本文介紹了菲尼克斯電氣的無(wú)線(xiàn)藍牙模塊在上海大眾涂裝車(chē)間機械手上的應用，該模塊的使用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。

   上海大眾一廠(chǎng)油漆車(chē)間DVD機械手涂膠站由KUKA機械手和DVD膠水供應系統組成。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)頂內側粘貼防振紙板的工藝，該紙板可以達到消音降噪的作用。

   該工作站的機械手攜帶了一個(gè)抓取工具，用于抓取防振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)位置傳感器和電磁閥等裝置，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上。

   改造背景

   在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于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)身的工藝內容的過(guò)程中均要數次來(lái)回運動(dòng)，姿態(tài)轉換很大，每天的工作頻率很高。與此同時(shí)，安裝在機械手上的3根19芯的高柔性電纜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，工具上的各種信號無(wú)法準確與INTERBUS現場(chǎng)總線(xiàn)模塊通信，導致設備故障，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。該工位成了一個(gè)造成長(cháng)時(shí)間停機的高故障工位。

   在經(jīng)多方考證和資料分析后，我們認為使用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)是降低線(xiàn)纜接口故障的最好方法，認為菲尼克斯電氣的無(wú)線(xiàn)藍牙技術(shù)可以滿(mǎn)足需求，其在德國大眾、奔馳均有過(guò)成功應用。菲尼克斯電氣的無(wú)線(xiàn)MUX模塊，使用簡(jiǎn)單，無(wú)需做任何設定，甚至不用修改原PLC程序，可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)藍牙傳輸技術(shù)在室內100m距離之間實(shí)現點(diǎn)對點(diǎn)的數字和模擬信號的傳輸。

   方案設計

   我們經(jīng)過(guò)大量資料分析，發(fā)現一對無(wú)線(xiàn)MUX模塊可以實(shí)現16個(gè)數字信號和2個(gè)模擬信號的雙向傳輸，因而可以取代至少一根信號電纜。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，首先不會(huì )與附近的任何WLAN802.11.a/b/g網(wǎng)絡(luò )發(fā)生干擾，其次2.4G頻段遠離工廠(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，同時(shí)使用跳頻擴頻技術(shù)的藍牙通信協(xié)議保證了通信的實(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根電纜傳輸了輸入、輸出信號共48個(gè)，因而需要用2對無(wú)線(xiàn)MUX模塊進(jìn)行替代?？傮w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模塊的安裝與替換位置。

  方案一：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給電磁閥；另外一側無(wú)線(xiàn)模塊安裝在機械手底座的重載接線(xiàn)盒處（見(jiàn)圖1），這樣就取代了抓取工具到機械手底座之間的高柔性電纜。
  
                  
                                     圖1 機械手底座電纜的連接

   方案二：從位于機械手的抓取工具上的3根電纜連接口處，進(jìn)行接線(xiàn)替代，通過(guò)抓取工具上3個(gè)19針接口（見(jiàn)圖2），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模塊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械手底座的高柔性電纜，以及機械手底座連接到INTERBUS站之間的信號電纜。
  
                     
                                 圖2 工具上原電纜的連接

   我們對電氣圖紙和現場(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)，因為每個(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。最終我們決定采取方案二。

   準備工作

   首先，我們根據設計圖紙和線(xiàn)纜分布情況分析了線(xiàn)纜接口底座的接線(xiàn)原理（見(jiàn)圖3）。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)我們統計并測量了3根19芯電纜的各個(gè)線(xiàn)纜的信號連接情況（見(jiàn)圖4）。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，XS116連接了16個(gè)輸出信號。線(xiàn)纜信號測量分配完成后，我們對無(wú)線(xiàn)模塊的輸入輸出點(diǎn)也做了合理的分布（見(jiàn)圖5）。
    
                   
                            圖3   抓取工具上接線(xiàn)盒的接線(xiàn)分布圖
   
                  
                           圖4  3根19芯線(xiàn)纜的線(xiàn)束分布
   
                 
                      a）機械手抓取工具上無(wú)線(xiàn)模塊的I/O分布
  
          
                 b）INTERBUS模塊端無(wú)線(xiàn)MUX模塊的I/O分布  
                
                      圖5 無(wú)線(xiàn)模塊的輸入輸出點(diǎn)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。首先制作三根19芯的電纜插接頭（見(jiàn)圖6）。然后進(jìn)行機械手工具端的無(wú)線(xiàn)MUX模塊的安裝與接線(xiàn)（見(jiàn)圖7）、INTERBUS總線(xiàn)端的無(wú)線(xiàn)MUX模塊的安裝與接線(xiàn)（見(jiàn)圖8），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。
  
                
                          圖6 改造后的3根19芯電纜接線(xiàn)  
 

               
                                圖7 機械手端的無(wú)線(xiàn)模塊
  
               
                         圖8 新加裝的室內固定處無(wú)線(xiàn)MUX模塊

   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。

   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)。而且，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，省去了可能的線(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。

   目前該機械手無(wú)線(xiàn)改造（見(jiàn)圖9）已安全無(wú)故障運行2年多，通過(guò)此項目證明了這種無(wú)線(xiàn)通信方式方便可靠，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9 改造后的機械手