戴黃峰，鄭 闖

（1.嘉興技師學(xué)院，浙江 嘉興 314000；2.沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車分院，遼寧 沈陽 110015）

隨著世界科學(xué)技術(shù)生產(chǎn)力地不斷發(fā)展，人類工業(yè)生產(chǎn)逐步從自動(dòng)化向智能化生產(chǎn)過度，其中，工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用成為引領(lǐng)這場“工業(yè)4.0”革命的關(guān)鍵。工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)階段各國工業(yè)生產(chǎn)中，已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，尤其在汽車生產(chǎn)行業(yè)中，汽車的裝配、焊接、噴涂等環(huán)節(jié)都離不開工業(yè)機(jī)器人的參與。工業(yè)機(jī)器人具有穩(wěn)定性強(qiáng)、精準(zhǔn)度高、可持續(xù)工作、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，適用于批量生產(chǎn)的行業(yè)中。相較于人類生產(chǎn)，工業(yè)機(jī)器人可以避免人類疲憊、粗心、情緒化等劣勢。

1 系統(tǒng)組成

1.1 整體構(gòu)成

噴涂工業(yè)機(jī)器人以ABB公司的TRB1410六自由度機(jī)器人為核心，配以對應(yīng)的機(jī)器人控制器和示教器進(jìn)行控制，以可兼容的自動(dòng)噴槍為噴涂手段，以特定涂料罐存儲(chǔ)油漆，以PLC及其外圍元件控制整個(gè)噴涂系統(tǒng)的啟停。根據(jù)工廠現(xiàn)場欲噴涂零件的實(shí)際尺寸和噴涂工作面，確定噴涂空間，建立良好的噴漆防護(hù)，同時(shí)要確定噴涂對象需要噴涂幾種顏色和類型的噴漆，建立良好的噴涂作業(yè)工作臺(tái)和物料運(yùn)送、固定的平臺(tái)。

1.2 涂料罐和自動(dòng)噴槍

涂料罐的作用是儲(chǔ)存噴涂的漆料，不同顏色油漆必須使用不同的涂料罐。涂料罐由進(jìn)氣口、出氣口、涂料出口、壓力調(diào)節(jié)閥、安全閥、泄氣開關(guān)、攪拌桿及葉輪、風(fēng)量調(diào)節(jié)閥構(gòu)成，涂料采用氣動(dòng)形式輸送至噴槍，故現(xiàn)場還需配置一臺(tái)空氣壓縮機(jī)。其中攪拌桿和葉輪的作用是防止漆料在罐內(nèi)凝固，在噴涂前和噴涂時(shí)要進(jìn)行持續(xù)攪拌。

自動(dòng)噴槍采用WRA-101-082P型，可以與ABBTRB1410機(jī)器人兼容。噴槍的作用是在機(jī)器人關(guān)節(jié)按照預(yù)定軌跡運(yùn)行至噴漆部位時(shí)，持續(xù)并均勻?qū)δ繕?biāo)工件噴漆作業(yè)。如圖1所示是涂料罐、自動(dòng)噴槍及其附屬器件的標(biāo)準(zhǔn)連接圖。

1.3 PLC及外圍元件

PLC即可編程邏輯控制器，本噴涂系統(tǒng)中選用西門子公司S7-200型號(hào)的PLC，并在外圍配置一個(gè)啟?？刂破鳌㈤T禁控制器。其中啟?？刂破靼粋€(gè)啟動(dòng)按鈕、一個(gè)停止按鈕和一個(gè)急停按鈕，放置在噴漆工作隔離區(qū)域外，以便工人操作；門禁控制器采用一個(gè)限位開關(guān)實(shí)現(xiàn)，安置在工作區(qū)域門處，當(dāng)門未關(guān)閉或工作中門被開始時(shí)，立即向機(jī)器人控制器發(fā)出停止工作信號(hào)，停止機(jī)器人當(dāng)前所有操作，以防止發(fā)生工作意外。

1.4 機(jī)器人控制器和示教器

機(jī)器人控制器選用ABB公司的IRC5控制器，該控制器為緊湊型控制器，用于對工業(yè)機(jī)器人的控制與操縱，具有輸入輸出接口，并與編程控制示教器相連，實(shí)現(xiàn)對工業(yè)機(jī)器人的編程、調(diào)試與運(yùn)行控制等功能。其中，示教器所完成的功能是對機(jī)器人進(jìn)行手動(dòng)操縱、程序表寫調(diào)試、參數(shù)配置和監(jiān)控的手持設(shè)備，是目前所有種類工業(yè)機(jī)器人必備的設(shè)備之一。

ABB的示教器是觸屏和搖桿操作，具有控制方便的特點(diǎn)。此外，示教器具有急停開關(guān)、數(shù)據(jù)備份用USB接口、使能器按鈕、觸摸屏專用筆和示教器復(fù)位按鈕。

2 系統(tǒng)I/O分配

如下表所示為機(jī)器人控制器與PLC的I/O分配表。其中在機(jī)器人控制器的輸入中，由PLC發(fā)出伺服開啟或關(guān)閉的信號(hào)至機(jī)器人控制器，以此控制工業(yè)機(jī)器人六個(gè)伺服電機(jī)的使能與禁止，只有伺服使能后，才能實(shí)現(xiàn)后續(xù)對機(jī)器人的控制?？刂茩C(jī)器人啟動(dòng)、暫停和噴涂以及主程序的系統(tǒng)，分別由PLC輸出一個(gè)數(shù)字信號(hào)至機(jī)器人控制器內(nèi)完成。

在機(jī)器人控制器輸出中，當(dāng)機(jī)器人開始運(yùn)行和動(dòng)作完成時(shí)，向PLC發(fā)出數(shù)字信號(hào)的指令。同時(shí)，機(jī)器人控制器使用6個(gè)輸出口分別控制2個(gè)涂料罐、2個(gè)噴幅閥和2個(gè)送料閥。如表1所示。

表1 機(jī)器人控制器與PLC的I/O分配表

3 PLC程序設(shè)計(jì)

PLC程序采用西門子STEP-7軟件編程，本系統(tǒng)中包含三部分程序，分別是機(jī)器人啟動(dòng)程序、機(jī)器人運(yùn)行暫停程序和外部急停程序，分別如圖2左、中、右所示。其中，機(jī)器人啟動(dòng)程序中，包含2秒的延遲，即按下啟動(dòng)按鈕后，2秒后機(jī)器人啟動(dòng)運(yùn)行。

4 機(jī)器人編程

機(jī)器人編程主要包含對機(jī)器人運(yùn)行軌跡的控制和噴槍、儲(chǔ)料罐的控制。其中，最核心的部分是機(jī)器人軌跡的程序編寫。機(jī)器人運(yùn)動(dòng)軌跡即噴槍相對工件所走過的噴涂路徑，在運(yùn)行過程中對工件部位進(jìn)行噴漆操作。本系統(tǒng)中機(jī)器人程序中包含主程序、噴槍控制程序和軌跡程序。主程序中主要功能是進(jìn)行設(shè)備整體運(yùn)行初始化，完成對PLC信號(hào)的判斷、發(fā)出使能信號(hào)和檢查各模塊運(yùn)行狀態(tài)，待所有準(zhǔn)備工作就緒后，運(yùn)行噴涂程序。噴槍控制程序主要包含兩點(diǎn)：霧化和上料。在準(zhǔn)備噴涂前，首先要先控制噴槍做霧化處理，再進(jìn)行漆料上料噴涂作業(yè)，其目的是使噴涂漆料更加均勻。

軌跡程序的編寫方法是，先采用示教器通過手動(dòng)操縱方式，使噴槍運(yùn)行至各個(gè)噴涂關(guān)鍵點(diǎn)，每次操縱確定的位置點(diǎn)必須保證與工件的噴涂距離，并采用適當(dāng)?shù)能壽E移動(dòng)方式，主要包含直交、關(guān)節(jié)、圓弧等。一般常用MoveL為直線運(yùn)行、MoveJ為關(guān)節(jié)運(yùn)行、MoveC為圓弧運(yùn)行。根據(jù)不同的噴涂工件選取不同的軌跡路徑，以達(dá)到噴涂全覆蓋、噴漆均勻的目的。在編寫程序時(shí)，每一條的運(yùn)動(dòng)指令中還要包含運(yùn)行速度，一般在手動(dòng)操縱對點(diǎn)時(shí)速度不宜過快，而在自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，可以在保證噴漆穩(wěn)定性的前提下提高運(yùn)行速度百分比。程序編寫后必須手動(dòng)運(yùn)行一次軌跡，方可自動(dòng)運(yùn)行。

采用示教器編程時(shí)，可以直接選取編程關(guān)鍵指令，如增加MoveJ指令時(shí)，直接在編程界面右側(cè)點(diǎn)擊MoveJ即可，隨后在指令后選取位置點(diǎn)參數(shù)，隨后通過手動(dòng)示教至位置點(diǎn)后，替換當(dāng)前位置信息即可將當(dāng)前位置參數(shù)信息存入該點(diǎn)。

5 結(jié)束語

文章介紹了一款基于ABB-TRB1410六自由度工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)噴涂機(jī)器人的應(yīng)用實(shí)例，通過描述系統(tǒng)構(gòu)成和PLC、機(jī)器人編程方法，為實(shí)際采用噴涂機(jī)器人完成噴漆工作提供參考。在今后，隨著工業(yè)機(jī)器人不斷發(fā)展和進(jìn)步，越來越多的工業(yè)機(jī)器人將加入生產(chǎn)過程中，只有不斷提升工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用水平，才能更好地服務(wù)我國“中國制造2025”的戰(zhàn)略目標(biāo)。