圖1 機器人坐標系對應(yīng)關(guān)系

在涂裝生產(chǎn)線中戴卜，KUKA機器人與總線控制燕瞭、網(wǎng)絡(luò)通信等國際先進技術(shù)相結(jié)合摆螟，使機器人的功能更加強大林乍、操作更加方便妄舅，同時將操作工人從高溫、繁重搓胯、單調(diào)和绳、危險的工作環(huán)境中解放出來，極大地提高了工作效率臂沽。

在涂裝生產(chǎn)中采用工業(yè)機器人代替人工操作挺教，構(gòu)成自動化生產(chǎn)單元或組成全自動生產(chǎn)線，是進行高速、高效阎肌、高質(zhì)量的涂裝生產(chǎn)的一種有效方法昌漏，也是現(xiàn)代生產(chǎn)技術(shù)的重要發(fā)展方向。

工業(yè)機器人簡介

工業(yè)機器人是集機械将遮、電子布筷、控制、計算機近弟、傳感器缅糟、人工智能等多學(xué)科先進技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)重要的自動化裝備。自從1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機器人以來祷愉，機器人技術(shù)及其產(chǎn)品發(fā)展很快窗宦，現(xiàn)已成為柔性制造系統(tǒng)(FMS)、自動化工廠(FA)二鳄、計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)的自動化工具赴涵。工業(yè)機器人在多個生產(chǎn)領(lǐng)域的使用實踐證明，其在提高生產(chǎn)自動化水平订讼、提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量以及經(jīng)濟效益髓窜、改善工人勞動條件等方面，有著令人矚目的作用欺殿，引起了世界各國和社會各層人士的廣泛關(guān)注纱烘。

一汽轎車股份有限公司直屬涂裝車間底涂作業(yè)采用兩臺KUKA機器人，在一定程度上緩解了人工勞動的強度祈餐，改善了工人的工作環(huán)境擂啥，并最大程度地保證了生產(chǎn)的有序進行。底涂操作采用兩個7軸(其中一個附加的行走軸)KR16機器人來完成;聚氨酯噴涂采用兩個KR16 L6機器人來完成萤翔，避免了人在不宜久留的有毒空間的工作俺乓，最大程度地保證了人身的安全。

圖2 各坐標系之間關(guān)系

1讼谅、工業(yè)機器人的組成

機器人由以下幾個系統(tǒng)組成：

□ 機械結(jié)構(gòu)系統(tǒng);

□ 控制系統(tǒng)檀丝，主要負責(zé)控制驅(qū)動系統(tǒng)動作，包括示教再現(xiàn)以及存儲信息挟晒、I/O等;

□ 驅(qū)動系統(tǒng)残神，包括電氣的、液壓的寸快、氣動的驅(qū)動系統(tǒng);

□ 末端執(zhí)行器系統(tǒng)新浦。

圖3 利用CAPMES對車身進行定位測量

2、工業(yè)機器人的自由度

自由度是指由機器人的固定端算起相對獨立運動部件的個數(shù)汞阔。機器人要按照人的要求完成工作笋条，其末端執(zhí)行器必須達到所需要執(zhí)行任務(wù)的位置斑柬，而且要求末端執(zhí)行器必須有一個合適的能夠完成工作的姿態(tài)，也就是作業(yè)空間的概念执执。舉例說明筝野，一個人的腰是一個回轉(zhuǎn)的自由度，其大臂可以抬起來粤剧，小臂可以彎曲歇竟，那么這就是3個自由度，同時抵恋，腕部還有一個調(diào)整姿態(tài)來使用的3個自由度焕议，所以一般的機器人有6個自由度，就能把空間的3個位置馋记、3個姿態(tài)完全實現(xiàn)号坡。

底涂機器人由于作業(yè)范圍比較大懊烤，因此增加了一個行走的附加軸來完成噴涂要求;而聚氨酯的噴涂沒有采用附加軸的形式梯醒，原因是在機器人安裝期間技術(shù)人員增加了一個機器人與輥床之間信號處理的技術(shù)包，另外安裝了相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)變壓器用以機器人計算相應(yīng)的輥床的運動速度腌紧、車身位置跟蹤等茸习，因此車身噴涂是在車身與機器人都在運動的情況下完成的。

圖4 直線差補運動的速度變化曲線

3壁肋、工業(yè)機器人的坐標系

工業(yè)機器人坐標系的選擇也是機器人一個很重要的概念号胚。機器人坐標系對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

機器人在底涂作業(yè)中的應(yīng)用以及與攝像系統(tǒng)的結(jié)合

針對轎車公司混流生產(chǎn)的需要逊汤，技術(shù)人員在機器人噴涂前增加了一套讀寫系統(tǒng)崎亚，該讀寫系統(tǒng)能夠?qū)⑾鄳?yīng)的車型信息包括車型代號、車身序列號啥榜、顏色信息等傳遞給機器人涉炒，與機器人的控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)信息的交換，從而指導(dǎo)機器人進行相對應(yīng)車型的噴涂掏博。底涂機器人還與isra攝像系統(tǒng)進行了結(jié)合殃玻，用于攝像定位的矯正。CAPMES(車身定位測量系統(tǒng))是一個用于快速3D位置測量的系統(tǒng)伊肿，用于確定在3個位置坐標內(nèi)以及在空間的3個相移角中與規(guī)定的理論位置之間的偏差肆鸿。測量利用4個CCD相機進行，系統(tǒng)在由相機所提供的圖像中分別識別需測量的車身上一個或多個預(yù)先示教的特征炒耀，并由此計算出其位置以作為測量結(jié)果瞳聊。特征也就是各類工藝孔、沖孔或邊緣的交點名密。在生產(chǎn)中必須以足夠的精確度確保特征在車身坐標中的位置曼庆。技術(shù)人員采用三坐標測量儀進行測量稍途，然后將測量所得的特征孔在車身坐標系中的準確位置輸入到該系統(tǒng)中。由CAPMES所測定的位置用于對機器人程序進行位置修正砚婆，為此必須將機器人和測量系統(tǒng)的坐標系相互協(xié)調(diào)械拍，坐標系之間的關(guān)系如圖2所示。

CAPMES帶有全自動校準功能装盯，測量都應(yīng)在一個規(guī)定的參考坐標系內(nèi)進行坷虑。利用CAPMES對車身進行定位測量如圖3所示。

圖5 直線差補運動的編程語言

CAPMES具有與機器人控制系統(tǒng)之間的集成式串行接口埂奈。由于這些接口部分是并行的迄损，因此，即使是有很多機器人時账磺，傳輸時間也可以很短芹敌。其接口有以下幾種：

□ 數(shù)字輸入/輸出卡，帶有24個輸入端和24個輸出端;

□ 輸入/輸出卡垮抗，帶串行接口RS232或RS422/RS485;

□ Profibus接口卡;

□ Interbus接口卡氏捞。

在校正時將確定所需的設(shè)備幾何參數(shù)。在安裝了CAPMES的設(shè)備中有以下坐標系：

□ 參考坐標O冒版，現(xiàn)場采用的是噴漆房坐標系;

□ 車身坐標K;

□ 相機坐標B;

□ 校準盤坐標T翅剔。

機器人坐標和參考坐標(噴房坐標)之間的關(guān)系在調(diào)試機器人時建立后不再變化。根據(jù)這些坐標侈敏，機器人就可以按照isra攝像定位系統(tǒng)測量所得的偏移數(shù)據(jù)進行程序調(diào)整迟凫，從而達到準確噴涂的目的，同時根據(jù)這一定位系統(tǒng)監(jiān)控帶來的各位置的偏移量嫩视，技術(shù)人員可以設(shè)定初始值夏岩，如果超出該值，攝像系統(tǒng)會報警防止機器人的碰撞豪荧，有效地避免碰撞故障的發(fā)生矩粒。

圖6 空間差補運動的編程語言

機器人在聚氨酯噴涂中的應(yīng)用

在噴涂聚氨酯的過程中，傳感器以及旋轉(zhuǎn)變壓器將車身型號的信息以及車身的位置速度等傳遞給機器人筝仓，機器人安裝了(暫不可見)nveyorTech 3.1的程序包数截，這樣機器人就能夠根據(jù)這些信息作出相應(yīng)的判斷，達到在運動中噴涂的目的趾双。缺點是：由于旋轉(zhuǎn)變壓器在輸送設(shè)備或者機器人停止運動時無法“記住”停止時的位置俗退，隨之而來的問題就是在輸送設(shè)備發(fā)生故障停止運行并導(dǎo)致機器人停止工作時必須將車身擦凈并推回到起始點重新噴涂。

機器人的防碰撞應(yīng)用及討論

談到機器人在涂裝車間的應(yīng)用甜殖，有關(guān)碰撞的問題就在所難免满葛。這是每一個使用者必須時刻注意的問題。碰撞包括機器人之間的碰撞以及機器人與車身的碰撞罢屈。為了避免機器人之間的碰撞嘀韧，技術(shù)人員在底涂噴涂程序中增加了4個防止碰撞的區(qū)域;為了避免機器人與車身的碰撞篇亭，增加了攝像校正系統(tǒng)檢查車身位置的偏差是否超出了規(guī)定的范圍。但是锄贷，攝像系統(tǒng)只能監(jiān)控車身位置與原始設(shè)定位置之間的偏差译蒂，因此在機器人調(diào)試初期，仍然存在機器人與車身碰撞的問題谊却，這就要求程序在設(shè)定調(diào)試期間留有足夠的空間應(yīng)付偏差值柔昼。

圖7 圓弧差補運動的編程語言

機器人的編程

對機器人進行編程調(diào)試實際上就是一個示教再現(xiàn)的過程。示教也就是通過計算機把人的作業(yè)命令發(fā)送給機器人炎辨，機器人通過內(nèi)部的編碼器感知時間以及位置捕透、姿態(tài)、運動參數(shù)碴萧、工藝參數(shù)等信息乙嘀，然后記錄到磁鼓中。機器人將獲得的運行軌跡拆解成各軸的伺服運動勤消，工作時機器人就按照記錄在硒鼓中的程序進行工作美丝，即“再現(xiàn)”過程。目前父系，轎車公司的KUKA機器人只能進行示教再現(xiàn)的編程方法摹椅，無法完成離線編程虫棕。示教再現(xiàn)的優(yōu)點是簡單方便椒蜜，在現(xiàn)場直接操作機器人即可完成，同時可以修正機器人機械結(jié)構(gòu)帶來的誤差车榆。但其缺點同樣明顯厌留，因為要占用機器人方能完成示教再現(xiàn)，因此無法在生產(chǎn)中完成調(diào)試耙钉，這就給調(diào)試工作帶來一定的困難囊像。因此，如果能夠增加仿真模擬的機器人程序卡竣，則能夠帶來很好的效果禾门。

示教再現(xiàn)型機器人的編程語言實際上包含位置、差補類型蝴韭、速度够颠、加速度、工具榄鉴、坐標系等信息履磨。差補類型包括：

□ 直角坐標系中的直線差補，也就是使機器人末端執(zhí)行器沿直線運動庆尘，其速度變化如圖4所示剃诅，其編程語言方式如圖5所示巷送。

□ 空間的差補，只能使機器人從一個點到另外一個點矛辕，但無法保證機器人的運行軌跡笑跛，其編程語言方式如圖6所示。

□ 圓弧的差補聊品，使機器人末端執(zhí)行器按照圓弧運動堡牡，其編程語言方式如圖7所示。

KUKA機器人的維修

相對來講杨刨，KUKA機器人的故障率不是很高晤柄。常發(fā)生的故障大多是讀寫站或者profibus網(wǎng)絡(luò)方面引起的，因此在休息日時需要特別注意這些方面的檢修吊冬。當(dāng)然擒摸，電氣方面比如DSE(digital servo-electronics)卡、RDC(revolver digital-converter)卡量伏、ESC卡以及KPS電源等也會導(dǎo)致故障發(fā)生兴氧。常發(fā)生的電氣方面的故障有以下方面：

□ 大約有60%的內(nèi)部故障是由ESC引起的，約30%的內(nèi)部故障是由KPS電源引起的畴贵。ESC引起的內(nèi)部故障可以通過復(fù)位來解決厦冤，但是其無法復(fù)位外部急停引起的故障。

□ 黑屏是相對較多的故障幅秉，遇到這種現(xiàn)象奔豫，首先要檢查PC box，如果無電則檢查27V電源是否有輸出渠跷，若有輸出則可能是顯卡袄洁、主板、內(nèi)存條等問題收罢，若無輸出則檢查保險絲是否斷裂晤泌。

□ 若存在單軸報警的現(xiàn)象，則首先要懷疑并檢查KSD電源耕姊，然后檢查馬達桶唐，如果損壞需要更換則必須關(guān)閉電源將其拆下，重新安裝后必須重新標定零點茉兰。

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