玻璃涂胶作业工业机器人离线编程与虚拟仿真

大 连 民 族 学 院 机 械 专 业 综 合 课 程 设 计 说 明 书玻璃涂胶作业工业机器人离线编程与虚拟仿真学 院（系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名： 鲁思伟 学 号： 2013022310 指 导 教 师： 冯长健 完 成 日 期： 2016.12.12 大连民族大学目 录1 工业机器人概述11.1 喷涂机器人在汽车制造业中的应用11.2 ABB工业机器人22 玻璃涂胶作业工作站描述与构成43 工具坐标系的标定方法54 玻璃涂胶指令的应用64.1 人机交互指令的应用64.2 计时指令的应用64 I/O配置85 示教任务的实施9参 考 文 献111 工业机器人概述自工业革命以来，人力劳动已经逐渐被机械所取代，而这种变革为人类社会创造出巨大的财富，极大地推动了人类社会的进步。时至今天，机电体化、机械智能化等技术应运而生。人类充分发挥主观能动性，进一步增强对机械的利用效率，使之为我们创造出更加巨大的生产力，并在一定程度上维护了社会的和谐。工业机器人的出现是人类在利用机械进行社会生产史上的一个里程碑。工业机器人的出现将人类从繁重单一的劳动中解放出来，而且它还能够从事一些不适合人类甚至超越人类的劳动，实现生产的自动化，避免工伤事故和提高生产效率。随着生产力的发展，必然促进相应科学技术的发展。工业机器人未来将广泛地进入人们的生产生活领域。在国际上，工业机器人技术的应用领域越来越广泛，如弧焊、点焊、装配、搬运、啧漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等。机器人技术已从传统制造业推广到其他制造业，进而扩展到采矿、建筑、农业、灾难救援等非制造行业。工业机器人技术的日趋成熟与发展，给人类的生产过程带来了重大的变革。在美国，60%的工业机器人用于汽车生产；全世界用于汽车产业的工业机器人已经达到总用量的50%以上。在我国，工业机器人最初用于汽车和工程机械行业的喷涂及焊接。由于我国的机器人技术的研发比较落后，工业机器人还主要应用在制造业。回顾历史，我国汽车零部件生产一直是手工焊、专机焊占据焊接生产的主导地位，其劳动强度大，作业环境恶劣，焊接质量不易保证，而且生产的柔性也很差，无法适应现代汽车生产的需要。近年来，由于焊接机器人的大量应用，提高了零部件生产的自动化水平及生产效率，同时使生产更具有柔性，焊接质量也得到了保证。工业机器人在汽车整车生产中的应用主要有点焊、弧焊、哪接、涂胶、喷涂等；在汽车零部件生产中有点焊、凸焊、缝焊、对焊及电弧焊等。在汽车生产的冲压、焊装、涂装、总装四大生产工艺过程中，工业机器人应用最多的是弧焊和点焊。据统计，在每辆汽车车身上，有30004000个电阻点焊焊点，电阻点焊技术的应用实现了汽车车身制造的量产化与自动化。具体应用如横梁总成托架点焊，传动轴平衡片凸焊，汽车燃油箱缝焊，汽车轮圈连续闪光对焊，汽车转向臂、消声器、净化器壳体的电弧焊等。焊接机器人在汽车制造业正发挥着不可替代的作用。1.1 喷涂机器人在汽车制造业中的应用喷涂机器人在汽车制造业中可喷涂形态复杂的汽车零件，多用于汽车车体的喷涂作业，如啧漆、喷袖等，而且生产效率很高。喷涂机器人在车体喷涂中的应用如图1.1所示。图1.1 工业机器人汽车喷涂喷漆机器人不仅可提高产品的质量与产量，而且对保障人身安全、改善劳动条件、减轻劳动强度、提高劳动生产率、节约原材料消耗以及降低生产成本等很多方面都有着十分重要的意义。和计算机、网络技术一样，喷漆机器人的广泛应用正在日益改变着汽车的生产方式。随着国内乘用车工业的发展，越来越多的机械喷涂取代了手工作业。在这种趋势中，机器人喷涂所占的比例也越来越大。如原先在车身喷涂中普遍使用的6杯站或9杯站系统， 也有着被机器人喷涂替代的趋势。汽车车身外覆件也大量使用机器人喷涂,如国内轿车保险杠喷涂中超过一半的产量使用了机器人。机器人喷涂既保持了手工喷涂对复杂形面的适应性，又具有精确性和重复性。1.2 ABB工业机器人ABB工业机器人种类繁多，这里主要介绍IRB 1410工业机器人。如图1.2所示为IRB 1410工业机器人，该机器人主要用于弧焊、装配、上胶/密封、机械管理、物料搬运等。图1-2 IRB 1410工业机器人 IRB 1410的特点：IRB 1410有很多优势，如工作用期短、运行可靠、结构坚固可靠、噪声水平低、例行维护间隔时间长、使用寿命长等。其手腕载荷5kg，上臂提供有l8kg附加载荷，可搭载各种工艺设备，IRB 1410的过程速度和定位均可调整，能达到最佳的制造精度，次品率极低，甚至为零，IRB 1410的工作范围大、到达距离长、结构紧凑、手腕极为纤细，即使在条件苛刻、限制较多的场所，仍能实现高性能操作；此外， IRB 1410设计了送丝机走线安装孔，为机械臂搭载工艺设备提供便利，标准IRC5机器人控制器内置各项人性化弧焊功能，可通过专门的编程操作手持终端FlexPendant（示教器）进行操控，其弧焊综合性能非常好。2 玻璃涂胶作业工作站描述与构成如图2.1所示，玻璃涂胶工作站主要由机器人、围栏、工作台、底座、控制器、校准针座、校准针、玻璃、胶灌构成。图2.1 玻璃涂胶工作站其系统操作流程为：机器人启动 机器人工作原点检测机器人到初始点打开胶枪机器人运动并喷涂喷涂结束关闭胶枪机器人回初始位置机器人回原点。3 工具坐标系的标定方法对于形状不规则的工具，很难直接计算或测量出新工具坐标系与初始坐标系tool10之间的相对位置关系，一般通过特殊的标定方法来进行新工具的标定。需要定义的工具坐标系如图3.1所示。标定时，首先需要在空间建立一个固定的参考点，然后移动机器人，使其工具尖点接近参考点，并记录为点1，变换工具姿态，再次接近参考点，记录为点2。依次记录点3、点4，完成工具远点的标定。然后再次移动机器人，依次记录延伸器点X、延伸器点Z，标定新的工具坐标系方向，最终完成整个工具坐标系的标定。图3.1 工具示意图4 玻璃涂胶指令的应用4.1 人机交互指令的应用在机器人程序运行过程中，经常需要添加人机交互，实时显示当前信息或者人工选择确认等，下面列举几个常用的人机交互指令的用法。1. 写屏指令“TPWrite”该指令的作用是将字符串显示在示教器屏幕上，在字符串后面可增加数据显示，如：TPWrite “ The last cycle time is ” Num: cycletime;若对应数值型数据 cycletime 的数值为5，运行该指令，则示教器屏幕上会显示 “The last cycle time is 5”。2. 示教器端人工输入数值指令“TPReadNum”该指令的作用是通过键盘输入的方式对指定变量进行赋值，如：TPReadNum reg1, “how many products should be produced?”运行该指令，示教器屏幕上会出现数值输入键盘，假设人工输入5，则对应的reg1被赋值为5。3. 清屏指令“TPrase”运行该指令，则屏幕上的显示全部清空。4.2 计时指令的应用在机器人应用过程中，节拍使我们关注的一个焦点。在RAPID中，有专门用于时的时钟数据以及一系列的计时指令和函数，如下：时钟数据：Clock，必须定义为变量类型，最小计时单位为0.001s。计时指令和函数：ClkStart：开始计时。ClkStop：停止计时。ClkReset：时钟复位。ClkRead：读取时钟数值。案列： VAR clock clock1; PERS num Cycle Time; PROC rMove() MoveL p1,v100,fine,tool10; ClkReset clock1; ClkStart clock1; MoveL p2,v100,fine,tool10; ClkStop clock1; CycleTime :=ClkRead(clock1); ENDPROC在上述例子中，机器人到达p1点后开始计时，到达p2点后停止计时，之后利用ClkRead读取当前时钟数值，并将其赋值给数值型变量CycleTime，则当前CycleTime的值即为机器人从p1到p2点的运动时间。4 I/O配置在“控制器”菜单中打开虚拟“示教器”，打开以后，首先将界面语言改选为中文，之后依次单击“ABB菜单”-“控制面板”-“配置”，进入“I/O主题”，配置I/O信号。在此工作站中，配置1个DSQC652通信板卡（数字量16进16出），需要在Unit中设置此I/O单元的相关参数，配置如表4.1和表4.2。表4.1 Unit单元参数 在此工作站中，需要配置1个数字输出信号doGlue，用于控制涂胶枪动作；一个数字输入信号diGlueStart，用于涂胶启动信号。表4.2 I/O信号参数5 示教任务的实施此工作站需要示教大量的目标点，而且在示教目标点的过程中需要尽量调整工具姿态，使得工具Z轴方向与工件表面保持垂直关系。在本工作站中，起始点位置如图5.1所示。俯视来看，则是绕着逆时针运行，涂胶过程中的所有目标点均使用工具坐标系tGlueGun、工件坐标系WobjGlue。图5.1 机器人涂胶位置根据要求，依次完成轨迹中各个目标点的示教。起始点的接近位置示教为起始点的正上方。终点的离开位置示教为终点的正上方。示教路径如图5.2所示。图5.