一、 DVD涂膠站介紹
上海大眾一廠油漆車間DVD機械手涂膠站（圖一）是由KUKA機械手和DVD膠水供應系統(tǒng)所組成。該工位主要是對白車身油漆報交結束后即將進入總裝的車身，進行車頂內側粘貼防震紙板的工藝，該紙板可以達到消音降噪的作用。
圖一：DVD機械手涂膠站 圖二： 機器人臂上抓取紙板工具
該工作站的機械手攜帶了一個抓取工具（圖二），用于抓取防震紙板并對其涂膠后送入車身內部，將其粘貼于車頂。該工具上安裝攜帶了數(shù)個位置傳感器、電磁閥等。這些位置信號、執(zhí)行信號等均通過3根19芯的電纜連接到機械手底座上的重載接線盒，再從接線盒經過地面線槽連接到INTERBUS現(xiàn)場總線的輸入輸出控制模塊（圖三）。
圖三：連接抓取工具信號的INTERBUS站
二、 改造背景
在實際生產過程中，由于機械手為了完成抓取、涂膠以及貼板的整個過程，在每完成一輛車身的工藝內容的過程中均要數(shù)次的來回運動，姿態(tài)轉換很大，每天的工作頻率很高。與此同時，安裝在機器人臂上的三根19芯的高柔性電纜則跟隨機械手一起運動。
經過長時間的振動與扭曲，該3根高柔電纜的連接口就出現(xiàn)了不同程度的松動。在生產過程中，時常因接口處連接不牢固，工具上的各種信號就無法準確與INTERBUS現(xiàn)場總線模塊通訊，因而導致設備故障，影響生產的正常進行，該工位成了一個造成停機時間多的高故障工位。
在查閱了各種資料和收集了許多電氣上的技術文檔后，覺得使用無線通訊技術是降低線纜接口故障的最好辦法，而同時正好發(fā)現(xiàn)德國菲尼克斯公司新出的無線藍牙技術正好可以滿足需求，且在德國大眾、奔馳有過成功應用，菲尼克斯公司的無線藍牙MUX產品，使用簡單，無須做任何設定，甚至不用修改原PLC程序。該產品可以使用無線藍牙傳輸技術在室內一百米的距離之間實現(xiàn)點對點的數(shù)字和模擬信號的傳輸。
菲尼克斯無線MUX模塊
三、 方案設計
經過仔細閱讀菲尼克斯的無線MUX的技術資料，發(fā)現(xiàn)一對無線MUX可以實現(xiàn)16個數(shù)字信號和2個模擬信號的雙向傳輸，因而可以取代至少一根信號電纜。該模塊支持IEEE802.15.1藍牙標準的1.2版本，運行于國際認可的2.4G 免費頻段，首先是不會與附近的任何WLAN802 .11.a/b/g網絡發(fā)生干擾, 同時2.4G頻段是遠離工廠自動化中常用的變頻，弧焊等各種不同設備的工作頻段和諧波頻段，當然還有就是使用跳頻擴頻技術的藍牙通訊協(xié)議保證了通訊的實時性,使系統(tǒng)抗干擾,穩(wěn)定可靠。
經過對現(xiàn)場DVD機械手涂膠站連接到抓取工具上的3根19芯電纜的各種信號進行分析研究，發(fā)現(xiàn)該3根電纜總共傳輸了輸入、輸出信號共計48個，因而需要用兩對無線MUX進行替代。
總體方案確定后，項目小組成員分析了現(xiàn)場的情況，并確定了無線MUX的安裝與替換位置。方案一是將現(xiàn)場所有輸入感應開關的信號直接連接到無線模塊的各個輸入端，而無線模塊的輸出信號則直接給電磁閥；另外一側無線模塊安裝在機械人底座的重載接線盒處（圖十），這樣就將抓取工具到機械手底座之間的高柔性電纜取代掉。
圖十：機械人底座電纜的連接
方案二，從位于機器人臂端的抓取工具上的3根電纜連接口處，進行接線替代，通過在抓取工具上三個19針接口（圖四），做硬接線到過渡端子(圖九)，再連接到無線模塊上。而無線MUX的另一側模塊則直接連接到現(xiàn)場INTERBUS模塊上（圖五），這樣就替換掉從機械手抓取工具到機器人第座的高柔性電纜，及機器人底座連接到INTERBUS站之間的信號電纜。
圖四：工具上原電纜的連接
對電氣圖紙和現(xiàn)場的電纜布線情況進行分析，發(fā)現(xiàn)方案一將在抓取工具上增加許多連接線，因每個傳感器都需要供電電源，且在機械手底座處無另一側模塊的安裝位置。最終小組成員決定采取第二種方案。
四、 準備工作
首先，小組成員根據設計圖紙和線纜分布情況分析了線纜接口底座的接線原理，如圖：
抓手工具上接線盒的接線分布圖
在該接線盒上，6號為電源負，19號為電源正，12號為接地，一個接線盒連接了16個信號端，而外部線纜連接為：6號接負，12號接電源正。
接下來統(tǒng)計并測量了3根19芯電纜的各個線纜的信號連接情況，如圖：
三束19芯線纜的線束分布
XS112線纜連接了8個輸入輸出信號，XS114電纜連接了16個輸入信號，而XS116則連接了16個輸出信號。
線纜信號測量分配完成后，對無線模塊的輸入輸出點也做了合理的分布，如圖：
INTERBUS模塊端無線MUX模塊的I/O分布
數(shù)據信號的分布完成后，接下來將完成所有硬件方面的制作。首先制作三根19芯的電纜插接頭，如圖六示：
圖六：改造后的3根19芯電纜接線
圖七：機械手端的無線模塊
然后進行機械手工具端的無線MUX的安裝與接線（圖七）、INTERBUS總線端的無線MUX的安裝與接線（圖八），方案設計完成和基本硬件安裝完成后，接下來就是現(xiàn)場的安裝及調試。
五、 現(xiàn)場安裝與測試
經過安排，小組成員在停產期間對DVD機械手涂膠站的現(xiàn)場進行了改造，將無線MUX模塊替代了原來的3根19芯電纜，并將interbus端的輸入輸出端與無線模塊進行了連接。
圖八：新加裝的室內固定處無線MUX模塊
兩端的無線模塊安裝完成后，經過多次測試，各類信號的傳輸完全正常。在機械手的整個運動過程中，抓取工具上的三個19針的插件口不再存在受到電纜的扭曲而出現(xiàn)松動的隱患。
六、 總結
改造前，該線纜接口經常松動，并且導致19針線纜接頭處部分線纜斷裂，嚴重影響生產。而且，維修人員更換該電纜的工作量非常大，需要進行接頭的焊接、線纜穿管等工作。經過這次改造，DVD機械手涂膠站因線纜松動導致信號不正確的故障已經完全消除，取消了可能的線纜更換工作量，各個信號的狀態(tài)清楚直觀，便于維修人員維修維護。
目前該機器人無線改造已安全無故障運行兩年多（圖九），通過此項目證明了這種無線通訊方式是很可靠的，應用在機器人涂膠，搬運過程中可以充分發(fā)揮無線的優(yōu)勢，方案的性價比很高，為生產、維修部門降低了很多的資金成本和時間成本。
圖九：改造后的機器手
