基于KUKA機(jī)器人的滾邊壓合自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

梁文翰

摘要：汽車工業(yè)是全球制造業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。伴隨對(duì)焊裝工藝的滾邊壓合技術(shù)更高的要求，本文置于改變傳統(tǒng)的翻邊方式，開(kāi)發(fā)更加經(jīng)濟(jì)高效的柔性生產(chǎn)方式，設(shè)計(jì)了基于KUKA機(jī)器人的滾邊壓合自動(dòng)控制系統(tǒng)，針對(duì)物料的供應(yīng)和滾邊壓合的生產(chǎn)流程，設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行流程，由中央控制環(huán)節(jié)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人去完成滾邊壓合的生產(chǎn)過(guò)程，并能對(duì)安全可靠的生產(chǎn)起到保障作用。

關(guān)鍵詞：滾邊壓合 柔性生產(chǎn) 自動(dòng)控制

中圖分類號(hào)：TP242.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）12-0011-02

1 滾邊原理

滾邊壓合的原理：工業(yè)機(jī)器人的工具也就是滾輪，沿著被翻邊的工件輪廓進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，通過(guò)機(jī)器人工具上滾輪所施加的力將工件在沖壓過(guò)程中所預(yù)留的翻邊在滾輪的作用下向內(nèi)翻折，從180度或90度最后變成0度（根據(jù)表面件工藝的不同，可進(jìn)行2-6次翻邊壓合，每次壓合角度也不相同），從而將外表面件的邊緣緊緊地翻壓在內(nèi)板件上（根據(jù)而生產(chǎn)工藝不同有些工藝還伴有涂膠），使外板和內(nèi)板被整合成一體，如圖1所示。[1]

2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2.1 工藝布局

滾邊壓合工藝布局圖如圖2所示，料口315200為內(nèi)板上料口，料口315210位外板上料口，315250傳送帶為下料口傳送帶，內(nèi)板件從上料口315200上件，轉(zhuǎn)臺(tái)315200旋轉(zhuǎn)120°，機(jī)器人315200RO1抓起內(nèi)板件進(jìn)行涂膠，涂膠完成后，機(jī)器人將內(nèi)板件放在轉(zhuǎn)臺(tái)315240，轎車前門的外板與內(nèi)板同時(shí)進(jìn)行上件和加工，外板進(jìn)行涂膠完成后機(jī)器人315210RO1將外板放置在轉(zhuǎn)臺(tái)315220，轉(zhuǎn)臺(tái)315220和315240旋轉(zhuǎn)120°，機(jī)器人315220RO1將外板與內(nèi)板先后放置在組合置臺(tái)，機(jī)器人315230RO1、315230RO2、315230RO3對(duì)內(nèi)板和外板的組合件進(jìn)行滾邊。滾邊完成后，機(jī)器人315240RO1對(duì)前車門進(jìn)行點(diǎn)焊，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)的轉(zhuǎn)置和機(jī)器人的轉(zhuǎn)移，最后通過(guò)傳動(dòng)帶下件。

硬件組態(tài)設(shè)計(jì)如圖2所示，用PROFINET總線完成機(jī)器人和PCL300已及各種輔助零件之間的通訊。根據(jù)硬件組態(tài)顯示，本控制系統(tǒng)的控制核心為S7-300PLC，遠(yuǎn)程I/O為ET200系列。

2.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的工作原理

系統(tǒng)在保證人員的安全前提下，操作人員配合自動(dòng)控制系統(tǒng)的物料供應(yīng)和及時(shí)下件，當(dāng)操作人員將工件上到上件臺(tái)后，退出上料口，按復(fù)位按鈕，等待機(jī)器人工作，傳感器檢測(cè)到工件到位，機(jī)器人先后抓取外板內(nèi)板工件到組合置臺(tái)，組合置臺(tái)傳感器檢測(cè)到工件到位，夾具臺(tái)和壓料板的夾緊氣缸夾緊，機(jī)器人滾邊完成后，氣缸打開(kāi)，機(jī)器人抓件到下件臺(tái)，傳感器檢測(cè)到工件到位，機(jī)器人抓手氣缸打開(kāi)，吸盤吹氣，機(jī)器人回到原點(diǎn)，操作人員進(jìn)入下料口人工下件。整個(gè)工作流程除人工上下件外基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。[3]

2.3 PLC自動(dòng)控制流程

按照整個(gè)生產(chǎn)工藝的流程，在PLC中編寫好控制程序，標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放的總線把所有部件例如機(jī)器人、滾邊夾具、工位檢測(cè)信號(hào)等連接到一起，實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作過(guò)程的自動(dòng)化。

如圖3所示，首先由PLC通過(guò)網(wǎng)絡(luò)總線獲取工位信息，根據(jù)預(yù)先編制好的程序判斷執(zhí)行條件是否滿足。若滿足，PLC會(huì)向機(jī)器人發(fā)出指令，機(jī)器人在獲得PLC發(fā)出的指令后，根據(jù)預(yù)先編程好的程序進(jìn)行工作。整個(gè)控制過(guò)程中，PLC起到了類似人體中樞的作用。

3 程序功能實(shí)現(xiàn)

3.1 對(duì)人員的安全保護(hù)

在程序的設(shè)計(jì)中尤為注重安全通道的設(shè)置，在機(jī)器人方面采用了單通道，工位門盒則采用了更為保險(xiǎn)的雙通道。無(wú)論生產(chǎn)線在任何生產(chǎn)狀態(tài)下，只要按下工位任何位置的急停按鈕，整個(gè)生產(chǎn)將瞬間停止，用來(lái)應(yīng)對(duì)緊急狀況的發(fā)生。

在正常的生產(chǎn)期間基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，所以著重對(duì)上件的轉(zhuǎn)臺(tái)區(qū)域進(jìn)行安全處理。依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，工位轉(zhuǎn)臺(tái)外要安裝一組光柵和一個(gè)掃描儀，但凡出現(xiàn)障礙物闖入光柵或掃描儀保護(hù)區(qū)域，則啟動(dòng)高級(jí)報(bào)警并且停止生產(chǎn)。

3.2 執(zhí)行設(shè)備的控制

系統(tǒng)中的主要輸入信號(hào)變量設(shè)備是傳感器，而主要執(zhí)行設(shè)備有氣缸、吸盤、閥島、電磁閥，機(jī)器人等一些輔助設(shè)備?；镜木幊趟悸肪褪?，按照工藝流程和動(dòng)作時(shí)序，在滿足對(duì)應(yīng)的時(shí)間和對(duì)應(yīng)的條件下輸出相應(yīng)的動(dòng)作。

3.3 操作模式的選擇

操作模式分為自動(dòng)模式和手動(dòng)模式。當(dāng)選擇自動(dòng)模式時(shí)，編程思路為當(dāng)滿足工位無(wú)高級(jí)報(bào)警、安全區(qū)域內(nèi)通訊正常、工位生產(chǎn)無(wú)故障、所有機(jī)器人狀態(tài)正常，人機(jī)界面模式開(kāi)關(guān)選擇自動(dòng)時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)模式準(zhǔn)備完成。若選擇手動(dòng)模式，則上述條件的自動(dòng)改為手動(dòng)。

3.4 運(yùn)行方式的選擇

運(yùn)行方式分為單循環(huán)運(yùn)行、連續(xù)循環(huán)運(yùn)行和空循環(huán)運(yùn)行。每種運(yùn)行方式包括準(zhǔn)備條件和置位條件。滿足生產(chǎn)安全的前提，準(zhǔn)備條件為滿足工位無(wú)高級(jí)報(bào)警、安全區(qū)域內(nèi)通訊正常、工位生產(chǎn)無(wú)故障、所有機(jī)器人狀態(tài)正常、所有夾具處于初始狀態(tài)、所有夾具無(wú)工件、人機(jī)界面的模式開(kāi)關(guān)選擇手動(dòng)。置位條件則是同時(shí)滿足對(duì)應(yīng)的運(yùn)行方式按鈕被按下和對(duì)應(yīng)的運(yùn)行方式準(zhǔn)備條件到達(dá)。

在開(kāi)發(fā)的過(guò)程中主要利用STEP7軟件編寫PLC控制系統(tǒng)程序，實(shí)現(xiàn)子程序調(diào)用功能，PLC與機(jī)器人信號(hào)交互，變頻器變頻調(diào)速程序，數(shù)字量輸入輸出等重要功能。利用仿真軟件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，在調(diào)試中，完成在線連接，上載與下載，控制和監(jiān)視變量，測(cè)試程序等自動(dòng)控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)PLC與機(jī)器人相結(jié)合的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

4 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔明了、接線簡(jiǎn)單、修改控制策略容易。所以該系統(tǒng)故障率低，性能穩(wěn)定可靠，易于維護(hù)，節(jié)省人力，降低了運(yùn)行成本，從而提高了滾邊壓合系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益。在自動(dòng)化應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是今后發(fā)展的主方向。

參考文獻(xiàn)

[1]孟繁秋.基于工業(yè)機(jī)器人控制的滾邊壓合技術(shù)研究[D].吉林大學(xué)，2010.

[2]龔彪.淺談機(jī)器人滾邊在汽車行業(yè)中的實(shí)際運(yùn)用[J].大眾科技，2012，06：136-137+128.

[3]計(jì)時(shí)鳴，黃希歡.工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用綜述[J].機(jī)電工程，2015，01：1-13.