基于ABB 機器人工作站的涂膠工藝設計

姚莉娟 盛星奎

(1、蘇州高等職業技術學校,江蘇 蘇州215000 2、蘇州長風航空電子有限公司,江蘇 蘇州215000)

隨著“工業4.0”時代的到來,智能制造已成為國家工業發展的主流趨勢,工業生產自動化、智能化是產業發展改革的重點內容,工業機器人在各行各業中已得到廣泛應用。文獻[1]研究了工業機器人在汽車玻璃涂膠中的應用,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,有效地提高涂膠質量改善了工人的操作環境。目前工業機器人專業技術人才市場需求量大,職業院校以培養高技能復合型人才為己任更應緊跟科技發展的步伐,將最先進、最前沿的技術傳授給學生以滿足社會對于技術人才的需求。本文主要對基于ABB 機器人工作站的涂膠工藝進行設計研究,從多角度探討涂膠機器人的發展趨勢[4],并從專業需求出發,立足于日常教學,設計應用于不同生產場合的涂膠工藝流程。

1 涂膠系統構建

工業機器人涂膠技術廣泛應用于汽車制造、航天航空以及鞋業點膠等眾多智能制造領域[5],基于ABB 機器人工作站的涂膠系統主要由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。根據涂膠任務需求選擇相應的組件進行參數設定及程序編輯,實現觸摸屏與PLC 以及機器人控制柜三者之間的數據傳輸,通過在觸摸屏中設定變量參數,隨后將數據信息傳輸到PLC 中,PLC 接收信息后將其通過發送給機器人執行相應命令,機器人也會將其狀態信息反饋給PLC,以便驅動工作站中的其它組件,其數據傳輸過程如圖1 所示。

圖1 數據傳輸過程

2 涂膠工藝設計

2.1 簡單功能涂膠工藝設計

2.1.1 涂膠軌跡設計

簡單功能涂膠工藝是指只使用工業機器人在線編程方式完成涂膠工作任務,這種功能只能針對涂膠過程簡單、生產效率要求較低的場合,直線和圓弧涂膠是工業生產中應用較為廣泛的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 涂膠流程設計

直線軌跡和圓弧軌跡涂膠任務過程類似,唯一不同是涂膠指令的使用,根據不同的生產要求完成相應的軌跡涂膠。首先開啟工作站啟動ABB 工業機器人,通過現場示教編程的方法完成A1-A3、B1-B4 點位的預先示教,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、偏移高度以及轉彎半徑等參數進行設定,執行涂膠任務時機器人需從原點位置出發,自動安裝涂膠工具,然后利用已安裝的涂膠工具進行預設軌跡涂膠,完成涂膠任務后卸載相應的涂膠工具,機器人回到原點位置等待下一步命令。

2.2 復雜功能涂膠工藝設計

復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上加入速度選擇功能模塊,然后在此基礎上添加涂膠方向選擇功能模塊,這些功能實現的關鍵在于工業機器人控制器、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,程序設計流程如圖3 所示。

圖3 程序設計流程圖

2.2.1 速度選擇功能

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

表1 機器人與PLC 對應輸入輸出信號表

涂膠任務開始前,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,按下相應速度按鈕,觸摸屏會將相應地址數據信息傳遞給PLC,PLC 將其反饋給機器人,機器人同時獲得涂膠速度數據信息,然后按下觸摸屏上的運行按鈕,機器人將以設定速度進行軌跡涂膠,直至完成所有涂膠任務。

2.2.2 涂膠方向選擇功能

在帶有速度選擇功能的基礎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、VB211,參數選擇結束后將其值傳遞給PLC,其中Q12.4、Q12.5 對應變量輸出,以此確認涂膠方向,PLC 接收數據后將其輸出與機器人的輸入DI_4～DI_5 相對應,機器人獲取涂膠方向,然后按下運行按鈕,機器人開始執行命令,進行涂膠任務,直至完成后停止。

3 結論

本文以ABB 機器人工作站為基礎平臺,通過研究涂膠工藝不同的設計方法,即簡單功能涂膠工藝設計和復雜功能涂膠工藝設計,簡單功能涂膠工藝設計包括在線編程設定涂膠速度、轉彎半徑以及偏移高度等參數,復雜功能涂膠工藝設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過程需求,提高涂膠工藝的適應性和魯棒性,能夠有效提高生產效率,有助于企業生產智能化的實現。