直角坐标机器人在汽车发动机盖涂胶机上的应用
文章作者：上海众拓机器人技术有限公司杨树彬
参考资料：德国BAHR公司直角坐标机器人
关键词：直角坐标机器人、涂胶机、伺服运动、运动控制
随着机器人技术的发展，直角坐标机器人技术在各行各业中得到了广泛的应用。直角坐标机器人作为执行机构，具用控制方便，执行动作灵活，可以实现复杂的空间轨迹控制。上海众拓机器人技术有限公司在多年机器人技术应用、数控技术和产品研发基础上，依托德国BAHR公司直线定位系统性及机械手臂开发出了价比优良的系列数控涂胶机器人，广泛应用在汽车、家电等行业，是汽车等行业重要的加工装备。
典型机器人图片一
在汽车制造业领域，涂胶机器人有着广泛的应用和需求。随着汽车工业需求的不断发展，对汽车涂胶机器人也不断地提出新的要求。下面就是我们依据客户要求开发的一台在汽车发动机上涂胶的直角坐标机器人
要求：在汽车发动机盖上连续均布涂胶，
涂胶曲线为空间三维曲线。共有两条涂胶曲线，空间夹角为16度
每个曲线基本由直线和圆弧组成。如图1
涂胶速度为100mm/s，回原点速度为500mm/s
最小圆弧半径：5mm
涂胶精度：0.1mm
涂胶行程：600X400X100。
涂胶曲线图一
机器人组成：
该机器人由安装架、机器人定位系统、伺服驱动系统、供胶系统及涂胶枪、控制系统及电控配电系统、安全防护装置等组成。
机器人组装图二
1、机器人安装架
机器人安装架由铝型材搭建。上半部分用玻璃罩将核心部件罩住。使用铝型材安装架的好处是设计简单、美观、安装方便、运输成本低。该部分完全在国内设计制造，成本低。
2、机器人定位系统
机器人定位系统是整台设备的核心，为德国bahr公司产品，三坐标均为滚珠丝杠驱动，单坐标重复定位精度为0.025mm，最快直线运动速度：500mm/s。其中X坐标轴为两根长度为800mm，跨度为600mm的定位系统ELK40，由同步传输器保证两根定位系统运动的同步，由一台伺服电机驱动。Y轴选用ELK40和ELR40双定位系统，，将Z轴夹在中间，这种安装方式具有非常好的稳定性，两根定位系统由一台伺服电机驱动。Z轴选用ELK40双滑快全包围定位系统，牢固稳定，由一台带抱闸的伺服电机驱动。每个定位系统都为密封结构，灰尘和水不会进到定位系统内部接触滚珠丝杠。
3、伺服驱动系统
该涂胶机器人的选用日本松下伺服电机MHMA系列，每个运动轴配有一台伺服电机，其中垂直运动轴为带抱闸伺服电机。
4、供胶系统及涂胶胶枪
供胶系统是美国 Nordson的产品，以稳定的压力，将胶压送到自动涂胶枪的枪头。胶泵驱动气源的压力可调，经加压后胶的压力也可作适应性调整，通过选择适当孔径的涂胶咀达到最佳的控制效果，保证胶型的一致性。通过对出胶量和运行速度的调整，保证所涂胶形均匀一致，达到理想的涂胶效果。
涂胶枪为密封胶专用，具有倒吸胶功能。采用硅油杯对涂胶嘴进行浸入式防护，每次涂胶后涂胶嘴浸入硅油杯中。
5、控制系统及电控配电系统
控制系统由工控机、运动控制卡组成。该系统可预置多种工件的涂胶程序，更换品种时可在触摸屏上调用相应程序。
运动控制卡有丰富的函数库，可以任意设定运动特性，如加速曲线形状，空间曲线的插补运动，能过实现平滑的运动特性
6、安全防护装置
该机具有故障提示及报警功能，并且每次出现故障时都能准确的反映出故障具体位置，便于迅速排除故障，主要包括：机器人碰撞保护功能；工件安装到位检测；胶桶的缺胶报警；光幕安全保护。
涂胶机图片三
编程方法：
1、示教编程：
在发动机盖涂胶轨迹上，先描出数个特征点（如直线与直线的衔接点，直线与圆弧的连接点，圆弧与圆弧的联结点），然后手动操作机器手，使胶枪逐一对准特征点，确认并记忆这些点的坐标，控制系统自动将这些点联结成一条完整的平滑的曲线。示教编程方式克服了数控编程以涂胶轨迹数据输入，必须借助准确的零件图纸及事先计算出轨迹曲线节点的坐标，逐步输入的烦琐方式。采用示教编程方式后，仅需工件实物即可快捷方便地完成编程。适用于三维空间内任意曲线轨迹的涂胶和材料均匀涂布。机器人示教编程方式，使设备的操作更趋柔性化与智能化，可以随意调用和修改涂胶程序，缺点是针对高精密图胶不能完好的保证涂胶精度。
2、按图编程
按照绘好的机械图纸，将复杂的曲线分割成若干标准的直线、圆弧（圆椭圆等）、抛物线等，确保这些线单元能够用控制系统固有函数描述。用固有的函数按顺序描述这些线单元，使图纸描绘的曲线变为机器人的运动曲线。
影响涂胶效果的因数：
涂胶的效果与很多因素有关：机器手的重复精度、运动速度、机械刚性、轨迹的特性、胶的特性、供胶系统的特性、控制系统的特性等。所以在设计图胶机器人时，必须把所有的问题分析透彻，才有可能设计出好用的产品。