卫生陶瓷施釉机器人控制系统硬件组态

2024-07-29 作者:

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第２９卷第４期　河北理工大学学报（自然科学版）　Ｖｏ１．２９　Ｎｏ．４　２００７年１　１月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｅｂｅｉ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｎｏｖ．２００７　文章编号：１６７４－０２６２（２００７）０４－００９８－０３　卫生陶瓷施釉机器人控制系统硬件组态　孙淑惠　，李占贤　（１河北理工大学计算机与控制学院，河北唐山０６３００９；２．河北理工大学机械工程学院，河北唐山０６３００９　关键词：卫生陶瓷；ＰＬＣ；运动控制；工业触摸屏　摘要：结合生产实际工况，针对一种施釉专用机器人，以ＰＬＣＣＰＵ、多轴运控模块、工业触摸　屏为核心构建卫生陶瓷施釉机器人控制系统硬件平台，介绍了机器人控制系统硬件结构纽态　和通讯连接方式。　中图分类号：ＴＰ　２４２．３文献标识码：Ａ　０　引言　由于卫生陶瓷如坐便器、水箱和洗面器等坯体表面形状复杂，所以内外表面施釉工艺与喷枪轨迹规划也　相应比较复杂。据调查，目前国内的卫生陶瓷行业仍普遍采用人工作业的方式进行喷釉，其生产率低下，质　量难以保证。一些单位曾采用通用关节机器人，配套设计周边设备构成机器人喷釉生产线…，由于其控制　系统普遍采用工业控制机或单片机作为主控机，在高湿、高温的施釉工作环境中稳定性较差。此外，采用通　用关节机器人　，一方面由于其工作空问的限制，喷涂内腔时存在着喷涂死角，需要在后续工序由人工补　涂；另一方面，机器人与外部转台采用不同的系统控制，难以实现机器人与工件转台联动，其控制过程仍然是　模仿人工施釉动作。　综合考虑上述问题，本文提出一种卫生陶瓷专用施釉机器人系统，即以ＰＬＣ　ＣＰＵ、多轴运控模块、工业触　摸屏为核心构建机器人控制系统硬件平台，可以实现机器人与工件转台联动，保证系统具有很高的稳定性，　适应工作环境，并且具有较强的通用性和开放性，适应产品更新和网络化管理。　１　机器人系统总体结构　施釉机器人工作站由喷涂机器人本体、多工位转台、工件转台、机器人及生产线的控制系统、输供釉系　统、釉厨等部分组成，如图１所示。其中，控制系统包括系统管理单元、运动控制单元、外部伺服传感单元、电　源管理单元等。多工位转台具有四个工位，包括上下件工位、就绪工位、喷涂工位和晾干工位。输供釉系统　由喷枪控制气、回流气和输釉回路组成。机器人本体结构，如图２所示。卫生洁具施釉的机器人具有六个自　由度，其中机器人本体具有五个自由度，包括确定末端空间位置的三个自由度。两个手腕转动自由度，工件　转台作为机器人的一个外部轴跟随喷枪做变速转动。采用正交结构的二自由度手腕，以提高内表面施釉作　业空间内的灵活度，且简化了通用机器人三自由度手腕传动机构；电机和减速器安装在上臂尾部，减小运动　质量和惯性。　２　控制系统硬件结构　２．１控制系统需求　该控制系统用于控制上述五自由度施釉机器人和工件转台。工件经多工位转台传送到工件转台，工件　收稿日期：２００６－０６－０５　维普资讯

第４期　孙淑惠，等：卫生陶瓷施釉机器人控制系统硬件组态　员　１Ｉ件　下臂　ｆ　ｊ　连杆　参量娥　腰　挺捧攥荤基　就绪Ｔ位　图１　施融机器人工作站　图２机器人本体和工件转台　转台带动工件旋转，同时机器人携带喷枪对工件施釉。因而，工件转台作为机器人的一个外部轴与关节机器　人构成联动整体。交流伺服电机驱动机器人各关节作变速运动。各位置点的位置和速度数据事先经示教方　式获得，即由人手握示教盒进行示教操作，控制系统记录各中间位置点的位置和速度，并存人内存。示教完　毕后，操作员还可以根据实际情况进行示教调整。在自动喷涂过程中，机器人根据记忆下来的示教数据进行　再现运动。　根据工艺流程，要求控制系统能够存储大量示教数据，通过程序可方便地访问和修改这些数据，并将其　显示在触摸屏上，还可以将这些数据存储在计算机或存储卡中，以实现数据保存或多机间共享。总的来说，　该控制系统应具备以下控制功能：（１）位置、速度正逆解计算：（２）机器人关节伺服运动控制；（３）施釉过程示　教编程：（４）示教再现；（５）手动操作；（６）喷釉过程顺序控制；（７）过程监控和紧急处理；（８）记录统计。　２．２控制系统硬件结构组成　ｌ　机｝　￣ｌ－ｔｍ嚣《　牌鹜　麓ｌ电弹　Ｐ∞ｌ确Ｉ瑶穗ｌ树．瑕外部ｌ鹭＾ｌ输出ｌ　凝｝撵块　一　ｃ　ｌ壤块ｌ信营；摄竣｛撬蜘｛护＿厝槽　ｉ３　≈Ｅｌ，　囊矗目酝ｌ强　２ｅ珊０ｌ鲁ｌ　毪ｊ｝ｉ　翱ｌｌ　ｌ　ｑ　ｌ８　ｌ　弼熊卜叫ｆ默遐ｊ　臌｝一．叫｛ｉｌｌ　ｌ广叫　ｊ　｝ｒ＿叫　｝　｝黻囊ｌ丑ｌ卜叫　服卜＋ｌ僻疆Ｈｆ　　ｒ叫《　ｌｌ　　ｒ叫ｌ漩矢霉Ｉ《ｆ　｛　技勰　辩簸　矗　图３控制系统硬件结构组成　由于施釉现场为高温、高湿环境，机器人控制系统稳定性是保证机器人正常运行的必要前提。三菱Ｑ　系列ＰＬＣ具有丰富的编程指令，软件设计环境良好，编程灵活等特点，所以本文采用以三菱Ｑ系列ＰＬＣ　ＣＰＵ、多轴运控模块、工业触摸屏为核心构建控制系统硬件平台。其中，ＰＬＣ　ＣＰＵ模块负责系统管理、工作空　间轨迹规划、插补计算、位置和速度正逆解计算、逻辑控制及各单元间通讯等任务；运控模块负责关节变量的　ＰＶＴ插补和电机运动控制：触摸屏为人机界面，用作数据的输入输出操作与显示。控制系统硬件结构组成如　图３所示。ＰＬＣ以模块式结构插接在基板单元Ｑ３８上，包括电源模块Ｑ６１Ｐ—Ａ２，高性能ＰＬＣ　Ｑ０６ＨＣＰＵ，８　轴运动控制模块Ｑ１７２ＣＰＵＮ，伺服外部信号输入模块Ｑ１７２ＬＸ，数字输入模块Ｑｘ４１和数字输出模块ＱＹｌＯ。　工业触摸屏Ａ９７０ＧＯＴ—ＳＢＡ具备８色清晰的荧幕显示，可轻松操作和维护。前五台伺服电机分别驱动施釉　机器人本体的腰部、下臂、上臂和正交结构手腕，第六台伺服电机驱动工件转台变速旋转。　维普资讯

１００　河北理工大学学报（自然科学版）　第２９卷　２．３　通讯连接　工业触摸屏和ＰＬＣ　ＣＰＵ之间通讯，选用汇流排连接模组Ａ９ＧＴ－－ＢＵＳＳ，它是一种能够节省电缆连接空　问的通讯模组，连接直接、快速、方便，并支持高速显示和微动快速回应，是通讯速度最快的一种连接方式。　ｐＬＣ　Ｃｌｒｄ　胡Ｃ加　如　儡嚣　如　儡茹　蛐《莉口Ｕ　ｅｅＩ拭幸仁儡　帕　ｆ７四点）　、　Ｈ　Ｍ７∞　劬ＣＰＵ的ｌａ攫嚣伴　‘　一　Ｍ∞　ｃｌ０　点）　侣ｇｃ１８５６点）　＼　Ｍ　撤挂奄仁嚣　牖翔ｃ７∞点Ｉ　ＤＯ《劬Ｃｐ【，ｅｃＩ　革　儡Ｅ　撤提毫仁嚣　ｃ１１８点）　、￣　＼　Ｄｏ　ｃ６４０点）　Ｄ１１８《劬ＣＦＵ的ｌａ樱嚣　●　义　Ｄ６柏　ｃｌ】．Ｂ　）　储ｇ　ｃ６柏点）　图４共享内存设置　控制程序通过ＵＳＢ接口传输到ＰＬＣ　ＣＰＵ模块和运控模块中，同时ＰＬＣ　ＣＰＵ还装有存储卡（ＳＲＡＭ卡），　以扩展其内部存储器的容量。ＰＬＣ　ＣＰＵ和运动ＣＰＵ之间共享其内存。共享内存设置如图４所示。　运控模块与伺服放大器之间以及多部伺服放大器之间通讯选用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讯协议，根据此通信协议，控制器与被控制端进行数据交换，以作为运动　控制或取得相关伺服信息回到控制器本端。该通信根据固定时钟进行数据交换及更新。采用程序运动控制　技术，消除传递时间误差，进而做到同步运动控制。　３　结束语　通过上述控制系统硬件组态，开发研制出的施釉机器人已应用于唐山惠达陶瓷（集团）股份公司陶瓷生　产的施釉现场，其运行效果良好。喷涂后的工件内外表面釉面厚度均匀，且不流淌，因此节省釉料。与人工　喷涂相比，降低了操作人员的工作量，大大提高了生产效率，深受操作人员的欢迎。实践证明，以ＰＬＣ　ＣＰＵ、　运动控制模块、工业触摸屏为核心构建控制系统硬件平台，能够保证系统稳定性，完全满足生产需要。　参考文献：　［１］共建辉，张振东．机器人施釉生产线ＰＬＣ控制系统的设计［Ｊ］．电工技术杂志，２００３（２）：３０—３２．　．　『２１蒋新松．机器人与工、ｌ　自动化『Ｍ］石家庄：河北教育出版社，２００３，４．　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｇｌａｚｉｎｇ　Ｒｏｂｏｔ　ｆｏｒ　Ｓａｎｉｔａｒｙｗａｒｅ　ＳＵＮ　Ｓｈｕ—ｈｕｉ　。ＬＩ　Ｚｈａｎ—ｘｉａｎ　（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｎｄ　Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｈｅｂｅｉ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ　Ｈｅｂｅｉ　０６３００９，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ　Ｈｅｂｅｉ　０６３００９，Ｃｈｉｎａ）　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓａｎｉｔａｒｙｗａｒｅ；ＰＬＣ；ｍｏｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ；ｇｒａｐｈｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐａｎｅｌ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ａｎｄ　ａ　ｓｐｅｃｉａｌ　ｇｌａｚｉｎｇ　ｒｏｂｏｔ　ｆｏｒ　ｓａｎｉｔａｒｙｗａｒｅ，ｏｎ　ｔｈｅ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ＰＬＣ　ＣＰＵ，ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ａｘｉｓ　ｍｏｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｍｏｄｕｌｅ　ａｎｄ　ｇｒａｐｈｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｐａｎｅｌ，ａ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐｌａｔｉｆｏｒｍ　ｏｆ　ｇｌａｚｉｎｇ　ｒｏｂｏｔ　ｏｆｒ　ｓａｎｉｔａｒｙｗａｒｅ　ｉｓ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｉｎ　ａｄｄｉｔｉｏｎ，ａ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｒｏｂｏｔ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍａｒｅ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．