(shù)傳授給學(xué)生以滿足社會對于技術(shù)人才的需求。本文主要對基于ABB 機器人工作站的涂膠工藝進行設(shè)計研究,從多角度探討涂膠機器人的發(fā)展趨勢[4],并從專業(yè)需求出發(fā),立足于日常教學(xué),設(shè)計應(yīng)用于不同生產(chǎn)場合的涂膠工藝流程。

1 涂膠系統(tǒng)構(gòu)建

工業(yè)機器人涂膠技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車制造、航天航空以及鞋業(yè)點膠等眾多智能制造領(lǐng)域[5],基于ABB 機器人工作站的涂膠系統(tǒng)主要由ABB 機器人控制柜、涂膠工具、涂膠軌跡板、威綸通觸摸屏和西門子S7-200 Smart PLC 等組成。根據(jù)涂膠任務(wù)需求選擇相應(yīng)的組件進行參數(shù)設(shè)定及程序編輯,實現(xiàn)觸摸屏與PLC 以及機器人控制柜三者之間的數(shù)據(jù)傳輸,通過在觸摸屏中設(shè)定變量參數(shù),隨后將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)絇LC 中,PLC 接收信息后將其通過發(fā)送給機器人執(zhí)行相應(yīng)命令,機器人也會將其狀態(tài)信息反饋給PLC,以便驅(qū)動工作站中的其它組件,其數(shù)據(jù)傳輸過程如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)傳輸過程

2 涂膠工藝設(shè)計

2.1 簡單功能涂膠工藝設(shè)計

2.1.1 涂膠軌跡設(shè)計

簡單功能涂膠工藝是指只使用工業(yè)機器人在線編程方式完成涂膠工作任務(wù),這種功能只能針對涂膠過程簡單、生產(chǎn)效率要求較低的場合,直線和圓弧涂膠是工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的2 種涂膠方式,基于ABB 機器人工作站的涂膠軌跡板如圖2所示。

圖2 涂膠軌跡板

2.1.2 涂膠流程設(shè)計

直線軌跡和圓弧軌跡涂膠任務(wù)過程類似,唯一不同是涂膠指令的使用,根據(jù)不同的生產(chǎn)要求完成相應(yīng)的軌跡涂膠。首先開啟工作站啟動ABB 工業(yè)機器人,通過現(xiàn)場示教編程的方法完成A1-A3、B1-B4 點位的預(yù)先示教,然后使用MoveL 和MoveC指令完成A 軌跡和B 軌跡涂膠程序編寫,在編寫過程中對涂膠速度、偏移高度以及轉(zhuǎn)彎半徑等參數(shù)進行設(shè)定,執(zhí)行涂膠任務(wù)時機器人需從原點位置出發(fā),自動安裝涂膠工具,然后利用已安裝的涂膠工具進行預(yù)設(shè)軌跡涂膠,完成涂膠任務(wù)后卸載相應(yīng)的涂膠工具,機器人回到原點位置等待下一步命令。

2.2 復(fù)雜功能涂膠工藝設(shè)計

復(fù)雜功能涂膠工藝與簡單功能涂膠工藝軌跡一致,但在簡單涂膠工藝基礎(chǔ)上加入速度選擇功能模塊,然后在此基礎(chǔ)上添加涂膠方向選擇功能模塊,這些功能實現(xiàn)的關(guān)鍵在于工業(yè)機器人控制器、觸摸屏、PLC 三者之間的通訊[6],與簡單功能涂膠工藝相比,復(fù)雜功能涂膠工藝程序工作量較大,在線編程方式不再適用,因此采用離線編程方式,程序設(shè)計流程如圖3 所示。

圖3 程序設(shè)計流程圖

2.2.1 速度選擇功能

涂膠速度功能需要設(shè)置觸摸屏高速、中速和低速虛擬按鈕地址為M12.0～M12.2,對應(yīng)的PLC 地址為Q12.0～Q12.2,對應(yīng)的機器人輸入地址為DI_0～DI_2,除此之外,還需在觸摸屏上設(shè)定虛擬運行按鈕,地址為M12.3,對應(yīng)的PLC 地址為Q12.3,對應(yīng)的機器人輸入地址為DI_3,對應(yīng)的輸入輸出信號如表1 所示。

表1 機器人與PLC 對應(yīng)輸入輸出信號表

涂膠任務(wù)開始前,首先需在觸摸屏上選擇涂膠軌跡速度,其中高速為500mm/s、中速為300mm/s、低速為100mm/s,按下相應(yīng)速度按鈕,觸摸屏?xí)⑾鄳?yīng)地址數(shù)據(jù)信息傳遞給PLC,PLC 將其反饋給機器人,機器人同時獲得涂膠速度數(shù)據(jù)信息,然后按下觸摸屏上的運行按鈕,機器人將以設(shè)定速度進行軌跡涂膠,直至完成所有涂膠任務(wù)。

2.2.2 涂膠方向選擇功能

在帶有速度選擇功能的基礎(chǔ)上增加涂膠方向選擇功能,在觸摸屏中添加項目選單,選擇A 軌跡和B 軌跡對應(yīng)的涂膠方向為順時針或逆時針,新增輸入輸出信號如表2 所示。

表2 機器人與PLC 對應(yīng)輸入輸出信號表

涂膠功能畫面如圖4 所示,包括運行按鈕、速度選擇以及涂膠方向選擇等功能。

圖4 涂膠功能畫面

在觸摸屏上通過項目選單選擇A、B 涂膠方向,觸摸屏地址為VB210、VB211,參數(shù)選擇結(jié)束后將其值傳遞給PLC,其中Q12.4、Q12.5 對應(yīng)變量輸出,以此確認(rèn)涂膠方向,PLC 接收數(shù)據(jù)后將其輸出與機器人的輸入DI_4～DI_5 相對應(yīng),機器人獲取涂膠方向,然后按下運行按鈕,機器人開始執(zhí)行命令,進行涂膠任務(wù),直至完成后停止。

3 結(jié)論

本文以ABB 機器人工作站為基礎(chǔ)平臺,通過研究涂膠工藝不同的設(shè)計方法,即簡單功能涂膠工藝設(shè)計和復(fù)雜功能涂膠工藝設(shè)計,簡單功能涂膠工藝設(shè)計包括在線編程設(shè)定涂膠速度、轉(zhuǎn)彎半徑以及偏移高度等參數(shù),復(fù)雜功能涂膠工藝設(shè)計可通過觸摸屏選擇涂膠速度和涂膠方向,從而能夠滿足不同生產(chǎn)過程需求,提高涂膠工藝的適應(yīng)性和魯棒性,能夠有效提高生產(chǎn)效率,有助于企業(yè)生產(chǎn)智能化的實現(xiàn)。