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摘要：本文介紹了PHOENIX公司的無線藍(lán)牙模塊在上海大眾涂裝車間機(jī)器人上的實(shí)際應(yīng)用。通過該模塊已省去了不定期的數(shù)據(jù)線的替換，減少了設(shè)備故障，提升了設(shè)備的開動(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。
關(guān)鍵詞：無線藍(lán)牙模塊；機(jī)器人
1 DVD涂膠站介紹
上海大眾一廠油漆車間DVD機(jī)械手涂膠站（圖1）是由KUKA機(jī)械手和DVD膠水供應(yīng)系統(tǒng)所組成。該工位主要是對白車身油漆報(bào)交結(jié)束后即將進(jìn)入總裝的車身，進(jìn)行車頂內(nèi)側(cè)粘貼防震紙板的工藝，該紙板可以達(dá)到消音降噪的作用。
圖1 DVD機(jī)械手涂膠站
圖2 機(jī)器人臂上抓取工具
該工作站的機(jī)械手?jǐn)y帶了一個(gè)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(nèi)部，將其粘貼于車頂。該工具上安裝攜帶了數(shù)個(gè)位置傳感器、電磁閥等。這些位置信號、執(zhí)行信號等均通過3根19芯的電纜連接到機(jī)械手底座上的重載接線盒，再從接線盒經(jīng)過地面線槽連接到INTERBUS現(xiàn)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(shí)際生產(chǎn)過程中，機(jī)械手為了完成抓取、涂膠以及貼板的整個(gè)過程，在每完成一輛車身工藝內(nèi)容的過程中均要數(shù)次的來回運(yùn)動(dòng)，姿態(tài)轉(zhuǎn)換大，每天的工作頻率很高。與此同時(shí)，安裝在機(jī)器人臂上的3根19芯的高柔性電纜則跟隨機(jī)械手一起運(yùn)動(dòng)。
經(jīng)過長時(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)過程中，時(shí)常因接口處連接不牢固，導(dǎo)致工具上的各種信號無法準(zhǔn)確與INTERBUS現(xiàn)場總線模塊通訊，因而使設(shè)備出現(xiàn)故障，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，該工位已經(jīng)成為一個(gè)經(jīng)常造成停機(jī)的高故障工位。
通過調(diào)研，筆者認(rèn)為使用無線通訊技術(shù)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(lán)牙技術(shù)可以滿足此項(xiàng)需求，且在德國大眾、奔馳有過成功應(yīng)用，菲尼克斯電氣公司的無線藍(lán)牙MUX產(chǎn)品，使用簡單，無須做任何設(shè)定，甚至不用修改原PLC程序。該產(chǎn)品可以使用無線藍(lán)牙傳輸技術(shù)在室內(nèi)100米的距離之間實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)字和模擬信號的傳輸。
3 方案設(shè)計(jì)
經(jīng)過仔細(xì)閱讀菲尼克斯電氣無線MUX的技術(shù)資料，發(fā)現(xiàn)一對無線MUX可以實(shí)現(xiàn)16個(gè)數(shù)字信號和2個(gè)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(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的1.2版本，運(yùn)行于國際認(rèn)可的2.4G免費(fèi)頻段，運(yùn)行在該頻段，不僅不會(huì)與附近的任何WLAN802.11.a/b/g網(wǎng)絡(luò)發(fā)生干擾，而且2.4G頻段是遠(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，與此同時(shí)，使用跳頻擴(kuò)頻技術(shù)的藍(lán)牙通訊協(xié)議保證了通訊的實(shí)時(shí)性，使系統(tǒng)抗干擾、穩(wěn)定可靠。
經(jīng)過對現(xiàn)場DVD機(jī)械手涂膠站連接到抓取工具上的3根19芯電纜的各種信號進(jìn)行分析研究，發(fā)現(xiàn)該3根電纜總共傳輸了輸入、輸出信號共計(jì)48個(gè)，因而需要用兩對無線MUX進(jìn)行替代。HHHH總體方案確定后，項(xiàng)目小組成員分析了現(xiàn)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(xiàn)場所有輸入感應(yīng)開關(guān)的信號直接連接到無線模塊的各個(gè)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(cè)無線模塊安裝在機(jī)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(jī)械手底座之間的高柔性電纜。
圖5 機(jī)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(jī)器人臂端的抓取工具上的3根電纜接口處進(jìn)行接線替代，通過在抓取工具上3個(gè)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(cè)模塊則直接連接到現(xiàn)場INTERBUS模塊上，這樣就替換掉從機(jī)械手抓取工具到機(jī)器人底座的高柔性電纜，及機(jī)器人底座連接到INTERBUS站之間的信號電纜。
對電氣圖紙和現(xiàn)場的電纜布線情況進(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，因每個(gè)傳感器都需要供電電源，且在機(jī)械手底座處無另一側(cè)模塊的安裝位置。最終小組成員決定采取第二種方案。
4 準(zhǔn)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(jù)設(shè)計(jì)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(fù)，19號為電源正，12號為接地，一個(gè)接線盒連接了16個(gè)信號端，而外部線纜連接為：6號接負(fù)，12號接電源正。
接下來統(tǒng)計(jì)并測量了3根19芯電纜的各個(gè)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(gè)輸入輸出信號，XS114電纜連接了16個(gè)輸入信號，而XS116則連接了16個(gè)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(diǎn)也做了合理的分布，如圖9所示。
圖9 機(jī)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(shù)據(jù)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(jìn)行機(jī)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(shè)計(jì)完成和基本硬件安裝完成后，接下來就是現(xiàn)場的安裝及調(diào)試。
5 現(xiàn)場安裝與測試
經(jīng)過安排，小組成員在停產(chǎn)期間對DVD機(jī)械手涂膠站的現(xiàn)場進(jìn)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(jìn)行了連接。
兩端的無線模塊安裝完成后，經(jīng)過多次測試，各類信號的傳輸完全正常。在機(jī)械手的整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，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。
圖11 改造后的3根19芯電纜接線
圖12 機(jī)械手端的無線模塊
6 結(jié)語
改造前，該線纜接口經(jīng)常松動(dòng)，并且導(dǎo)致19針線纜接頭處部分線纜斷裂，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。同時(shí)，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、線纜穿管等工作。經(jīng)過這次改造，DVD機(jī)械手涂膠站因線纜松動(dòng)導(dǎo)致信號不正確的故障已經(jīng)完全消除，取消了可能的線纜更換工作量，各個(gè)信號的狀態(tài)清楚直觀，便于維修人員維修維護(hù)。
目前該機(jī)器人無線改造安全無故障運(yùn)行已超過2年，通過此項(xiàng)目證明了這種無線通訊方式很可靠，應(yīng)用在機(jī)器人涂膠，搬運(yùn)過程中可以充分發(fā)揮無線的優(yōu)勢，方案的性價(jià)比很高，為生產(chǎn)、維修部門降低了資金成本和時(shí)間成本。
圖11 改造后的3根19芯電纜接線
圖12 機(jī)械手端的無線模塊
曹偉（1977-）
男，本科，中級工程師，現(xiàn)就職于上海大眾汽車有限公司，主要研究方向?yàn)殡姎庾詣?dòng)化、生產(chǎn)線自動(dòng)控制系統(tǒng)、編程與通訊。
摘自《自動(dòng)化博覽》2012年十二期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號