工業(yè)機(jī)器人澆鑄控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

實線表示澆鑄系統(tǒng)使用熔爐1中的鋁液澆鑄活塞的運(yùn)動過程，虛線表示澆鑄系統(tǒng)使用熔爐2中的鋁液澆鑄活塞的運(yùn)動過程。以使用熔爐1為例，整個澆鑄動作過程為：

（1）程序開始。機(jī)器人運(yùn)動到并停在熔爐正上方，判斷是否有“允許舀信號”；
（2）如果有，判斷來自澆鑄機(jī)1（FM1）還是澆鑄機(jī)2（FM2），根據(jù)FM1和FM2安裝模具的型號，機(jī)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(yīng)量的鋁液；如果沒有則繼續(xù)等待；
（3）舀取完成后機(jī)器人停在熔爐正上方，判斷是否有來自上一步中給出信號的同一澆鑄機(jī)的“允許澆鑄信號”；如果沒有則繼續(xù)等待；
（4）如果等待超過一定時間（由工藝參數(shù)和工作環(huán)境、鋁液的量等因素決定），則機(jī)器人將鋁液倒回熔爐，機(jī)器人運(yùn)動到廢料箱吹風(fēng)處，吹掉附著在容器內(nèi)外的氧化皮，回到熔爐上方，報警“等待超時”！
（5）如果在允許的時間內(nèi)對應(yīng)的澆鑄機(jī)給出“允許澆鑄信號”，則機(jī)器人對澆鑄機(jī)澆鑄（動作b或d），澆鑄完成后機(jī)器人向澆鑄機(jī)給出澆鑄完成信號，機(jī)器人運(yùn)動到廢料箱吹風(fēng)處（動作c或e），吹掉氧化皮，回到熔爐上方（動作a），開始下次循環(huán)。返回步驟（1）。
整個工作周期中，熔爐的使用可根據(jù)實際情況隨時切換，具體操作可以通過操作面板上的自定義按鍵來實現(xiàn)。針對不同的活塞模具，只需要通過改變舀取鋁液是機(jī)器人末端容器的傾斜角度控制鋁液的量，方法簡單實用。
3.2 系統(tǒng)信號控制的實現(xiàn)
工業(yè)機(jī)器人澆鑄控制系統(tǒng)與整個澆鑄系統(tǒng)通過PLC控制程序來實現(xiàn)控制信號的交互[6]。主要控制信號如表1所示。

系統(tǒng)在PLC控制程序中通過信號交互，與外部澆鑄系統(tǒng)和輔助設(shè)備實現(xiàn)手動、自動、單段和增量等運(yùn)行方式。報警、急停、故障和測頭等系統(tǒng)輸入信號的控制，可以由PLC控制程序的指令直接實現(xiàn)。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(xù)下降
}
…
系統(tǒng)輸出信號的控制和其他輔助功能，需要在機(jī)器人PLC控制程序中定義不同的M指令，并由機(jī)器人工作程序調(diào)用對應(yīng)的M指令。本系統(tǒng)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(zhí)行過程中，PLC控制程序定時掃描輸入信號X1.0和X2.0，一旦澆鑄機(jī)給出“允許澆鑄信號”，通過改變PLC控制程序中的用戶自定義控制字*ch_user_in(0)的值，判斷澆鑄對象。指令mod_M_code(0)=-1通知系統(tǒng)該M指令處理完畢，機(jī)器人工作程序接著執(zhí)行下一條指令。
系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果吻合3.1節(jié)中的整個澆鑄動作過程。
4 應(yīng)用實例
本文設(shè)計的工業(yè)機(jī)器人澆鑄控制系統(tǒng)已經(jīng)成功應(yīng)用于東風(fēng)集團(tuán)某廠的鋁制活塞澆鑄生產(chǎn)。系統(tǒng)整體調(diào)試完成后，系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定。人工澆鑄鋁制活塞，每人每班次（8 h）實際生產(chǎn)合格活塞數(shù)目為600個，使用本文設(shè)計的工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行澆鑄，因為良好的工藝穩(wěn)定性和雙澆鑄容器設(shè)計，每人每班次實際生產(chǎn)合格活塞數(shù)目可達(dá)1 000個以上，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強(qiáng)度，取得了良好的效果。從投入實際生產(chǎn)使用開始至發(fā)稿之日，系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行10個月，完全滿足設(shè)計和生產(chǎn)需求。
按照軟硬件通用性和開放性的原則，以系統(tǒng)控制單元為核心搭建了澆鑄機(jī)器人系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，以控制核心層為關(guān)鍵建立了系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)。針對澆鑄機(jī)器人的特點和應(yīng)用實例，給出了機(jī)器人運(yùn)動學(xué)算法，并以共享內(nèi)存的方式進(jìn)行信號交互控制。投入使用后，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，各項性能指標(biāo)均符合實際需求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，在機(jī)器人澆鑄生產(chǎn)中具有較高的實用價值。