屏風(fēng)機器人涂膠系統(tǒng)的研究

屏風(fēng)機器人涂膠系統(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，隨著自動技術(shù)的發(fā)展，自動裝配的程度也越來越高。汽車裝備的高自動化、高柔性、高智能是整個汽車裝備制造業(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程中引入工業(yè)機器人系統(tǒng)。由工業(yè)機器人代替原來的手工涂裝,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)工作臺與機器人的聯(lián)動汽車擋風(fēng)玻璃涂膠系統(tǒng)是針對現(xiàn)代汽車總裝對擋風(fēng)玻璃涂膠質(zhì)量和自動化需求所開發(fā)的,整個系統(tǒng)包括機器人系統(tǒng)、供膠系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺、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)機器人完成涂膠軌跡的行走和膠形的優(yōu)化,利用機器人的一個附加外部軸作為回轉(zhuǎn)工作臺的回轉(zhuǎn)軸。外部軸和機器人的六軸構(gòu)成聯(lián)動系統(tǒng),充分保證回轉(zhuǎn)工作臺與機器人動作的協(xié)調(diào)性、一致性以及回轉(zhuǎn)工作臺的精確定位。減少了回轉(zhuǎn)工作臺重復(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)、計量泵、膠管、膠槍等部分。供膠泵實現(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,避免了工作過程中供膠泵故障和單個膠桶用完后更換膠桶引起的停線現(xiàn)象,大大節(jié)省了裝配時間,提高了裝配效率。工作臺采用水平回轉(zhuǎn)式,完成對玻璃的對中、定位、外形檢測以及玻璃涂膠完成后的翻轉(zhuǎn)抓取。控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)機器人、供膠系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)工作臺的協(xié)調(diào)控制以及車型自動識別、玻璃自動識別、玻璃自動添加、膠形優(yōu)化控制等。1.2轉(zhuǎn)臺的a區(qū)和b區(qū)裝配線上車型檢測裝置檢測到待裝玻璃的車型,然后系統(tǒng)根據(jù)車型,將玻璃型號顯示在HIM上。工人根據(jù)顯示的玻璃型號,將正確的玻璃放在回轉(zhuǎn)臺的A區(qū)(圖1),回轉(zhuǎn)臺在完成玻璃的對中定位的同時檢測玻璃的型號。然后,將玻璃型號與車型進行比較,若二者不一致則報警提示,若一致,系統(tǒng)將確定機器人涂膠程序。隨后,回轉(zhuǎn)工作臺旋轉(zhuǎn)180°,在將B區(qū)(圖1)涂完膠的玻璃轉(zhuǎn)到A區(qū)的同時將A區(qū)的玻璃轉(zhuǎn)到B區(qū),機器人和供膠系統(tǒng)一起在B區(qū)完成玻璃的涂膠工作。同時,A區(qū)涂完膠的玻璃由翻轉(zhuǎn)機構(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)對稱式為了提高工作效率、降低工作節(jié)拍,回轉(zhuǎn)工作臺設(shè)計為回轉(zhuǎn)對稱式。整個回轉(zhuǎn)工作臺分為A區(qū)和B區(qū)兩部分,兩部分對稱分布?；剞D(zhuǎn)工作臺在機器人外部軸的驅(qū)動下實現(xiàn)180°的正反轉(zhuǎn)動。2.1玻璃空間支撐機構(gòu)的工作原理如圖3所示,整個對中定位機構(gòu)包括玻璃支撐機構(gòu)、對中塊、連桿機構(gòu)、玻璃定位機構(gòu)。玻璃支撐機構(gòu)完成玻璃對中前的支撐。玻璃放置在支撐機構(gòu)上,X、Y方向的2個對中氣缸將分別通過X、Y方向上的2個連桿機構(gòu)帶動X、Y方向上的對中塊同時向中間移動,玻璃在對中塊的推動下移向?qū)χ信_的中央。X、Y方向上對中到位后,玻璃下方的4個氣缸上升,完成玻璃Z方向的定位,此時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個真空吸盤將玻璃吸緊,實現(xiàn)玻璃空間位置的固定。隨后,X、Y方向上的對中機構(gòu)回位,整個對中定位完成。2.2玻璃的安裝和裝配玻璃的外形檢測是由安裝在對中塊下方的兩個線形位移傳感器完成的。線形位移傳感器和對中塊連接在一起的,在X、Y方向上的對中氣缸通過連桿機構(gòu)推動對中塊由四邊向中間移動時,線形位移傳感器測量對中塊移動的位移,系統(tǒng)根據(jù)讀到的對中塊位移,通過計算得到玻璃的實際特征:長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有幾種車型同時裝配,對于同一種車型也有幾種不同型號的玻璃要安裝,同時新的車型上線時會有新的玻璃型號添加,并且對擋風(fēng)玻璃的安裝標(biāo)準(zhǔn)也越來越高。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)計時對擋風(fēng)玻璃的智能識別、防錯裝、自動添加、膠形智能控制等技術(shù)進行了研究。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。設(shè)置玻璃的長和寬為特征參數(shù),以二維數(shù)組的形式建立標(biāo)準(zhǔn)玻璃的外形特征庫(xi,yi),i=1,2,3,…,n,式中x為標(biāo)準(zhǔn)玻璃的長,y為標(biāo)準(zhǔn)玻璃的寬;每一組(xi,yi)對應(yīng)唯一一種標(biāo)準(zhǔn)玻璃型號,為玻璃外形特征庫中的每個型號的玻璃設(shè)置相應(yīng)的機器人涂膠程序。(2)檢測涂膠玻璃的實際特征數(shù)據(jù)通過在回轉(zhuǎn)臺上的玻璃外形檢測機構(gòu),在完成對中時測量玻璃的外形特征,獲得涂膠玻璃的長和寬的實際特征值(x,y),其中x為涂膠玻璃的長,y為涂膠玻璃的寬。(3)判定涂膠玻璃型號根據(jù)公式R=(x?xi)2+(y?yi)2????????????????√≤δR=(x-xi)2+(y-yi)2≤δ,遍歷計算涂膠玻璃實際特征值(x,y)與玻璃外形特征庫中的各種已知型號標(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的對應(yīng)的已知型號玻璃即為實際檢測的涂膠玻璃的型號,調(diào)用與該型號對應(yīng)的機器人涂膠程序。誤差值δ可以根據(jù)實際涂膠玻璃的特征差別的大小進行調(diào)整,可以有效控制識別的精度。(4)玻璃自動添加在HMI中設(shè)置人機接口,可以通過HMI監(jiān)視、修改玻璃的外形特征庫。一種新的玻璃添加時,將新的玻璃放在回轉(zhuǎn)工作臺上,通過玻璃對中機構(gòu)和外形檢測機構(gòu),檢測新玻璃的外形尺寸(x,y),其中x為涂膠玻璃的長,y為涂膠玻璃的寬。系統(tǒng)將新的玻璃外形尺寸記錄下來并將其寫入玻璃的標(biāo)準(zhǔn)特征庫,同時生成新玻璃對應(yīng)的機器人程序號。實現(xiàn)玻璃標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的遠程更新,大大提高了系統(tǒng)的柔性。4防錯安裝技術(shù)(1)基于車身板的自動識別車在車輛安裝過程中，必須完成所有配備玻璃的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫選擇汽車車身條碼,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Si(i=1,2,3,…,n),Si對應(yīng)于唯一的一種車型。在汽車的引導(dǎo)下，檢測到安裝真實的玻璃車輛通過在汽車裝配線上的涂膠工位安裝一個條碼掃描槍。車體在裝配線上傳動,當(dāng)?shù)竭_涂膠工位時,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Si進行遍歷比較,當(dāng)S與Si相等時,系統(tǒng)就判斷出汽車裝配線上要安裝玻璃車體的實際車型Ci。(2)涂膠玻璃的種類在系統(tǒng)的內(nèi)部建立車體型號與玻璃型號的一一對應(yīng)關(guān)系,即一種車型對應(yīng)一種玻璃型號。即:C1對應(yīng)G1、C2對應(yīng)G2、…、Ci對應(yīng)Gi、…,i=1,2,3,…,n。在機器人涂膠之前,系統(tǒng)會將自動識別出的涂膠玻璃的型號,與自動裝配線要安裝玻璃的車體型號進行比較,若二者一致,機器人調(diào)用相應(yīng)的程序開始涂膠;若不一致,則拒絕涂膠,并給出報警提示。5計量泵壓力和膠管溫度對膠形的影響玻璃的膠形是涂膠工藝的一個重要參數(shù)。由于玻璃的形狀、大小不一致,在涂膠過程中機器人的軌跡會出現(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,機器人涂膠軌跡速度通常不是勻速的。同時,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:機器人的行走速度,計量泵轉(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膠形的影響存在滯后性,不能做到實時控制,所以二者通常維持固定值。所以,采用將機器人的速度作為計量泵速度的反饋,根據(jù)機器人速度實時調(diào)整計量泵速度,實現(xiàn)涂膠過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為計量泵轉(zhuǎn)速,r/min;vr為機器人速度,m/s;k為比例常數(shù)。根據(jù)計量泵排量不同取不同值。這樣將計量泵轉(zhuǎn)速nj與機器