弧焊机器人控制系统设计研究

摘要：本文对工业弧焊机器人进行了论述，尤其是对其控制系统的内部与外部连接进行了详细的描述，明确提出可以通过修改伺服放大器的参数来选择使用伺服放大器的通讯功能，并对工业计算机和伺服放大器的数据传输与匹配功能进行了具体说明。

关键词：弧焊；机器人；控制系统；伺服放大器

1弧焊机器人概述

工业机器人是现代制造技术发展的重要标志之一，今年来工业机器人的数量增长迅猛，这也加速了工业化进程，尤其是最近几年在中国，现代工农业生产中正在应用的机器人有半数是焊接机器人。研究资料显示，截止到目前为止已经出现了三代弧焊机器人，其中最新的第三代弧焊机器人是集多种传感器于一身的高智能机器人，他在接受作业指令后能根据客观环境自行编程，有些弧焊机器人还能适时调整程序以适应环境的改变，因此，人工智能化程度很高，现代工业生产和科研院所里面目前主要是这类机器人[1]。目前，在工农业生产中尤其是汽车制造类企业和汽车零部件生产企业中的焊接机器人所占比重较高，这为工业生产注入了活力。在汽车制造类企业中主要是点焊机器人和弧焊机器人两种，其中弧焊机器人占40%。最近几年我国焊接机器人的研究也逐渐展开，特别是在大型厚钢板的焊接机器人研究方面，上海宝钢焊接中心开发的双丝焊实验设备已制造完毕并通过检验；新松公司开发生产的RH6弧焊机器人具有6个自由度，最大工作负荷6公斤，其先进的设计理念已达到国际一流水平[2]。

2弧焊机器人的构造

一台完整的弧焊机器人要包括机器人的机械手、控制系统、焊接装置和焊件夹持装置，其中的焊接装置应包括焊枪、焊接电源和送丝机构，这是弧焊机器人必须具有的部分，也是弧焊机器人区别于其他机器人的特征，弧焊机器人必须配备弧焊电源。机械手多种多样，正置关节式是比较常见的一种，它机构灵活、结构紧凑、空间利用率高、工作空间大并与焊枪固定，用来带动焊枪运动。夹持装置用来夹持焊件，有些弧焊机器人上面装有旋转工作台，便于调整焊件位置。现在工业应用的弧焊机器人通常有5个或6个自由度，焊接速度很高，点对点焊接速度可达60m/min以上，用于教学科研的弧焊机器人焊接速度相对较低，主要以演示和功能实现为主，可以通过示教和再现方式或者通过编程方式进行工作，可操作性很强[3]。

3弧焊机器人控制系统设计

3.1控制系统与外围设备的连接

弧焊机器人的控制系统不但要控制机械手的运动轨迹，设定运动方向，还要控制外围设备的所有动作，包括信号传输，用来实现焊接设备的开启、切断以及安全防护。图1是弧焊机器人与外部设备的信号连接图。弧焊机器人的控制系统与外部设备连接时，传输方式有很多种，但通信信号的形式只有数字信号和模拟信号两种。其中控制柜与外围设备用模拟信号联系，外围设备包括弧焊电源、送丝机构和变位器、夹具等操作装置。数字信号用来控制设备的启停、状态检测、动态监控，以及设备在使用过程中的故障报警和排除，同时还要保证设备的安全。弧焊机器人的工作方式大多采用示教式，这跟第一台弧焊机器人的研究初衷有很大关系，大多数弧焊机器人都有一个可以操作的示教盒，从始点开始，然后用按键的方式来确定焊接位置、运动方式（直线或圆弧）、焊枪摆动方式、角度以及各种焊接参数。同时还可利用示教盒控制外围设备的运动速度等。利用示教盒还可实现焊接工艺操作，包括引弧、施焊、熄弧、填满弧坑等。演示完成后，弧焊机器人的控制系统会把程序进行自动编辑，等程序生成后即可进行实际的焊接操作。

3.2控制系统通讯功能的实现

弧焊机器人本体一般都有六个自由度，这是为了实现任意角度的焊接，因此，需要六个伺服电机和相匹配的伺服驱动器来实现，伺服放大器连接的工业计算机发出指令后，伺服放大器会接收到并发出应答信息来实现信号的传输和通讯，如果想伺服放大器连续读取数据，那工业计算机必须重复不断地发送指令。工业计算机在发送指令或数据的同时必须明确是传递给哪一个伺服放大器，这样传输的数据只对指定的伺服放大器才有效，这样就可以实现定点传输。当发送数据时，如果不指定是哪一个伺服放大器，即不提前对数据进行传输限定时，那么发送的数据对所有连接在总线上的伺服放大器都有效[4]。

4结论

弧焊机器人在工业生产和教学科研中起着越来越重要的作用，而控制系统是弧焊机器人的核心与灵魂，我们对弧焊机器人的控制系统内部与外部连接进行了详细的描述，明确提出可以通过修改伺服放大器的参数来选择使用伺服放大器的通讯功能，并对工业计算机和伺服放大器的数据传输与匹配功能进行了具体说明。

参考文献：

[1]王锐.焊接机器人控制系统研究分析[J].电子世界,2013(12)：105.

[2]张晓辉.焊接机器人控制系统的研究与设计[D].上海：东华大学，2009.

[3]邱葭菲.焊工工艺学[M].北京：中国劳动社会保障出版社,2005：173-1知名经济期刊74.

[4]李永明,王健.焊接机器人控制系统的研究[J].仪表技术,2009(06):31-33.

作者：张国政 单位：陕西国防工业职业技术学院 汽车工程学院

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