工業(yè)機器人澆鑄控制系統(tǒng)的設計與應用

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。機器人運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；如果沒有則繼續(xù)等待；
（3）舀取完成后機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，機器人運動到廢料箱吹風處，吹掉附著在容器內外的氧化皮，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，機器人運動到廢料箱吹風處（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)和輔助設備實現(xiàn)手動、自動、單段和增量等運行方式。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(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，機器人工作程序接著執(zhí)行下一條指令。
系統(tǒng)運行結果吻合3.1節(jié)中的整個澆鑄動作過程。
4 應用實例
本文設計的工業(yè)機器人澆鑄控制系統(tǒng)已經成功應用于東風集團某廠的鋁制活塞澆鑄生產。系統(tǒng)整體調試完成后，系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定。人工澆鑄鋁制活塞，每人每班次（8 h）實際生產合格活塞數目為600個，使用本文設計的工業(yè)機器人進行澆鑄，因為良好的工藝穩(wěn)定性和雙澆鑄容器設計，每人每班次實際生產合格活塞數目可達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度，取得了良好的效果。從投入實際生產使用開始至發(fā)稿之日，系統(tǒng)已經連續(xù)穩(wěn)定運行10個月，完全滿足設計和生產需求。
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器人系統(tǒng)硬件結構，以控制核心層為關鍵建立了系統(tǒng)軟件結構。針對澆鑄機器人的特點和應用實例，給出了機器人運動學算法，并以共享內存的方式進行信號交互控制。投入使用后，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，各項性能指標均符合實際需求，達到了預期目標，在機器人澆鑄生產中具有較高的實用價值。