摘要：本文介紹了PHOENIX公司的無(wú)線(xiàn)藍牙模塊在上海大眾涂裝車(chē)間機器人上的實(shí)際應用。通過(guò)該模塊已省去了不定期的數據線(xiàn)的替換，減少了設備故障，提升了設備的開(kāi)動(dòng)率，同時(shí)也降低了維修工時(shí)及設備維護的備件消耗。

   關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)藍牙模塊；機器人

   1 DVD涂膠站介紹

   上海大眾一廠(chǎng)油漆車(chē)間DVD機械手涂膠站（圖1）是由KUKA機械手和DVD膠水供應系統所組成。該工位主要是對白車(chē)身油漆報交結束后即將進(jìn)入總裝的車(chē)身，進(jìn)行車(chē)頂內側粘貼防震紙板的工藝，該紙板可以達到消音降噪的作用。
        
                       
                                          圖1  DVD機械手涂膠站   
  
                        
                                    圖2   機器人臂上抓取工具  

   該工作站的機械手攜帶了一個(gè)抓取工具（圖2），用于抓取防震紙板并對其涂膠后送入車(chē)身內部，將其粘貼于車(chē)頂。該工具上安裝攜帶了數個(gè)位置傳感器、電磁閥等。這些位置信號、執行信號等均通過(guò)3根19芯的電纜連接到機械手底座上的重載接線(xiàn)盒，再從接線(xiàn)盒經(jīng)過(guò)地面線(xiàn)槽連接到INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)的輸入輸出控制模塊（圖3）。
    
                     
                          圖3  連接抓取工具信號的INTERBUS 站 
      
                    
                                 圖4  菲尼克斯電氣無(wú)線(xiàn)MUX模塊

   2 改造背景

    在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，機械手為了完成抓取、涂膠以及貼板的整個(gè)過(guò)程，在每完成一輛車(chē)身工藝內容的過(guò)程中均要數次的來(lái)回運動(dòng)，姿態(tài)轉換大，每天的工作頻率很高。與此同時(shí)，安裝在機器人臂上的3根19芯的高柔性電纜則跟隨機械手一起運動(dòng)。

    經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的振動(dòng)與扭曲，該3根高柔電纜的連接口就出現了不同程度的松動(dòng)。在生產(chǎn)過(guò)程中，時(shí)常因接口處連接不牢固，導致工具上的各種信號無(wú)法準確與INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)模塊通訊，因而使設備出現故障，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，該工位已經(jīng)成為一個(gè)經(jīng)常造成停機的高故障工位。

   通過(guò)調研，筆者認為使用無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)是降低線(xiàn)纜接口故障的最好辦法，而德國菲尼克斯電氣公司最新推出的無(wú)線(xiàn)藍牙技術(shù)可以滿(mǎn)足此項需求，且在德國大眾、奔馳有過(guò)成功應用，菲尼克斯電氣公司的無(wú)線(xiàn)藍牙MUX產(chǎn)品，使用簡(jiǎn)單，無(wú)須做任何設定，甚至不用修改原PLC程序。該產(chǎn)品可以使用無(wú)線(xiàn)藍牙傳輸技術(shù)在室內100米的距離之間實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)的數字和模擬信號的傳輸。

   3 方案設計

   經(jīng)過(guò)仔細閱讀菲尼克斯電氣無(wú)線(xiàn)MUX的技術(shù)資料，發(fā)現一對無(wú)線(xiàn)MUX可以實(shí)現16個(gè)數字信號和2個(gè)模擬信號的雙向傳輸，因而可以取代至少1根信號電纜。該模塊支持IEEE802.15.1藍牙標準的1.2版本，運行于國際認可的2.4G免費頻段，運行在該頻段，不僅不會(huì )與附近的任何WLAN802.11.a/b/g網(wǎng)絡(luò )發(fā)生干擾，而且2.4G頻段是遠離工廠(chǎng)自動(dòng)化中常用的變頻、弧焊等各種不同設備的工作頻段和諧波頻段，與此同時(shí)，使用跳頻擴頻技術(shù)的藍牙通訊協(xié)議保證了通訊的實(shí)時(shí)性，使系統抗干擾、穩定可靠。

    經(jīng)過(guò)對現場(chǎng)DVD機械手涂膠站連接到抓取工具上的3根19芯電纜的各種信號進(jìn)行分析研究，發(fā)現該3根電纜總共傳輸了輸入、輸出信號共計48個(gè)，因而需要用兩對無(wú)線(xiàn)MUX進(jìn)行替代。HHHH總體方案確定后，項目小組成員分析了現場(chǎng)的情況，并確定了無(wú)線(xiàn)MUX的安裝與替換位置。方案一是將現場(chǎng)所有輸入感應開(kāi)關(guān)的信號直接連接到無(wú)線(xiàn)模塊的各個(gè)輸入端，而無(wú)線(xiàn)模塊的輸出信號則直接傳輸電磁閥；另外一側無(wú)線(xiàn)模塊安裝在機械人底座的重載接線(xiàn)盒處（圖5），這樣就可以取代抓取工具到機械手底座之間的高柔性電纜。
    
                    
                                 圖5  機械人底座電纜的連接 
          
                   
                                 圖6  工具上原電纜的連接

    方案二，從位于機器人臂端的抓取工具上的3根電纜接口處進(jìn)行接線(xiàn)替代，通過(guò)在抓取工具上3個(gè)19針接口（圖6），做硬接線(xiàn)到過(guò)渡端子，再連接到無(wú)線(xiàn)模塊上。而無(wú)線(xiàn)MUX的另一側模塊則直接連接到現場(chǎng)INTERBUS模塊上，這樣就替換掉從機械手抓取工具到機器人底座的高柔性電纜，及機器人底座連接到INTERBUS站之間的信號電纜。

    對電氣圖紙和現場(chǎng)的電纜布線(xiàn)情況進(jìn)行分析，發(fā)現方案一將在抓取工具上增加許多連接線(xiàn)，因每個(gè)傳感器都需要供電電源，且在機械手底座處無(wú)另一側模塊的安裝位置。最終小組成員決定采取第二種方案。

    4 準備工作
          
                  
                         圖7  抓手工具上接線(xiàn)盒的接線(xiàn)分布圖 

    首先，小組成員根據設計圖紙和線(xiàn)纜分布情況分析了線(xiàn)纜接口底座的接線(xiàn)原理，如圖7所示。

   在該接線(xiàn)盒上，6號為電源負，19號為電源正，12號為接地，一個(gè)接線(xiàn)盒連接了16個(gè)信號端，而外部線(xiàn)纜連接為：6號接負，12號接電源正。
  
    接下來(lái)統計并測量了3根19芯電纜的各個(gè)線(xiàn)纜的信號連接情況，如圖8所示。
 
                   
                       圖8  三束19芯線(xiàn)纜的線(xiàn)束分布  

   XS112線(xiàn)纜連接了8個(gè)輸入輸出信號，XS114電纜連接了16個(gè)輸入信號，而XS116則連接了16個(gè)輸出信號。線(xiàn)纜信號測量分配完成后，對無(wú)線(xiàn)模塊的輸入輸出點(diǎn)也做了合理的分布，如圖9所示。
 
                   
                            圖9 機械手抓取工具上無(wú)線(xiàn)模塊的I/O分布

                      
                                  圖10 INTERBUS 模塊端無(wú)線(xiàn)MUX模塊的I/O分布

   數據信號的分布完成后，接下來(lái)將完成所有硬件方面的制作。首先制作3根19芯的電纜插接頭，如圖11所示。

   然后進(jìn)行機械手工具端的無(wú)線(xiàn)MUX的安裝與接線(xiàn)（圖12）、INTERBUS總線(xiàn)端的無(wú)線(xiàn)MUX的安裝與接線(xiàn)，方案設計完成和基本硬件安裝完成后，接下來(lái)就是現場(chǎng)的安裝及調試。

    5 現場(chǎng)安裝與測試

   經(jīng)過(guò)安排，小組成員在停產(chǎn)期間對DVD機械手涂膠站的現場(chǎng)進(jìn)行了改造，將無(wú)線(xiàn)MUX模塊替代了原來(lái)的3根19芯電纜，并將interbus端的輸入輸出端與無(wú)線(xiàn)模塊進(jìn)行了連接。

   兩端的無(wú)線(xiàn)模塊安裝完成后，經(jīng)過(guò)多次測試，各類(lèi)信號的傳輸完全正常。在機械手的整個(gè)運動(dòng)過(guò)程中，抓取工具上的3個(gè)19針的插件口不再存在受到電纜的扭曲而出現松動(dòng)的隱患。
 
                     
                             圖11 改造后的3根19芯電纜接線(xiàn)  

                      
                               圖12 機械手端的無(wú)線(xiàn)模塊

   6 結語(yǔ)

   改造前，該線(xiàn)纜接口經(jīng)常松動(dòng)，并且導致19針線(xiàn)纜接頭處部分線(xiàn)纜斷裂，嚴重影響生產(chǎn)。同時(shí)，維修人員更換該電纜的工作量非常大，需要進(jìn)行接頭的焊接、線(xiàn)纜穿管等工作。經(jīng)過(guò)這次改造，DVD機械手涂膠站因線(xiàn)纜松動(dòng)導致信號不正確的故障已經(jīng)完全消除，取消了可能的線(xiàn)纜更換工作量，各個(gè)信號的狀態(tài)清楚直觀(guān)，便于維修人員維修維護。

   目前該機器人無(wú)線(xiàn)改造安全無(wú)故障運行已超過(guò)2年，通過(guò)此項目證明了這種無(wú)線(xiàn)通訊方式很可靠，應用在機器人涂膠，搬運過(guò)程中可以充分發(fā)揮無(wú)線(xiàn)的優(yōu)勢，方案的性?xún)r(jià)比很高，為生產(chǎn)、維修部門(mén)降低了資金成本和時(shí)間成本。

   圖11 改造后的3根19芯電纜接線(xiàn)

   圖12 機械手端的無(wú)線(xiàn)模塊

   曹偉（1977-）

   男，本科，中級工程師，現就職于上海大眾汽車(chē)有限公司，主要研究方向為電氣自動(dòng)化、生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統、編程與通訊。   

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年十二期