基于ABB-TRB1410的喷涂机器人应用

戴黄峰，郑 闯

（1.嘉兴技师学院，浙江 嘉兴 314000；2.沈阳职业技术学院汽车分院，辽宁 沈阳 110015）

随着世界科学技术生产力地不断发展，人类工业生产逐步从自动化向智能化生产过度，其中，工业机器人的应用成为引领这场“工业4.0”革命的关键。工业机器人在现阶段各国工业生产中，已经得到了较为广泛的应用，尤其在汽车生产行业中，汽车的装配、焊接、喷涂等环节都离不开工业机器人的参与。工业机器人具有稳定性强、精准度高、可持续工作、生产效率高等优点，适用于批量生产的行业中。相较于人类生产，工业机器人可以避免人类疲惫、粗心、情绪化等劣势。

1 系统组成

1.1 整体构成

喷涂工业机器人以ABB公司的TRB1410六自由度机器人为核心，配以对应的机器人控制器和示教器进行控制，以可兼容的自动喷枪为喷涂手段，以特定涂料罐存储油漆，以PLC及其外围元件控制整个喷涂系统的启停。根据工厂现场欲喷涂零件的实际尺寸和喷涂工作面，确定喷涂空间，建立良好的喷漆防护，同时要确定喷涂对象需要喷涂几种颜色和类型的喷漆，建立良好的喷涂作业工作台和物料运送、固定的平台。

1.2 涂料罐和自动喷枪

涂料罐的作用是储存喷涂的漆料，不同颜色油漆必须使用不同的涂料罐。涂料罐由进气口、出气口、涂料出口、压力调节阀、安全阀、泄气开关、搅拌杆及叶轮、风量调节阀构成，涂料采用气动形式输送至喷枪，故现场还需配置一台空气压缩机。其中搅拌杆和叶轮的作用是防止漆料在罐内凝固，在喷涂前和喷涂时要进行持续搅拌。

自动喷枪采用WRA-101-082P型，可以与ABBTRB1410机器人兼容。喷枪的作用是在机器人关节按照预定轨迹运行至喷漆部位时，持续并均匀对目标工件喷漆作业。如图1所示是涂料罐、自动喷枪及其附属器件的标准连接图。

1.3 PLC及外围元件

PLC即可编程逻辑控制器，本喷涂系统中选用西门子公司S7-200型号的PLC，并在外围配置一个启停控制器、门禁控制器。其中启停控制器包含一个启动按钮、一个停止按钮和一个急停按钮，放置在喷漆工作隔离区域外，以便工人操作；门禁控制器采用一个限位开关实现，安置在工作区域门处，当门未关闭或工作中门被开始时，立即向机器人控制器发出停止工作信号，停止机器人当前所有操作，以防止发生工作意外。

1.4 机器人控制器和示教器

机器人控制器选用ABB公司的IRC5控制器，该控制器为紧凑型控制器，用于对工业机器人的控制与操纵，具有输入输出接口，并与编程控制示教器相连，实现对工业机器人的编程、调试与运行控制等功能。其中，示教器所完成的功能是对机器人进行手动操纵、程序表写调试、参数配置和监控的手持设备，是目前所有种类工业机器人必备的设备之一。

ABB的示教器是触屏和摇杆操作，具有控制方便的特点。此外，示教器具有急停开关、数据备份用USB接口、使能器按钮、触摸屏专用笔和示教器复位按钮。

2 系统I/O分配

如下表所示为机器人控制器与PLC的I/O分配表。其中在机器人控制器的输入中，由PLC发出伺服开启或关闭的信号至机器人控制器，以此控制工业机器人六个伺服电机的使能与禁止，只有伺服使能后，才能实现后续对机器人的控制。控制机器人启动、暂停和喷涂以及主程序的系统，分别由PLC输出一个数字信号至机器人控制器内完成。

在机器人控制器输出中，当机器人开始运行和动作完成时，向PLC发出数字信号的指令。同时，机器人控制器使用6个输出口分别控制2个涂料罐、2个喷幅阀和2个送料阀。如表1所示。

表1 机器人控制器与PLC的I/O分配表

3 PLC程序设计

PLC程序采用西门子STEP-7软件编程，本系统中包含三部分程序，分别是机器人启动程序、机器人运行暂停程序和外部急停程序，分别如图2左、中、右所示。其中，机器人启动程序中，包含2秒的延迟，即按下启动按钮后，2秒后机器人启动运行。

4 机器人编程

机器人编程主要包含对机器人运行轨迹的控制和喷枪、储料罐的控制。其中，最核心的部分是机器人轨迹的程序编写。机器人运动轨迹即喷枪相对工件所走过的喷涂路径，在运行过程中对工件部位进行喷漆操作。本系统中机器人程序中包含主程序、喷枪控制程序和轨迹程序。主程序中主要功能是进行设备整体运行初始化，完成对PLC信号的判断、发出使能信号和检查各模块运行状态，待所有准备工作就绪后，运行喷涂程序。喷枪控制程序主要包含两点：雾化和上料。在准备喷涂前，首先要先控制喷枪做雾化处理，再进行漆料上料喷涂作业，其目的是使喷涂漆料更加均匀。

轨迹程序的编写方法是，先采用示教器通过手动操纵方式，使喷枪运行至各个喷涂关键点，每次操纵确定的位置点必须保证与工件的喷涂距离，并采用适当的轨迹移动方式，主要包含直交、关节、圆弧等。一般常用MoveL为直线运行、MoveJ为关节运行、MoveC为圆弧运行。根据不同的喷涂工件选取不同的轨迹路径，以达到喷涂全覆盖、喷漆均匀的目的。在编写程序时，每一条的运动指令中还要包含运行速度，一般在手动操纵对点时速度不宜过快，而在自动运行时，可以在保证喷漆稳定性的前提下提高运行速度百分比。程序编写后必须手动运行一次轨迹，方可自动运行。

采用示教器编程时，可以直接选取编程关键指令，如增加MoveJ指令时，直接在编程界面右侧点击MoveJ即可，随后在指令后选取位置点参数，随后通过手动示教至位置点后，替换当前位置信息即可将当前位置参数信息存入该点。

5 结束语

文章介绍了一款基于ABB-TRB1410六自由度工业机器人的自动喷涂机器人的应用实例，通过描述系统构成和PLC、机器人编程方法，为实际采用喷涂机器人完成喷漆工作提供参考。在今后，随着工业机器人不断发展和进步，越来越多的工业机器人将加入生产过程中，只有不断提升工业机器人应用水平，才能更好地服务我国“中国制造2025”的战略目标。