直角坐标机器人在汽车发动机涂胶机上的应用

直角坐标机器人在汽车发动机涂胶机上的应用

 

随着机器人技术的发展，机器人技术在各行各业中得到了广泛的应用。机器人作为执行机构，具用控制方便，执行动作灵活，可以实现复杂的空间轨迹控制。特别适用于多品种，变批量的柔性化生产。

    我公司以德国BAHR公司直角坐标机器人为核心产品，，开发了多种工业自动化产品，如涂胶机、点胶机、自动上下料机械手、码垛机、探伤检测设备。

    要求：
    在汽车发动机盖上连续均布涂胶，
    涂胶曲线为空间三维曲线。共有两条涂胶曲线，空间夹角为16度
    每个曲线基本由直线和圆弧组成。如图1
    涂胶速度为100mm/s，回原点速度为500mm/s
    最小圆弧半径：5mm
    涂胶精度：0.1mm
    涂胶行程：600X400X100。
    根据以上要求，我们设计了一台三坐标机器人。

    机器人组成：
    该机器人由安装架、机器人定位系统、伺服驱动系统、供胶系统及涂胶枪、控制系统及电控配电系统、安全防护装置等组成。
    1、机器人安装架
    机器人安装架由铝型材搭建。上半部分用玻璃罩将核心部件罩住。使用铝型材安装架的好处是设计简单、美观、安装方便、运输成本低。该部分完全在国内设计制造，成本低。
    2、机器人定位系统
    机器人定位系统是整台设备的核心，为德国bahr公司产品，三坐标均为滚珠丝杠驱动，单坐标重复定位精度为0.025mm，最快直线运动速度：500mm/s。其中X坐标轴为两根长度为800mm，跨度为600mm的定位系统ELK40，由同步传输器保证两根定位系统运动的同步，由一台伺服电机驱动。Y轴选用ELK40和ELR40双定位系统，，将Z轴夹在中间，这种安装方式具有非常好的稳定性，两根定位系统由一台伺服电机驱动。Z轴选用ELK40双滑快全包围定位系统，牢固稳定，由一台带抱闸的伺服电机驱动。每个定位系统都为密封结构，灰尘和水不会进到定位系统内部接触滚珠丝杠。

    3、伺服驱动系统
    该涂胶机器人的选用日本松下伺服电机MHMA系列，每个运动轴配有一台伺服电机，其中垂直运动轴为带抱闸伺服电机。
    4、供胶系统及涂胶胶枪
    供胶系统是美国 Nordson的产品，以稳定的压力，将胶压送到自动涂胶枪的枪头。胶泵驱动气源的压力可调，经加压后胶的压力也可作适应性调整，通过选择适当孔径的涂胶咀达到最佳的控制效果，保证胶型的一致性。通过对出胶量和运行速度的调整，保证所涂胶形均匀一致，达到理想的涂胶效果。
    涂胶枪为密封胶专用，具有倒吸胶功能。采用硅油杯对涂胶嘴进行浸入式防护，每次涂胶后涂胶嘴浸入硅油杯中。
    5、控制系统及电控配电系统
    控制系统由工控机、运动控制卡组成。该系统可预置多种工件的涂胶程序，更换品种时可在触摸屏上调用相应程序。
运动控制卡有丰富的函数库，可以任意设定运动特性，如加速曲线形状，空间曲线的插补运动，能过实现平滑的运动特性
    6、安全防护装置
该机具有故障提示及报警功能，并且每次出现故障时都能准确的反映出故障具体位置，便于迅速排除故障，主要包括：机器人碰撞保护功能；工件安装到位检测；胶桶的缺胶报警；光幕安全保护。

    编程方法：
    1、示教编程：在发动机盖涂胶轨迹上，先描出数个特征点（如直线与直线的衔接点，直线与圆弧的连接点，圆弧与圆弧的联结点），然后手动操作机器手，使胶枪逐一对准特征点，确认并记忆这些点的坐标，控制系统自动将这些点联结成一条完整的平滑的曲线。
    2、按图编程
按照绘好的机械图纸，将复杂的曲线分割成若干标准的直线、圆弧（圆椭圆等）、抛物线等，确保这些线单元能够用控制系统固有函数描述。用固有的函数按顺序描述这些线单元，使图纸描绘的曲线变为机器人的运动曲线。
示教编程方式的优点是易学易用灵活，克服了按图编程以涂胶轨迹数据输入繁琐过程。采用示教编程方式后，仅需工件实物即可快捷方便地完成编程。而且三维空间内任意曲线轨迹的涂胶均匀。机器人示教编程方式，使设备的操作更趋柔性化与智能化，可以随意调用和修改涂胶程序。缺点是针对高精密图胶不能完好的保证涂胶精度。

    影响涂胶效果的因数：
    涂胶的效果与很多因素有关：
    机器手的重复精度、运动速度、机械刚性、轨迹的特性、胶的特性、供胶系统的特性、控制系统的特性等。所以在设计图胶机器人时，必须把所有的问题分析透彻，才有可能设计出好用的产品。
    光滑曲线，该曲线就是工件需要涂胶的运动轨迹。示教编程方式克服了数控编程以涂胶轨迹数据输入，必须借助准确的零件图纸及事先计算出轨迹曲线节点的坐标，逐步输入的烦琐方式。采用示教编程方式后，仅需工件实物即可快捷方便地完成编程。适用于三维空间内任意曲线轨迹的涂胶和材料均匀涂布。机器人示教编程方式，使设备的操作更趋柔性化与智能化，可以随意调用和修改涂胶程序。