溫成卓，劉 紅，崔歡歡，劉 棟

(云南機電職業(yè)技術學院 機械工程學院，云南 昆明 650203)

膠接作為一種重要的連接方式，廣泛應用于產品的制造過程中。目前，國內仍然有大部分企業(yè)采用人工涂膠的方法，手工涂膠的質量受個人熟練程度限制，容易出現(xiàn)涂膠不均勻、不連續(xù)和浪費等現(xiàn)象，并且大部分膠易揮發(fā)出有毒氣體，對人體產生傷害。工業(yè)機器人技術作為一門自動化控制技術、計算機科學、信息與傳感技術、人機工程學、機械傳動技術等多學科交叉的高新技術，廣泛應用于信息化智能制造業(yè)中。六軸工業(yè)機器人在工作時間長、精度要求高、工作環(huán)境惡劣的噴涂領域中應用越來越廣泛[1-2]。采用現(xiàn)場示教點位的編程方法可以很好地完成單一平直的涂膠路徑軌跡規(guī)劃，但對于具有復雜曲線的涂膠路徑此種方法難以滿足要求，會出現(xiàn)示教點位過多、編程工作量大、生產效率低下、涂膠質量差的情況。采用工業(yè)機器人虛擬仿真技術可以自動識別涂膠幾何曲線，生成軌跡路徑并模擬涂膠過程，自動生成優(yōu)化后的加工程序，參照仿真結果進行現(xiàn)場加工可以提高涂膠質量和生產效率。

1 虛擬仿真環(huán)境搭建

應用三維軟件建立真實車門的三維模型并導入RobotStudio中，機器人采用IRB4600型號，建立膠槍模型導入并安裝到機器人末端法蘭盤。導入工作區(qū)圍欄和機器人控制器模型，完成仿真環(huán)境搭建如圖1所示。創(chuàng)建機器人系統(tǒng)，工業(yè)網絡設置選擇709-DeviceNet Master/Slave。通信方式選擇616-1PC interface[3-4]。

2 采用傳統(tǒng)的示教點位編程方式生成涂膠路徑

傳統(tǒng)的示教點位編程方式首先編制好運行程序，然后沿涂膠路徑選擇點位進行示教保存點位信息，在單側涂膠路徑中選擇5個點位(P10～P14)進行示教，生成的路徑軌跡如圖2所示。由于車門模型為曲面，采用此法生成的軌跡帶有明顯的折點，不能與曲面貼合。經試驗發(fā)現(xiàn)，此種方法會出現(xiàn)涂膠不均勻現(xiàn)象。若采用增加示教點數(shù)量的方式可以改善軌跡，但會增加編程工作量，影響生產效率。

3 虛擬仿真環(huán)境下采用自動路徑方法優(yōu)化涂膠軌跡

步驟一：設置坐標系。在設置選項中選擇工件坐標wobj0；選擇膠槍為新的工具坐標：tCutHead(見圖3)。在控制器選項中將新設置的工件、工具坐標同步到RAPID，完成這一步才可以在虛擬示教器中完成工件、工具坐標的切換。

步驟二：設置設備原點。打開虛擬示教器，選擇上一步設置的坐標。在程序編輯器中新建例行程序添加第一條指令：MoveAbsj PHOME,V1000,Fine,tCutHead.選定PHOME在“調試”中“查看值”修改PHOME點各軸的初始角度都為0度(見圖4)。

步驟三：自動生成涂膠軌跡。自動路徑功能可以識別幾何體邊緣并創(chuàng)建一條路徑或者曲線。在“基本”選項中，選擇“自動路徑”，在工件上選擇涂膠路徑所在的曲面作為參考面，然后依次選擇涂膠工件幾何體邊緣。為了使機器人涂膠軌跡更加平滑，可以選擇近似值參數(shù)為線性，將公差值設置小一點，可以使運動軌跡更加精確。為了使機器人運動軌跡更加貼近真實曲線，亦可設置近似值參數(shù)為常量，通過調整最小距離調整捕捉點的疏密程度，進而調整與真實曲線的接近程度。在“更多”選項中可以設置入刀出刀距離，最后點擊“創(chuàng)建”生成自動路徑(見圖5)。

步驟四：機器人位姿調節(jié)和路徑優(yōu)化。創(chuàng)建生成Path_10自動路徑后，會發(fā)現(xiàn)很多運動指令機器人是不可到達的(見圖6)，需要進一步調整機器人位姿優(yōu)化軌跡路徑。首先右擊問題指令，打開“修改指令”中的“參數(shù)配置”窗口，查看各個軸參數(shù)配置的6個軸的度數(shù)，選擇各軸最為接近0°的配置參數(shù)，使機器人以最為舒適的姿態(tài)達到目標點(見圖7)。當路徑中的某些點仍然不能以正確的姿態(tài)到達時，可以選定該點“查看機器人目標”，選定膠槍后在“基本”選項卡中選擇Freehand的“手動重定位”功能，手動拖拽調整機器人位姿[5-7](見圖8)，調整到合適位姿后，右擊該條指令選擇“修改位置”即可。

在右側“工件坐標&目標點”目標樹中，選定所有未修改位姿的目標點，右擊選擇“修改目標”→“對準目標點方向”，選擇剛修改優(yōu)化的目標點，即可完成全部點位姿的修改和優(yōu)化(見圖9)。

步驟五：指令參數(shù)設置和創(chuàng)建涂膠程序。對機器人運動過程分析，可將涂膠過程定義為工作進程，為了保障涂膠質量，工作進程的運動速度不宜過快，轉彎半徑不能定義為fine模式，否則機器人運動過程中會出現(xiàn)抖動現(xiàn)象。機器人的非工作進程一般為空行程，為了提高加工效率，將非工作進程的運動速度設置高一點，具有位置精度要求的點，如出刀入刀點，將轉彎半徑設置為fine。分別選定工作進程指令和非工作進程指令右擊選擇“編輯指令”進行參數(shù)設置(見圖10)。完成運動指令參數(shù)編輯后，在控制器選項中將Path_10路徑同步到RAPID中，打開示教器的程序編輯器可以看到生成的涂膠軌跡程序，部分程序如圖11所示。

步驟六：碰撞檢測和仿真驗證。在仿真選項中提供了碰撞檢測功能，通過設置工件與工具間最小安全值，可以創(chuàng)建碰撞檢測，當運行過程中出現(xiàn)碰撞或者安全距離小于安全值時，系統(tǒng)會發(fā)出警示。在仿真選項中點擊播放可以查看機器人涂膠的全仿真過程，查看機器人運行過程是否順暢，運行過程位姿是否正確以及是否出現(xiàn)碰撞報警現(xiàn)象[8-10]。如出現(xiàn)問題，可以及時修改指令和調整機器人位姿，重新規(guī)劃優(yōu)化軌跡。經優(yōu)化過的仿真結果如圖12所示，可以看出，仿真涂膠軌跡與幾何體曲面貼合完好，涂膠軌跡明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的示教點位編程方式生成的軌跡。

步驟七：真實環(huán)境機器人涂膠運行。將仿真環(huán)境的車門托架的工件坐標與真實環(huán)境的工件坐標同步設置，注意可以通過調整Z軸的偏差調整涂膠的厚度。將仿真環(huán)境與真實機器人涂膠工具的TCP進行同步設置。用U盤將RobotStudio軟件中的程序導入機器人中進行運行驗證，運行結果較好。

4 結語

將工業(yè)機器人應用在涂膠領域，可以有效減少人工涂膠產生的涂膠質量不高問題，避免涂膠過程有害氣體對人體的傷害。對比傳統(tǒng)的示教點位編程方法生成的涂膠軌跡存在折點明顯、不能與曲面貼合、涂膠質量不高等問題。本文提出了使用RobotStudio在仿真環(huán)境中通過“自動路徑”功能優(yōu)化涂膠軌跡的方法，并詳細描述了7個操作步驟，解決了如何調整和優(yōu)化點位位姿、軸參數(shù)配置方法、碰撞監(jiān)測軌跡運行仿真等問題。對比涂膠軌跡效果(圖2和圖12)可以得出，采用“自動路徑”優(yōu)化涂膠軌跡的方法可以有效提高涂膠質量和生產效率。除涂膠領域，此種方法可在打磨、焊接等具有復雜曲面的機器人路徑規(guī)劃領域進行推廣和應用。