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1、第一章 绪论1.1 课题背景近年来，随着全球汽车生产向着多品种、小批量方向发展，工业机器人在汽车工业中的应用越来越普遍。机器人并不是在简单意义上代替人工的劳动，而是综合了人的特长和机器特长的一种拟人的电子机械装置，既有人对环境状态的快速反应和分析判断能力，又有机器可长时间持续工作、精确度高、抗恶劣环境的能力，从某种意义上说它也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。随着社会的发展和科学技术的进步，人类对降低劳动强度，提高生产精度的要求也越来越高，相应的自动化在工业生产中的应用也越来越广泛，对自动化也提出了更高的要求。工业机器人
2、对提高产品质量和生产效率，改善劳动条件和产品的快速更新换代起着十分重要的作用。工业机器人由操作机（机械本体）、控制器、伺服驱动系统和检测传感装置构成，是一种仿人操作、自动控制、可重复编程、能在三维空间完成各种作业的机电一体化自动化生产设备。近20年来，由于计算机技术和大规模集成电路制造技术的飞速发展，使得工业机器人技术也有了长足的进展，不但外形体积和价格大为下降，而且机器人的性能和工作可靠性也有极大提高，特别适合于多品种、变批量的柔性化生产。使得工业机器人在汽车制造业中得到广泛应用。在汽车工业中，其主要应用领域包括： 1）汽车装配作业及液体物质的填充2）点焊作业3）涂胶作业4）喷漆作业在汽车制
3、造领域，风挡玻璃涂胶系统是一项关键技术，因为胶型的好坏直接影响玻璃的密封性，对提高生产效率和制造质量起着举足轻重的作用。风挡玻璃涂胶系统，具有人工无法比拟的优势，它行动灵巧，可以将玻璃的尺寸误差沿玻璃周边均匀分布，确保胶型沿玻璃周边涂布的均匀性，而且精度极高，可以对玻璃自动识别、自动拾取、一次性自动对中，大大提高了生产的效率和精度。机器人在汽车风挡玻璃涂胶系统中的应用使得涂胶质量大为提高，极大地降低了风挡玻璃漏水的可能，提高了汽车的整体质量。2002年上海通用东岳汽车有限公司采用首钢莫托曼机器人有限公司的输送线式汽车风挡玻璃机器人涂胶系统，后来随着生产线速的不断提高，为了保证生产效率和质量的同
4、步提高，更换为上海FANUC机器人进行涂胶。近期由于公司将要推出新车型，现有的机器人涂胶系统不足以满足加入新车型后生产能力的要求，因此需要建立新的涂胶系统。该系统便是根据实际车型要求，在原有的涂胶系统设计的基础上进行改进设计，以满足新车型的需要并提高生产效率和制造质量。1.2 国内外研究现状近年来，我国的汽车工业发展迅速，各种款式的轿车层出不穷，这就迫切需要生产能尽可能地满足柔性化生产的要求。由于轿车风挡玻璃的质量直接影响汽车的使用、用户满意度和企业形象等诸多因素，因此，轿车风挡玻璃涂胶系统便显得十分重要。发达国家在轿车风挡玻璃的涂胶作业上, 均采用各种类型不同的自动化作业设备和生产线，而国内
5、生产中, 有些厂家还采用人工涂胶或自动化程度很低的涂胶设备，这与激烈的市场竞争和快速发展的科技水平很不相符，所以，采用自动涂胶系统在汽车生产中将是一种必然的趋势。1998年之前，国内汽车厂家的机器人涂胶系统均为随整条汽车生产线从国外引进。但随着国内生产线的技术改造要求，对风挡玻璃自动涂胶系统的需求也不断增加，1999年首钢莫托曼机器人有限公司研制开发了国内第一套机器人汽车风挡玻璃涂胶系统，并成功地应用于哈飞汽车制造有限公司，开创了国内自主机器人涂胶系统研制成功的先河。目前，国内自动涂胶系统的应用实例中，根据胶枪安装方式划分主要有两种。一种是玻璃定位后，以机器人握胶枪对玻璃进行涂胶的方式；另一种
6、是将胶枪固定，机器人抓持玻璃进行涂胶的方式。首钢莫托曼机器人有限公司研制的涂胶机器人采用的便是第一种方式，涂完胶后由传送带将玻璃送走，已在哈飞汽车、广州本田、昌河汽车、重庆长安等汽车制造厂得到广泛应用。采用第二种涂胶方式的机器人如上海FANUC的，已在上海通用、上海大众、一汽大众等汽车制造厂得到广泛应用。从近几年汽车风挡玻璃涂胶系统的发展来看，自动涂胶的趋势已不容质疑，并且不断向着更高精度、更高自动化水平的方向发展，向着更多使用国产系统的方向发展，从这也能看出我国的自动化制造水平与发达国家的差距正在逐渐缩小。上海通用东岳汽车有限公司采用的是第二种方式，将胶枪固定，机器人抓持玻璃进行涂胶。第二章
7、 涂胶系统简介2.1 系统组成该系统主要由控制系统、机器人、供胶系统、旋转台和翻转台等组成。控制系统主要由Logix5555、HMI、EtherNet及DeviceNet组成，完成数据的传递处理，控制整个系统；机器人负责从旋转台上抓取玻璃进行涂胶，涂完胶后将玻璃放到旋转台上，主要是利用了机器人能精确快速移动的特点；供胶系统主要负责供胶，根据控制信号实时改变胶量的大小；旋转台主要任务是放上玻璃后夹紧玻璃，根据玻璃形状和大小判断出玻璃类型后旋转，让待涂胶玻璃面向机器人，等待机器人抓取玻璃；翻转台主要是接收涂完胶的玻璃，然后翻转玻璃面向操作人员，等待人工取走玻璃。2.2 工作原理操作人员将预处理好的
8、风挡玻璃放到旋转台上，放好玻璃后按一下确认按钮，旋转台上的对中装置便将玻璃对中夹紧，夹紧之后通过玻璃的形状大小对玻璃进行识别，若识别不出，便重新夹紧识别，若再次识别不出便产生报警信号，一旦识别出玻璃型号，便将车型信息传送到主控制柜，主控器通过以太网将车型信息传给机器人，机器人按照传送过来的车型信息，选择相应需要执行的涂胶程序。在此期间，旋转台旋转180面向机器人，等待机器人抓取玻璃。机器人通过自带的6个真空吸盘，吸取玻璃。如果6个吸盘真空值达到，则将对中装置打开，机器人抓取玻璃，走到涂胶位置后对准涂胶枪头，并将涂胶设备枪阀打开，根据不同玻璃型号、大小，选择相应的程序，控制涂胶轨迹和胶量，进行涂
9、胶。涂胶完毕后将玻璃放到翻转台上，翻转台上的6个吸盘便吸住玻璃，同时机器人回到原点，然后翻转台翻转等待操作人员取玻璃。操作人员取完玻璃走出光栅区域后，翻转台翻转回原点，等待下一次玻璃的到来。然后，循环往复。2.3 DeviceNet2.3.1 DeviceNet简介DeviceNet是一种基于CAN（Controller Area Network）技术的开放型、符合全球工业标准的低成本、高性能的通信网络，1994年由美国Rockwell公司开发应用。DeviceNet使用生产者/消费者（Producer/Consumer）通信模式，允许网络上的所有节点同时存取同一源数据，网络通信效率更高；采用
10、多信道广播信息发送方式，各个消费者可在同一时间接收到生产者所发送的数据，网络利用率更高。DeviceNet每个网络最大节点数是64个，干线长度为100500m，可用的通讯波特率分别为125kbps、250kbps和500kbps三种。设备可由DeviceNet总线供电（最大总电流8A）或使用独立电源供电。 DeviceNet网络电缆传送网络通讯信号，并可以给网络设备供电。宽范围的应用导致规定了不同规格的电缆：粗电缆、细电缆和扁平电缆，以适用于各种工业环境。DeviceNet是一种低成本的通信连接，它将工业设备连接到网络，减少了配线和安装工业设备的时间和成本。直接互连性在改善设备间通讯的同时，提
11、供了相当重要的设备级诊断功能，可以通过主单元的指示灯和数码管对常见的设备故障给出提示。线路的故障和通信电源的故障，也可以由主单元自动地进行检测，并且会给出提示或报警，从而可以判断故障，进行及时处理，这是通过硬接线I/O接口难以实现的。另外，DeviceNet提供了多个复杂设备间的互连性及不同供货商的同类部件间的可互换性：来自不同的厂家设备，只要按照DeviceNet的标准，即可进行互换，使用户不必局限于同一个供货商的产品，给用户带来了更多的灵活性。2.3.2 DeviceNet在系统中的功能1)传输光栅信号，确保作业人员的安全。2)在旋转台/翻转台上，通过占位开关，感应玻璃放置与否。3)传递P
12、LC控制信号，控制阀导，令对中装置夹紧玻璃。4)在转台的对中装置上，传递10个玻璃识别开关的判断信号到PLC，通知PLC当前玻璃类型。图2.1 玻璃类型识别开关玻璃识别开关位于对中装置的两侧，每侧5个，根据不同玻璃的大小触发相应的开关，实现识别玻璃类型的作用。5)传输PLC控制信号，控制旋转台转向玻璃待取点。6)传输PLC控制信号，控制真空发生器对打开吸盘阀门，并监控吸盘真空度是否达到设定值。7)传输机器人的控制信号，控制涂胶枪头，实现对玻璃的涂胶。8)通过控制空气压盘，将玻璃胶输送到伺服控制器，机器人会根据不同的车型，将不同的涂胶量信号送到变频器，通过变频器控制伺服控制器，达到控制涂胶量大小
13、的目的。2.4 EtherNet2.4.1 EtherNet简介EtherNet即以太网，是应用最为广泛的局域网，包括标准以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）、千兆以太网（1000 Mbps）和10G以太网，它们都符合IEEE802.3系列标准规范。以太网主要有两种传输介质，那就是双绞线和同轴电缆。一般情况下，EtherNet用连线或电缆将计算机和外围设备连接起来，使它们之间可以相互通讯。用于网络的实际连线称为网络“媒介”。除物理媒介之外，所有EtherNet网络支持协议都提供复杂的数据传输和网络管理功能。本设计采用传输控制协议/网际协议（TCP/IP），用于网络内部或网际间的
14、通信。2.4.2 EtherNet在系统中的功能在该系统中，主控PLC Logix5555与HMI和机器人之间的连接是通过EtherNet实现的。凡是具有记忆性内存模块的设备(如HMI和机器人)，在进行通信连接时，要求使用EtherNet。这种类型的通讯连接是GM经过对设备通讯的安全级别和稳定性方面综合评估考虑后制定的，在全球各个GM的制造工厂均采用这种标准化的通讯方式，即所谓的GM北美标准。运用EtherNet的优点在于：增加系统功能，将系统控制细化，点面结合。HMI能够如实记录系统运行的情况，如故障记录，现场设备的运行状态，相邻设备的运行情况，以太网的链接情况以及暗灯系统的指令控制等。2.
15、5 供胶系统2.5.1 供胶系统的组成供胶系统主要由5部分组成：空气压盘、加热器、伺服控制器、伺服电机、中间继电器。2.5.2 供胶系统各部分的功能1）空气压盘：给胶桶加压，使胶从胶桶沿管路流出，为系统供胶。2）加热器：通过不同的加热器给玻璃胶进行加热，防止由于温度低而造成玻璃胶过于稠密，给涂胶带来困难。3）伺服控制器：通过控制伺服电机准确无误地控制出胶量。4）伺服电机：作为执行机构控制出胶量。5）中间继电器：通过中间继电器完成对伺服电机的控制，对机器人枪阀启动、停止的控制，对各项加热器的控制。中间继电器相当于控制的纽带，完成对各种元器件的控制。2.6 FANUC机器人 采用FANUC系统不仅
16、因为其高质量、高性能、全功能。还因为以下特点：1、 设计中大量采用模块化结构，易于拆装，控制板高度集成，可靠性大大提高，而且便于维修、更换。2、 具有很强的抵抗恶劣环境影响的能力。其工作环境温度为045，相对湿度为75。3、 有较完善的保护措施。FANUC对自身的系统采用比较好的保护电路。4、 FANUC系统所配置的系统软件具有比较齐全的基本功能和选项功能。5、 提供大量丰富的PMC信号和PMC功能指令，增加了编程的灵活性。6、 具有很强的DNC功能。系统提供串行RS232C传输接口，使通用计算机PC和机床之间的数据传输能方便。可靠地进行，从而实现高速的DNC操作。7、 提供丰富的维修报警和诊断功能。FANCE维修手册为用户提供了大量
