直角坐標機器人在汽車發動機涂膠機上的應用

隨著機器人技術的發展，機器人技術在各行各業中得到了廣泛的應用。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。特別適用于多品種，變批量的柔性化生產。

我公司以德國BAHR公司直角坐標機器人為核心產品，，開發了多種工業自動化產品，如涂膠機、點膠機、自動上下料機械手、碼垛機、探傷檢測設備。

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。如圖1
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。
根據以上要求，我們設計了一臺三坐標機器人。

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。
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。
示教編程方式的優點是易學易用靈活，克服了按圖編程以涂膠軌跡數據輸入繁瑣過程。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。而且三維空間內任意曲線軌跡的涂膠均勻。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。

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。
光滑曲線，該曲線就是工件需要涂膠的運動軌跡。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。