CN104069986A - 一体化机器人伺服自动涂胶***及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一体化机器人伺服自动涂胶***及其方法，包括依次相连的机器人及其控制单元、胶枪单元、供胶泵单元和供气单元。供气单元还与胶枪单元连接。控制单元编写涂胶程序，并根据机器人单元的运行速度制定对应的胶枪单元的出胶量。本发明的技术方案将机器人与涂胶装置一体化，不仅仅体现在机器人***和涂胶***在硬件上的整合，更体现在机器人对胶枪的直接控制进行伺服涂胶的作业方式上，并使得机器人的运动速度与出胶量之间建立映射关系，使机器人在不同的运行速度下出胶量均匀并控制点胶的涂覆，涂胶效果良好，从而降低了成本、节省了空间、并提高了涂胶精度。

Description

一体化机器人伺服自动涂胶***及其方法

技术领域

本发明属于机械设备自动化制造领域，尤其涉及一体化机器人伺服自动涂胶***及其方法。

背景技术

涂胶是汽车、船舶、电子电气、建筑建材等行业中一道重要的生产工序。出于胶水有毒、提高自动化程度和生产率、提高涂胶质量等方面的考虑，涂胶作业已经由人工涂胶向机器人涂胶发展。目前基于机器人的涂胶***有两种实现方式，一是胶枪固定，机器人抓取工件进行涂胶；二是工件固定，机器人抓取胶枪进行涂胶，无论哪种涂胶方式，其基本原理是：机器人和涂胶***作为两个独立的***，机器人负责抓取并运动，涂胶***负责出胶，出胶量由定量缸或流量计控制，定量缸或流量计并不装在胶枪出胶口，且二者由涂胶***专用控制器控制.机器人与涂胶控制器通过通讯进行出胶量与速度的协调。

中国专利“一种涂胶机器人及其涂胶方法”(专利号申请号：201110458653.0)提供了一种传统的机器人涂胶方法，该方法不是由机器人控制出胶量，而是由涂胶控制器通过拾取传感器的出胶量反馈信号来做出判断并进行控制。这种传统的机器人涂胶方式有如下不足：一是额外的涂胶控制器导致设备费用的增加，控制***较为复杂，同时也占用了较大空间；二是出胶量与速度之间的协调依靠机器人与涂胶控制器之间的通讯，不但使控制变得复杂、增加了通讯设备的成本，而且会导致出胶量与速度之间协调的不一致，从而影响出胶质量；三是用于检测的传感器(如流量计)所检测的出胶量并不是最终出胶的流量，即传感器到出胶口之间有胶管连接，会造成压力损失，最终导致涂胶质量不高。

中国专利“全自动机器人涂胶平台”(授权号：CN 201006537Y)提供了一种多工位的全自动涂胶平台，能够提高生产效率，但并未从根本上解决上述传统机器人涂胶方式的不足。

中国专利“一种带有撞针阀的点胶机器人”(CN 202555467U)提高了一种带有撞针阀的点胶机器人，包括一机器人，及设置在机器人上的机械臂、检测单元、控制单元和示教器，一撞针阀设置在机械臂的末端，通过撞针阀改善点胶涂胶工艺的效果，但并没有解决其他涂胶方式的问题。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种进一步提高涂胶质量、降低***成本、减小***体积、简化控制难度的机器人伺服自动涂胶***。

发明内容

有鉴于此，本发明将机器人与涂胶装置一体化，并使机器人的运动速度与出胶量自动匹配，使得机器人在不同的运行速度下出胶量均匀，涂胶效果良好，从而降低了成本、节省了空间、并提高了涂胶精度。

为达到上述目的，具体技术方案如下：

一方面，提供一种一体化机器人伺服自动涂胶***，其特征在于，包括机器人及其控制单元、胶枪单元、供胶泵单元和供气单元，所述机器人及其控制单元与所述胶枪单元连接，所述胶枪单元设于所述机器人及其控制单元上，所述供胶泵与所述胶枪单元连接，所述供气单元分别与所述胶枪单元和供胶泵单元连接。

优选的，所述机器人及其控制单元包括机器人本体、控制单元和机器人驱动，所述控制单元包括与控制主板相连的机器人控制单元和附加轴控制器，所述机器人本体与所述机器人控制单元相连。

优选的，所述胶枪单元包括驱动马达、胶枪本体和涂胶针头，所述附加轴控制器与所述驱动马达连接，所述驱动马达驱动所述胶枪本体出胶，所述胶枪本体与所述涂胶针头可拆连接。

优选的，所述机器人单元还包括机器人法兰，所述胶枪单元通过所述机器人法兰与所述机器人本体相连。

另一方面，提供了一种一体化机器人伺服自动涂胶方法，包括以下步骤：

步骤1，开启如上述的一体化机器人伺服自动涂胶***，并进行准备工作；

步骤2，所述控制单元编写涂胶程序，并建立所述机器人本体的运行速度和胶枪单元驱动马达转速的之间的映射关系；

步骤3，所述控制器单元控制所述机器人单元、胶枪单元执行涂胶；

步骤4，当运行至涂胶终点，结束涂胶。

优选的，所述步骤3中所述控制单元控制所述机器人本体的运行速度，并根据所述步骤2的映射关系控制所述胶枪单元驱动马达的转速。

优选的，所述步骤2中涂胶程序包括涂条形胶程序，所述涂条形胶程序包括预涂胶、涂胶和回吸，所述涂条形胶程序中的涂胶中的胶枪单元驱动马达的转速对应于所述机器人本体的运行速度。

优选的，所述涂条形胶程序中的预涂胶中的胶枪单元驱动马达的转速高于所述涂胶中胶枪单元驱动马达的转速。

优选的，所述涂条形胶程序中的回吸中的胶枪单元驱动马达减速并反转。

优选的，所述步骤2中的涂胶程序包括涂点胶程序，在所述涂点胶中所述控制单元通过脉冲信号控制所述胶枪单元驱动马达的转速。

优选的，在所述涂点胶中，当所述机器人由非涂胶点至涂胶点时，所述控制单元发出的脉冲信号由低电平转为高电平，所述胶枪单元驱动马达的转速与所述脉冲信号相对应，由静止转为快速加速。

相对于现有技术，本发明的技术方案的优点有：

1，改变了机器人运行速度与出胶量之间的协调方式。本发明所采用的机器人运行速度与出胶量之间的协调关系不再通过涂胶控制器与机器人控制器之间的通讯实现，而是由机器人控制器根据涂胶工艺指令直接控制对胶枪驱动伺服电机发出转动指令，胶枪驱动伺服电机的转速与机器人运行速度有一定的映射关系，而胶枪驱动伺服电机的转速又决定了出胶量，从而机器人的运行速度与出胶量之间具有对应的关系，即实现通过机器人运行速度控制出胶量的效果。这种方式能够保证机器人在不同的运行速度下能够实时地改变出胶量，从而保证条形胶粗细的均匀一致。

2，整合了***硬件，简化了控制***。由于采用了通过机器人运行速度控制出胶量的涂胶方式，可以省掉传统的涂胶控制器和通讯硬件，胶枪的驱动马达作为机器人的附加轴通过机器人控制柜对其进行控制，机器人的运行速度与胶枪驱动马达之间通过软件建立直接的映射关系，实现用机器人运行速度控制出胶量的涂胶方式，与传统的涂胶方式相比，机器人与涂胶设备之间的控制硬件整合为一，不再采用传统的涂胶控制器，也不需要机器人与涂胶控制器之间的通讯。使得整个机器人涂胶***的控制大为简化。

3，降低成本、节省空间。本发明由于采用新的涂胶理念，减少了涂胶控制器、流量计等传感器、通讯硬件等元器件，使得***集成的成本大为减少；***元器件，特别是涂胶控制器的减少，能够减少***的空间体积，为工业使用场所节省空间。

4，提高涂胶精度。传统的涂胶方式需要对胶水的流量进行检测，用于流量检测的流量计与控制器所控制的阀门往往不在同一处，两者之间有一定距离的胶管，在供胶过程中，流量计和阀门之间的胶管会导致胶水有一定的压损和时滞，导致涂胶不能精确控制。由于本发明采用了整合的涂胶***开发方式，不再使用流量计进行对流量的反馈，也不需要通过阀门控制其流量，而是通过电机的转速精确地控制出胶量，相应地涂胶质量也会提高。

5，可以实现多种涂胶方式。由于控制***硬件整合，使得胶枪驱动电机作为附加轴可以受机器人控制，此方法可以实现同一把胶枪进行条形胶和点胶涂覆。在涂条形胶时，胶枪电机的转速与机器人运行速度建立映射关系；在涂点胶时，当机器人运行到涂胶点时，减速并停止运行，同时向胶枪驱动电机发出与机器人停止时间相当的脉冲，以使胶枪进行点胶涂覆。上述两种工作方式不需要任何的硬件的改变，只需要通过软件切换即可。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明***实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例中涂条形胶时机器人运行速度与胶枪驱动马达转动速度关系图；

图3为本发明实施例中涂点胶时机器人运行速度与胶枪驱动马达转动速度关系图；

图4为本发明方法实施例的涂胶流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。

如图1所示的本发明的实施例的一体化机器人伺服自动涂胶***，包括机器人及其控制单元、胶枪单元4、供胶泵单元和供气单元。

机器人及其控制单元与胶枪单元4连接，控制胶枪单元4的运行。供胶泵与胶枪单元4连接，供气单元分别与胶枪单元4和供胶泵单元连接。

一体化机器人伺服自动涂胶方法，包括以下步骤：

步骤1，开启一体化机器人伺服自动涂胶***，并进行准备工作；

步骤2，控制单元1编写涂胶程序，并建立机器人本体2的运行速度和胶枪单元4驱动马达5转速的之间的映射关系；

步骤3，控制单元1控制机器人本体2、胶枪单元4执行涂胶；

步骤4，当运行至涂胶终点，结束涂胶。

本发明的实施例将机器人与涂胶装置一体化，并使得机器人的运动速度与出胶量的自动匹配，降低了成本、节省了空间、并提高了涂胶精度。

在本发明的实施例中，机器人及其控制单元包括机器人本体2、控制单元1和机器人驱动。机器人驱动优选为伺服电机。

控制单元1控制机器人本体2的运行速度，并根据机器人本体2的运行速度和胶枪单元4驱动马达5转速的之间的映射关系控制胶枪单元4驱动马达5的转速。由于胶枪单元4驱动马达5的转速决定了出胶量，控制单元1直接对胶枪单元4驱动马达5驱动，并与机器人本体2的运行速度形成映射关系，控制单元1在控制机器人本体2的同时又形成对胶枪单元4驱动马达5转速的控制，即对出胶量形成控制，并能够形成自动匹配，在节约***成本的同时通过转速精确地控制出胶量，提高了涂胶质量。

优选控制单元1包括与控制主板相连的机器人控制单元和附加轴控制器，机器人本体2与机器人控制单元相连。控制胶枪单元4的附加轴控制器与控制机器人本体2的机器人控制单元共用一套控制主板。

控制单元1的机器人控制单元优选包括与机器人本体2配套的控制器、为控制机器人所必需的软件和硬件设备以及必要的通讯模块。控制单元1应具有除控制机器人外还可控制附加轴的功能，首选为与涂胶工艺中机器人本体2配套的标准软件或硬件，但不限于此，也可以使用满足要求的专门开发的软件或硬件，该单元通过配套电缆连接机器人本体2，以达到与机器人通讯和控制机器人的目的。

如图1所示，在本发明的实施例中，机器人本体2通过机器人法兰3与胶枪单元4相连。

机器人本体2首选为串联6轴关节机器人，但不限于此，也可以使用满足测量要求的少自由度机器人或其他设备。

机器人法兰3为行业标准法兰或能满足要求的非标法兰，安装在机器人末端，用于连接胶枪单元4。

胶枪单元4包括驱动马达5、胶枪本体15、涂胶针头14、混合阀13、稳压器16、压力传感器17。

驱动马达5优选为伺服电机，但不限于此，也可使用满足驱动要求的其他可控电机。驱动马达5与胶枪本体15连接，胶枪本体15首选为能够定量出胶的螺杆枪，但不限于此，也可使用满足定量出胶要求的其他涂胶枪。胶枪本体15下方为涂胶针头14，与胶枪本体15通过螺纹连接，为了适应涂出不同粗细的胶，可以根据涂胶针头出胶口直径不同构成系列。

胶枪本体15一侧与混合阀13连接，混合阀13由高压气体打开，其作用是保证涂胶的压力在一定的范围内。

胶枪本体15的另一侧与稳压器16连接，涂胶时胶水由混合阀13进入稳压器16，使稳压器16达到一定的压力。当涂胶压力减小时，稳压器16的胶水进入胶枪本体15进行补充，当涂胶压力增大时，胶水进入稳压器16以减少胶枪本体15压力。稳压器16下部可安装压力传感器17，压力传感器17的信号可以反馈到控制单元1中的模拟量接收模块19，也可以通过数字显示器18显示。

供胶单元包括胶泵11和胶管12。胶泵11首选为市场上通用的能满足混合阀13压力要求的胶泵11，但不限于此，也可使用满足要求的非标准胶泵11，优选包括盛胶容器和压力泵。胶泵11通过胶管12与混合阀13连接，胶管12为满足接口尺寸要求和涂胶压力要求的标准胶管。

供气单元由气泵8、第一压力调节阀7、第二压力调节阀9、第一气管6、第二气管10构成，可同时对胶泵和胶枪供应不同压强的气体，且气压稳定。气泵8产生一定的高压气体，经过第一压力调节阀7调压达到规定压力后经过第一气管6到达混合阀13，经过第二压力调节阀9调压达到规定压力后经过第二气管10到达胶泵11。

如图2所示，在本发明的方法实施例中，涂条形胶的基本原理可由机器人本体的机器人运行速度与胶枪单元的驱动马达，即胶枪电机的转动速度关系表示。该图上面部分为机器人运行速度随时间变化的图，下面部分为对应的胶枪电机运行速度随时间变化的图。

r1、r2为机器人开始涂胶前从匀速运动到减速为零的阶段，其中r1为机器人匀速运动阶段，r2为机器人减速阶段。在机器人减速为零即r2阶段结束时，设定为机器人胶枪开枪阶段时间中点即r3，之后机器人进入加速运动阶段即r4。

在此过程中，胶枪电机也进行了一系列相应的运动，r2运动阶段之前胶枪电机不运动即g1，之后机器人接收到开枪时间指令，胶枪电机快速加速到一定速度即g2过程，g3为预涂胶阶段，胶枪电机的转速高于涂胶中胶枪电机的转速，目的是在涂胶开始处把胶枪和针头部分快速填满胶，此时间可调整，g4价段为胶枪电机快速减速到与机器人TCP速度对应的涂胶速度。

之后，进入涂胶阶段，机器人的运行速度若以r5进行，则胶枪电机的运行速度以g5进行，g5和r5对应。

当停止涂胶时，机器人首先减速到零即r6，然后加速到一定的速度，把胶枪从涂胶位置移动开来，即r8和r9。此过程中，胶枪电机快速减速并反转到一定的速度即g6过程，g7为胶枪电机反转胶枪回吸的过程，目的是在涂胶结束时对胶进行快速回吸，避免图胶结尾***，也可避免拉丝和滴胶。之后进入g8阶段减速到零并关枪进入g9阶段。

本发明的方法实施例涂条形胶时机器人运行速度与胶枪电机转动速度具有关系，而胶枪电机转动速度与出胶量之间有唯一的对应关系，因此，对于涂条形胶的控制只需控制胶枪混合阀的开关和机器人的运行速度即可；对于条形胶的起点和终点，考虑到胶水具有一定的柔软性，分别在起点进行预涂在终点进行回吸，可以保证整个条形胶粗细一致。

如图3所示，在本发明的方法实施例中，涂点胶的基本原理可由机器人运行速度与胶枪电机转动速度关系表示。15表示胶枪本体，14表示涂胶针头，p1表示第一个涂胶点，p2表示第二个涂胶点。机器人运行速度、控制脉冲、胶枪电机运行速度随时间的变化分别如图中所示。

r10为机器人以恒定的速度移动到第一个涂胶点，r11为机器人减速的过程，r12为胶枪打开的时间中点，r13为机器人加速到一定运行速度的过程；此过程中，控制脉冲信号在P10阶段为低电平，当机器人运行到P1点前时，机器人发出脉冲指令，p11为脉冲阶跃阶段，p12为脉冲持续高电平阶段，此时间可调，p13为脉冲下降沿；在此过程中，胶枪电机运行速度与控制脉冲相对应，g10为未开枪阶段，g11为胶枪电机快速加速阶段，g12为涂胶阶段，此段时间与控制脉冲时间相当，g13为胶枪驱动电机快速减速阶段。此后，重复前面的过程进行第二个点的涂胶。

在本发明的方法实施例中，本发明的应用可以进行条形胶和点胶等不同涂胶方式，在进行不同的涂胶方式时，涂胶质量不受胶水黏度的影响、环境温度等外界因素的影响。

反映在工艺上可以进行折边胶和减震胶的涂覆；在进行条形胶和点胶的涂胶工艺切换完全可以通过软件实现，不需要硬件的改变。

如图4所示，在本发明的方法实施例中，步骤s1-s10表征了涂胶的基本过程。在本发明的方法实施例的步骤1包括步骤s1至s3，步骤2包括步骤s4，步骤3包括步骤s5至s9，步骤4包括步骤s10。

步骤s1为对***上电，包括对机器人本体和胶枪单元上电；步骤s2为打开气源，包括对供胶泵单元和胶枪单元供气，并达到所要求的压力。步骤s3为对控制单元1的涂胶参数的设定，主要包括提前开枪和提前关枪时间、预压时胶枪电机的转速和加速度、回吸时胶枪电机的转速和加速度；

步骤s4为制定涂胶工艺程序，此过程中主要对涂胶的粗细、流量等工艺参数进行制定。建立机器人本体的运行速度和胶枪单元驱动马达转速的之间的映射关系。

步骤s5为判断是否涂胶压力达到预定值，并结合如图1中所示，压力通过稳压器16上的压力传感器17检测，压力信号可以以模拟量的方式直接传输到控制单元1中的模拟量接收模块19，也可以通过数字显示器18显示，如果压力不满足预定值，则进入步骤s6，等待60s再次进行测量，直到压力满足预定值要求。如果压力满足预定值，则进入步骤s7，针对工件所要涂胶处的外形，进行机器人涂胶轨迹程序的编写。

步骤s8表示机器人运行到涂胶处的起点，执行开枪指令，开始涂胶；步骤s9表示机器人运行到工件的不同涂胶表面时需要调用不同的涂胶工艺。

步骤s10表示机器人运行到涂胶终点，机器人执行关枪指令，结束涂胶。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种一体化机器人伺服自动涂胶***，其特征在于，包括机器人及其控制单元、胶枪单元、供胶泵单元和供气单元，所述机器人及其控制单元与所述胶枪单元连接，所述胶枪单元设于所述机器人及其控制单元上，所述供胶泵与所述胶枪单元连接，所述供气单元分别与所述胶枪单元和供胶泵单元连接。

2.如权利要求1所述的一体化机器人伺服自动涂胶***，其特征在于，所述机器人及其控制单元包括机器人本体、控制单元和机器人驱动，所述控制单元包括与控制主板相连的机器人控制单元和附加轴控制器，所述机器人本体与所述机器人控制单元相连。

3.如权利要求2所述的一体化机器人伺服自动涂胶***，其特征在于，所述胶枪单元包括驱动马达、胶枪本体和涂胶针头，所述附加轴控制器与所述驱动马达连接，所述驱动马达驱动所述胶枪本体出胶，所述胶枪本体与所述涂胶针头可拆连接。

4.一种一体化机器人伺服自动涂胶方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，开启如权利要求1至3任一项所述的一体化机器人伺服自动涂胶***，并进行准备工作；

步骤2，所述控制单元编写涂胶程序，并建立所述机器人本体的运行速度和胶枪单元驱动马达转速的之间的映射关系；

步骤3，所述控制单元控制所述机器人单元、胶枪单元执行涂胶；

步骤4，当运行至涂胶终点，结束涂胶。

5.如权利要求4所述的一体化机器人伺服自动涂胶方法，其特征在于，所述步骤3中所述控制单元控制所述机器人本体的运行速度，并根据所述步骤2的映射关系控制所述胶枪单元驱动马达的转速。

6.如权利要求5所述的一体化机器人伺服自动涂胶方法，其特征在于，所述步骤2中涂胶程序包括涂条形胶程序，所述涂条形胶程序包括预涂胶、涂胶和回吸，所述涂条形胶程序中的涂胶中的胶枪单元驱动马达的转速对应于所述机器人本体的运行速度。

7.如权利要求6所述的一体化机器人伺服自动涂胶方法，其特征在于，所述涂条形胶程序中的预涂胶中的胶枪单元驱动马达的转速高于所述涂胶中胶枪单元驱动马达的转速。

8.如权利要求6所述的一体化机器人伺服自动涂胶方法，其特征在于，所述涂条形胶程序中的回吸中的胶枪单元驱动马达减速并反转。

9.如权利要求5所述的一体化机器人伺服自动涂胶方法，其特征在于，所述步骤2中的涂胶程序包括涂点胶程序，在所述涂点胶中所述控制单元通过脉冲信号控制所述胶枪单元驱动马达的转速。

10.如权利要求9所述的一体化机器人伺服自动涂胶方法，其特征在于，在所述涂点胶中，当所述机器人由非涂胶点至涂胶点时，所述控制单元发出的脉冲信号由低电平转为高电平，所述胶枪单元驱动马达的转速与所述脉冲信号相对应，由静止转为快速加速。