基于工業(yè)機(jī)器人的智能螺栓擰緊系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張建建

摘要：某新能源汽車(chē)零部件制造企業(yè)為了擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模，新建一條汽車(chē)副車(chē)架生產(chǎn)線，其中螺栓擰緊采用自動(dòng)化擰緊技術(shù)，本文針對(duì)實(shí)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(jī)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(duì)機(jī)器人的選型、擰緊機(jī)的選型等方面作了論述，接著對(duì)硬件結(jié)構(gòu)做出了布局及規(guī)劃，最后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及HMI畫(huà)面進(jìn)行細(xì)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(chē)零部件市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是汽車(chē)生產(chǎn)中螺栓擰緊不可缺少的設(shè)備。

關(guān)鍵詞：PLC;機(jī)器人;螺栓擰緊;集成

1、產(chǎn)品工藝分析

在某汽車(chē)零部件裝配線的副車(chē)架裝配工位，副車(chē)架與前輪罩通過(guò)螺紋連接，在整車(chē)裝配之前要求先對(duì)螺紋連接部分進(jìn)行整車(chē)部位連接預(yù)連接，防止在后加工出現(xiàn)整體變形，此副車(chē)架需要有 5個(gè)螺栓進(jìn)行裝配。工件組裝過(guò)程中螺栓的擰緊沒(méi)有次序，操作人員使用電動(dòng)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(biāo)扭矩、目標(biāo)角度，二次擰緊的扭矩控制法進(jìn)行螺栓的擰緊。副車(chē)架的擰緊工藝參數(shù)如表 1.1 所示。

2、系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

副車(chē)架在前一個(gè)工序進(jìn)行螺栓預(yù)裝配上料，進(jìn)入副車(chē)架裝配工位后，首先人工進(jìn)行機(jī)型的確認(rèn)，然后根據(jù)機(jī)型確認(rèn)采取的擰緊工藝參數(shù)，接著使用電動(dòng)擰緊工具1-5個(gè)螺栓按照順序進(jìn)行手動(dòng)擰緊，每次擰緊都需要確認(rèn)擰緊結(jié)果，擰緊完成后，手動(dòng)操作進(jìn)行下料，其工藝流程如圖 2.1 所示。

3、軌跡規(guī)劃的程序設(shè)計(jì)

通過(guò)操作工業(yè)機(jī)器人的示教器，調(diào)整工業(yè)機(jī)器人、扭矩扳手、輸送鏈之間的空間位置，使它們與工業(yè)機(jī)器人相對(duì)位置正確。制定ABB機(jī)器人程序控制流程圖，ABB機(jī)器人啟動(dòng)后首先執(zhí)行初始化程序，復(fù)位PLC交互的邏輯信號(hào)，然后回到原點(diǎn)位置等待。當(dāng)接收到副車(chē)架即工件到位，扳手和換手位就緒信號(hào)后，執(zhí)行螺栓擰緊程序，當(dāng)螺栓擰緊失敗后，ABB機(jī)器人運(yùn)行到待機(jī)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(yùn)行程序結(jié)束，機(jī)器人回原點(diǎn)等待。

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

4、PLC 與工業(yè)機(jī)器人的集成

ABB IRC5 控制器配備標(biāo)準(zhǔn)接口的 DSQC352 通訊模塊，與 PLC 實(shí)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(shí)現(xiàn)主從控制。工業(yè)機(jī)器人與 PLC 的連接示意如圖 4.4 所示。

工業(yè)機(jī)器人、RFID 識(shí)別、擰緊工具與 PLC 通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的集成，如 4.5 圖所示。

結(jié)束語(yǔ)：

目前設(shè)計(jì)的螺釘擰緊工作站已經(jīng)投入使用，與傳統(tǒng)手動(dòng)螺釘擰緊方式相比，操作簡(jiǎn)單，大幅度提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度取得了良好的經(jīng)濟(jì)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(jī)器人為研究對(duì)象，以解決現(xiàn)場(chǎng)存在的實(shí)際問(wèn)題為目標(biāo)，在理論分析和工程應(yīng)用結(jié)合的基礎(chǔ)上，研制了一種基于 PLC 的柔性機(jī)器人螺栓擰緊系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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

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