汽車(chē)制造中機(jī)器人藍(lán)牙通信技術(shù)的運(yùn)用分析

韓智斌 金倚天

重慶金甌科技發(fā)展有限責(zé)任公司 重慶 400039

引言

當(dāng)前我國(guó)人口紅利正在逐漸消失，制造領(lǐng)域人工成本劇增，這對(duì)于汽車(chē)制造業(yè)來(lái)說(shuō)造價(jià)管理工作影響空前，為了壓縮人力成本，提高企業(yè)利潤(rùn)空間，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)是必然，加上信息技術(shù)的發(fā)展，利用機(jī)器人替代傳統(tǒng)的人工制造是關(guān)鍵，也是高強(qiáng)度加工作業(yè)模式轉(zhuǎn)換的根本途徑和措施[1]。由于機(jī)器人的大范圍使用，加上機(jī)器人操作過(guò)程和作業(yè)流程的復(fù)雜化，使得原有的工作車(chē)間布局不能夠適應(yīng)大量繁重工作的運(yùn)行和管理。如果對(duì)整個(gè)車(chē)間進(jìn)行空間化改造，則會(huì)對(duì)企業(yè)的正常運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生較大的影響，若在車(chē)間內(nèi)加裝機(jī)器人，則會(huì)對(duì)總線控制系統(tǒng)造成干擾，例如出現(xiàn)走線困難，控制線路混亂等現(xiàn)象發(fā)生，對(duì)于車(chē)間秩序的影響較為嚴(yán)重，檢修的難度和檢修精確度影響也較大，而且總線控制體系會(huì)出現(xiàn)失效的現(xiàn)象。鑒于此，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究人員，積極開(kāi)展無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究，利用藍(lán)牙技術(shù)，構(gòu)建了機(jī)器人控制管理系統(tǒng)，促進(jìn)工業(yè)機(jī)器人在汽車(chē)制造業(yè)中的廣泛應(yīng)用。

1 機(jī)器人藍(lán)牙通信技術(shù)

當(dāng)前，在汽車(chē)制造大環(huán)境的影響下，先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，主要涉及機(jī)器人、藍(lán)牙通信技術(shù)等。機(jī)器人藍(lán)牙通信技術(shù)優(yōu)勢(shì)是能夠支持自動(dòng)操控、藍(lán)牙通訊操控及自動(dòng)編程控制等，此款機(jī)器人藍(lán)牙通信技術(shù)的應(yīng)用，還可在汽車(chē)通信及維修等領(lǐng)域中進(jìn)行推廣，例如汽車(chē)機(jī)械關(guān)節(jié)的機(jī)械臂，具有機(jī)械度高、可按照指令操控，通過(guò)機(jī)器人自身的靈活控制能力，完成汽車(chē)制造，以滿足汽車(chē)制造過(guò)程中自動(dòng)化技術(shù)的要求[2]。

其次，在低能耗、短距離條件下，可采取藍(lán)牙通信載體技術(shù)，由于兩者之間無(wú)須線纜，可節(jié)約成本，降低能耗，并能夠?qū)崿F(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)的穩(wěn)定性和可靠性。至今，藍(lán)牙技術(shù)廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造領(lǐng)域中，通信范圍也不斷擴(kuò)大，距離可擴(kuò)大到200m，并且數(shù)據(jù)包的遺失或者產(chǎn)生丟包現(xiàn)象較少，并且能夠較強(qiáng)的實(shí)現(xiàn)抗干擾[3-4]。此外，藍(lán)牙通信管理技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，使得通信模塊系統(tǒng)的重量?jī)H僅為0.7g，功耗為1mW。

2 基于汽車(chē)制造的機(jī)器人藍(lán)牙通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)硬件

藍(lán)牙內(nèi)嵌模塊體系中，需要植入芯片，其中此芯片主要包含有無(wú)線設(shè)備、處理器即基帶電路系統(tǒng)，并能夠有效運(yùn)用CMOS處理工藝，將其尺寸設(shè)計(jì)為0.35um。此時(shí)，外部FlashROM包含藍(lán)牙協(xié)議，為了能夠獲取高效的兼容化數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信管理信息得到廣泛應(yīng)用，要提高主板的設(shè)計(jì)質(zhì)量，最大限度減少汽車(chē)制造業(yè)作業(yè)成本。

藍(lán)牙嵌入式模塊組件中，主要涉及串口所接收到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并要求其能夠符合和滿足藍(lán)牙協(xié)議運(yùn)行管理需求，并按照既定的設(shè)計(jì)思路，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡渌乃{(lán)牙設(shè)備等，組建形成串口結(jié)構(gòu)，并傳遞到相應(yīng)的設(shè)備系統(tǒng)中[5]。對(duì)于藍(lán)牙嵌入式模塊系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其可通過(guò)串口線與電腦進(jìn)行連接，不僅能夠有效的規(guī)定和設(shè)置波特率、加密密碼及綁定藍(lán)牙等參數(shù)，同時(shí)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，還可與電路進(jìn)行有效的連接，實(shí)現(xiàn)模塊開(kāi)機(jī)系統(tǒng)與設(shè)備的自動(dòng)連接，確定串口操作藍(lán)牙系統(tǒng)嵌入式的模塊中。

在藍(lán)牙嵌入式模塊系統(tǒng)中，外圍電源系統(tǒng)主要包含有TXD和RXD引腳，其中對(duì)應(yīng)的串行數(shù)據(jù)是參數(shù)輸入和輸出的主要途徑，并且藍(lán)牙嵌入模塊中的RTS及CTS引腳可發(fā)送請(qǐng)求及消除發(fā)送引腳等，因此具體的操作過(guò)程中不涉及流量的控制，基于此，RTS和CTS可接入到1K電阻，因此為自握手管理模式。

2.2 系統(tǒng)軟件

機(jī)器人藍(lán)牙通信系統(tǒng)中的軟件涉及連接、數(shù)據(jù)信息傳輸、接收等，其中藍(lán)牙主機(jī)、藍(lán)牙模塊系統(tǒng)中，主要涉及的交互作用包含有HCL分組，并包含有相關(guān)的指令信息、指令分組及管理等，通過(guò)建立復(fù)位管理信息，優(yōu)化查詢管理模式，建立數(shù)據(jù)發(fā)送信息等，需要技術(shù)人員進(jìn)行充分的理解和控制，這樣才能夠保證藍(lán)牙通信系統(tǒng)和通信模塊的管理模式化，簡(jiǎn)化機(jī)器人通訊數(shù)據(jù)的開(kāi)發(fā)作用和簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)流程等[6]。技術(shù)人員可對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)進(jìn)行幀格式的完善，并基于數(shù)據(jù)包信息，最大限度地提升藍(lán)牙模塊系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的透明度，并提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)男屎蛡鬏敼δ艿龋@樣能夠優(yōu)化串口結(jié)構(gòu)與機(jī)器人之間的雙向數(shù)據(jù)的收發(fā)功能實(shí)現(xiàn)。

3 汽車(chē)制造中機(jī)器人藍(lán)牙通信技術(shù)的運(yùn)用

3.1 機(jī)器人控制模式

在汽車(chē)企業(yè)的制造過(guò)程中，為保證焊接效率，由于焊接要求較多，選取使用電焊機(jī)器人系統(tǒng)，其中點(diǎn)焊機(jī)器人的通訊管理系統(tǒng)中，主要包含有現(xiàn)代化的工業(yè)總線光纖通信功能，其中在機(jī)器人的具體操控過(guò)程中，應(yīng)基于多套工具進(jìn)行反復(fù)使用，這樣能夠保證光纖的接口處能夠減少磨損，提高通信系統(tǒng)的使用穩(wěn)定性[7]。為了解決存在的相關(guān)問(wèn)題，可使用藍(lán)牙通信技術(shù)，不斷的優(yōu)化機(jī)器人控制管理模式，例如使用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，如機(jī)器人、無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)控制器或者藍(lán)牙適配器設(shè)備等，通過(guò)這些裝置的協(xié)同工作，提高了機(jī)器人的控制效果。

3.2 藍(lán)牙無(wú)線傳感器

中國(guó)汽車(chē)制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，是各類(lèi)先進(jìn)裝備和技術(shù)的前沿試驗(yàn)基地。制造企業(yè)越來(lái)越意識(shí)到機(jī)器人制造加工在生產(chǎn)效率、成本和效益方面的巨大優(yōu)勢(shì)。它不僅可以降低人工成本，顯著提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，也很好地契合了當(dāng)前個(gè)性化定制和柔性生產(chǎn)的發(fā)展方向[8]。基于此，企業(yè)應(yīng)依據(jù)自身生產(chǎn)需求，結(jié)合市場(chǎng)供應(yīng)需求等，引進(jìn)機(jī)器人設(shè)備及系統(tǒng)等，搶占戰(zhàn)略制高點(diǎn)，并能夠?yàn)楹笃谄?chē)制造業(yè)的發(fā)展提供先進(jìn)的技術(shù)保障。在汽車(chē)制造行業(yè)，應(yīng)用最廣泛的是焊接機(jī)器人。

上汽大眾汽車(chē)有限公司汽車(chē)車(chē)身制造車(chē)間中，可大量使用電焊機(jī)器人控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)焊接技術(shù)和焊接工藝的優(yōu)化。點(diǎn)焊機(jī)器人原有的通訊方式是基于現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)總線的有線鳳凰光纖通信。機(jī)器人在工作過(guò)程中需要頻繁地在兩套工具之間切換，導(dǎo)致通信光纖接口磨損，通信不穩(wěn)定。為了獲得穩(wěn)定的通信，機(jī)器人的控制方式通過(guò)使用無(wú)線藍(lán)牙技術(shù)優(yōu)化改進(jìn)，其中從網(wǎng)絡(luò)配置的角度進(jìn)行分析，無(wú)線藍(lán)牙傳感器系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖1所示。

圖1 藍(lán)牙傳感系統(tǒng)實(shí)物圖

其中，藍(lán)牙無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的主要組成部分中，含有機(jī)器人傳感單元系統(tǒng)、信號(hào)調(diào)節(jié)管理系統(tǒng)、微型控制器管理系統(tǒng)及藍(lán)牙模塊處理系統(tǒng)等，其中藍(lán)牙模塊主要采取的是藍(lán)牙通信模塊，且其型號(hào)及相關(guān)的規(guī)格參數(shù)主要見(jiàn)下表1。

表1 FLMBTBS3藍(lán)牙模塊規(guī)格參數(shù)

另外，藍(lán)牙傳感器主要作為Ad-ho工作，藍(lán)牙傳感器與其技術(shù)相互結(jié)合，不僅取代了傳統(tǒng)的線纜連接模式，同時(shí)也創(chuàng)新汽車(chē)生產(chǎn)過(guò)程中的焊接機(jī)器人控制及數(shù)據(jù)通信管理體系，但是由于藍(lán)牙通信技術(shù)具備小型化、組網(wǎng)形式靈活性高、成本優(yōu)化等特征，因此在藍(lán)牙通信技術(shù)控制的過(guò)程中，能夠更加高效的實(shí)現(xiàn)汽車(chē)制造安裝管理，并能夠優(yōu)化改造升級(jí)，真正從效率的角度提升汽車(chē)制造業(yè)的生產(chǎn)效率。無(wú)線藍(lán)牙通信技術(shù)具有成本低、小型化、組網(wǎng)靈活、易于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。因此，基于無(wú)線藍(lán)牙技術(shù)的機(jī)器人制造技術(shù)易于在制造車(chē)間安裝機(jī)器人，改進(jìn)和升級(jí)制造工藝。

3.3 機(jī)器人藍(lán)牙通信各項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用

藍(lán)牙通信技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)制造行業(yè)領(lǐng)域中，首先需要解決和設(shè)計(jì)的便是編程技術(shù)。在機(jī)器人在參與汽車(chē)制造生產(chǎn)的過(guò)程中，由于會(huì)受到環(huán)境的影響，自動(dòng)系統(tǒng)的編程程序的控制與應(yīng)用就顯得尤為關(guān)鍵。例如，汽車(chē)制造生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，機(jī)器人在特定的環(huán)境和程序控制狀態(tài)下，能夠按照需求及時(shí)全面的調(diào)控[9-10]。尤其是針對(duì)小批量、多品種的汽車(chē)制造和生產(chǎn)，要通過(guò)智能化控制技術(shù)，促進(jìn)其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)的加強(qiáng)。其次，機(jī)器人通過(guò)自動(dòng)編程系統(tǒng)的控制能夠?qū)崿F(xiàn)仿人設(shè)計(jì)，一些行為和操控過(guò)程與人的行為是高效匹配的，例如行走、抓取物體等與人類(lèi)活動(dòng)的外表極為相近。此類(lèi)擬人化的功能可利用機(jī)器人的專用端進(jìn)行驅(qū)動(dòng)和管理，各個(gè)終端系統(tǒng)可緊密聯(lián)系，促進(jìn)編程系統(tǒng)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人使用功能的逐步健全。

4 結(jié)束語(yǔ)

在以上理論論述的過(guò)程中，我們明確了藍(lán)牙通信技術(shù)在汽車(chē)制造機(jī)器人生產(chǎn)和操作環(huán)節(jié)中的應(yīng)用機(jī)理、應(yīng)用趨勢(shì)和管理模式等，這是行業(yè)發(fā)展的基本趨勢(shì)，也是行業(yè)創(chuàng)新管理的主體技術(shù)。機(jī)器人藍(lán)牙通信管理技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠促進(jìn)信息技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，節(jié)省生產(chǎn)成本，同時(shí)能夠不斷地提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)收益，保障汽車(chē)制造生產(chǎn)成本的精準(zhǔn)化，真正推動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展。