基于工業機器人的智能螺栓擰緊系統設計

張建建

摘要：某新能源汽車零部件制造企業為了擴大生產規模，新建一條汽車副車架生產線，其中螺栓擰緊采用自動化擰緊技術，本文針對實際生產中位置分布不規則的螺栓擰緊的工作研制了一款基于柔性機器人的螺栓擰緊系統，本系統首先從系統總體方案入手對機器人的選型、擰緊機的選型等方面作了論述，接著對硬件結構做出了布局及規劃，最后將數據存儲及HMI畫面進行細致分析。該螺栓擰緊系統改變了傳統剛性螺栓擰緊模式，減少人為因素造成的失誤，提升了產品質量和工作效率，提升了汽車零部件市場競爭力，是汽車生產中螺栓擰緊不可缺少的設備。

關鍵詞：PLC;機器人;螺栓擰緊;集成

1、產品工藝分析

在某汽車零部件裝配線的副車架裝配工位，副車架與前輪罩通過螺紋連接，在整車裝配之前要求先對螺紋連接部分進行整車部位連接預連接，防止在后加工出現整體變形，此副車架需要有 5個螺栓進行裝配。工件組裝過程中螺栓的擰緊沒有次序，操作人員使用電動擰緊工具按照順序對位置分布不規則的螺栓依次擰緊裝配，為了保證螺栓擰緊的穩定性，擰緊控制采用初始扭矩和目標扭矩、目標角度，二次擰緊的扭矩控制法進行螺栓的擰緊。副車架的擰緊工藝參數如表 1.1 所示。

2、系統整體方案設計

副車架在前一個工序進行螺栓預裝配上料，進入副車架裝配工位后，首先人工進行機型的確認，然后根據機型確認采取的擰緊工藝參數，接著使用電動擰緊工具1-5個螺栓按照順序進行手動擰緊，每次擰緊都需要確認擰緊結果，擰緊完成后，手動操作進行下料，其工藝流程如圖 2.1 所示。

3、軌跡規劃的程序設計

通過操作工業機器人的示教器，調整工業機器人、扭矩扳手、輸送鏈之間的空間位置，使它們與工業機器人相對位置正確。制定ABB機器人程序控制流程圖，ABB機器人啟動后首先執行初始化程序，復位PLC交互的邏輯信號，然后回到原點位置等待。當接收到副車架即工件到位，扳手和換手位就緒信號后，執行螺栓擰緊程序，當螺栓擰緊失敗后，ABB機器人運行到待機位置執行擰緊螺栓NG程序，然后，重新執行螺栓擰緊程序，螺栓擰緊完成，運行程序結束，機器人回原點等待。

ABB工業機器人提供了軟件Robot Studio和Flex Pendant兩種方式，可以完成機器人程序的編寫。一般而言，利用Robot Studio軟件編寫ABB機器人程序顯得更為方便和高效。

4、PLC 與工業機器人的集成

ABB IRC5 控制器配備標準接口的 DSQC352 通訊模塊，與 PLC 實現 PROFIBUS-DP的數據交互。IRC5 控制器作為 PLC 的 DP 從站，PLC 作為 DP 主站，實現主從控制。工業機器人與 PLC 的連接示意如圖 4.4 所示。

工業機器人、RFID 識別、擰緊工具與 PLC 通過現場總線實現了系統的集成，如 4.5 圖所示。

結束語：

目前設計的螺釘擰緊工作站已經投入使用，與傳統手動螺釘擰緊方式相比，操作簡單，大幅度提高了生產效率和產品質量，降低了勞動強度取得了良好的經濟效益。本論文以用于位置分布不規則的螺栓擰緊的工業機器人為研究對象，以解決現場存在的實際問題為目標，在理論分析和工程應用結合的基礎上，研制了一種基于 PLC 的柔性機器人螺栓擰緊系統。

參考文獻：

【1】王瑩，淺談工業機器人在現代生產中的應用【J】.中國新技術新產品，2015，9：19;

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