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直角坐標機器人在汽車發動機蓋涂膠機上的應用
 
文章作者：沈陽力拓自動化控制技術有限公司 楊樹彬
參考資料：德國BAHR公司直角坐標機器人
公司網站：www.lituo-robot.com
關鍵詞：直角坐標機器人、涂膠機、伺服運動、運動控制 

    隨著機器人技術的發展，直角坐標機器人技術在各行各業中得到了廣泛的應用。直角坐標機器人作為執行機構，具用控制方便，執行動作靈活，可以實現復雜的空間軌跡控制。沈陽力拓自動化控制技術有限公司在多年機器人技術應用、數控技術和產品研發基礎上，依托德國BAHR公司直線定位系統性及機械手臂開發出了價比優良的系列數控涂膠機器人，廣泛應用在汽車、家電等行業，是汽車等行業重要的加工裝備。 
    在汽車制造業領域，涂膠機器人有著廣泛的應用和需求。隨著汽車工業需求的不斷發展，對汽車涂膠機器人也不斷地提出新的要求。下面就是我們依據客戶要求開發的一臺在汽車發動機上涂膠的直角坐標機器人
要求：在汽車發動機蓋上連續均布涂膠，
涂膠曲線為空間三維曲線。共有兩條涂膠曲線，空間夾角為16度
每個曲線基本由直線和圓弧組成。
涂膠速度為100mm/s，回原點速度為500mm/s
最小圓弧半徑：5mm
涂膠精度：0.1mm
涂膠行程：600X400X100。
機器人組成：
該機器人由安裝架、機器人定位系統、伺服驅動系統、供膠系統及涂膠槍、控制系統及電控配電系統、安全防護裝置等組成。
1、機器人安裝架
機器人安裝架由鋁型材搭建。上半部分用玻璃罩將核心部件罩住。使用鋁型材安裝架的好處是設計簡單、美觀、安裝方便、運輸成本低。該部分完全在國內設計制造，成本低。
2、機器人定位系統
機器人定位系統是整臺設備的核心，為德國bahr公司產品，三坐標均為滾珠絲杠驅動，單坐標重復定位精度為0.025mm，最快直線運動速度： 500mm/s。其中X坐標軸為兩根長度為800mm，跨度為600mm的定位系統ELK40，由同步傳輸器保證兩根定位系統運動的同步，由一臺伺服電機驅動。Y軸選用ELK40和ELR40雙定位系統，，將Z軸夾在中間，這種安裝方式具有非常好的穩定性，兩根定位系統由一臺伺服電機驅動。Z軸選用 ELK40雙滑快全包圍定位系統，牢固穩定，由一臺帶抱閘的伺服電機驅動。每個定位系統都為密封結構，灰塵和水不會進到定位系統內部接觸滾珠絲杠。
3、伺服驅動系統
該涂膠機器人的選用日本松下伺服電機MHMA系列，每個運動軸配有一臺伺服電機，其中垂直運動軸為帶抱閘伺服電機。
4、供膠系統及涂膠膠槍
供膠系統是美國 Nordson的產品，以穩定的壓力，將膠壓送到自動涂膠槍的槍頭。膠泵驅動氣源的壓力可調，經加壓后膠的壓力也可作適應性調整，通過選擇適當孔徑的涂膠咀達到最佳的控制效果，保證膠型的一致性。通過對出膠量和運行速度的調整，保證所涂膠形均勻一致，達到理想的涂膠效果。
涂膠槍為密封膠專用，具有倒吸膠功能。采用硅油杯對涂膠嘴進行浸入式防護，每次涂膠后涂膠嘴浸入硅油杯中。
5、控制系統及電控配電系統
控制系統由工控機、運動控制卡組成。該系統可預置多種工件的涂膠程序，更換品種時可在觸摸屏上調用相應程序。
運動控制卡有豐富的函數庫，可以任意設定運動特性，如加速曲線形狀，空間曲線的插補運動，能過實現平滑的運動特性
6、安全防護裝置
該機具有故障提示及報警功能，并且每次出現故障時都能準確的反映出故障具體位置，便于迅速排除故障，主要包括：機器人碰撞保護功能；工件安裝到位檢測；膠桶的缺膠報警；光幕安全保護。

編程方法：
1、 示教編程：
    在發動機蓋涂膠軌跡上，先描出數個特征點（如直線與直線的銜接點，直線與圓弧的連接點，圓弧與圓弧的聯結點），然后手動操作機器手，使膠槍逐一對準特征點，確認并記憶這些點的坐標，控制系統自動將這些點聯結成一條完整的平滑的曲線。示教編程方式克服了數控編程以涂膠軌跡數據輸入，必須借助準確的零件圖紙及事先計算出軌跡曲線節點的坐標，逐步輸入的煩瑣方式。采用示教編程方式后，僅需工件實物即可快捷方便地完成編程。適用于三維空間內任意曲線軌跡的涂膠和材料均勻涂布。機器人示教編程方式，使設備的操作更趨柔性化與智能化，可以隨意調用和修改涂膠程序，缺點是針對高精密圖膠不能完好的保證涂膠精度。
2、按圖編程
    按照繪好的機械圖紙，將復雜的曲線分割成若干標準的直線、圓弧（圓橢圓等）、拋物線等，確保這些線單元能夠用控制系統固有函數描述。用固有的函數按順序描述這些線單元，使圖紙描繪的曲線變為機器人的運動曲線。
影響涂膠效果的因數：
涂膠的效果與很多因素有關：機器手的重復精度、運動速度、機械剛性、軌跡的特性、膠的特性、供膠系統的特性、控制系統的特性等。所以在設計圖膠機器人時，必須把所有的問題分析透徹，才有可能設計出好用的產品。