通过无线技术改造机械手涂胶站
图1 机械手底座电缆的连接
上海大众一厂油漆车间DVD机械手涂胶站由KUKA机械手和DVD胶水供应系统组成。该工位主要是对白车身油漆报交结束后即将进入总装的车身，进行车顶内侧粘贴防振纸板的工艺，该纸板可以达到消音降噪的作用。
该工作站的机械手携带了一个抓取工具，用于抓取防振纸板并对其涂胶后送入车身内部，将其粘贴于车顶。该工具上安装携带了数个位置传感器和电磁阀等装置，位置信号、执行信号等均通过3根19芯的电缆连接到机械手底座上的重载接线盒，再从接线盒经过地面线槽连接到INTERBUS现场总线的输入输出控制模块上。
改造背景
在实际生产过程中，由于机械手为了完成抓取、涂胶以及贴板的整个过程，在每完成一辆车身的工艺内容的过程中均要数次来回运动，姿态转换很大，每天的工作频率很高。与此同时，安装在机械手上的3根19芯的高柔性电缆跟随机械手一起运动。经过长时间的振动与扭曲，该3根高柔性电缆的连接口容易出现不同程度的松动。在生产过程中，时常因接口处连接不牢固，以至于工具上的各种信号无法准确与INTERBUS现场总线模块通信，导致设备故障，影响生产的正常进行，使得该工位成了一个造成长时间停机的高故障工位。
改造背景
在实际生产过程中，由于机械手为了完成抓取、涂胶以及贴板的整个过程，在每完成一辆车身的工艺内容的过程中均要数次来回运动，姿态转换很大，每天的工作频率很高。与此同时，安装在机械手上的3根19芯的高柔性电缆跟随机械手一起运动。经过长时间的振动与扭曲，该3根高柔性电缆的连接口容易出现不同程度的松动。在生产过程中，时常因接口处连接不牢固，以至于工具上的各种信号无法准确与INTERBUS现场总线模块通信，导致设备故障，影响生产的正常进行，使得该工位成了一个造成长时间停机的高故障工位。
方案设计
我们经过对大量资料的分析，发现一对无线MUX模块可以实现16个数字信号和2个模拟信号的双向传输，因而可以取代至少一根信号电缆。该模块支持IEEE802.15.1蓝牙标准的1.2版本，运行于国际认可的2.4G免费频段，首先不会与附近的任何WLAN802.11.a/b/g网络发生干扰，其次，2.4G频段远离工厂自动化中常用的变频、弧焊等各种不同设备的工作频段和谐波频段，同时使用跳频扩频技术的蓝牙通信协议保证了通信的实时性，使系统抗干扰，而且稳定可靠。
经过对现场DVD机械手涂胶站连接到抓取工具上的3根19芯电缆的各种信号进行分析研究，发现该3根电缆传输了输入、输出信号共48个，因而需要用2对无线MUX模块进行替代。总体方案确定后，项目小组成员分析了现场的情况，并确定了无线MUX模块的安装与替换位置。
方案一：将现场所有输入感应开关的信号直接连接到无线模块的各个输入端，而无线模块的输出信号则直接传给电磁阀；另外一侧无线模块安装在机械手底座的重载接线盒处（见图1），这样就取代了抓取工具到机械手底座之间的高柔性电缆。
方案二：从位于机械手的抓取工具上的3根电缆连接口处，进行接线替代，通过抓取工具上3个19针接口（见图2），做硬接线到过渡端子，再连接到无线模块上。而无线MUX模块的另一侧模块则直接连接到现场INTERBUS模块上，这样就替换掉从机械手抓取工具到机械手底座的高柔性电缆，以及机械手底座连接到INTERBUS站之间的信号电缆。
我们对电气图纸和现场的电缆布线情况进行分析，发现方案一将在抓取工具上增加许多连接线，因为每个传感器都需要供电电源，且在机械手底座处无另一侧模块的安装位置。最终我们决定采取方案二。
准备工作
首先，我们根据设计图纸和线缆分布情况分析了线缆接口底座的接线原理（见图3）。在该接线盒上，6号为电源负，19号为电源正，12号为接地，一个接线盒连接了16个信号端，而外部线缆连接为：6号接负，12号接电源正。接下来我们统计并测量了3根19芯电缆的各个线缆的信号连接情况（见图4）。
XS112线缆连接了8个输入输出信号，XS114电缆连接了16个输入信号，XS116连接了16个输出信号。线缆信号测量分配完成后，我们对无线模块的输入输出点也做了合理的分布（见图5）。
数据信号的分布完成后，接下来将完成所有硬件方面的制作。首先制作3根19芯的电缆插接头（见图6）。然后进行机械手工具端的无线MUX模块的安装与接线（见图7）、INTERBUS总线端的无线MUX模块的安装与接线（见图8），方案设计完成和基本硬件安装完成后，接下来就是现场的安装及调试。
现场安装与测试
经过安排，小组成员在停产期间对DVD机械手涂胶站的现场进行了改造，用无线MUX模块替代了原来的3根19芯电缆，并将INTERBUS端的输入输出端与无线模块进行了连接。
两端的无线模块安装完成后，经过多次测试，各类信号的传输完全正常。在机械手的整个运动过程中，抓取工具上的3个19针的插件口不再存在受到电缆的扭曲而出现松动的隐患。
结语
改造前，该线缆接口经常松动，并且导致19针线缆接头处部分线缆断裂，严重影响生产。而且，维修人员更换该电缆的工作量非常大，需要进行接头的焊接、线缆穿管等工作。经过改造，DVD机械手涂胶站因线缆松动导致信号不正确的故障已经完全消除，省去了可能的线缆更换工作量，各个信号的状态清楚直观，便于维修人员维修维护。
目前该机械手无线改造（见图9）已安全无故障运行2年多，通过此项目证明了这种无线通信方式方便可靠，应用在机器人涂胶、搬运过程中可以充分发挥无线的优势，方案的性价比很高，为生产、维修部门降低了资金成本和时间成本。
