屏風(fēng)機(jī)器人涂膠系統(tǒng)的研究

屏風(fēng)機(jī)器人涂膠系統(tǒng)的研究

0汽車雨林的涂膠安裝隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車零部件技術(shù)的不斷提高，裝配技術(shù)的精度也得到了提高。同時(shí)，隨著自動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)裝配的程度也越來(lái)越高。汽車裝備的高自動(dòng)化、高柔性、高智能是整個(gè)汽車裝備制造業(yè)和汽車工業(yè)發(fā)展的方向。汽車擋風(fēng)玻璃的安裝是汽車總成的一道重要工序,擋風(fēng)玻璃的安裝質(zhì)量直接影響到整車的密封性和駕駛員的安全性,是汽車質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。為了提高汽車擋風(fēng)玻璃的安裝智能化水平和質(zhì)量,在玻璃的涂膠安裝過(guò)程中引入工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)。由工業(yè)機(jī)器人代替原來(lái)的手工涂裝,大大提高了汽車擋風(fēng)玻璃涂膠系統(tǒng)的安裝效率和涂膠質(zhì)量。作者介紹一種適應(yīng)現(xiàn)代汽車裝配的高自動(dòng)化、高柔性、高智能的汽車擋風(fēng)玻璃涂膠系統(tǒng)及其中的關(guān)鍵技術(shù)。1系統(tǒng)的組成和原理1.1回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與機(jī)器人的聯(lián)動(dòng)汽車擋風(fēng)玻璃涂膠系統(tǒng)是針對(duì)現(xiàn)代汽車總裝對(duì)擋風(fēng)玻璃涂膠質(zhì)量和自動(dòng)化需求所開(kāi)發(fā)的,整個(gè)系統(tǒng)包括機(jī)器人系統(tǒng)、供膠系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、控制系統(tǒng)等子系統(tǒng)。系統(tǒng)采用通用的六自由度工業(yè)機(jī)器人完成涂膠軌跡的行走和膠形的優(yōu)化,利用機(jī)器人的一個(gè)附加外部軸作為回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)軸。外部軸和機(jī)器人的六軸構(gòu)成聯(lián)動(dòng)系統(tǒng),充分保證回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與機(jī)器人動(dòng)作的協(xié)調(diào)性、一致性以及回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的精確定位。減少了回轉(zhuǎn)工作臺(tái)重復(fù)定位誤差,從而保證了涂膠軌跡的一致性和精確性。供膠系統(tǒng)主要包括供膠泵、溫控系統(tǒng)、計(jì)量泵、膠管、膠槍等部分。供膠泵實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)供膠,溫控系統(tǒng)完成膠的溫度控制,保持恒溫供膠,從而保證膠的黏性。供膠量由計(jì)量泵控制。另外系統(tǒng)采用雙泵供膠,雙泵循環(huán)工作,避免了工作過(guò)程中供膠泵故障和單個(gè)膠桶用完后更換膠桶引起的停線現(xiàn)象,大大節(jié)省了裝配時(shí)間,提高了裝配效率。工作臺(tái)采用水平回轉(zhuǎn)式,完成對(duì)玻璃的對(duì)中、定位、外形檢測(cè)以及玻璃涂膠完成后的翻轉(zhuǎn)抓取?？刂葡到y(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人、供膠系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的協(xié)調(diào)控制以及車型自動(dòng)識(shí)別、玻璃自動(dòng)識(shí)別、玻璃自動(dòng)添加、膠形優(yōu)化控制等。1.2轉(zhuǎn)臺(tái)的a區(qū)和b區(qū)裝配線上車型檢測(cè)裝置檢測(cè)到待裝玻璃的車型,然后系統(tǒng)根據(jù)車型,將玻璃型號(hào)顯示在HIM上。工人根據(jù)顯示的玻璃型號(hào),將正確的玻璃放在回轉(zhuǎn)臺(tái)的A區(qū)(圖1),回轉(zhuǎn)臺(tái)在完成玻璃的對(duì)中定位的同時(shí)檢測(cè)玻璃的型號(hào)。然后,將玻璃型號(hào)與車型進(jìn)行比較,若二者不一致則報(bào)警提示,若一致,系統(tǒng)將確定機(jī)器人涂膠程序。隨后,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)180°,在將B區(qū)(圖1)涂完膠的玻璃轉(zhuǎn)到A區(qū)的同時(shí)將A區(qū)的玻璃轉(zhuǎn)到B區(qū),機(jī)器人和供膠系統(tǒng)一起在B區(qū)完成玻璃的涂膠工作。同時(shí),A區(qū)涂完膠的玻璃由翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)將其抓起,工人從翻轉(zhuǎn)架上取下玻璃,并將其安裝在車體上。2回轉(zhuǎn)對(duì)稱式為了提高工作效率、降低工作節(jié)拍,回轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)為回轉(zhuǎn)對(duì)稱式。整個(gè)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)分為A區(qū)和B區(qū)兩部分,兩部分對(duì)稱分布?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)在機(jī)器人外部軸的驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)180°的正反轉(zhuǎn)動(dòng)。2.1玻璃空間支撐機(jī)構(gòu)的工作原理如圖3所示,整個(gè)對(duì)中定位機(jī)構(gòu)包括玻璃支撐機(jī)構(gòu)、對(duì)中塊、連桿機(jī)構(gòu)、玻璃定位機(jī)構(gòu)。玻璃支撐機(jī)構(gòu)完成玻璃對(duì)中前的支撐。玻璃放置在支撐機(jī)構(gòu)上,X、Y方向的2個(gè)對(duì)中氣缸將分別通過(guò)X、Y方向上的2個(gè)連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)X、Y方向上的對(duì)中塊同時(shí)向中間移動(dòng),玻璃在對(duì)中塊的推動(dòng)下移向?qū)χ信_(tái)的中央。X、Y方向上對(duì)中到位后,玻璃下方的4個(gè)氣缸上升,完成玻璃Z方向的定位,此時(shí)玻璃的空間定位完成。然后,連接在玻璃Z方向定位氣缸上的4個(gè)真空吸盤(pán)將玻璃吸緊,實(shí)現(xiàn)玻璃空間位置的固定。隨后,X、Y方向上的對(duì)中機(jī)構(gòu)回位,整個(gè)對(duì)中定位完成。2.2玻璃的安裝和裝配玻璃的外形檢測(cè)是由安裝在對(duì)中塊下方的兩個(gè)線形位移傳感器完成的。線形位移傳感器和對(duì)中塊連接在一起的,在X、Y方向上的對(duì)中氣缸通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)對(duì)中塊由四邊向中間移動(dòng)時(shí),線形位移傳感器測(cè)量對(duì)中塊移動(dòng)的位移,系統(tǒng)根據(jù)讀到的對(duì)中塊位移,通過(guò)計(jì)算得到玻璃的實(shí)際特征:長(zhǎng)x、寬y。為了適應(yīng)汽車生產(chǎn)的智能化、柔性化,同一條裝配線上可能會(huì)有幾種車型同時(shí)裝配,對(duì)于同一種車型也有幾種不同型號(hào)的玻璃要安裝,同時(shí)新的車型上線時(shí)會(huì)有新的玻璃型號(hào)添加,并且對(duì)擋風(fēng)玻璃的安裝標(biāo)準(zhǔn)也越來(lái)越高。為了適應(yīng)這種生產(chǎn)的柔性化、高標(biāo)準(zhǔn),在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)擋風(fēng)玻璃的智能識(shí)別、防錯(cuò)裝、自動(dòng)添加、膠形智能控制等技術(shù)進(jìn)行了研究。3人涂膠程序的監(jiān)控(1)標(biāo)準(zhǔn)特征數(shù)據(jù)庫(kù)建立根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)玻璃的外形特征,建立需要在工作站上完成涂膠的所有玻璃的標(biāo)準(zhǔn)特征數(shù)據(jù)庫(kù)。設(shè)置玻璃的長(zhǎng)和寬為特征參數(shù),以二維數(shù)組的形式建立標(biāo)準(zhǔn)玻璃的外形特征庫(kù)(xi,yi),i=1,2,3,…,n,式中x為標(biāo)準(zhǔn)玻璃的長(zhǎng),y為標(biāo)準(zhǔn)玻璃的寬;每一組(xi,yi)對(duì)應(yīng)唯一一種標(biāo)準(zhǔn)玻璃型號(hào),為玻璃外形特征庫(kù)中的每個(gè)型號(hào)的玻璃設(shè)置相應(yīng)的機(jī)器人涂膠程序。(2)檢測(cè)涂膠玻璃的實(shí)際特征數(shù)據(jù)通過(guò)在回轉(zhuǎn)臺(tái)上的玻璃外形檢測(cè)機(jī)構(gòu),在完成對(duì)中時(shí)測(cè)量玻璃的外形特征,獲得涂膠玻璃的長(zhǎng)和寬的實(shí)際特征值(x,y),其中x為涂膠玻璃的長(zhǎng),y為涂膠玻璃的寬。(3)判定涂膠玻璃型號(hào)根據(jù)公式R=(x?xi)2+(y?yi)2????????????????√≤δR=(x-xi)2+(y-yi)2≤δ,遍歷計(jì)算涂膠玻璃實(shí)際特征值(x,y)與玻璃外形特征庫(kù)中的各種已知型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)玻璃特征值(xi,yi)(i=1,2,3,…,n)之間的誤差R,判斷R值小于設(shè)定誤差值δ的對(duì)應(yīng)的已知型號(hào)玻璃即為實(shí)際檢測(cè)的涂膠玻璃的型號(hào),調(diào)用與該型號(hào)對(duì)應(yīng)的機(jī)器人涂膠程序。誤差值δ可以根據(jù)實(shí)際涂膠玻璃的特征差別的大小進(jìn)行調(diào)整,可以有效控制識(shí)別的精度。(4)玻璃自動(dòng)添加在HMI中設(shè)置人機(jī)接口,可以通過(guò)HMI監(jiān)視、修改玻璃的外形特征庫(kù)。一種新的玻璃添加時(shí),將新的玻璃放在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上,通過(guò)玻璃對(duì)中機(jī)構(gòu)和外形檢測(cè)機(jī)構(gòu),檢測(cè)新玻璃的外形尺寸(x,y),其中x為涂膠玻璃的長(zhǎng),y為涂膠玻璃的寬。系統(tǒng)將新的玻璃外形尺寸記錄下來(lái)并將其寫(xiě)入玻璃的標(biāo)準(zhǔn)特征庫(kù),同時(shí)生成新玻璃對(duì)應(yīng)的機(jī)器人程序號(hào)。實(shí)現(xiàn)玻璃標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)的遠(yuǎn)程更新,大大提高了系統(tǒng)的柔性。4防錯(cuò)安裝技術(shù)(1)基于車身板的自動(dòng)識(shí)別車在車輛安裝過(guò)程中，必須完成所有配備玻璃的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)選擇汽車車身?xiàng)l碼,以一維字符串?dāng)?shù)組的形式建立車型標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)Si(i=1,2,3,…,n),Si對(duì)應(yīng)于唯一的一種車型。在汽車的引導(dǎo)下，檢測(cè)到安裝真實(shí)的玻璃車輛通過(guò)在汽車裝配線上的涂膠工位安裝一個(gè)條碼掃描槍。車體在裝配線上傳動(dòng),當(dāng)?shù)竭_(dá)涂膠工位時(shí),掃描槍掃描并讀取要安裝玻璃車體上的條碼S。汽車裝配線上是否安裝玻璃對(duì)于si控制系統(tǒng)利用遍歷比較法將掃描槍掃描到的條碼S與系統(tǒng)中已建立的車型標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)Si進(jìn)行遍歷比較,當(dāng)S與Si相等時(shí),系統(tǒng)就判斷出汽車裝配線上要安裝玻璃車體的實(shí)際車型Ci。(2)涂膠玻璃的種類在系統(tǒng)的內(nèi)部建立車體型號(hào)與玻璃型號(hào)的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,即一種車型對(duì)應(yīng)一種玻璃型號(hào)。即:C1對(duì)應(yīng)G1、C2對(duì)應(yīng)G2、…、Ci對(duì)應(yīng)Gi、…,i=1,2,3,…,n。在機(jī)器人涂膠之前,系統(tǒng)會(huì)將自動(dòng)識(shí)別出的涂膠玻璃的型號(hào),與自動(dòng)裝配線要安裝玻璃的車體型號(hào)進(jìn)行比較,若二者一致,機(jī)器人調(diào)用相應(yīng)的程序開(kāi)始涂膠;若不一致,則拒絕涂膠,并給出報(bào)警提示。5計(jì)量泵壓力和膠管溫度對(duì)膠形的影響玻璃的膠形是涂膠工藝的一個(gè)重要參數(shù)。由于玻璃的形狀、大小不一致,在涂膠過(guò)程中機(jī)器人的軌跡會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)角、圓弧等,為了滿足膠形的一致標(biāo)準(zhǔn)性和生產(chǎn)節(jié)拍,機(jī)器人涂膠軌跡速度通常不是勻速的。同時(shí),供膠泵的壓力和膠的溫度與膠形也有直接的關(guān)系,所以影響膠形的因素主要有4個(gè):機(jī)器人的行走速度,計(jì)量泵轉(zhuǎn)速,供膠泵壓力,膠管加熱溫度。供膠泵壓力和膠管加熱溫度對(duì)膠形的影響存在滯后性,不能做到實(shí)時(shí)控制,所以二者通常維持固定值。所以,采用將機(jī)器人的速度作為計(jì)量泵速度的反饋,根據(jù)機(jī)器人速度實(shí)時(shí)調(diào)整計(jì)量泵速度,實(shí)現(xiàn)涂膠過(guò)程中膠形的智能控制。二者之間的關(guān)系近似滿足下列公式:nj=kvr式中:nj為計(jì)量泵轉(zhuǎn)速,r/min;vr為機(jī)器人速度,m/s;k為比例常數(shù)。根據(jù)計(jì)量泵排量不同取不同值。這樣將計(jì)量泵轉(zhuǎn)速nj與機(jī)器