韓健睿，張瑞祺，郭瑞蓮，時(shí) 光，呂世霞，劉 傳

（1.北京工業(yè)大學(xué)，北京 100124；2.北京電子科技職業(yè)學(xué)院，北京 100176）

現(xiàn)今汽車制造企業(yè)總裝工藝中發(fā)動(dòng)機(jī)裝配大多以人工裝置為主，油底殼涂膠方面人工作業(yè)有著涂膠不均、涂膠精度低、效率低等問(wèn)題。進(jìn)而引起汽車發(fā)動(dòng)機(jī)漏油，嚴(yán)重的可能引起發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。而且膠體也會(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。鑒于以上人工作業(yè)現(xiàn)狀，本文設(shè)計(jì)并搭建了一套基于工業(yè)機(jī)器人的自動(dòng)化汽車密封件涂膠工作站。

工業(yè)機(jī)器人在現(xiàn)今汽車制造行業(yè)中有著廣泛應(yīng)用，如汽車噴漆、汽車結(jié)構(gòu)焊接和沖壓過(guò)程中工件搬運(yùn)等。工業(yè)機(jī)器人工作站通過(guò)搭配不同的工具手和工藝裝備，可實(shí)現(xiàn)不同的工作需求，而且工業(yè)機(jī)器人與原有人工相比，具有工作效率高、動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)化程度高、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也降低了生產(chǎn)過(guò)程中的成本。

1 涂膠工作站結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)密封件自動(dòng)涂膠系統(tǒng)以油底殼為例，主要由工業(yè)機(jī)器人、多功能工裝臺(tái)、工業(yè)機(jī)器人工具手、膠罐以及出膠控制系統(tǒng)組成。工業(yè)機(jī)器人根據(jù)本項(xiàng)目工作要求載重以及運(yùn)動(dòng)范圍，采用ABB IRB1410 型號(hào)工業(yè)機(jī)器人作為載體，在其上方配置相關(guān)設(shè)備以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，如圖1 所示。

圖1 涂膠工作站機(jī)械結(jié)構(gòu)三維圖

1.1 工裝臺(tái)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)器人工裝臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)油底殼外輪廓識(shí)別、定位和涂膠固定作用，在工廠中可采用工件傳送裝置，方便其上下料，提高工作效率。工裝臺(tái)上有6個(gè)定位銷，用于對(duì)油底殼進(jìn)行擺放定位，并且便于相機(jī)識(shí)別后定位工件位置。背光光源用于輔助相機(jī)拍照過(guò)程中更好地識(shí)別工件外輪廓與螺絲孔位置。相機(jī)支架用于支撐相機(jī)滿足清晰識(shí)別油底殼輪廓并且不妨礙工業(yè)機(jī)器人的涂膠運(yùn)動(dòng)。光電傳感器用于檢測(cè)被涂膠工件是否到位。

1.2 涂膠工具手設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的涂膠工作站中將膠槍安裝于工業(yè)機(jī)器人第六軸法蘭上，并且以45°安裝。此方案中選擇的工業(yè)機(jī)器人自帶6 個(gè)自由度，可以在涂膠過(guò)程中出膠方向隨軌跡方向自由變換，實(shí)現(xiàn)靈活涂膠的目的。經(jīng)過(guò)大量測(cè)試，工業(yè)機(jī)器人末端法蘭與膠槍呈45°夾角安裝出膠質(zhì)量最好，可實(shí)現(xiàn)膠體直接落到工件表面，保證涂膠質(zhì)量。

2 涂膠工作站控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的涂膠工作站控制系統(tǒng)包括：工業(yè)機(jī)器人控制器、工業(yè)視覺(jué)識(shí)別模塊、供膠系統(tǒng)、傳感器、控制按鈕等，如圖2 所示。工業(yè)機(jī)器人選用ABB 機(jī)器人控制系統(tǒng)，配備一個(gè)DSQC327AIO 信號(hào)拓展版，可以連接10 個(gè)數(shù)字量輸入信號(hào)、10 個(gè)數(shù)字量輸出信號(hào)和4 個(gè)模擬量輸出信號(hào)，滿足本工作站系統(tǒng)邏輯控制與運(yùn)行的要求。工業(yè)機(jī)器人具體對(duì)工件進(jìn)行涂膠工作，供膠系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人末端膠槍的膠體輸出，視覺(jué)識(shí)別用于對(duì)被涂膠工件外輪廓和螺絲孔進(jìn)行識(shí)別定位，并規(guī)劃?rùn)C(jī)器人運(yùn)行路徑、控制按鈕控制工作站設(shè)備的啟動(dòng)、暫停、停止、復(fù)位以及一些狀態(tài)顯示。整套工作站由啟動(dòng)按鈕運(yùn)行啟動(dòng)，供膠系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，等待被涂膠工件到達(dá)相機(jī)識(shí)別工位，相機(jī)識(shí)別完成后，將點(diǎn)位信息發(fā)送至工業(yè)機(jī)器人，等待供膠系統(tǒng)準(zhǔn)備就緒，工業(yè)機(jī)器人啟動(dòng)涂膠程序，對(duì)工件進(jìn)行涂膠作業(yè)。

圖2 汽車密封件涂膠工作站系統(tǒng)組成

2.1 出膠裝置控制系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)機(jī)器人涂膠作業(yè)，本文設(shè)計(jì)了全自動(dòng)控制供膠系統(tǒng)，該系統(tǒng)由膠罐、氣動(dòng)控制元件、氣源、膠槍等部件組成。膠罐用于存儲(chǔ)膠體，通過(guò)氣動(dòng)控制元件壓縮空氣，使得膠體進(jìn)入工業(yè)機(jī)器人末端所安裝的膠槍，氣源為本套系統(tǒng)提供0.6MPa 的壓縮空氣，使得整套系統(tǒng)正常運(yùn)行，出膠系統(tǒng)首先由氣源提供兩路壓縮空氣，經(jīng)過(guò)氣動(dòng)二聯(lián)件，一路進(jìn)入膠罐，增加膠罐中的壓力，使得膠體向外流至膠槍供膠管中；另一路氣源進(jìn)入兩位五通電磁閥，通過(guò)機(jī)器人電信號(hào)控制氣流換向，控制供膠量和膠路開(kāi)閉。膠槍開(kāi)啟涂膠功能，膠體從膠槍中平滑流出。出膠系統(tǒng)原理圖如圖3 所示。

圖3 汽車密封件涂膠工作站出膠系統(tǒng)原理圖

2.2 工業(yè)視覺(jué)相機(jī)識(shí)別控制系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)中采用康耐視IS2000C 型號(hào)相機(jī)，通過(guò)Modbus 通訊協(xié)議將相機(jī)拍照數(shù)據(jù)傳輸至工業(yè)機(jī)器人。利用機(jī)器人控制工裝臺(tái)底部光源可對(duì)工件輪廓、孔位進(jìn)行更好的識(shí)別。通過(guò)相機(jī)識(shí)別軟件對(duì)機(jī)器人涂膠軌跡進(jìn)行規(guī)劃，并將點(diǎn)位數(shù)據(jù)傳輸至機(jī)器人，根據(jù)預(yù)設(shè)的工件坐標(biāo)系即可完成涂膠軌跡運(yùn)行。相機(jī)識(shí)別畫(huà)面如圖4 所示。

圖4 相機(jī)識(shí)別畫(huà)面

2.3 涂膠機(jī)器人整體控制邏輯與IO 控制

涂膠機(jī)器人根據(jù)本設(shè)計(jì)中的任務(wù)要求，除了與工業(yè)視覺(jué)相機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信的同時(shí)，還需要與現(xiàn)場(chǎng)其他設(shè)備進(jìn)行信號(hào)交互，通過(guò)在機(jī)器人程序中進(jìn)行邏輯判斷，完成所設(shè)計(jì)的任務(wù)要求。工業(yè)機(jī)器人根據(jù)工裝臺(tái)工件到位傳感器信號(hào)啟動(dòng)涂膠工作、控制出膠系統(tǒng)運(yùn)行、儲(chǔ)膠罐系統(tǒng)膠量和運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控、視覺(jué)系統(tǒng)拍照與光源控制以及全自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中系統(tǒng)啟動(dòng)停止外部控制按鈕的輸入信號(hào)。機(jī)器人IO 系統(tǒng)DSQC327A 信號(hào)板中包含數(shù)字量輸入端、數(shù)字量輸出端和模擬量輸出端。為了實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人控制的外圍設(shè)備通信，可以使用數(shù)字量輸入端和輸出端控制外部設(shè)備的狀態(tài)檢測(cè)信息。涂膠機(jī)器人系統(tǒng)I/O 信號(hào)信息如表1 所示。

表1 涂膠機(jī)器人系統(tǒng)I/O 信號(hào)信息表

3 結(jié)論

（1）本文設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)汽車密封件涂膠機(jī)器人工作站，該機(jī)器人工作站可根據(jù)工業(yè)視覺(jué)相機(jī)進(jìn)行路徑規(guī)劃，并且可自動(dòng)控制供膠系統(tǒng)進(jìn)行密封件涂膠作業(yè)。

（2）涂膠工作站中工業(yè)機(jī)器人與工業(yè)視覺(jué)通過(guò)Modbus 通信協(xié)議，將視覺(jué)系統(tǒng)所識(shí)別到的被涂膠工件輪廓根據(jù)螺絲孔位置可規(guī)劃?rùn)C(jī)器人涂膠路徑點(diǎn)位。

（3）上述自動(dòng)汽車密封件涂膠機(jī)器人工作站可廣泛應(yīng)用于汽車制造工廠中，對(duì)制造業(yè)未來(lái)發(fā)展有著重要意義。