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动力总成车间里的压装机器人
原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-29 原文发表:2007-06-29 人气:7
本文章共2438字，分2页，当前第1页，快速翻页：
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在上海通用动力总厂里，两台COMAU机器人位于发动机缸盖线上的OP80工位处，用于压装导管和座圈。缸盖线布局为H型，左右两边均为复线，中间三台设备为单线。COMAU机器人正好是其中之一，是重中之重，处于瓶颈位置。
结构特点
COMAU机器人与传统意义上的串联机器人有所不同，属于串并联混合型机器人，或者称为球面3自由度并联机器人。它一共有6个自由度，上面3个自由度是简化的STEWART平台，这是一个3-TPR并联结构，用3根可以自由伸缩的支杆将上下两个平台联结而成。下面3个自由度由3个旋转轴串联而成，分别是小臂、腕部和手部，可以构成一个球面工作空间。这样，上下两个平面各三个自由度加在一起，整个机械手就可以在三维空间内作任意方向的移动，绕任何方向转动。
图：Comau 机器人控制系统的结构
COMAU机器人的这种特殊结构令人惊奇地综合了串并联机器人的所有优点。具体表现在以下四个方面：
首先，由于同时由3根杆支撑，与串联的悬臂梁相比刚度大了很多，而且结构稳定，承载能力高。
第二，单纯的串联式末端件上的误差是各个关节误差的积累和放大，误差大且精度低；而并联式不存在这样的积累和放大，误差小且精度高。
第三，在位置的求解上，串联机构正解容易，反解十分困难；而并联机构正解困难反解非常容易。由于机器人的在线实时计算要计算反解，并联机构的引入使之实现变得容易。
第四，单纯的并联机构活动空间不大，也没有串联机构灵活，但由于下平面三个串联轴的引入，使之工作空间得以扩大。因此，COMAU机器人特别适合完成高强度、高精度和复杂空间位置的任务，而导管和座圈的压装恰恰如此。
导管、座圈与缸盖孔是过盈配合，且压深行程长，为了达到规定深度，机器人终点瞬间压力需达到上千公斤。这几乎相当于直接冲撞，若没有并联机构的强刚度支撑，其后果是难以想象的。其次，位置误差大小也直接影响压力大小和压装质量，而精度高正是并联机构的优点之一。另外，V6发动机缸盖孔复杂的空间角在COMAU机器人球面三自由度构成的欧拉坐标系中变得异常简单。
由于COMAU机器人的引入使得多种类型工件的共线加工成为了可能，从而实现了生产柔性化。
控制系统
Comau 机器人控制系统的结构是现代工业控制结构的典型体现。如图所示，Comau 机器人控制系统由人机界面HMI、机器人控制器C3G901、可编程控制器PLC、远程输入输出模块FIELD CONTROL和压力位移监控系统SCIEMETRIC组成。
1、人机界面HMI
HMI用来监控工位操作、实现手动操作、实现压装工序旁路和故障诊断。它是由具有状态信息模板的6幅屏幕以及控制工位操作的操作按钮组成。其硬件是来自GE的基于PC平台的工控机，带有10.4in的液晶触摸屏，操作人员可以通过直接用手点击屏幕上的功能按钮进行操作，由此取代了传统的按钮密集型操作面板。
人机界面的编程采用了功能强大的GE CIMPLICITY，编程风格类似于VISUAL BASIC。图形对象、事件驱动、完整的图形库、成熟的报警系统、新颖的动画特效，使其界面编制变得简单而丰富。同时提供了各种接口协议，如ETHENET、RS232、GENIUS等，非常方便地实现了与PLC内部数据的映射。
本系统采用RS232协议实现了HMI与PLC之间的控制指令、动作执行状态、报警信息的传递。
2、可编程逻辑控制器PLC和远程I/O
PLC采用GE FANUC 9030系列CPU351，适用于高性能、大容量的复杂应用，采用梯形图和C语言进行编程。该控制器有两个故障表，用于监控和记录CPU及I/O的系统操作。它的主要功能是控制机器人的外围设备，如转台、润滑系统、液压系统、气动系统等。由于两台机器人布局比较大、控制距离较远，所以采用了远程I/O和本地I/O模块结合的方式。
远程I/O为FIELD CONTROL，也称为总线接口模块BIU，它与PLC机架上的一块PROFIBUS主模块构成了一个PROFIBUS主从通信链路。PROFIBUS协议是SIEMENS提出的用于工业现场实时通讯的接口规范，只要在主从模块定义好各自的映射区间，PLC可以通过PROFIBUS实时地获取各个执行动作的状态（输入）和及时发出控制指令（输出）。另一个PROFIBUS回路是建立在PLC和ROBOT之间，用于传送机器人的位置指令、实时状态和位置反馈，这些信息又通过RS232传送到HMI用于当前状态显示。
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