基于ABB机器人工作站涂胶工艺实现方法研究

嵇朋朋 周刘喜 陈育中 郑志天

（1.江苏联合职业技术学院南京分院电气工程系，江苏 南京 210019;2.淮安三新供电服务有限公司涟水分公司，江苏 淮安 223400）

随着“工业 4.0”项目的提出，工业机器人不断应用于各行各业[1-4]。文献针对塑料产品由于涂胶不均匀导致成品粘合不牢固、不平整的质量问题，提出了优化涂胶机器人控制系统[5]。 文献[6]不仅介绍了涂胶机器人的发展过程、现状，还论述了计算机仿真、机器人涂胶工艺、胶线质量控制等技术，并从多角度探讨了涂胶机器人的发展趋势。文献[7]介绍了职业院校技能大赛对工业机器人技术发展的影响，并从此角度探讨大赛与学校、大赛与学生、大赛与教学之间的关系。

本文旨在探索涂胶工艺实现方法，促进ABB机器人现场编程、系统调试以及设备维护等岗位技能型人才的培养，切实解决工业机器人专业复合型技能人才严重短缺的问题。本文主要研究了涂胶工艺的实现方法，即普通功能涂胶工艺实现法、选择功能涂胶工艺实现法、复杂功能涂胶工艺实现法。具体实现方法是，ABB机器人控制器、S7-200 SmartPLC、威纶触摸屏之间的相互连接，威纶触摸屏通过组态软件设置虚拟按键并给S7-200 SmartPLC发送命令，S7-200 S m a r t P L C接收到命令后通过输出地址Q12.0~Q12.3，传递数据到ABB机器人控制器G_DI。如表1所示, ABB机器人控制器、S7-200 SmartPLC、威纶触摸屏是通过I/O实现互相通讯、传递数据和控制动作等功能。如表2所示，ABB机器人控制器G_DO自S7-200 Smart PLC输入地址I1.0~I1.3, 发送指令, 实现组数据输出。

输出地址表输出

输入地址表输入

1. 涂胶工艺实现方法研究

1.1 普通功能涂胶工艺

普通功能涂胶工艺是在简单的涂胶工艺基础上加入触摸屏界面，从而实现触摸屏控制涂胶工艺的运行。普通功能涂胶工艺是通过预先示教，ABB机器人末端自动安装涂胶工具，并利用已安装的涂胶工具，根据设定的涂胶轨迹进行涂胶。

普通功能涂胶工艺具备暂停和继续功能，即按下触摸屏暂停按钮，机器人暂停当前涂胶任务，直到按下继续按钮，机器人继续完成涂胶任务。另外，执行涂胶任务过程中，可以通过触摸屏上的按钮实时调速（低速、中速、高速三档）。普通功能涂胶工艺实现方法需经历在线示教、离线编程、触摸屏、PLC编程等操作过程。首先，在线示教记录机器人工作站中涂胶台、机器人、涂胶工具位置。随后，在离线软件中编辑涂胶轨迹，并生成离线程序。最后，在触摸屏软件中设置触摸屏界面，在PLC软件中编写相应的PLC程序。通过程序编辑，完善普通涂胶工艺功能，并在ABB工作站上调试运行。在触摸屏软件中，“暂停”和“继续”对应的PLC地址分别为 M10.0 和M10.1。在触摸屏软件中，慢速、中速、快速对应的PLC地址分别为 M10.2 、M10.3、M10.4。触摸屏界面通过PLC与机器人进行通讯，在普通功能涂胶工艺中，PLC只需将触摸屏中对应的地址信号传送给机器人相应的输入信号，并通过程序编辑，实现对涂胶工艺的暂停、继续及调速等操作。

普通功能涂胶工艺实现涉及不同的任务操作，如图1、图2所示，分别是普通功能涂胶工艺程序编辑流程、普通功能涂胶工艺动作流程。

图1 普通功能涂胶工艺程序编辑流程

图2 普通功能涂胶工艺动作流程

1.2 选择功能涂胶工艺

选择功能涂胶工艺与普通功能涂胶工艺流程类似，其在普通功能涂胶工艺基础上加入涂胶轨迹选择功能，即通过触摸屏界面选择并执行涂胶轨迹。涂胶工艺选择功能实现主要是提供多条涂胶轨迹，以供使用中选择。选择的轨迹中可以是单条轨迹、多条轨迹、带计时或中断轨迹等。与普通功能涂胶工艺一样，选择功能涂胶工艺也需要机器人控制器、触摸屏、PLC三者之间通讯。

在整个操作过程中，首先通过触摸屏选择并确定涂胶轨迹，随即PLC程序向工业机器人控制器发送指令(触摸屏中第一、二、三条轨迹，分别对应PLC中地址为C1、C2、C3)，工业机器人开始执行选定的涂胶轨迹，直至任务流程结束。

选择功能涂胶工艺界面是在普通功能的基础上加入轨迹选择功能，需选择三条涂胶轨迹并执行，选择功能涂胶工艺动作流程如图3所示。给出了四条不同形状的涂胶轨迹，可在触摸屏界面选择。选择功能涂胶工艺PLC程序设置，通过判断计数器C9的数值，确定当前选择的是第几条涂胶轨迹。如是第一条轨迹，通过Q12.0~Q12.3组输出，将C1的数值转换成二进制输出，可输出0~15等16个状态。工业机器人控制器通过判断G_DI (组数据输入)的数值来确定第一条涂胶轨迹选择的是几号轨迹路径。

选择功能涂胶工艺程序编辑流程与普通功能涂胶工艺的类似，不再赘述。

图3 选择功能涂胶工艺动作流程

1.3 复杂功能涂胶工艺

复杂功能涂胶工艺触摸屏界面提供A、B、D三条轨迹路径，并分别可以选择轨迹方向、速度、起始点、终止点等功能。复杂功能涂胶工艺中的工业机器人程序编辑以及PLC程序与选择功能涂胶工艺的基本一致，不再赘述，触摸屏界面、PLC地址设置略有不同。

在触摸屏软件中, “暂停”和“继续” 功能键对应PLC中地址为 M10.0 和 M10.1。在触摸屏软件工具栏中，选择“项目选单”创建A轨迹涂胶方向、停留点选单, PLC中相应地址为 C1、C2。B轨迹调速选单,B4-B3、B3-B2、B2-B1段轨迹，PLC中相应地址分别为C3、C4、C5。D轨迹起始点、终止点，PLC中地址为分别为C6、C7。图4为复杂功能涂胶工艺动作流程图。复杂功能涂胶工艺程序编辑流程与普通功能涂胶工艺的类似，不再赘述。

图4 复杂功能涂胶工艺动作流程

1.4 涂胶工艺方法比较

表3 涂胶工艺实现方法比较

不同的涂胶工艺实现方法可以满足不同需求的涂胶工艺要求，完成这些工作都需要具备工业机器人基础编程、触摸屏、PLC等基础知识。三种实现方法均需实现工业机器人控制器、触摸屏、PLC三者之间通讯。三种涂胶工艺实现方法的比较见表3。

普通功能涂胶工艺是三种实现方法中最简单的实现方法，其离线编程、触摸屏、PLC、工业机器人编程工作量均最小，在各类程序编写完成之后，只需稍加修改即可在ABB工作站调试运行。普通功能涂胶工艺能够实现功能较为单一的涂胶轨迹任务，灵活性相对较差。

选择功能涂胶工艺是在普通功能涂胶工艺的基础上，加入涂胶轨迹选择功能，与普通功能涂胶工艺相比，其离线编程、触摸屏、PLC程序工作量都相应增加，程序编写工作量较大，难度系数大，但其涂胶轨迹选择的灵活性好，涂胶轨迹选择多样化。

复杂功能涂胶工艺包含上述两种功能的操作任务，其离线编程、触摸屏、PLC程序工作量都大大增加，程序编写工作量大，难度系数大，调试复杂，但具备功能灵活、多样化，随机性、适应性强等优点。

2. 结语

通过研究普通功能涂胶工艺实现法、选择功能涂胶工艺实现法、复杂功能涂胶工艺实现法，并对它们进行比较发现，复杂功能涂胶工艺实现法性能更加鲁棒，适应性更强，但工作量也最大。选择功能涂胶工艺尽管工作量较大，但其灵活性、鲁棒性、适应性都很强，而且选择功能多样化。通过对涂胶工艺实现方法的研究，提高了技能训练的效率，为培养高技术、高技能的复合型工业机器人专业人才提供技术保障。