基于ABB機(jī)器人工作站涂膠工藝實(shí)現(xiàn)方法研究

嵇朋朋 周劉喜 陳育中 鄭志天

（1.江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京分院電氣工程系，江蘇 南京 210019;2.淮安三新供電服務(wù)有限公司漣水分公司，江蘇 淮安 223400）

隨著“工業(yè) 4.0”項(xiàng)目的提出，工業(yè)機(jī)器人不斷應(yīng)用于各行各業(yè)[1-4]。文獻(xiàn)針對(duì)塑料產(chǎn)品由于涂膠不均勻?qū)е鲁善氛澈喜焕喂獭⒉黄秸馁|(zhì)量問題，提出了優(yōu)化涂膠機(jī)器人控制系統(tǒng)[5]。 文獻(xiàn)[6]不僅介紹了涂膠機(jī)器人的發(fā)展過程、現(xiàn)狀，還論述了計(jì)算機(jī)仿真、機(jī)器人涂膠工藝、膠線質(zhì)量控制等技術(shù)，并從多角度探討了涂膠機(jī)器人的發(fā)展趨勢。文獻(xiàn)[7]介紹了職業(yè)院校技能大賽對(duì)工業(yè)機(jī)器人技術(shù)發(fā)展的影響，并從此角度探討大賽與學(xué)校、大賽與學(xué)生、大賽與教學(xué)之間的關(guān)系。

本文旨在探索涂膠工藝實(shí)現(xiàn)方法，促進(jìn)ABB機(jī)器人現(xiàn)場編程、系統(tǒng)調(diào)試以及設(shè)備維護(hù)等崗位技能型人才的培養(yǎng)，切實(shí)解決工業(yè)機(jī)器人專業(yè)復(fù)合型技能人才嚴(yán)重短缺的問題。本文主要研究了涂膠工藝的實(shí)現(xiàn)方法，即普通功能涂膠工藝實(shí)現(xiàn)法、選擇功能涂膠工藝實(shí)現(xiàn)法、復(fù)雜功能涂膠工藝實(shí)現(xiàn)法。具體實(shí)現(xiàn)方法是，ABB機(jī)器人控制器、S7-200 SmartPLC、威綸觸摸屏之間的相互連接，威綸觸摸屏通過組態(tài)軟件設(shè)置虛擬按鍵并給S7-200 SmartPLC發(fā)送命令，S7-200 S m a r t P L C接收到命令后通過輸出地址Q12.0~Q12.3，傳遞數(shù)據(jù)到ABB機(jī)器人控制器G_DI。如表1所示, ABB機(jī)器人控制器、S7-200 SmartPLC、威綸觸摸屏是通過I/O實(shí)現(xiàn)互相通訊、傳遞數(shù)據(jù)和控制動(dòng)作等功能。如表2所示，ABB機(jī)器人控制器G_DO自S7-200 Smart PLC輸入地址I1.0~I1.3, 發(fā)送指令, 實(shí)現(xiàn)組數(shù)據(jù)輸出。

輸出地址表輸出

輸入地址表輸入

1. 涂膠工藝實(shí)現(xiàn)方法研究

1.1 普通功能涂膠工藝

普通功能涂膠工藝是在簡單的涂膠工藝基礎(chǔ)上加入觸摸屏界面，從而實(shí)現(xiàn)觸摸屏控制涂膠工藝的運(yùn)行。普通功能涂膠工藝是通過預(yù)先示教，ABB機(jī)器人末端自動(dòng)安裝涂膠工具，并利用已安裝的涂膠工具，根據(jù)設(shè)定的涂膠軌跡進(jìn)行涂膠。

普通功能涂膠工藝具備暫停和繼續(xù)功能，即按下觸摸屏?xí)和０粹o，機(jī)器人暫停當(dāng)前涂膠任務(wù)，直到按下繼續(xù)按鈕，機(jī)器人繼續(xù)完成涂膠任務(wù)。另外，執(zhí)行涂膠任務(wù)過程中，可以通過觸摸屏上的按鈕實(shí)時(shí)調(diào)速（低速、中速、高速三檔）。普通功能涂膠工藝實(shí)現(xiàn)方法需經(jīng)歷在線示教、離線編程、觸摸屏、PLC編程等操作過程。首先，在線示教記錄機(jī)器人工作站中涂膠臺(tái)、機(jī)器人、涂膠工具位置。隨后，在離線軟件中編輯涂膠軌跡，并生成離線程序。最后，在觸摸屏軟件中設(shè)置觸摸屏界面，在PLC軟件中編寫相應(yīng)的PLC程序。通過程序編輯，完善普通涂膠工藝功能，并在ABB工作站上調(diào)試運(yùn)行。在觸摸屏軟件中，“暫?！焙汀袄^續(xù)”對(duì)應(yīng)的PLC地址分別為 M10.0 和M10.1。在觸摸屏軟件中，慢速、中速、快速對(duì)應(yīng)的PLC地址分別為 M10.2 、M10.3、M10.4。觸摸屏界面通過PLC與機(jī)器人進(jìn)行通訊，在普通功能涂膠工藝中，PLC只需將觸摸屏中對(duì)應(yīng)的地址信號(hào)傳送給機(jī)器人相應(yīng)的輸入信號(hào)，并通過程序編輯，實(shí)現(xiàn)對(duì)涂膠工藝的暫停、繼續(xù)及調(diào)速等操作。

普通功能涂膠工藝實(shí)現(xiàn)涉及不同的任務(wù)操作，如圖1、圖2所示，分別是普通功能涂膠工藝程序編輯流程、普通功能涂膠工藝動(dòng)作流程。

圖1 普通功能涂膠工藝程序編輯流程

圖2 普通功能涂膠工藝動(dòng)作流程

1.2 選擇功能涂膠工藝

選擇功能涂膠工藝與普通功能涂膠工藝流程類似，其在普通功能涂膠工藝基礎(chǔ)上加入涂膠軌跡選擇功能，即通過觸摸屏界面選擇并執(zhí)行涂膠軌跡。涂膠工藝選擇功能實(shí)現(xiàn)主要是提供多條涂膠軌跡，以供使用中選擇。選擇的軌跡中可以是單條軌跡、多條軌跡、帶計(jì)時(shí)或中斷軌跡等。與普通功能涂膠工藝一樣，選擇功能涂膠工藝也需要機(jī)器人控制器、觸摸屏、PLC三者之間通訊。

在整個(gè)操作過程中，首先通過觸摸屏選擇并確定涂膠軌跡，隨即PLC程序向工業(yè)機(jī)器人控制器發(fā)送指令(觸摸屏中第一、二、三條軌跡，分別對(duì)應(yīng)PLC中地址為C1、C2、C3)，工業(yè)機(jī)器人開始執(zhí)行選定的涂膠軌跡，直至任務(wù)流程結(jié)束。

選擇功能涂膠工藝界面是在普通功能的基礎(chǔ)上加入軌跡選擇功能，需選擇三條涂膠軌跡并執(zhí)行，選擇功能涂膠工藝動(dòng)作流程如圖3所示。給出了四條不同形狀的涂膠軌跡，可在觸摸屏界面選擇。選擇功能涂膠工藝PLC程序設(shè)置，通過判斷計(jì)數(shù)器C9的數(shù)值，確定當(dāng)前選擇的是第幾條涂膠軌跡。如是第一條軌跡，通過Q12.0~Q12.3組輸出，將C1的數(shù)值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制輸出，可輸出0~15等16個(gè)狀態(tài)。工業(yè)機(jī)器人控制器通過判斷G_DI (組數(shù)據(jù)輸入)的數(shù)值來確定第一條涂膠軌跡選擇的是幾號(hào)軌跡路徑。

選擇功能涂膠工藝程序編輯流程與普通功能涂膠工藝的類似，不再贅述。

圖3 選擇功能涂膠工藝動(dòng)作流程

1.3 復(fù)雜功能涂膠工藝

復(fù)雜功能涂膠工藝觸摸屏界面提供A、B、D三條軌跡路徑，并分別可以選擇軌跡方向、速度、起始點(diǎn)、終止點(diǎn)等功能。復(fù)雜功能涂膠工藝中的工業(yè)機(jī)器人程序編輯以及PLC程序與選擇功能涂膠工藝的基本一致，不再贅述，觸摸屏界面、PLC地址設(shè)置略有不同。

在觸摸屏軟件中, “暫?！焙汀袄^續(xù)” 功能鍵對(duì)應(yīng)PLC中地址為 M10.0 和 M10.1。在觸摸屏軟件工具欄中，選擇“項(xiàng)目選單”創(chuàng)建A軌跡涂膠方向、停留點(diǎn)選單, PLC中相應(yīng)地址為 C1、C2。B軌跡調(diào)速選單,B4-B3、B3-B2、B2-B1段軌跡，PLC中相應(yīng)地址分別為C3、C4、C5。D軌跡起始點(diǎn)、終止點(diǎn)，PLC中地址為分別為C6、C7。圖4為復(fù)雜功能涂膠工藝動(dòng)作流程圖。復(fù)雜功能涂膠工藝程序編輯流程與普通功能涂膠工藝的類似，不再贅述。

圖4 復(fù)雜功能涂膠工藝動(dòng)作流程

1.4 涂膠工藝方法比較

表3 涂膠工藝實(shí)現(xiàn)方法比較

不同的涂膠工藝實(shí)現(xiàn)方法可以滿足不同需求的涂膠工藝要求，完成這些工作都需要具備工業(yè)機(jī)器人基礎(chǔ)編程、觸摸屏、PLC等基礎(chǔ)知識(shí)。三種實(shí)現(xiàn)方法均需實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人控制器、觸摸屏、PLC三者之間通訊。三種涂膠工藝實(shí)現(xiàn)方法的比較見表3。

普通功能涂膠工藝是三種實(shí)現(xiàn)方法中最簡單的實(shí)現(xiàn)方法，其離線編程、觸摸屏、PLC、工業(yè)機(jī)器人編程工作量均最小，在各類程序編寫完成之后，只需稍加修改即可在ABB工作站調(diào)試運(yùn)行。普通功能涂膠工藝能夠?qū)崿F(xiàn)功能較為單一的涂膠軌跡任務(wù)，靈活性相對(duì)較差。

選擇功能涂膠工藝是在普通功能涂膠工藝的基礎(chǔ)上，加入涂膠軌跡選擇功能，與普通功能涂膠工藝相比，其離線編程、觸摸屏、PLC程序工作量都相應(yīng)增加，程序編寫工作量較大，難度系數(shù)大，但其涂膠軌跡選擇的靈活性好，涂膠軌跡選擇多樣化。

復(fù)雜功能涂膠工藝包含上述兩種功能的操作任務(wù)，其離線編程、觸摸屏、PLC程序工作量都大大增加，程序編寫工作量大，難度系數(shù)大，調(diào)試復(fù)雜，但具備功能靈活、多樣化，隨機(jī)性、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

2. 結(jié)語

通過研究普通功能涂膠工藝實(shí)現(xiàn)法、選擇功能涂膠工藝實(shí)現(xiàn)法、復(fù)雜功能涂膠工藝實(shí)現(xiàn)法，并對(duì)它們進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜功能涂膠工藝實(shí)現(xiàn)法性能更加魯棒，適應(yīng)性更強(qiáng)，但工作量也最大。選擇功能涂膠工藝盡管工作量較大，但其靈活性、魯棒性、適應(yīng)性都很強(qiáng)，而且選擇功能多樣化。通過對(duì)涂膠工藝實(shí)現(xiàn)方法的研究，提高了技能訓(xùn)練的效率，為培養(yǎng)高技術(shù)、高技能的復(fù)合型工業(yè)機(jī)器人專業(yè)人才提供技術(shù)保障。