引言

由于衛(wèi)生陶瓷如坐便器、 水箱和洗面器等坯體表面形狀復(fù)雜，所以內(nèi)外表面施釉工藝與噴槍軌跡規(guī)劃也相應(yīng)比較復(fù)雜。據(jù)調(diào)查，目前國內(nèi)的衛(wèi)生陶瓷行業(yè)仍普遍采用人工作業(yè)的方式進行噴釉，其生產(chǎn)率低下 ,質(zhì)量難以保證。一些單位曾采用通用關(guān)節(jié)機器人，配套設(shè)計周邊設(shè)備構(gòu)成機器人噴釉生產(chǎn)線由于其控制系統(tǒng)普遍采用工業(yè)控制機或單片機作為主控機，在高濕、 高溫的施釉工作環(huán)境中穩(wěn)定性較差。此外，采用通用關(guān)節(jié)機器人一方面由于其工作空間的限制 ,噴涂內(nèi)腔時存在著噴涂死角 ,需要在后續(xù)工序由人工補涂；另一方面，機器人與外部轉(zhuǎn)臺采用不同的系統(tǒng)控制 ,難以實現(xiàn)機器人與工件轉(zhuǎn)臺聯(lián)動 ,其控制過程仍然是模仿人工施釉動作。

綜合考慮上述問題，本文提出一種衛(wèi)生陶瓷專用施釉機器人系統(tǒng)，即以 P LC CPU、 多軸運控模塊、 工業(yè)觸摸屏為核心構(gòu)建機器人控制系統(tǒng)硬件平臺，可以實現(xiàn)機器人與工件轉(zhuǎn)臺聯(lián)動，保證系統(tǒng)具有很高的穩(wěn)定性適應(yīng)工作環(huán)境，并且具有較強的通用性和開放性，適應(yīng)產(chǎn)品更新和網(wǎng)絡(luò)化管理。

機器人系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

施釉機器人工作站由噴涂機器人本體、 多工位轉(zhuǎn)臺、 工件轉(zhuǎn)臺、 機器人及生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)、 輸供釉系統(tǒng)、 釉廚等部分組成 ,如圖 1所示。其中，控制系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理單元、 運動控制單元、 外部伺服傳感單元、 電源管理單元等。多工位轉(zhuǎn)臺具有四個工位，包括上下件工位、 就緒工位、 噴涂工位和晾干工位。輸供釉系統(tǒng)由噴槍控制氣、 回流氣和輸釉回路組成。機器人本體結(jié)構(gòu)，如圖 2所示。衛(wèi)生潔具施釉的機器人具有六個自由度 ,其中機器人本體具有五個自由度，包括確定末端空間位置的三個自由度。兩個手腕轉(zhuǎn)動自由度，工件轉(zhuǎn)臺作為機器人的一個外部軸跟隨噴槍做變速轉(zhuǎn)動。采用正交結(jié)構(gòu)的二自由度手腕，以提高內(nèi)表面施釉作業(yè)空間內(nèi)的靈活度，且簡化了通用機器人三自由度手腕傳動機構(gòu)；電機和減速器安裝在上臂尾部，減小運動質(zhì)量和慣性。

控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

控制系統(tǒng)需求該控制系統(tǒng)用于控制上述五自由度施釉機器人和工件轉(zhuǎn)臺。工件經(jīng)多工位轉(zhuǎn)臺傳送到工件轉(zhuǎn)臺，工件轉(zhuǎn)臺帶動工件旋轉(zhuǎn)，同時機器人攜帶噴槍對工件施釉。因而，工件轉(zhuǎn)臺作為機器人的一個外部軸與關(guān)節(jié)機器人構(gòu)成聯(lián)動整體。交流伺服電機驅(qū)動機器人各關(guān)節(jié)作變速運動。各位置點的位置和速度數(shù)據(jù)事先經(jīng)示教方式獲得，即由人手握示教盒進行示教操作，控制系統(tǒng)記錄各中間位置點的位置和速度，并存入內(nèi)存。示教完畢后 ,操作員還可以根據(jù)實際情況進行示教調(diào)整。在自動噴涂過程中 ,機器人根據(jù)記憶下來的示教數(shù)據(jù)進行再現(xiàn)運動。

根據(jù)工藝流程，要求控制系統(tǒng)能夠存儲大量示教數(shù)據(jù)，通過程序可方便地訪問和修改這些數(shù)據(jù)，并將其顯示在觸摸屏上，還可以將這些數(shù)據(jù)存儲在計算機或存儲卡中，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存或多機間共享?？偟膩碚f該控制系統(tǒng)應(yīng)具備以下控制功能：

（1）位置、 速度正逆解計算：

（2）機器人關(guān)節(jié)伺服運動控制；

（3）施釉過程示教編程：

（4）示教再現(xiàn)；

（ 5）手動操作；

（6）噴釉過程順序控制；

（7）過程監(jiān)控和緊急處理；

（8）記錄統(tǒng)計?？刂葡到y(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成

由于施釉現(xiàn)場為高溫、 高濕環(huán)境，機器人控制系統(tǒng)穩(wěn)定性是保證機器人正常運行的必要前提。三菱系列 P LC具有豐富的編程指令，軟件設(shè)計環(huán)境良好，編程靈活等特點，所以本文采用以三菱 Q系列、 多軸運控模塊、 工業(yè)觸摸屏為核心構(gòu)建控制系統(tǒng)硬件平臺。其中， P LC CPU模塊負責(zé)系統(tǒng)管理、 工作空間軌跡規(guī)劃、 插補計算、 位置和速度正逆解計算、 邏輯控制及各單元間通訊等任務(wù)；運控模塊負責(zé)關(guān)節(jié)變量的插補和電機運動控制：觸摸屏為人機界面，用作數(shù)據(jù)的輸入輸出操作與顯示?？刂葡到y(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成如圖 3所示。P LC以模塊式結(jié)構(gòu)插接在基板單元 Q38上，包括電源模塊 Q61P—A2,高性能軸運動控制模塊 Q UN,伺服外部信號輸入模塊 Q LX,數(shù)字輸入模塊 QX 和數(shù)字輸出模塊 QY 。

工業(yè)觸摸屏 G OT SB 具備 8色清晰的熒幕顯示，可輕松操作和維護。前五臺伺服電機分別驅(qū)動施釉機器人本體的腰部、 下臂、 上臂和正交結(jié)構(gòu)手腕，第六臺伺服電機驅(qū)動工件轉(zhuǎn)臺變速旋轉(zhuǎn)。

通訊連接工業(yè)觸摸屏和 P LC CPU之間通訊，選用匯流排連接模組 A9GT—BUSS,它是一種能夠節(jié)省電纜連接空間的通訊模組，連接直接、 快速、 方便，并支持高速顯示和微動快速回應(yīng)，是通訊速度最快的一種連接方式。

圖 4　共享內(nèi)存設(shè)置控制程序通過 USB接口傳輸?shù)?P LC CPU模塊和運控模塊中，同時 P LC CPU還裝有存儲卡 （ SRAM卡以擴展其內(nèi)部存儲器的容量。P LC CPU和運動 CPU之間共享其內(nèi)存。共享內(nèi)存設(shè)置如圖 4所示。

運控模塊與伺服放大器之間以及多部伺服放大器之間通訊選用 SSCNET,它是三菱所提出的串行式伺服控制。串行式控制具有自己的通訊協(xié)議，根據(jù)此通信協(xié)議，控制器與被控制端進行數(shù)據(jù)交換 ,以作為運動控制或取得相關(guān)伺服信息回到控制器本端。該通信根據(jù)固定時鐘進行數(shù)據(jù)交換及更新。采用程序運動控制技術(shù) ,消除傳遞時間誤差 ,進而做到同步運動控制。

結(jié)束語

通過上述控制系統(tǒng)硬件組態(tài)，開發(fā)研制出的施釉機器人已應(yīng)用于唐山惠達陶瓷 （集團 ）股份公司陶瓷生產(chǎn)的施釉現(xiàn)場，其運行效果良好。噴涂后的工件內(nèi)外表面釉面厚度均勻 ,且不流淌，因此節(jié)省釉料。與人工噴涂相比，降低了操作人員的工作量，大大提高了生產(chǎn)效率，深受操作人員的歡迎。實踐證明，以 P LC CPU、運動控制模塊、 工業(yè)觸摸屏為核心構(gòu)建控制系統(tǒng)硬件平臺，能夠保證系統(tǒng)穩(wěn)定性，完全滿足生產(chǎn)需要。

參考文獻

共建輝，張振東 1機器人施釉生產(chǎn)線 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計

[ J ]1電工技術(shù)雜志， 2003 （2 ） : 30～蔣新松 1機器人與工業(yè)自動化

[M]石家莊：河北教育出版社. 點擊此處下載資料:衛(wèi)生陶瓷施釉機器人控制系統(tǒng)

編輯:何世平