机器人柔性涂胶系统研究.pdf

1、第 2 5卷 第 2期 2 0 0 8年 2月 机 电 工 程 MECt I ANI CAI EL ECFRI CAL ENGI NEERI NG MAGAZI NE Vo 1 2 5 No 2 Fe b2 00 8 机器人柔性涂胶系统研究 王健 强，朱友超，戴洪光，程 汀(合肥工业 大学 机 械与汽车工程学院，安徽 合肥 2 3 0 0 0 9)摘 要：介 绍 了一种基 于 P R O F I B U S总线 的机 器人 柔性 涂胶 工作站 的设 计方 法，运 用 多智能体 系统 理论 思 想，从 系统构 架和 系统控 制 两方 面分析 了其 系统原理，并 着重研 究 了机 器人 系统集成技

2、 术 及其 工程 实 现。该 工作站 设计 过程 中采 用 了模 块化 的设 计 方法，不仅 缩短 了设计 周期，同时也使 所设计 的 系统更 加 稳 定可靠。关键词：涂胶；集 成；柔性 系统；人 机接 口 中图分 类 号：T P 2 4 2 文献 标识 码：A 文 章编 号：1 0 0 1 4 5 5 1(2 0 0 8)0 2 0 0 0 5 0 3 Re s e a r c h o n a fle x i bl e r ob o t g l ue i ng s y s t e m W ANG J i a n q i a n g，ZHU Yo u c ha o，DAI Ho n g g u

3、 a n g，CHENG Ti n g (C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d A u t o m o t i v e E n g i n e e r i n g，t t e f e i U n i v e r s i t y of T e c h n o l o g y，H ef e i 2 3 0 0 0 9，C h i n a)Abs t r a c t：A d e s i g n me t h o d o l o g y o f r o b o t fle x i b l e g l u e i ng s ys t e m b a s e

4、 d o n PROI、I BUS wa s i n t r o d u c e dMul t i-a g e n t s c o n c e p t i o n wa s e mp l o)e d t o a n a l y s e t he s y s t e m pr i nc i p l e i n t h e r e p ee t s o f s y s t e m a r c h i t e c t ur e a nd s y s t e m c o n t r o 1 The r e s e a r c h wa s f o c us e d O U t he r o b o t

5、 s y s t e m i nt e g r a t i o n a n d i t s ap p l i c a t i o n Mo du l a r d e s i g n wa s u t i l i z e d f o r t he d e v e l o pme n t o f t h e s y s t e m，i n o r d e r f or s h o r t e ni n g t h e de s i g n p e r i od a n d i nc r e a s i n g t h e r o b us t n e s s a n d r e l i a bi

6、l i t y o f t he s y s t e m Ke y wo r d s：g l u e i n g；i n t e g r a t i o n；f l e x i b l e s y s t e m；h u ma n c o mp u t e r i n t e r f a e e(HMI)0 前言 汽车风挡玻璃作为汽车的一个重要部件，其安装 质量直接影响汽车的使用，而国内生产 中，有些厂家还 采用人工涂胶或 自动化 程度很低 的作业设备，劳动强 度大、涂敷均匀性一致性差，且胶液位置误差超标，无 法满足汽车市场竞争和技术发展的现状。因此，采 用 自动化作业线或工作站将成为一种必然

7、的趋势。目 前，国内汽 车风挡玻璃 涂胶作业 自动化 装备 中应用较 多 的是机器人涂胶工作站，机器人操纵胶枪可以精确地控 制粘接剂(车身上主要使用折边胶和密封胶等)流量，进 行各种复杂形状和空间位置快速而稳定的涂敷。本研究介绍一种机器人柔性涂胶系统 的设计思想 与 实现方 法。1 机器人涂胶 系统构 架 机器人涂胶系统主要 由机器人系统、工作站控制 系统、夹具系统、供胶 系统及其 一些涂胶辅 助没备构 成，其系统布局，如图 1 所示。图 1 系统布局图 1。1 机器 人 系统 本研究选用 1台 6 D O F工业机器人，整个机器人 系统由机器人本体与机器人控制器组成。1 2 工 作站控 制

8、系统 机器人工作站 中的主要相关控制装置包括：可编 程控制器和监控装置。(1)可编程控制器。负责整个系统的集中调度，通 过 P R O F I B U S总线和 I O接V I 获取各单元的状态信息，将任务划分为各个子任务，分发并协调各单元的工作。(2)监 控装 置。本系统 采 用触摸 屏简 化 了系统 的 人机接 口，人机界面友好，操作方便。收稿 E t 期：2 0 0 70 53 0 作者简介：王健强(1 9 6 4一)，男，浙江宁波人，博 士，教授，主要从事智能机器人，机器人系统集成技术及应用，数字化制造方面的研究。维普资讯 http:/ 机 电 工 程 第 2 5卷 1 3夹 具 系统

9、 机器人涂胶系统大多采用对 中夹具，它的使用有 两大优点：可以将玻璃 的尺寸误差在玻璃周边位置 均分，而不会累积到同一侧，有利于密封胶条沿玻璃四 周边缘的均布；对不 同尺寸、不同类型的玻璃适应性 好，可适应多种车型的柔性生产。1 4 供胶 系统 在本 系统中，供胶 系统主体包括：供胶模组、齿轮 定量泵、电加热装置、自动旋转涂胶枪等装置。供胶模组和齿轮定量泵 以稳定的压力和胶流量，将 胶液 输送 到 自动涂 胶枪，通过 涂 胶 出胶 量 和运 行 速 度的最佳配合，保证所涂 胶形均匀一致。齿轮定量泵 通过采集机器人的运动速度控制胶料的输 出量，保证 涂胶过程的稳定性和均匀性。供胶系统全段加热且每

10、 段加热可单独控制，即供胶模组的压盘、调压器、输胶 管、齿 轮泵 及胶枪。1 5涂胶 辅助设 备 机器 人涂 胶系统 装 有 安全 防护 光 栅，防 止 机器 人 在运行时，操作人员进入操作区域造成人身损伤。清 胶 装置 可完成 胶枪 的 自动维护。2 系统集成与控制 机器人涂胶系统属于复杂的多智 能体系统，它在 构建时是建立多个智能体，在多个智能体资源共享和 各个智能体 自主性 的基础上，找到并协调各个智能体 的关系，共同完成整个 系统的作业任务。工业机器 人必须联络其他各种设备、装置的有关信息，通过程序 的处理与协调，才能实现 自动运转。因此，工业机器人 除具有基本 的示教再现的功能之外，

11、与各智能体的联 系就成为应用中的关键 问题。涂胶机系统 功能框图，如 图 2所示。状 j 供 胶 系 统 夹 具 系 统 控 制 态 l r 监 l 机 器 人 程 序 I 控 商，胶 桶 切 换 l l 转 控 制 具 I 模 l 翻 转 控 制 l 块 I 涂胶 控制 I#1 ：I P L C ；l 状 态 监 控 模 块#2 本 地 操 作 模 块 网 络与 接 1：1 模 块 图 2涂胶机系统功能框 图 2 1 系统 功能 模块 介绍 2 1 1 机 器人 作业模 块 机器人动作控制和机器人作业信号处理是机器人 系统 的主要 任务。(1)运 行轨 迹采 用示 教编程 方式。该 方法适

12、用于 三维空间内任意曲线轨迹编程。(2)机器人通过工业现场总线与其它设备通讯实 现 协调作 业。工业 机器 人 是 下 位 设备，由上 位 控 制装 置发出各种指令，工业机器人 和上位控制装置进行通 信。同时，机器人要与周边设 备进 行信息交换，用 以协调互锁、确保正常作业。机器人对系统状态信 号 进行动态实时监控和响应，并具有程序中断、断点数据 自动记 录和从 断点恢 复执 行 的功能。2 1 2供 胶 系统 模 块 该模块接到机器人命令后开始涂胶，指令传输可 通 过 P L C也 可 由机 器 人 直 接 通 过 硬 线 连 接 实 现。该 模块具有输胶计量装置，能够根据机器人控制器发出

13、的模拟信号 自动调整输胶量，以保证胶形均匀一致，同 时该 系统 还 具 有 胶液 全 程 加 热、P I D温 控、压 力 检 测、桶空 自动切换、空打保护及桶空报警等功能。2 1 3 夹具 系统控 制模 块 采用 P I c位控模块控制方式。夹具对中结构采 用气缸驱动，由 P L C处理传感器信号，进行互锁，实现 联动。定位夹具采用线性编码器进行玻璃特征识别，系统具有较高的柔性。2 1 4状 态监控 模 块 状态监控模块是整个系统的“眼睛”，系统依据该 模块的各种传感器信息判别 自身状态和外部环境，产 生相应的控制策略。状态监控模块的信息一部分流向 机器人，由机器人产生相应控制策略；一部分流

14、向系统 控制器(如光栅信号)，由系统控 制器产生相 应控制 策 略。2 1 5本 地操作 模块 本地操作模块是控制系统 的人机接 口，包括系统 操 作 面板、触摸屏 和 机 器 人示 教 盒。在 操 作 面 板上 可 实现系统运行方式切换、机器人作业程序号选择、转台 复位、故障复位，工件装夹，夹具调试、急停和系统状态 显示等功能。采用触摸屏显示涂胶机的各部分的工作 状态和一些手动按钮和输入。还可以实时对系统的动 作和报警信息进行记录。同时由于触摸屏程序可随时 修改，使系统更趋柔性 化。示教盒完成机器人 的示教 编程及机器人工作状态参数的设置和显示。2 1 6 网络 与接 口模块 面向本地作业层

15、，模块提供 P I c和机器人之间的 现场总线或 E t h e r n e t 通信网络；面向上级管理层，模块 提供高层 网络接 口，实现工厂 自动化管理。维普资讯 http:/ 第 2期 王健 强，等：机器人柔性涂胶系统研究 2 2系统控 制流 程 系统 控制 流程，如 图 3所示。图 3系统控 制流 程 系统 有两砷 工 作状态：自动、手动。手动 用 于系统 调试，在手动状态下，操作人员可针对不同玻璃进行示 教编程，同列可进行 件原位复归、工件选择，真空吸 紧、涂 胶 N 试、故 障复位 等动作；在 自动状态 下检 测各 个 A g e n t 的状 态无异 常后，系统 开始 自动 运

16、行，首先 完 成对 工件 的装 夹(玻璃 对 中、吸 紧、转 台 转动 等)然后 系统根据线性编码器状态 自动识别 一 件类型，选择机 器人程序并执行(同时机器人【作区外转 台 玻璃完 成装夹)，涂胶完成后，转台转动 l 8 0。以使 已涂敷玻璃 处于机器人工作 区外并且未涂敷玻璃进入机器人工作 区，翻转架将玻璃翻起，人工将其卸下。2 3系统故 障中 断 系统如遇故障停止，人工清除故障后再恢复运行。系统 故 障主要 有：系统控 制报 警、机 械夹 具故 障、机器 人 报 警和 安全 系统报 警。3 结束 语 该机 器人工 作站 在设 计过 程 中采用 了模 块化 设计 方法，节省了大量设计时间，同时也使系统更可靠。在 设计过 程 巾充分 考 虑 到 系统 的柔 性 化，使 工 件类 型改 变时，只要修改相应 的系统控制程序 与机器人程序就 口】适 应产 品变 化。目前 本工 作站 已在 奇 瑞 汽 车、江 淮 汽 车 等大 型 汽 车厂 的多个车间成功运用，这充分表 明 了该工作 站具 有 良好 的通用 性和 灵活 性。参考文献(R e f e r e n c e)：【1 郗安 民，刘