引言

由于衛(wèi)生陶瓷如坐便器、 水箱和洗面器等坯體表面形狀復(fù)雜，所以內(nèi)外表面施釉工藝與噴槍軌跡規(guī)劃也相應(yīng)比較復(fù)雜。據(jù)調(diào)查，目前國內(nèi)的衛(wèi)生陶瓷行業(yè)仍普遍采用人工作業(yè)的方式進(jìn)行噴釉，其生產(chǎn)率低下 ,質(zhì)量難以保證。一些單位曾采用通用關(guān)節(jié)機(jī)器人，配套設(shè)計(jì)周邊設(shè)備構(gòu)成機(jī)器人噴釉生產(chǎn)線由于其控制系統(tǒng)普遍采用工業(yè)控制機(jī)或單片機(jī)作為主控機(jī)，在高濕、 高溫的施釉工作環(huán)境中穩(wěn)定性較差。此外，采用通用關(guān)節(jié)機(jī)器人一方面由于其工作空間的限制 ,噴涂內(nèi)腔時(shí)存在著噴涂死角 ,需要在后續(xù)工序由人工補(bǔ)涂；另一方面，機(jī)器人與外部轉(zhuǎn)臺(tái)采用不同的系統(tǒng)控制 ,難以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與工件轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)動(dòng) ,其控制過程仍然是模仿人工施釉動(dòng)作。

綜合考慮上述問題，本文提出一種衛(wèi)生陶瓷專用施釉機(jī)器人系統(tǒng)，即以 P LC CPU、 多軸運(yùn)控模塊、 工業(yè)觸摸屏為核心構(gòu)建機(jī)器人控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人與工件轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)動(dòng)，保證系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)定性適應(yīng)工作環(huán)境，并且具有較強(qiáng)的通用性和開放性，適應(yīng)產(chǎn)品更新和網(wǎng)絡(luò)化管理。

機(jī)器人系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

施釉機(jī)器人工作站由噴涂機(jī)器人本體、 多工位轉(zhuǎn)臺(tái)、 工件轉(zhuǎn)臺(tái)、 機(jī)器人及生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)、 輸供釉系統(tǒng)、 釉廚等部分組成 ,如圖 1所示。其中，控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理單元、 運(yùn)動(dòng)控制單元、 外部伺服傳感單元、 電源管理單元等。多工位轉(zhuǎn)臺(tái)具有四個(gè)工位，包括上下件工位、 就緒工位、 噴涂工位和晾干工位。輸供釉系統(tǒng)由噴槍控制氣、 回流氣和輸釉回路組成。機(jī)器人本體結(jié)構(gòu)，如圖 2所示。衛(wèi)生潔具施釉的機(jī)器人具有六個(gè)自由度 ,其中機(jī)器人本體具有五個(gè)自由度，包括確定末端空間位置的三個(gè)自由度。兩個(gè)手腕轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，工件轉(zhuǎn)臺(tái)作為機(jī)器人的一個(gè)外部軸跟隨噴槍做變速轉(zhuǎn)動(dòng)。采用正交結(jié)構(gòu)的二自由度手腕，以提高內(nèi)表面施釉作業(yè)空間內(nèi)的靈活度，且簡化了通用機(jī)器人三自由度手腕傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；電機(jī)和減速器安裝在上臂尾部，減小運(yùn)動(dòng)質(zhì)量和慣性。

控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)需求該控制系統(tǒng)用于控制上述五自由度施釉機(jī)器人和工件轉(zhuǎn)臺(tái)。工件經(jīng)多工位轉(zhuǎn)臺(tái)傳送到工件轉(zhuǎn)臺(tái)，工件轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，同時(shí)機(jī)器人攜帶噴槍對(duì)工件施釉。因而，工件轉(zhuǎn)臺(tái)作為機(jī)器人的一個(gè)外部軸與關(guān)節(jié)機(jī)器人構(gòu)成聯(lián)動(dòng)整體。交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)器人各關(guān)節(jié)作變速運(yùn)動(dòng)。各位置點(diǎn)的位置和速度數(shù)據(jù)事先經(jīng)示教方式獲得，即由人手握示教盒進(jìn)行示教操作，控制系統(tǒng)記錄各中間位置點(diǎn)的位置和速度，并存入內(nèi)存。示教完畢后 ,操作員還可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行示教調(diào)整。在自動(dòng)噴涂過程中 ,機(jī)器人根據(jù)記憶下來的示教數(shù)據(jù)進(jìn)行再現(xiàn)運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)工藝流程，要求控制系統(tǒng)能夠存儲(chǔ)大量示教數(shù)據(jù)，通過程序可方便地訪問和修改這些數(shù)據(jù)，并將其顯示在觸摸屏上，還可以將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)或存儲(chǔ)卡中，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保存或多機(jī)間共享?？偟膩碚f該控制系統(tǒng)應(yīng)具備以下控制功能：

（1）位置、 速度正逆解計(jì)算：

（2）機(jī)器人關(guān)節(jié)伺服運(yùn)動(dòng)控制；

（3）施釉過程示教編程：

（4）示教再現(xiàn)；

（ 5）手動(dòng)操作；

（6）噴釉過程順序控制；

（7）過程監(jiān)控和緊急處理；

（8）記錄統(tǒng)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成

由于施釉現(xiàn)場為高溫、 高濕環(huán)境，機(jī)器人控制系統(tǒng)穩(wěn)定性是保證機(jī)器人正常運(yùn)行的必要前提。三菱系列 P LC具有豐富的編程指令，軟件設(shè)計(jì)環(huán)境良好，編程靈活等特點(diǎn)，所以本文采用以三菱 Q系列、 多軸運(yùn)控模塊、 工業(yè)觸摸屏為核心構(gòu)建控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)。其中， P LC CPU模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理、 工作空間軌跡規(guī)劃、 插補(bǔ)計(jì)算、 位置和速度正逆解計(jì)算、 邏輯控制及各單元間通訊等任務(wù)；運(yùn)控模塊負(fù)責(zé)關(guān)節(jié)變量的插補(bǔ)和電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制：觸摸屏為人機(jī)界面，用作數(shù)據(jù)的輸入輸出操作與顯示。控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成如圖 3所示。P LC以模塊式結(jié)構(gòu)插接在基板單元 Q38上，包括電源模塊 Q61P—A2,高性能軸運(yùn)動(dòng)控制模塊 Q UN,伺服外部信號(hào)輸入模塊 Q LX,數(shù)字輸入模塊 QX 和數(shù)字輸出模塊 QY 。

工業(yè)觸摸屏 G OT SB 具備 8色清晰的熒幕顯示，可輕松操作和維護(hù)。前五臺(tái)伺服電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)施釉機(jī)器人本體的腰部、 下臂、 上臂和正交結(jié)構(gòu)手腕，第六臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)工件轉(zhuǎn)臺(tái)變速旋轉(zhuǎn)。

通訊連接工業(yè)觸摸屏和 P LC CPU之間通訊，選用匯流排連接模組 A9GT—BUSS,它是一種能夠節(jié)省電纜連接空間的通訊模組，連接直接、 快速、 方便，并支持高速顯示和微動(dòng)快速回應(yīng)，是通訊速度最快的一種連接方式。

圖 4　共享內(nèi)存設(shè)置控制程序通過 USB接口傳輸?shù)?P LC CPU模塊和運(yùn)控模塊中，同時(shí) P LC CPU還裝有存儲(chǔ)卡 （ SRAM卡以擴(kuò)展其內(nèi)部存儲(chǔ)器的容量。P LC CPU和運(yùn)動(dòng) CPU之間共享其內(nèi)存。共享內(nèi)存設(shè)置如圖 4所示。

運(yùn)控模塊與伺服放大器之間以及多部伺服放大器之間通訊選用 SSCNET,它是三菱所提出的串行式伺服控制。串行式控制具有自己的通訊協(xié)議，根據(jù)此通信協(xié)議，控制器與被控制端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換 ,以作為運(yùn)動(dòng)控制或取得相關(guān)伺服信息回到控制器本端。該通信根據(jù)固定時(shí)鐘進(jìn)行數(shù)據(jù)交換及更新。采用程序運(yùn)動(dòng)控制技術(shù) ,消除傳遞時(shí)間誤差 ,進(jìn)而做到同步運(yùn)動(dòng)控制。

結(jié)束語

通過上述控制系統(tǒng)硬件組態(tài)，開發(fā)研制出的施釉機(jī)器人已應(yīng)用于唐山惠達(dá)陶瓷 （集團(tuán) ）股份公司陶瓷生產(chǎn)的施釉現(xiàn)場，其運(yùn)行效果良好。噴涂后的工件內(nèi)外表面釉面厚度均勻 ,且不流淌，因此節(jié)省釉料。與人工噴涂相比，降低了操作人員的工作量，大大提高了生產(chǎn)效率，深受操作人員的歡迎。實(shí)踐證明，以 P LC CPU、運(yùn)動(dòng)控制模塊、 工業(yè)觸摸屏為核心構(gòu)建控制系統(tǒng)硬件平臺(tái)，能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，完全滿足生產(chǎn)需要。

參考文獻(xiàn)

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[M]石家莊：河北教育出版社. 點(diǎn)擊此處下載資料:衛(wèi)生陶瓷施釉機(jī)器人控制系統(tǒng)

編輯:何世平