機器人系統在涂裝生產線上的應用

　　摘要：奇瑞汽車股份有限公司涂裝三車間噴涂生產線從德國杜爾公司引進了EcoRP6F 140型噴涂機器人取代人工噴車身外表面，將操作人員從惡劣、繁重、重復和單一的工作環境中解放出來。同時，通過噴涂機器人生產線的應用與推廣，奇瑞汽車提高了涂裝生產效率、油漆的利用率及油漆車身的涂膜質量。
　　
　　噴漆室主要設備工藝
　　
　　1、流程
　　
　　涂裝三車間中涂、面漆線設備采用中涂一條線，輸送鏈速為8.2m/min。面漆兩條線，輸送鏈速為4.4m/min。中涂線由輸送工藝鏈入口EMS車型識別/MDIP操作臺、電離站、油漆管路LED顯示器和PR站（8臺機器人）組成；面漆Ⅰ/Ⅱ線由輸送工藝鏈入口EMS車型識別/MDIP操作臺、電離站、油漆管路LED顯示器、BC1站（4臺機器人）、BC2站（4臺機器人）和CC站（4臺機器人）組成。
　　
　　2、EMS車型識別系統
　　
　　車型識別包括光柵識別、條形碼識別、超聲波識別和EMS識別等方式。每種識別都有各自的優缺點，車間機械化輸送系統采用的是EMS自動識別車型系統。通過PVC細密封定色點用掃描槍對車身VIN碼進行掃描，此處EMS讀寫站具有讀寫功能，可以將掃描的車身VIN碼信息數據存儲到滑橇上的載碼體內，同時PLC將車身信息存儲到*控制室數據庫中。當滑橇運送車身在進入中涂線、面漆Ⅰ/Ⅱ線噴房入口時，噴房入口均設有一個EMS讀寫站，通過EMS讀寫站將滑橇上載碼體車身信息傳輸到機器人站MDIP操作臺車型顏色顯示屏，如果載碼體中沒有存儲車身信息或者車身信息錯誤時，需要人員核對隨車卡和車身VIN碼信息，并在MDIP操作臺修改為正確的車身信息數據。
　　
　　電離站和機器人噴涂站
　　
　　1、電離站
　　
　　機器人電離站有5個桿，兩側各設一個垂直桿和一個傾斜的桿，根據設計zui大通過車型車身尺寸固定安裝，頂桿具有自由編程的能力，即頂桿可以根據車身的高度不同自動調整，每個桿上都設有離子風嘴。電離站立柜包括驅動裝置、運動裝置和垂直提升運動的導軌（Z軸）。該站的作用是用于噴漆設備在噴涂油漆車身前吹掃車身上的顆粒和灰塵，并消除車身上的靜電荷。
　　
　　2、機器人噴涂站
　　
　　機器人噴涂站配備有一個PU操作臺、EcoPSMP（電源）柜、EcoSCMP（工作站控制）柜、SBI/SBO安全盒及Ke00便攜式編程器。對應每臺機器人配備一個EcoRCMP（過程與運動）柜和MVS氣動控制柜及外部通風部件。
　　
　　（1）PU操作臺分為控制臺與監控電腦。控制臺主要為了設備人員對機器人設備之間進行日常操作、維護和控制。監控電腦通過上層網絡與PLC連接，監控電腦安裝有INTOUCH軟件。通過軟件的人機界面，工作人員可以實時監控機器人狀態及相關的一些報警、生產日志等信息。
　　
　　（2）EcoPSMP（電源）柜用作電壓配電柜，供機器人工作站EcoSCMP柜與機器人EcoRCMP運動控制柜一起使用。
　　
　　（3）EcoSCMP（工作站控制）柜用于機器人工作站的成套單元控制。電源單元為柜內電氣設備提供了不同的電源，PLC控制過程設備和車身軌跡跟蹤。以太網開關用于網絡分配，所有相關設備（RC2、PC和PLC等）都按星形拓撲方式連接；現場總線部件將現場設備（傳感器）和驅動裝置（執行器）連接至PLC；脈沖分配器在軌跡跟蹤中，傳輸裝置脈沖分配放大器所分配的脈沖是通過同步EcoRCMP柜的EcoRC2控制器來進行控制。
　　
　　（4）SBI/SBO安全盒采集機器人站現場安全信號，包括急停信號、光柵及搖擺門等安全元件。每個站都裝有5個急停按鈕，以備在緊急情況下停止設備運行；每個站進出口都有一對安全光柵、安全門，作用為防止人員進入工作區域，造成人身安全事故；每個站通常設計方式為進口有兩對接近開關、出口有一對接近開關，其作用是屏蔽光柵及傳遞數據。
　　
　　（5）Ke00便攜式編程器是一種用于機器人示教編程、診斷操作及顯示的裝置，是EcoPaintrobot機器人系統的一個固件。其主要任務是管理機器人程序、操作機器人EcoRC2控制器、軌跡點示教、路徑程序路線編程、顯示程序狀態和定位程序計時器。
　　
　　（6）EcoRCMP（過程與運動）柜用于控制6軸機器人的成套單元控制。當電源發生故障時，UPS僅向少部分裝置供電，用于系統性地關閉控制器以便事后重新起動。
　　
　　（7）EcoRC2控制器是用來控制機器人和過程執行中所有運動的一個部件，上層應用程序允許用戶與整個系統通信，中間層控制單元用來監視和控制工作流程，底層部件用于監控軸、計量泵、高電壓部件及電子氣動部件。EcoHTG100高電壓系統產生靜電應用系統所需要的高電壓。控制器為高壓發生器提供可變直流電壓，該電壓在發生器中轉換成交流電壓，然后再次升壓和轉換成高達100kV的負極直流電壓。
　　
　　（8）MVS氣動控制柜內的壓縮空氣由熱再生干燥機處理后供給機器人，主要作用是安全以及工藝控制。進入MVS柜后氣源通過閥單元分配出多路氣源，再經過調節閥供給機器人各個應用區域。安全方面是供給噴涂機器人安全控制部件外部通風，應用外部通風部件是因為EcoRP6F140機器人在易爆區域，為了保證電氣設備在易爆區域安全運行，該系統需要對安裝在機器人殼體內的伺服電動機、渦輪轉速和成形空氣控制裝置、高壓發生裝置及電磁閥組等電氣部件進行通風。驅動裝置殼體中安裝了溫度傳感器，3個溫度傳感器串聯，設置的zui大溫度為85℃。如果傳感器中的一個或者幾個達到zui高溫度，則產生報警信號，停止噴漆程序。工藝控制方面通過EcoRC2控制器、BUS模塊、DDL模塊及電磁閥組組成下一級網絡層，將電信號轉換為氣信號，再控制機器人本體結構內部部件（如成形空氣比例閥、驅動空氣比例閥和換色閥等部件）。機器人按照噴涂工藝要求進行作業，如長清洗、短清洗、注漆及噴涂，噴涂過程中成形空氣、驅動空氣和流量等工藝參數都能實現閉環控制。
　　
　　機器人系統
　　
　　工業機器人由主體、驅動系統和控制系統三個基本部分組成。主體即機座和執行機構，包括臂部、腕部和手部，有的機器人還有行走機構。驅動系統包括動力裝置和傳動機構，用以使執行機構產生相應的動作。控制系統按照輸入的程序對驅動系統和執行機構發出指令信號并進行控制。
　　
　　1、主體
　　
　　EcoRP6F140機器人用于車身內表面和外表面噴涂，也可用于保險杠附件噴涂，適用于汽車制造企業的所有油漆材料噴涂。機器人主體主要包括以下部件：基體；軸1和軸2驅動裝置殼體；機臂1；軸3齒輪單元；軸4、5和6驅動裝置殼體；機臂2；手動軸；霧化裝置。
　　
　　2、驅動系統
　　
　　EcoRP6F140機器人為6個自由度的機器人，每個軸都有一套驅動控制系統，由伺服驅動器、伺服電動機及傳動機構組成，如圖7中軸1的驅動系統，包括電動機、定心凸緣和精密齒輪三個部分。每一個伺服電動機都裝有制動裝置，電動機由EcoRC2控制器控制，按照機器人設定的運行軌跡及速度運行。集成于伺服電動機中的編碼器對各個軸的行進路徑進行監控和定位。其中機器人軸2有一個重量補償裝置，機臂1和由彈簧組件組成的重量補償裝置通過連接機構連接。彈簧受到擠壓時，通過彈簧應力給驅動裝置卸壓。
　　
　　3、控制系統
　　
　　EcoRC2控制器是用來控制機器人和過程執行中所有運動的一個部件，上層應用程序允許用戶與整個系統通信；中間層控制單元用來監視和控制工作流程；底層部件用于監控軸、計量泵、高電壓部件及電子氣動部件。EcoRC2控制器由底架、電源模塊、CPU模塊、通信模塊和數字輸入/輸出模塊等部件組成。機器人控制系統如圖8所示。
　　
　　底架CR用于固定所有插入式模塊，“基本總線”安裝在底架后部下半部分，用于插入式模塊的插口，“基本總線”用于電源及各插入式模塊之間的通信。電源模塊PS244用來為其他部件供電，所需的電壓為直流24V。電源模塊用于插入式模塊的內部操作電壓和傳感器的電源電壓。CPU模塊CU313用于編程和控制所有連接部件的*處理單元。通信模塊SC102用于通過擴展總線接頭將插入式接口與CPU模塊相連。數字輸入模塊DI325用于檢測18～30VDC范圍內的外部電壓信號。數字輸出模塊DO321用于控制各種使用24VDC的外部設備。
　　
　　車身跟蹤系統
　　
　　為了提高生產節拍，EcoRP6F140機器人采用流動模式，即機器人固定不動，噴涂車身在滑橇上按照工藝輸送鏈設定速度以勻速向前通過機器人噴涂站。機器人站每臺機器人需要跟蹤滑橇上車身的實際位置進行噴涂作業。車身跟蹤系統包括接近開關、編碼器、IT10脈沖分配器和IV20脈沖鑒頻器等部件。編碼器與工藝輸送鏈驅動軸連接，輸送鏈運行時編碼器采集鏈速信息發送到IV20脈沖鑒頻器，可以將車身在輸送上的實時位置傳送給PLC及各個機器人的EcoRC2控制器。