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    摘要：本文介紹了PHOENIX公司的無線藍牙模塊在上海大眾涂裝車間機器人上的實際應用。通過該模塊已省去了不定期的數據線的替換，減少了設備故障，提升了設備的開動率，同時也降低了維修工時及設備維護的備件消耗。

   關鍵詞：無線藍牙模塊；機器人

   1 DVD涂膠站介紹

   上海大眾一廠油漆車間DVD機械手涂膠站（圖1）是由KUKA機械手和DVD膠水供應系統所組成。該工位主要是對白車身油漆報交結束后即將進入總裝的車身，進行車頂內側粘貼防震紙板的工藝，該紙板可以達到消音降噪的作用。
        
                       
                                          圖1  DVD機械手涂膠站   
  
                        
                                    圖2   機器人臂上抓取工具  

   該工作站的機械手攜帶了一個抓取工具（圖2），用于抓取防震紙板并對其涂膠后送入車身內部，將其粘貼于車頂。該工具上安裝攜帶了數個位置傳感器、電磁閥等。這些位置信號、執行信號等均通過3根19芯的電纜連接到機械手底座上的重載接線盒，再從接線盒經過地面線槽連接到INTERBUS現場總線的輸入輸出控制模塊（圖3）。
    
                     
                          圖3  連接抓取工具信號的INTERBUS 站 
      
                    
                                 圖4  菲尼克斯電氣無線MUX模塊

   2 改造背景

    在實際生產過程中，機械手為了完成抓取、涂膠以及貼板的整個過程，在每完成一輛車身工藝內容的過程中均要數次的來回運動，姿態轉換大，每天的工作頻率很高。與此同時，安裝在機器人臂上的3根19芯的高柔性電纜則跟隨機械手一起運動。

    經過長時間的振動與扭曲，該3根高柔電纜的連接口就出現了不同程度的松動。在生產過程中，時常因接口處連接不牢固，導致工具上的各種信號無法準確與INTERBUS現場總線模塊通訊，因而使設備出現故障，影響生產的正常進行，該工位已經成為一個經常造成停機的高故障工位。

   通過調研，筆者認為使用無線通訊技術是降低線纜接口故障的最好辦法，而德國菲尼克斯電氣公司最新推出的無線藍牙技術可以滿足此項需求，且在德國大眾、奔馳有過成功應用，菲尼克斯電氣公司的無線藍牙MUX產品，使用簡單，無須做任何設定，甚至不用修改原PLC程序。該產品可以使用無線藍牙傳輸技術在室內100米的距離之間實現點對點的數字和模擬信號的傳輸。

   3 方案設計

   經過仔細閱讀菲尼克斯電氣無線MUX的技術資料，發現一對無線MUX可以實現16個數字信號和2個模擬信號的雙向傳輸，因而可以取代至少1根信號電纜。該模塊支持IEEE802.15.1藍牙標準的1.2版本，運行于國際認可的2.4G免費頻段，運行在該頻段，不僅不會與附近的任何WLAN802.11.a/b/g網絡發生干擾，而且2.4G頻段是遠離工廠自動化中常用的變頻、弧焊等各種不同設備的工作頻段和諧波頻段，與此同時，使用跳頻擴頻技術的藍牙通訊協議保證了通訊的實時性，使系統抗干擾、穩定可靠。

    經過對現場DVD機械手涂膠站連接到抓取工具上的3根19芯電纜的各種信號進行分析研究，發現該3根電纜總共傳輸了輸入、輸出信號共計48個，因而需要用兩對無線MUX進行替代。HHHH總體方案確定后，項目小組成員分析了現場的情況，并確定了無線MUX的安裝與替換位置。方案一是將現場所有輸入感應開關的信號直接連接到無線模塊的各個輸入端，而無線模塊的輸出信號則直接傳輸電磁閥；另外一側無線模塊安裝在機械人底座的重載接線盒處（圖5），這樣就可以取代抓取工具到機械手底座之間的高柔性電纜。
    
                    
                                 圖5  機械人底座電纜的連接 
          
                   
                                 圖6  工具上原電纜的連接

    方案二，從位于機器人臂端的抓取工具上的3根電纜接口處進行接線替代，通過在抓取工具上3個19針接口（圖6），做硬接線到過渡端子，再連接到無線模塊上。而無線MUX的另一側模塊則直接連接到現場INTERBUS模塊上，這樣就替換掉從機械手抓取工具到機器人底座的高柔性電纜，及機器人底座連接到INTERBUS站之間的信號電纜。

    對電氣圖紙和現場的電纜布線情況進行分析，發現方案一將在抓取工具上增加許多連接線，因每個傳感器都需要供電電源，且在機械手底座處無另一側模塊的安裝位置。最終小組成員決定采取第二種方案。

    4 準備工作
          
                  
                         圖7  抓手工具上接線盒的接線分布圖 

    首先，小組成員根據設計圖紙和線纜分布情況分析了線纜接口底座的接線原理，如圖7所示。

   在該接線盒上，6號為電源負，19號為電源正，12號為接地，一個接線盒連接了16個信號端，而外部線纜連接為：6號接負，12號接電源正。
  
    接下來統計并測量了3根19芯電纜的各個線纜的信號連接情況，如圖8所示。
 
                   
                       圖8  三束19芯線纜的線束分布  

   XS112線纜連接了8個輸入輸出信號，XS114電纜連接了16個輸入信號，而XS116則連接了16個輸出信號。線纜信號測量分配完成后，對無線模塊的輸入輸出點也做了合理的分布，如圖9所示。
 
                   
                            圖9 機械手抓取工具上無線模塊的I/O分布

                      
                                  圖10 INTERBUS 模塊端無線MUX模塊的I/O分布

   數據信號的分布完成后，接下來將完成所有硬件方面的制作。首先制作3根19芯的電纜插接頭，如圖11所示。

   然后進行機械手工具端的無線MUX的安裝與接線（圖12）、INTERBUS總線端的無線MUX的安裝與接線，方案設計完成和基本硬件安裝完成后，接下來就是現場的安裝及調試。

    5 現場安裝與測試

   經過安排，小組成員在停產期間對DVD機械手涂膠站的現場進行了改造，將無線MUX模塊替代了原來的3根19芯電纜，并將interbus端的輸入輸出端與無線模塊進行了連接。

   兩端的無線模塊安裝完成后，經過多次測試，各類信號的傳輸完全正常。在機械手的整個運動過程中，抓取工具上的3個19針的插件口不再存在受到電纜的扭曲而出現松動的隱患。
 
                     
                             圖11 改造后的3根19芯電纜接線  

                      
                               圖12 機械手端的無線模塊

   6 結語

   改造前，該線纜接口經常松動，并且導致19針線纜接頭處部分線纜斷裂，嚴重影響生產。同時，維修人員更換該電纜的工作量非常大，需要進行接頭的焊接、線纜穿管等工作。經過這次改造，DVD機械手涂膠站因線纜松動導致信號不正確的故障已經完全消除，取消了可能的線纜更換工作量，各個信號的狀態清楚直觀，便于維修人員維修維護。

   目前該機器人無線改造安全無故障運行已超過2年，通過此項目證明了這種無線通訊方式很可靠，應用在機器人涂膠，搬運過程中可以充分發揮無線的優勢，方案的性價比很高，為生產、維修部門降低了資金成本和時間成本。

   圖11 改造后的3根19芯電纜接線

   圖12 機械手端的無線模塊

   曹偉（1977-）

   男，本科，中級工程師，現就職于上海大眾汽車有限公司，主要研究方向為電氣自動化、生產線自動控制系統、編程與通訊。   

   摘自《自動化博覽》2012年十二期