引言

由于衛生陶瓷如坐便器、 水箱和洗面器等坯體表面形狀復雜，所以內外表面施釉工藝與噴槍軌跡規劃也相應比較復雜。據調查，目前國內的衛生陶瓷行業仍普遍采用人工作業的方式進行噴釉，其生產率低下 ,質量難以保證。一些單位曾采用通用關節機器人，配套設計周邊設備構成機器人噴釉生產線由于其控制系統普遍采用工業控制機或單片機作為主控機，在高濕、 高溫的施釉工作環境中穩定性較差。此外，采用通用關節機器人一方面由于其工作空間的限制 ,噴涂內腔時存在著噴涂死角 ,需要在后續工序由人工補涂；另一方面，機器人與外部轉臺采用不同的系統控制 ,難以實現機器人與工件轉臺聯動 ,其控制過程仍然是模仿人工施釉動作。

綜合考慮上述問題，本文提出一種衛生陶瓷專用施釉機器人系統，即以 P LC CPU、 多軸運控模塊、 工業觸摸屏為核心構建機器人控制系統硬件平臺，可以實現機器人與工件轉臺聯動，保證系統具有很高的穩定性適應工作環境，并且具有較強的通用性和開放性，適應產品更新和網絡化管理。

機器人系統總體結構

施釉機器人工作站由噴涂機器人本體、 多工位轉臺、 工件轉臺、 機器人及生產線的控制系統、 輸供釉系統、 釉廚等部分組成 ,如圖 1所示。其中，控制系統包括系統管理單元、 運動控制單元、 外部伺服傳感單元、 電源管理單元等。多工位轉臺具有四個工位，包括上下件工位、 就緒工位、 噴涂工位和晾干工位。輸供釉系統由噴槍控制氣、 回流氣和輸釉回路組成。機器人本體結構，如圖 2所示。衛生潔具施釉的機器人具有六個自由度 ,其中機器人本體具有五個自由度，包括確定末端空間位置的三個自由度。兩個手腕轉動自由度，工件轉臺作為機器人的一個外部軸跟隨噴槍做變速轉動。采用正交結構的二自由度手腕，以提高內表面施釉作業空間內的靈活度，且簡化了通用機器人三自由度手腕傳動機構；電機和減速器安裝在上臂尾部，減小運動質量和慣性。

控制系統硬件結構

控制系統需求該控制系統用于控制上述五自由度施釉機器人和工件轉臺。工件經多工位轉臺傳送到工件轉臺，工件轉臺帶動工件旋轉，同時機器人攜帶噴槍對工件施釉。因而，工件轉臺作為機器人的一個外部軸與關節機器人構成聯動整體。交流伺服電機驅動機器人各關節作變速運動。各位置點的位置和速度數據事先經示教方式獲得，即由人手握示教盒進行示教操作，控制系統記錄各中間位置點的位置和速度，并存入內存。示教完畢后 ,操作員還可以根據實際情況進行示教調整。在自動噴涂過程中 ,機器人根據記憶下來的示教數據進行再現運動。

根據工藝流程，要求控制系統能夠存儲大量示教數據，通過程序可方便地訪問和修改這些數據，并將其顯示在觸摸屏上，還可以將這些數據存儲在計算機或存儲卡中，以實現數據保存或多機間共享。總的來說該控制系統應具備以下控制功能：

（1）位置、 速度正逆解計算：

（2）機器人關節伺服運動控制；

（3）施釉過程示教編程：

（4）示教再現；

（ 5）手動操作；

（6）噴釉過程順序控制；

（7）過程監控和緊急處理；

（8）記錄統計。控制系統硬件結構組成

由于施釉現場為高溫、 高濕環境，機器人控制系統穩定性是保證機器人正常運行的必要前提。三菱系列 P LC具有豐富的編程指令，軟件設計環境良好，編程靈活等特點，所以本文采用以三菱 Q系列、 多軸運控模塊、 工業觸摸屏為核心構建控制系統硬件平臺。其中， P LC CPU模塊負責系統管理、 工作空間軌跡規劃、 插補計算、 位置和速度正逆解計算、 邏輯控制及各單元間通訊等任務；運控模塊負責關節變量的插補和電機運動控制：觸摸屏為人機界面，用作數據的輸入輸出操作與顯示。控制系統硬件結構組成如圖 3所示。P LC以模塊式結構插接在基板單元 Q38上，包括電源模塊 Q61P—A2,高性能軸運動控制模塊 Q UN,伺服外部信號輸入模塊 Q LX,數字輸入模塊 QX 和數字輸出模塊 QY 。

工業觸摸屏 G OT SB 具備 8色清晰的熒幕顯示，可輕松操作和維護。前五臺伺服電機分別驅動施釉機器人本體的腰部、 下臂、 上臂和正交結構手腕，第六臺伺服電機驅動工件轉臺變速旋轉。

通訊連接工業觸摸屏和 P LC CPU之間通訊，選用匯流排連接模組 A9GT—BUSS,它是一種能夠節省電纜連接空間的通訊模組，連接直接、 快速、 方便，并支持高速顯示和微動快速回應，是通訊速度最快的一種連接方式。

圖 4　共享內存設置控制程序通過 USB接口傳輸到 P LC CPU模塊和運控模塊中，同時 P LC CPU還裝有存儲卡 （ SRAM卡以擴展其內部存儲器的容量。P LC CPU和運動 CPU之間共享其內存。共享內存設置如圖 4所示。

運控模塊與伺服放大器之間以及多部伺服放大器之間通訊選用 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訊協議，根據此通信協議，控制器與被控制端進行數據交換 ,以作為運動控制或取得相關伺服信息回到控制器本端。該通信根據固定時鐘進行數據交換及更新。采用程序運動控制技術 ,消除傳遞時間誤差 ,進而做到同步運動控制。

結束語

通過上述控制系統硬件組態，開發研制出的施釉機器人已應用于唐山惠達陶瓷 （集團 ）股份公司陶瓷生產的施釉現場，其運行效果良好。噴涂后的工件內外表面釉面厚度均勻 ,且不流淌，因此節省釉料。與人工噴涂相比，降低了操作人員的工作量，大大提高了生產效率，深受操作人員的歡迎。實踐證明，以 P LC CPU、運動控制模塊、 工業觸摸屏為核心構建控制系統硬件平臺，能夠保證系統穩定性，完全滿足生產需要。

參考文獻

共建輝，張振東 1機器人施釉生產線 PLC控制系統的設計

[ J ]1電工技術雜志， 2003 （2 ） : 30～蔣新松 1機器人與工業自動化

[M]石家莊：河北教育出版社. 點擊此處下載資料:衛生陶瓷施釉機器人控制系統

編輯:何世平