工業(yè)機器人澆鑄控制系統的設計與應用

實(shí)線(xiàn)表示澆鑄系統使用熔爐1中的鋁液澆鑄活塞的運動(dòng)過(guò)程，虛線(xiàn)表示澆鑄系統使用熔爐2中的鋁液澆鑄活塞的運動(dòng)過(guò)程。以使用熔爐1為例，整個(gè)澆鑄動(dòng)作過(guò)程為：

（1）程序開(kāi)始。機器人運動(dòng)到并停在熔爐正上方，判斷是否有“允許舀信號”；
（2）如果有，判斷來(lái)自澆鑄機1（FM1）還是澆鑄機2（FM2），根據FM1和FM2安裝模具的型號，機器人末端容器進(jìn)入鋁液熔爐，直到固定在連桿上的金屬測頭測到“測頭接觸鋁液液面”信號，末端容器停止下降，然后舀取對應量的鋁液；如果沒(méi)有則繼續等待；
（3）舀取完成后機器人停在熔爐正上方，判斷是否有來(lái)自上一步中給出信號的同一澆鑄機的“允許澆鑄信號”；如果沒(méi)有則繼續等待；
（4）如果等待超過(guò)一定時(shí)間（由工藝參數和工作環(huán)境、鋁液的量等因素決定），則機器人將鋁液倒回熔爐，機器人運動(dòng)到廢料箱吹風(fēng)處，吹掉附著(zhù)在容器內外的氧化皮，回到熔爐上方，報警“等待超時(shí)”！
（5）如果在允許的時(shí)間內對應的澆鑄機給出“允許澆鑄信號”，則機器人對澆鑄機澆鑄（動(dòng)作b或d），澆鑄完成后機器人向澆鑄機給出澆鑄完成信號，機器人運動(dòng)到廢料箱吹風(fēng)處（動(dòng)作c或e），吹掉氧化皮，回到熔爐上方（動(dòng)作a），開(kāi)始下次循環(huán)。返回步驟（1）。
整個(gè)工作周期中，熔爐的使用可根據實(shí)際情況隨時(shí)切換，具體操作可以通過(guò)操作面板上的自定義按鍵來(lái)實(shí)現。針對不同的活塞模具，只需要通過(guò)改變舀取鋁液是機器人末端容器的傾斜角度控制鋁液的量，方法簡(jiǎn)單實(shí)用。
3.2 系統信號控制的實(shí)現
工業(yè)機器人澆鑄控制系統與整個(gè)澆鑄系統通過(guò)PLC控制程序來(lái)實(shí)現控制信號的交互[6]。主要控制信號如表1所示。

系統在PLC控制程序中通過(guò)信號交互，與外部澆鑄系統和輔助設備實(shí)現手動(dòng)、自動(dòng)、單段和增量等運行方式。報警、急停、故障和測頭等系統輸入信號的控制，可以由PLC控制程序的指令直接實(shí)現。以“金屬測頭接觸鋁液液面信號”為例，代碼如下：
…
if (bit(X[0],5))//測頭接觸到液面
{
…//末端容器停止
}
else
{
…//否則，末端容器繼續下降
}
…
系統輸出信號的控制和其他輔助功能，需要在機器人PLC控制程序中定義不同的M指令，并由機器人工作程序調用對應的M指令。本系統中定義的M指令及其功能如表2所示。

M指令的定義在PLC控制程序的exec_M( )子程序中。其中，M50指令執行過(guò)程中，PLC控制程序定時(shí)掃描輸入信號X1.0和X2.0，一旦澆鑄機給出“允許澆鑄信號”，通過(guò)改變PLC控制程序中的用戶(hù)自定義控制字*ch_user_in(0)的值，判斷澆鑄對象。指令mod_M_code(0)=-1通知系統該M指令處理完畢，機器人工作程序接著(zhù)執行下一條指令。
系統運行結果吻合3.1節中的整個(gè)澆鑄動(dòng)作過(guò)程。
4 應用實(shí)例
本文設計的工業(yè)機器人澆鑄控制系統已經(jīng)成功應用于東風(fēng)集團某廠(chǎng)的鋁制活塞澆鑄生產(chǎn)。系統整體調試完成后，系統整體運行穩定。人工澆鑄鋁制活塞，每人每班次（8 h）實(shí)際生產(chǎn)合格活塞數目為600個(gè)，使用本文設計的工業(yè)機器人進(jìn)行澆鑄，因為良好的工藝穩定性和雙澆鑄容器設計，每人每班次實(shí)際生產(chǎn)合格活塞數目可達1 000個(gè)以上，極大地提高了工作效率，提高鋁液使用率，大大減輕了工人的勞動(dòng)強度，取得了良好的效果。從投入實(shí)際生產(chǎn)使用開(kāi)始至發(fā)稿之日，系統已經(jīng)連續穩定運行10個(gè)月，完全滿(mǎn)足設計和生產(chǎn)需求。
按照軟硬件通用性和開(kāi)放性的原則，以系統控制單元為核心搭建了澆鑄機器人系統硬件結構，以控制核心層為關(guān)鍵建立了系統軟件結構。針對澆鑄機器人的特點(diǎn)和應用實(shí)例，給出了機器人運動(dòng)學(xué)算法，并以共享內存的方式進(jìn)行信號交互控制。投入使用后，系統運行穩定可靠，各項性能指標均符合實(shí)際需求，達到了預期目標，在機器人澆鑄生產(chǎn)中具有較高的實(shí)用價(jià)值。