机器人柔性涂胶系统研究

（ ）可编程 控制器 。负责整个系统 的集 中调度 ， １ 通 过 Ｐ Ｏ ＩＵ Ｒ ＦＢ Ｓ总线 和 ＩＯ接 Ｖ获取各单 元 的状 态信 息 ， ／ Ｉ 将 任务划分为各 个子任务 ， 并协调各单元 的工作。 分发
（ ）监 控装 置 。本系统 采 用触摸 屏简 化 了系统 的 ２
人 机接 口， 人机界 面友 好 ， 作方 便 。 操
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第 ２ ５卷 第 ２期 ２０ ０ ８年 ２月
机
电
工
程
Ｖｏ ． ５ １ ２ Ｎｏ． ２
Ｍ ＥＣｔＡＮＩ Ｉ ＣＡＩ ＆ ＥＬ ＦＲＩ ＥＣ‘ ＣＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ ＡＧＡＺＩ Ｍ ＮＥ
Ｆｅ ２ ８ ｂ． ００
管 、 轮泵 及胶枪 。 齿 １５ 涂胶 辅助设 备 ． 机器 人涂 胶系统 装 有 安全 防护 光 栅 ， 止 机器 人 防
该模 块 接到机 器 人命 令 后 开 始 涂胶 ， 指令 传 输 可
通 过 Ｐ Ｃ也 可 由机 器 人 直 接 通 过 硬 线 连 接 实 现 。该 Ｌ
模 块具 有输 胶计量 装 置 ， 够 根据 机 器 人 控制 器 发 出 能 的模拟信 号 自动调 整输 胶量 ， 以保证 胶 形均匀 一致 ， 同
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 ， 证 所涂 胶形 均 匀 一 致 。 齿轮 定 量 泵 保 通过采 集机 器人 的运 动 速度 控 制 胶 料 的输 出量 ， 证 保 涂胶 过程 的稳 定性 和均 匀性 。供胶 系统 全段 加热且 每 段加热 可单 独控制 ， 即供 胶 模 组 的压 盘 、 压 器 、 胶 调 输
采用 Ｐ 控 模 块 控 制 方 式 。夹 具 对 中结 构 采 Ｉ ｃ位 用气 缸驱 动 ， Ｐ Ｃ处理 传感 器 信 号 ， 由 Ｌ 进行 互 锁 ， 现 实 联 动 。定 位夹 具采 用线 性 编 码 器 进行 玻 璃 特 征 识别 ，
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 ， 在 它
中图分 类 号 ：Ｐ ４ Ｔ ２２
文献 标识 码 ： Ａ
文 章编 号 ：０１ ４５ （０８０ — ０５ ０ １０ — ５ １２０ ）２ ００ — ３
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｅ ｉ ｅ ｒ ｏ ｌ ｉ ｙ ｔ ｍ ｓ ａ ｃ ｎ ａ ｆ ｘ ｂｌ ｏｂ ｔ ｇｕｅｎｇ ｓ ｓｅ ｌ
Ｋｅ ｒ ｓ ｌｅｎ ；ｉｔｇａｉｎ；ｆ ｘｂｅｓｓｅ ；ｈ ｍａ ｏ ｕｅ ｎｅｆｅ ＨＭＩ ｙ ｗｏ ｄ ：ｇｕ ｉｇ ｎｅｒｔ ｏ ｌ ｉｌ ｙｔｍ ｅ ｕ ｎｃ ｍｐ ｔｒｉｔｒａ ｅ（ ）
０ 前
言
汽 车风挡 玻璃 作 为 汽 车 的一 个 重 要 部 件 ， 安装 其 质量 直接 影 响汽车 的使 用 ， 国内生产 中 ， 而 有些 厂家 还 采用 人工 涂胶 或 自动化 程度 很 低 的作 业 设 备 ， 动 强 劳 度大 、 涂敷 均 匀性一 致 性 差 ， 胶 液 位 置 误 差超 标 ， 且 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 的趋 势 。 目
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 ； 部分 流 向系统 一
控 制器 （ 光 栅 信 号 ） 由系 统 控 制 器 产 生 相 应 控 制 如 ，
ｗａ ｍ ｐｏ ｄ ｔ ｎ ｌｓ ｈｅ ｓ ｓｅ ｐｒｎｃｐｅ ｉ ｔｅ ｒ ｐ ｔ ｆｓ ｓｅ ａ ｃ ｉｅ ｔ ｅ ａ ｙ ｔｍ ｏ ｔｏ． Ｔｈｅ ｒｓ ａｃ ｓｆｃ ｅ ｓｅ ｌ） ｏ ａ ａｙ ｅ ｔ ｙ ｔｍ ｉ ｉ ｌ ｎ ｈ ｅ ｅｅｓｏ ｙ ｔ ｍ ｒ ｈ ｔｃｕｒ ｎｄ ｓ ｓｅ ｃ ｎ ｒ １ ｅ ｅ ｅ ｒ ｈ ｗａ ｏ ｕｓ ｄ Ｏ ｈｅ ｒ ｂ ｔｓ ｓｅ ｉ ｅ ｒ ｔｏ ｎ ｔ ｐ ｉａｉｎ． Ｍ ｏ ｌｒ ｄ ｓｇ ｗａ ｔｌｚ ｄ ｆｒ ｔ ｅ ｅｏ Ｕ ｔ ｏ ｏ ｙ ｔｍ ｎｔｇ ａｉｎ ａ ｄ ｉｓａｐ ｌｃ ｔ ｏ ｄｕ ａ ｅ ｉｎ ｓ ｕ ｉｉｅ ｏ ｈｅ ｄ ｖ ｌｐｍｅ ｔｏ ｈ ｙ ｔｍ ， ｉ ｒ ｅ ｏｒ ｎ ｆｔ ｅ ｓ ｓｅ ｎ ｏ ｄ ｒｆ ｓ ｏ ｔｎｉｇ ｔ ｅ ｄｅ ｉｎ ｐ ｒｏｄ ａ ｄ ｉ ｒ ａ ｉｇ ｔ ｅ ｒ ｂ ｔ ｅ ｓ ａ ｄ ｒ ｌ ｂｉｉ ｆｔ ｙ ｔｍ ． ｈ ｒｅ ｎ ｈ ｓｇ ｅ ｉ ｎ ｎｃ ｅ ｓｎ ｈ ｏ ｕｓｎ ｓ ｎ ｅｉ ｌｔ ｏ ｈｅ ｓ ｓｅ ａ ｙ
机 器 人 柔 性 涂胶 系 统研 究
王健 强 ， 朱友 超 ， 洪光 ， 戴 程 汀
（ 肥 工 业 大学 机 械 与 汽 车 工 程 学 院 ， 徽 合 肥 ２０ ０ ） 合 安 ３ ０ ９
摘 要 ： 绍 了一 种 基 于 Ｐ Ｏ Ｉ Ｕ 介 Ｒ ＦＢ Ｓ总 线 的 机 器 人 柔 性 涂胶 工 作 站 的 设 计 方 法 ， 用 多 智 能 体 系统 理 论 运
本研 究 选 用 １台 ６ Ｏ Ｄ Ｆ工业 机 器 人 ， 个 机 器人 整 系统 由机 器 人本体 与机 器人 控制器 组成 。
１ ２ 工 作站控 制 系统 ．
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 。
机器 人 工作站 中的 主要 相 关 控 制装 置 包 括 ： 编 可 程 控制 器和 监控装 置 。
时该 系统 还 具 有 胶液 全 程 加 热 、 Ｉ ＰＤ温 控 、 力 检 测 、 压
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 ． ．
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 。
电
工
程
第２ ５卷
１ ３ 夹 具 系 统 ．
系统 的主要 任务 。 （ ）运 行轨 迹采 用示 教编程 方式 。该 方法适 用于 １
机器人 涂胶 系统 大 多 采用 对 中夹 具 ， 的使 用 有 它
两大优 点 ： 可 以将玻 璃 的尺 寸误 差 在 玻 璃 周 边位 置 ① 均分 ， 而不 会 累积到 同一侧 ， 利于 密封胶 条沿玻 璃 四 有 周边 缘 的均布 ； 对不 同尺寸 、 同类 型 的玻璃适 应性 ② 不 好， 可适 应多种 车型 的柔性 生产 。
的处理 与协 调 ， 能实 现 自动运转 。因此 ， 业机器 人 才 工 除具有 基本 的示 教再 现 的 功 能之 外 ， 各 智 能 体 的联 与 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 。
状态 监控模 块 是整个 系 统 的 “ 睛”， 统依 据 该 眼 系
Ｗ ＡＮＧ ｉ ｎ ｑ ａ ｇ，ＺＨＵ ｕ ｃ ｏ，ＤＡＩＨｏ ｇ ｇ ａ ｇ，ＣＨＥＮＧ ｎ Ｊａ — ｉｎ Ｙｏ — ｈａ ｎ —ｕ ｎ Ｔｉ ｇ
（ ｏ ｅｅｏ ｃ ａ ｉ ｌ ｎ ｏ ｏｉ ｎ ｉｅｒ ｇ ｔ ｆ ｉ ｎ ｅ ｉ ｅｈ ｏ ｇ ， ｅ ｉ ３ ０ ９ Ｃ ｉ ） Ｃ ｌ ｇ Ｍｅｈ ｎｃ ｄＡ ｔ ｔ ｅＥ ｇ ｎｅｉ ， ｔ ｅ Ｕ ｉ ｒ ｔ ｏ Ｔ ｃｎ ｌ ｙ Ｈｆ ０ ０ ， ｈｎ ｌ ｆ ａａ ｕｍ ｖ ｎ ｅ ｖ ｓ ｙｆ ｏ ｅ２ ａ
系统 具有 较高 的柔性 。
２． ． 状 态监 控 模 块 １４
构 建时 是建立 多个 智 能体 ， 多个 智 能 体 资源 共 享 和 在 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 ， 同完成 整个 系统 的 作业 任 务 。工 业 机 器 共 人必须 联络 其他各 种设 备 、 置 的有关信 息 ， 装 通过程 序
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 、 胶 系统 及 其 一 些 涂 胶 辅 助 没 备 构 供 成 ， 系统布 局 ， 图 １ 其 如 所示 。
收 稿 Ｅ期 ：０ ７—０ ｔ ２０ ５～３ ０
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， 括 系统 包
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状 ｊ 态
ｌ ｒ — —— —— — —— ］
供 系 胶统
夹 系 控 具统制
操 作 面板 、 触摸屏 和 机 器 人示 教 盒 。在 操 作 面 板上 可
监
自动记 录和从 断点恢 复执 行 的功能 。
２ １ ２ 供 胶 系 统 模 块 ．．
在本 系统 中 ， 供胶 系统 主体 包 括 ： 胶模 组 、 供 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 ，
作 者 简 介 ： 健 强 （ ９４一） 男 ， 江 宁波 人 ， 士 ， 授 ， 要 从 事 智 能 机 器 人 ， 器 人 系 统集 成 技 术 及 应 用 ， 字 化 制 造 方 面 的 研究 。 王 １６ ， 浙 博 教 主 机 数
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机
思 想 ， 系统构 架和 系统控 制 两方 面分析 了其 系统原理 ， 着重研 究 了机 器人 系统集成技 术 及其 工程 实 从 并 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 ： 胶 ； 成 ； 性 系统 ； 机 接 口 涂 集 柔 人
Ａｂｓｒ ｃ ｔ ａ ｔ：Ａ ｅ ｉｎ ｍｅ ｈ ｄ ｌ ｇ ｆｒ ｂ ｔｆｅ ｉｌ ｌ ｅｎｇ ｓ ｔｍ ａ ｅ ｎ ＰＲＯＩ ＢＵＳ ｗａ ｉｔｏ ｕ ｅ ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｏ ｏ ｙ ｏ ｏ ｏ ｘｂ ｅ ｇ ｕ ｉ ｙｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｌ ￣ 、 Ｉ ｓ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ． Ｍ ｕｌ － ｇ ｎｓ ｃ ｎ ｅ ｔｏ ｔ ａ ｅ ｔ ｏ ｃ ｐ ｉｎ ｉ
控
ｌ器 程 Ｉ 机 人 序
实现 系统运 行方 式切 换 、 器人 作业 程序号 选择 、 台 机 转 复位 、 障复位 ， 故 工件 装夹 ， 具调试 、 夹 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 ， 系统 更趋 柔性 化 。示 教盒 完 成 机 器人 的示 教 使 编 程及机 器人 工作状 态参 数 的设 置和显 示 。
１ ４ 供胶 系统 ．
三维 空间 内任意 曲线 轨迹 编程 。 （ ）机器 人通 过工业 现场 总线 与其 它设备 通讯 实 ２
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 ， 业 机器 人 和上 位 控制 装 置 进行 通 工 信 。 同时 ， 器 人 要 与 周 边 设 备进 行 信 息 交 换 ， 机 用 以协 调互 锁 、 保 正 常作 业 。机 器 人 对 系统 状 态 信 号 确 进 行动态 实 时 监控 和 响应 ， 具有程 序 中断 、 并 断点数 据
前， 国内汽 车风挡玻璃 涂胶作业 自动化 装备 中应用较 多
图 １ 系 统 布 局 图
１ １ 机器 人 系统 。
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 。