摘 要 本文介紹了新松公司最新開發(fā)的弧焊機(jī)器人控制器的研制情況。該系統(tǒng)可完成機(jī)器人對多個(gè)弧焊工作站的協(xié)調(diào)控制，最多為12個(gè)運(yùn)動(dòng)軸。為便于國內(nèi)用戶使用，實(shí)現(xiàn)了中文界面功能鍵驅(qū)動(dòng)的新型編程示教盒，是一種便于使用和維護(hù)的弧焊機(jī)器人控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)已用于新松公司的6kg工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品中。
關(guān)鍵詞 弧焊機(jī)器人控制器，協(xié)調(diào)控制，漢字編程示教盒
1 引言
為了國家863計(jì)劃科研成果的推廣應(yīng)用，新松公司準(zhǔn)備設(shè)計(jì)、制造40臺(tái)的6kg工業(yè)機(jī)器人。該項(xiàng)目的特點(diǎn)為我公司自主開發(fā)、具有自有版權(quán)的弧焊機(jī)器人系統(tǒng)。為其配套的機(jī)器人控制器應(yīng)具有低成本、高性能、可靠性好和便于使用的特點(diǎn)。該系統(tǒng)在硬件和軟件上均采用模塊化結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)不同的弧焊機(jī)器人工作站的需要。在硬件上，采用全新設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、控制柜和編程示教盒。在軟件上，采用軟件工程的思想，實(shí)現(xiàn)以功能鍵驅(qū)動(dòng)的全菜單操作的漢字機(jī)器人操作系統(tǒng)。全部程序采用模塊化設(shè)計(jì)，C語言編程，系統(tǒng)具有很高的可靠性，通用性，可擴(kuò)展性，可維護(hù)性。
SIASUN-RH06A弧焊機(jī)器人控制器吸取了原有的SIA-GRC通用機(jī)器人控制器的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，具有通用性好、可靠性高、便于維護(hù)和易于操作的特點(diǎn)，可以適應(yīng)
機(jī)器人產(chǎn)業(yè)化的需要。
2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
SIASUN-RH06A弧焊機(jī)器人控制器采用多CPU計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，分為主計(jì)算機(jī)和編程示教盒（手控盒）。主計(jì)算機(jī)和編程示教盒通過串口進(jìn)行異步通訊。主計(jì)算機(jī)完成機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃、插補(bǔ)和位置伺服以及主控邏輯、數(shù)字I/O等功能，而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。
系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，根據(jù)需要可以配置成不同軸數(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。
2.1 主計(jì)算機(jī)
主計(jì)算機(jī)采用工業(yè)級486DX4-100微型單板計(jì)算機(jī)，4M DRAM，3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，兩個(gè)串行口以及硬件看門狗定時(shí)器。
2.2 位置伺服
采用8254產(chǎn)生脈沖信號驅(qū)動(dòng)具有標(biāo)準(zhǔn)脈沖接口的交流位置伺服單元，完成
交流電機(jī)的控制。
2.3光電隔離數(shù)字I/O
提供32位光電隔離輸入和32位光電隔離輸出，滿足輸入輸出信號的要求（可擴(kuò)展）。
2.4主控邏輯
提供伺服控制邏輯和系統(tǒng)的連鎖保護(hù)。
2.5碼盤輸入
采用大規(guī)模可編程邏輯陣列設(shè)計(jì)光電碼盤的輸入接口。
2.6弧焊接口
提供標(biāo)準(zhǔn)焊機(jī)控制接口，包括焊機(jī)電流、電壓的控制，斷弧、粘絲保護(hù)等。
3 人機(jī)接口的設(shè)計(jì)
為提高機(jī)器人系統(tǒng)的可操作性，對其人機(jī)交互部分進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，該部分設(shè)計(jì)的好壞，直接影響到系統(tǒng)的使用。
針對我們的用戶基本為國內(nèi)的實(shí)際情況，采用漢字界面便于用戶的使用，同時(shí)對原編程示教盒的按鍵和外型也進(jìn)行了調(diào)整。
3.1 編程示教盒設(shè)計(jì)
編程示教盒是機(jī)器人控制器中人機(jī)交互的主要部件，它通過串行口與主計(jì)算機(jī)相聯(lián)。編程示教盒的外型采用SolidEdge 進(jìn)行三維CAD設(shè)計(jì)，符合人體工學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，大大提高了編程示教盒設(shè)計(jì)水平。編程示教盒由顯示屏、54個(gè)按鍵和急停按鈕組成，用單片機(jī)進(jìn)行管理。顯示屏采用320x240點(diǎn)陣的LCD圖形顯示器，可顯示13行×20個(gè)漢字。
按鍵按功能分成以下四組：
⑴ 功能鍵；
⑵ 軸操作鍵；
⑶ 程序編輯鍵；
⑷ 光標(biāo)、數(shù)字鍵；
3.2 顯示界面
4 軟件系統(tǒng)構(gòu)成
此次對機(jī)器人控制器的軟件開發(fā)是在原有的SIA-GRC通用機(jī)器人控制器的基礎(chǔ)上，擴(kuò)充了系統(tǒng)的功能，提升了系統(tǒng)的性能。機(jī)器人操作系統(tǒng)由機(jī)器人基本系統(tǒng)和機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)組成。我們對基本系統(tǒng)進(jìn)行了功能擴(kuò)充，增加了內(nèi)嵌PLC功能和機(jī)器人的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)算法，使機(jī)器人控制器的控制軸數(shù)增加到12個(gè)軸，即機(jī)器人可對多個(gè)弧焊工作站進(jìn)行協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)完善了機(jī)器人控制系統(tǒng)的診斷功能，提供了系統(tǒng)的在線幫助功能，便于對用戶進(jìn)行操作指導(dǎo)和系統(tǒng)維護(hù)。軟件系統(tǒng)用軟件工程的方法開發(fā)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，可靠性高，便于維護(hù)。整個(gè)軟件采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。
4.1 機(jī)器人基本系統(tǒng)
機(jī)器人基本系統(tǒng)就是機(jī)器人的控制軟件系統(tǒng)，也是機(jī)器人操作系統(tǒng)的最重要的部分。完成機(jī)器人的示教，機(jī)器人程序的執(zhí)行和機(jī)器人的人機(jī)接口以及機(jī)器人系統(tǒng)的診斷和在線幫助功能。控制軟件系統(tǒng)按層次劃分為模塊。
其框圖如下：
4.2 機(jī)器人協(xié)調(diào)控制
在機(jī)器人控制器的示教功能上，對外部軸（變位機(jī)）的控制有兩種方式。
（1）獨(dú)立運(yùn)動(dòng)
當(dāng)變位機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)器人不運(yùn)動(dòng)；
（2） 跟隨運(yùn)動(dòng)
當(dāng)變位機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，機(jī)器人跟隨運(yùn)動(dòng)，保持機(jī)器人和變位機(jī)的相對關(guān)系。
對機(jī)器人的指令功能上，增加了協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)指令。可支持機(jī)器人對多個(gè)變位機(jī)的情況。同時(shí)通過正反向運(yùn)動(dòng)，也可以對協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)指令進(jìn)行檢察，方便了機(jī)器人程序的示教編程。
4.3 機(jī)器人應(yīng)用系統(tǒng)
提供八個(gè)焊機(jī)文件、焊接文件和擺動(dòng)文件。以適應(yīng)不同的焊機(jī)，復(fù)雜的焊接工藝條件的情況。弧焊機(jī)器人的焊接指令具有抗粘絲功能，擺動(dòng)指令具有直線、L型、三角型和任意波形的擺動(dòng)算法。
5 控制器機(jī)柜
5.1 外觀
機(jī)器人控制器機(jī)柜采用防塵密封立式柜，前門帶有操作盒。
5.2 熱交換
機(jī)器人控制器機(jī)柜內(nèi)部由風(fēng)扇間接冷卻。冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在冷卻時(shí)使機(jī)柜內(nèi)所安裝的諸多電器設(shè)備和包含有灰塵的冷卻空氣完全隔離。共有兩部分風(fēng)道。
第一部分主要為伺服包散熱，機(jī)柜內(nèi)部的風(fēng)扇用來避免柜內(nèi)局部過熱，保持柜內(nèi)的溫度均勻。
第二部分通過機(jī)柜壁上的熱管和外界進(jìn)行熱交換，以維持機(jī)器人控制器機(jī)柜的冷卻。
6 結(jié)束語
該機(jī)器人控制器已用于新松公司的6kg工業(yè)機(jī)器人產(chǎn)品中。SIASUN-RH06A弧焊機(jī)器人已投入小批量生產(chǎn)，并已用于柳州五菱汽車廠汽車坐椅的焊接生產(chǎn)線，嘉鈴集團(tuán)摩托車架焊接生產(chǎn)線，通過一年多運(yùn)行表明該機(jī)器人性能良好、可靠性高，完全滿足生產(chǎn)的要求，可替代進(jìn)口機(jī)器人進(jìn)行汽車和摩托車的焊接。今后我們應(yīng)根據(jù)國外先進(jìn)的機(jī)器人控制器的研究情況，以及國內(nèi)工業(yè)機(jī)器人的實(shí)際應(yīng)用情況，推出性能價(jià)格比較高的機(jī)器人控制器產(chǎn)品，加快機(jī)器人控制器產(chǎn)品的更新?lián)Q代的步伐，使我所機(jī)器人控制器的研制工作達(dá)到國際先進(jìn)水平。
