基于ABB 工業(yè)機(jī)器人涂膠工作站的設(shè)計(jì)與研究

龐 猛

（山東技師學(xué)院，山東 濟(jì)南 250200）

0 引言

伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，大數(shù)據(jù)物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智能制造等新興技術(shù)的發(fā)展，汽車制造業(yè)發(fā)生了翻天覆地的變化。隨著消費(fèi)者對(duì)于汽車的高要求和個(gè)性化定制，企業(yè)對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的嚴(yán)格把控，開始將工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用到汽車的生產(chǎn)線中[1]，使得汽車制造業(yè)生產(chǎn)效能得以提升。汽車制造業(yè)中，汽車玻璃的涂膠工作大多以人工裝置為主，汽車玻璃涂膠方面人工作業(yè)有著涂膠精度低、涂膠不均、涂膠效率低等問題。進(jìn)而引起汽車玻璃的密封性達(dá)不到工業(yè)要求，嚴(yán)重的可能引起汽車玻璃的損壞。而且涂膠的膠體會(huì)危害工作人員的身體健康，長(zhǎng)期工作在此環(huán)境中將會(huì)引起多種疾病。

對(duì)涂膠工作站進(jìn)行機(jī)械安裝、電氣接線、編程和聯(lián)調(diào)，同時(shí)利用ABB-IRB120 機(jī)器人完成點(diǎn)位的示教、路徑規(guī)劃、程序的編寫。通過ABB-IRB120 機(jī)器人的I/O 信號(hào)與涂膠供料站、涂膠裝配站S7-200 SMART PLC 進(jìn)行通訊連接，完成機(jī)器人站、涂膠供料站、涂膠裝配站之間的信號(hào)交互[2]，為機(jī)器人涂膠工作站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供基礎(chǔ)設(shè)計(jì)依據(jù)[3]。

1 工業(yè)機(jī)器人涂膠工作站簡(jiǎn)介

工業(yè)機(jī)器人涂膠工作站通過ABB 機(jī)器人抓取膠槍夾具完成汽車玻璃的涂膠，吸盤夾具吸附玻璃在涂膠供料站利用膠槍完成玻璃膠的供應(yīng)，把玻璃放置到正確位置。設(shè)計(jì)的涂膠工作站如圖1 所示。

圖1 涂膠工作站

工業(yè)機(jī)器人站、涂膠裝配站、涂膠供料站通過S7-200 SMART PLC 完成站與站之間的通訊[4]，實(shí)現(xiàn)整個(gè)涂膠工作站信號(hào)交互；涂膠裝配站通過步進(jìn)電機(jī)和光電傳感器實(shí)現(xiàn)汽車模型的運(yùn)動(dòng)以及點(diǎn)位的檢測(cè)；工業(yè)機(jī)器人根據(jù)涂膠裝配站、涂膠供料站的信號(hào)反饋完成膠槍夾具和吸盤夾具對(duì)汽車模型的動(dòng)作。

2 工業(yè)機(jī)器人涂膠工作站設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工作流程分析

工業(yè)機(jī)器人站主要有基板、操作面板、導(dǎo)向輪、電氣安裝板、雙吸盤夾具、膠槍夾具、平行夾具、電磁閥組、氣源處理器等組成[4]，電氣部分由六關(guān)節(jié)工業(yè)機(jī)器人空氣開關(guān)、可編程控制器、中間繼電器、操作按鈕等組成，電氣的大部分器件安裝在安裝板上，操作按鈕安裝在設(shè)備的正前沿，便于操作。圖2 是ABB 機(jī)器人工作站工作流程圖，圖3 是涂膠工作站工作流程圖。

圖2 ABB 機(jī)器人工作站工作流程圖

圖3 涂膠工作站工作流程圖

工作流程如下：系統(tǒng)準(zhǔn)備完畢后，按下急停按鈕，急停燈亮；旋出急停按鈕，急停燈滅，復(fù)位燈閃爍；按下復(fù)位按鈕，復(fù)位燈亮，機(jī)器人回到初始位置，涂膠裝配站轉(zhuǎn)盤回到原點(diǎn)，檢測(cè)涂膠裝配站傳感器轉(zhuǎn)盤是否到位，檢測(cè)涂膠供料站傳感器上料位是否回到初始位置；按下啟動(dòng)按鈕，機(jī)器人抓取膠槍夾具，完成汽車模型玻璃的涂膠，更換吸盤夾具完成玻璃涂膠，汽車玻璃的安裝，機(jī)器人最后回到初始位置。系統(tǒng)上電后，PLC 狀態(tài)處于運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備開始復(fù)位，步進(jìn)電機(jī)復(fù)位回到初始位置，復(fù)位指示燈亮；聯(lián)機(jī)啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)，啟動(dòng)指示燈常亮，等待機(jī)器人啟動(dòng)信號(hào)，按下啟動(dòng)按鈕，步進(jìn)電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)位置后，步進(jìn)電機(jī)傳感器發(fā)射信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中按下停止按鈕，步進(jìn)電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)，待設(shè)備復(fù)位后，步進(jìn)電機(jī)復(fù)位，同時(shí)復(fù)位指示燈閃爍。

2.2 工業(yè)機(jī)器人、涂膠供料站、涂膠裝配站之間的通訊連接

工業(yè)機(jī)器人涂膠工作站中工業(yè)機(jī)器人站為主站，涂膠裝配站和涂膠供料站為從站。工業(yè)機(jī)器人站采用S7-200 作為系統(tǒng)單元控制器，涂膠裝配站和涂膠供料站采用S7-200 SMART PLC 系統(tǒng)單元控制器，系統(tǒng)通訊設(shè)計(jì)的過程中，西門子S7-200 SMART PLC 作為中央控制系統(tǒng)，采用現(xiàn)場(chǎng)總線Profinet 進(jìn)行通訊[5]，實(shí)現(xiàn)PLC 與機(jī)器人I/O 板之間連接進(jìn)行通訊。站與站之間的通訊連接采用向?qū)е械摹癎ET/PUT”指令建立本地IP、本地地址和遠(yuǎn)程IP、遠(yuǎn)程地址，通過在主站中調(diào)用通訊自程序NET-EXE 實(shí)現(xiàn)主站與從站之間的通訊連接，圖4 是PLC 通訊部分程序。表1 為機(jī)器人涂膠工作站I/O 信號(hào)。通訊建立的過程中，注意IP 和本地地址、遠(yuǎn)程地址的建立，注重準(zhǔn)確性，調(diào)試過程中避免出現(xiàn)通訊連接失敗的狀況。

表1 機(jī)器人涂膠工作站I/O 信號(hào)

圖4 PLC 通訊部分程序

3 工業(yè)機(jī)器人涂膠工作站程序編寫與聯(lián)調(diào)

3.1 工業(yè)機(jī)器人站程序設(shè)計(jì)

工業(yè)機(jī)器人編程采用robotstudio 軟件離線編程，進(jìn)行點(diǎn)位示教，程序的編寫過程中需完成I/O 信號(hào)配置，如圖5 所示，完成機(jī)器人在運(yùn)行的過程中的最優(yōu)路徑運(yùn)行，工業(yè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)涂膠功能。

圖5 ABB 機(jī)器人涂膠工作站PLC 控制接線圖

當(dāng)機(jī)器人接到啟動(dòng)信號(hào)后，開始執(zhí)行涂膠程序。機(jī)器人的程序主要包含下面幾個(gè)子程序：機(jī)器人初始化子程序init，取夾具子程序pick，放夾具子程序place，汽車玻璃涂膠子程序tujiao、吸附玻璃子程序xifu。

程序編寫過程中采用主程序調(diào)用子程序的框架，機(jī)器人工作站采用主程序調(diào)用子程序框架編寫，保證程序的可讀性以及提高了可維護(hù)性，編程邏輯清晰，減少了冗余程序。

3.2 PLC 程序設(shè)計(jì)

3.2.1 PLC 選型

工業(yè)機(jī)器人站主控PLC 選用CPU SR40，1 個(gè)24點(diǎn)輸入模塊、16 點(diǎn)輸出模塊，用于機(jī)器人的控制和從站之間信息的交互。涂膠裝配站和涂膠供料站需用CPU ST30，1 個(gè)20 點(diǎn)輸入模塊、12 點(diǎn)位輸出模塊，用于步進(jìn)電機(jī)的控制和膠槍信號(hào)的控制。

3.2.2 PLC 程序編寫

PLC 程序設(shè)計(jì)的過程中，機(jī)器人站、涂膠裝配站、涂膠供料站根據(jù)實(shí)際的工作流程完成程序的編寫。程序編寫的過程中，注意站與站之間通訊程序的編寫。

（a）機(jī)器人站部分PLC 程序，編寫程序如圖6所示。

圖6 機(jī)器人站部分PLC 程序

（b）涂膠供料站部分PLC 程序，編寫程序如圖7所示。

圖7 涂膠供料站部分PLC 程序

（c）涂膠裝配站部分PLC 程序，編寫程序如圖8所示。

圖8 涂膠裝配站部分PLC 程序

3.3 工業(yè)機(jī)器人工作站聯(lián)調(diào)

3.3.1 通信測(cè)試

檢查機(jī)器人站、涂膠裝配站、涂膠供料站三站之間的機(jī)械連接與固定；連接三站之間的氣路、接通氣源、調(diào)節(jié)氣壓，檢查有無漏氣；檢查地線、三站電源連接、電壓；檢查通信信號(hào)，按下急停按鈕，觀察所有輸出是否停止，所有動(dòng)作是否立即停止，解除急停，測(cè)試復(fù)位功能。

3.3.2 全速調(diào)試

觀察各站之間的配合關(guān)系，總結(jié)出影響設(shè)備運(yùn)行效率的短板，根據(jù)具體情況改動(dòng)PLC 程序中的電機(jī)設(shè)定速度，延時(shí)時(shí)間，機(jī)器人程序中的機(jī)器人運(yùn)行軌跡、機(jī)器人速度、延時(shí)時(shí)間等，直到達(dá)到設(shè)備的最佳運(yùn)行效率配置參數(shù)比例，將所有參數(shù)調(diào)節(jié)到設(shè)備允許的極限，測(cè)試設(shè)備能夠達(dá)到的最高效率，根據(jù)生產(chǎn)節(jié)拍的要求，修改系統(tǒng)的程序及參數(shù)，使得生產(chǎn)周期與生產(chǎn)節(jié)拍盡量一致。

3.4 實(shí)驗(yàn)

搭建工業(yè)機(jī)器人涂膠工作站（圖9），將編寫的機(jī)器人程序下載至工業(yè)機(jī)器人控制器中，編寫的PLC程序下載至涂膠裝配站、涂膠供料站，待各設(shè)備進(jìn)入正常工作狀態(tài)后進(jìn)行工業(yè)機(jī)器人涂膠工作站實(shí)驗(yàn)，工業(yè)機(jī)器人能夠準(zhǔn)確地完成玻璃的抓取、玻璃的涂膠。ABB 機(jī)器人涂膠工作站完成汽車玻璃的涂膠實(shí)驗(yàn)，機(jī)器人涂膠工作站相比于往復(fù)式自動(dòng)涂膠機(jī)的利用率高出40%～50%；減少在噴涂過程中有毒氣體對(duì)人體的危害；節(jié)省人工成本，提高人工的利用率，是人工噴涂的1 到3 倍，減少人工成本的投入。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，基于ABB 工業(yè)機(jī)器人涂膠工作站的設(shè)計(jì)，提高了汽車玻璃涂膠自動(dòng)化的生產(chǎn)效率，為工業(yè)機(jī)器人涂膠工作站的設(shè)計(jì)與應(yīng)用提供了技術(shù)參考。

圖9 工業(yè)機(jī)器人涂膠工作站聯(lián)調(diào)實(shí)物圖

4 結(jié)語(yǔ)

選用ABB-IRB120 機(jī)器人作為涂膠機(jī)器人，控制系統(tǒng)采用S7-200 SMART PLC 作為系統(tǒng)的控制中心，使用profinet 接口與涂膠供料站、涂膠裝配站進(jìn)行通訊與控制，使用I/O 與機(jī)器人站進(jìn)行互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)汽車涂膠的自動(dòng)輸送、涂膠的功能。

機(jī)器人涂膠工作站采用這種編程思路，為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)提供參考，促使生產(chǎn)線具有更好的柔性化、智能化生產(chǎn)效率。