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  本文介紹了菲尼克斯電氣的無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙模塊在上海大眾涂裝車(chē)間機(jī)械手上的應(yīng)用，該模塊的使用省去了不定期的數(shù)據(jù)線(xiàn)的替換，減少了設(shè)備故障，提升了設(shè)備的開(kāi)動(dòng)率，同時(shí)也降低了維修工時(shí)及設(shè)備維護(hù)的備件消耗。

   上海大眾一廠油漆車(chē)間DVD機(jī)械手涂膠站由KUKA機(jī)械手和DVD膠水供應(yīng)系統(tǒng)組成。該工位主要是對(duì)白車(chē)身油漆報(bào)交結(jié)束后即將進(jìn)入總裝的車(chē)身，進(jìn)行車(chē)頂內(nèi)側(cè)粘貼防振紙板的工藝，該紙板可以達(dá)到消音降噪的作用。

   該工作站的機(jī)械手?jǐn)y帶了一個(gè)抓取工具，用于抓取防振紙板并對(duì)其涂膠后送入車(chē)身內(nèi)部，將其粘貼于車(chē)頂。該工具上安裝攜帶了數(shù)個(gè)位置傳感器和電磁閥等裝置，位置信號(hào)、執(zhí)行信號(hào)等均通過(guò)3根19芯的電纜連接到機(jī)械手底座上的重載接線(xiàn)盒，再?gòu)慕泳€(xiàn)盒經(jīng)過(guò)地面線(xiàn)槽連接到INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的輸入輸出控制模塊上。

   改造背景

   在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于機(jī)械手為了完成抓取、涂膠以及貼板的整個(gè)過(guò)程，在每完成一輛車(chē)身的工藝內(nèi)容的過(guò)程中均要數(shù)次來(lái)回運(yùn)動(dòng)，姿態(tài)轉(zhuǎn)換很大，每天的工作頻率很高。與此同時(shí)，安裝在機(jī)械手上的3根19芯的高柔性電纜跟隨機(jī)械手一起運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)與扭曲，該3根高柔電纜的連接口就出現(xiàn)了不同程度的松動(dòng)。在生產(chǎn)過(guò)程中，時(shí)常因接口處連接不牢固，工具上的各種信號(hào)無(wú)法準(zhǔn)確與INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)模塊通信，導(dǎo)致設(shè)備故障，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。該工位成了一個(gè)造成長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)的高故障工位。

   在經(jīng)多方考證和資料分析后，我們認(rèn)為使用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)是降低線(xiàn)纜接口故障的最好方法，認(rèn)為菲尼克斯電氣的無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)可以滿(mǎn)足需求，其在德國(guó)大眾、奔馳均有過(guò)成功應(yīng)用。菲尼克斯電氣的無(wú)線(xiàn)MUX模塊，使用簡(jiǎn)單，無(wú)需做任何設(shè)定，甚至不用修改原PLC程序，可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)藍(lán)牙傳輸技術(shù)在室內(nèi)100m距離之間實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)字和模擬信號(hào)的傳輸。

   方案設(shè)計(jì)

   我們經(jīng)過(guò)大量資料分析，發(fā)現(xiàn)一對(duì)無(wú)線(xiàn)MUX模塊可以實(shí)現(xiàn)16個(gè)數(shù)字信號(hào)和2個(gè)模擬信號(hào)的雙向傳輸，因而可以取代至少一根信號(hào)電纜。該模塊支持IEEE802.15.1藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的1.2版本，運(yùn)行于國(guó)際認(rèn)可的2.4G免費(fèi)頻段，首先不會(huì)與附近的任何WLAN802.11.a/b/g網(wǎng)絡(luò)發(fā)生干擾，其次2.4G頻段遠(yuǎn)離工廠自動(dòng)化中常用的變頻、弧焊等各種不同設(shè)備的工作頻段和諧波頻段，同時(shí)使用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)的藍(lán)牙通信協(xié)議保證了通信的實(shí)時(shí)性，使系統(tǒng)抗干擾，穩(wěn)定可靠。

   經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)DVD機(jī)械手涂膠站連接到抓取工具上的3根19芯電纜的各種信號(hào)進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)該3根電纜傳輸了輸入、輸出信號(hào)共48個(gè)，因而需要用2對(duì)無(wú)線(xiàn)MUX模塊進(jìn)行替代。總體方案確定后，項(xiàng)目小組成員分析了現(xiàn)場(chǎng)的情況，并確定了無(wú)線(xiàn)MUX模塊的安裝與替換位置。

  方案一：將現(xiàn)場(chǎng)所有輸入感應(yīng)開(kāi)關(guān)的信號(hào)直接連接到無(wú)線(xiàn)模塊的各個(gè)輸入端，而無(wú)線(xiàn)模塊的輸出信號(hào)則直接傳給電磁閥；另外一側(cè)無(wú)線(xiàn)模塊安裝在機(jī)械手底座的重載接線(xiàn)盒處（見(jiàn)圖1），這樣就取代了抓取工具到機(jī)械手底座之間的高柔性電纜。
  
                  
                                     圖1 機(jī)械手底座電纜的連接

   方案二：從位于機(jī)械手的抓取工具上的3根電纜連接口處，進(jìn)行接線(xiàn)替代，通過(guò)抓取工具上3個(gè)19針接口（見(jiàn)圖2），做硬接線(xiàn)到過(guò)渡端子，再連接到無(wú)線(xiàn)模塊上。而無(wú)線(xiàn)MUX模塊的另一側(cè)模塊則直接連接到現(xiàn)場(chǎng)INTERBUS模塊上，這樣就替換掉從機(jī)械手抓取工具到機(jī)械手底座的高柔性電纜，以及機(jī)械手底座連接到INTERBUS站之間的信號(hào)電纜。
  
                     
                                 圖2 工具上原電纜的連接

   我們對(duì)電氣圖紙和現(xiàn)場(chǎng)的電纜布線(xiàn)情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)方案一將在抓取工具上增加許多連接線(xiàn)，因?yàn)槊總€(gè)傳感器都需要供電電源，且在機(jī)械手底座處無(wú)另一側(cè)模塊的安裝位置。最終我們決定采取方案二。

   準(zhǔn)備工作

   首先，我們根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和線(xiàn)纜分布情況分析了線(xiàn)纜接口底座的接線(xiàn)原理（見(jiàn)圖3）。在該接線(xiàn)盒上，6號(hào)為電源負(fù)，19號(hào)為電源正，12號(hào)為接地，一個(gè)接線(xiàn)盒連接了16個(gè)信號(hào)端，而外部線(xiàn)纜連接為：6號(hào)接負(fù)，12號(hào)接電源正。接下來(lái)我們統(tǒng)計(jì)并測(cè)量了3根19芯電纜的各個(gè)線(xiàn)纜的信號(hào)連接情況（見(jiàn)圖4）。XS112線(xiàn)纜連接了8個(gè)輸入輸出信號(hào)，XS114電纜連接了16個(gè)輸入信號(hào)，XS116連接了16個(gè)輸出信號(hào)。線(xiàn)纜信號(hào)測(cè)量分配完成后，我們對(duì)無(wú)線(xiàn)模塊的輸入輸出點(diǎn)也做了合理的分布（見(jiàn)圖5）。
    
                   
                            圖3   抓取工具上接線(xiàn)盒的接線(xiàn)分布圖
   
                  
                           圖4  3根19芯線(xiàn)纜的線(xiàn)束分布
   
                 
                      a）機(jī)械手抓取工具上無(wú)線(xiàn)模塊的I/O分布
  
          
                 b）INTERBUS模塊端無(wú)線(xiàn)MUX模塊的I/O分布  
                
                      圖5 無(wú)線(xiàn)模塊的輸入輸出點(diǎn)分布

   數(shù)據(jù)信號(hào)的分布完成后，接下來(lái)將完成所有硬件方面的制作。首先制作三根19芯的電纜插接頭（見(jiàn)圖6）。然后進(jìn)行機(jī)械手工具端的無(wú)線(xiàn)MUX模塊的安裝與接線(xiàn)（見(jiàn)圖7）、INTERBUS總線(xiàn)端的無(wú)線(xiàn)MUX模塊的安裝與接線(xiàn)（見(jiàn)圖8），方案設(shè)計(jì)完成和基本硬件安裝完成后，接下來(lái)就是現(xiàn)場(chǎng)的安裝及調(diào)試。
  
                
                          圖6 改造后的3根19芯電纜接線(xiàn)  
 

               
                                圖7 機(jī)械手端的無(wú)線(xiàn)模塊
  
               
                         圖8 新加裝的室內(nèi)固定處無(wú)線(xiàn)MUX模塊

   現(xiàn)場(chǎng)安裝與測(cè)試

   經(jīng)過(guò)安排，小組成員在停產(chǎn)期間對(duì)DVD機(jī)械手涂膠站的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了改造，將無(wú)線(xiàn)MUX模塊替代了原來(lái)的3根19芯電纜，并將INTERBUS端的輸入輸出端與無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)行了連接。

   兩端的無(wú)線(xiàn)模塊安裝完成后，經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，各類(lèi)信號(hào)的傳輸完全正常。在機(jī)械手的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，抓取工具上的3個(gè)19針的插件口不再存在受到電纜的扭曲而出現(xiàn)松動(dòng)的隱患。

   結(jié)語(yǔ)

   改造前，該線(xiàn)纜接口經(jīng)常松動(dòng)，并且導(dǎo)致19針線(xiàn)纜接頭處部分線(xiàn)纜斷裂，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。而且，維修人員更換該電纜的工作量非常大，需要進(jìn)行接頭的焊接、線(xiàn)纜穿管等工作。經(jīng)過(guò)這次改造，DVD機(jī)械手涂膠站因線(xiàn)纜松動(dòng)導(dǎo)致信號(hào)不正確的故障已經(jīng)完全消除，省去了可能的線(xiàn)纜更換工作量，各個(gè)信號(hào)的狀態(tài)清楚直觀，便于維修人員維修維護(hù)。

   目前該機(jī)械手無(wú)線(xiàn)改造（見(jiàn)圖9）已安全無(wú)故障運(yùn)行2年多，通過(guò)此項(xiàng)目證明了這種無(wú)線(xiàn)通信方式方便可靠，應(yīng)用在機(jī)器人涂膠、搬運(yùn)過(guò)程中可以充分發(fā)揮無(wú)線(xiàn)的優(yōu)勢(shì)，方案的性?xún)r(jià)比很高，為生產(chǎn)、維修部門(mén)降低了資金成本和時(shí)間成本。
  
                    
                               圖9 改造后的機(jī)械手