SIASUN-RH06A弧焊机器人控制系统的研制

摘 要 本文介绍了新松公司*开发的弧焊机器人控制器的研制情况。该系统可完成机器人对多个弧焊工作站的协调控制，最多为12个运动轴。为便于国内用户使用，实现了中文界面功能键驱动的新型编程示教盒，是一种便于使用和维护的弧焊机器人控制系统。该系统已用于新松公司的6kg工业机器人产品中。
　　关键词 弧焊机器人控制器，协调控制，汉字编程示教盒

1 引言
为了*863计划科研成果的推广应用，新松公司准备设计、制造40台的6kg工业机器人。该项目的特点为我公司自主开发、具有自有版权的弧焊机器人系统。为其配套的机器人控制器应具有低成本、高性能、可靠性好和便于使用的特点。该系统在硬件和软件上均采用模块化结构，以适应不同的弧焊机器人工作站的需要。在硬件上，采用全新设计的计算机控制系统、控制柜和编程示教盒。在软件上，采用软件工程的思想，实现以功能键驱动的全菜单操作的汉字机器人操作系统。全部程序采用模块化设计，C语言编程，系统具有很高的可靠性，通用性，可扩展性，可维护性。
SIASUN-RH06A弧焊机器人控制器吸取了原有的SIA-GRC通用机器人控制器的开发经验，具有通用性好、可靠性高、便于维护和易于操作的特点，可以适应机器人产业化的需要。

2 系统硬件结构设计

　　SIASUN-RH06A弧焊机器人控制器采用多CPU计算机结构，分为主计算机和编程示教盒（手控盒）。主计算机和编程示教盒通过串口进行异步通讯。主计算机完成机器人的运动规划、插补和位置伺服以及主控逻辑、数字I/O等功能，而编程示教盒完成信息的显示和按键的输入。
系统采用模块化结构，根据需要可以配置成不同轴数机器人系统。
2.1 主计算机
主计算机采用工业级486DX4-100微型单板计算机，4M DRAM，3个16位定时计数器，两个串行口以及硬件看门狗定时器。
2.2 位置伺服
采用8254产生脉冲信号驱动具有标准脉冲接口的交流位置伺服单元，完成交流电机的控制。
2.3光电隔离数字I/O
提供32位光电隔离输入和32位光电隔离输出，满足输入输出信号的要求（可扩展）。
2.4主控逻辑
提供伺服控制逻辑和系统的连锁保护。
2.5码盘输入
采用大规模可编程逻辑阵列设计光电码盘的输入接口。
2.6弧焊接口
提供标准焊机控制接口，包括焊机电流、电压的控制，断弧、粘丝保护等。

3 人机接口的设计
为提高机器人系统的可操作性，对其人机交互部分进行了重新设计，该部分设计的好坏，直接影响到系统的使用。
针对我们的用户基本为国内的实际情况，采用汉字界面便于用户的使用，同时对原编程示教盒的按键和外型也进行了调整。
3.1　编程示教盒设计
　　编程示教盒是机器人控制器中人机交互的主要部件，它通过串行口与主计算机相联。编程示教盒的外型采用SolidEdge 进行三维CAD设计，符合人体工学的标准，大大提高了编程示教盒设计水平。编程示教盒由显示屏、54个按键和急停按钮组成，用单片机进行管理。显示屏采用320x240点阵的LCD图形显示器，可显示13行×20个汉字。
　　按键按功能分成以下四组：
　　　⑴　功能键；
　　　⑵　轴操作键；
　　　⑶　程序编辑键；
　　　⑷　光标、数字键；

3.2　显示界面

4 软件系统构成
此次对机器人控制器的软件开发是在原有的SIA-GRC通用机器人控制器的基础上，扩充了系统的功能，提升了系统的性能。机器人操作系统由机器人基本系统和机器人应用系统组成。我们对基本系统进行了功能扩充，增加了内嵌PLC功能和机器人的协调运动算法，使机器人控制器的控制轴数增加到12个轴，即机器人可对多个弧焊工作站进行协调运动。同时完善了机器人控制系统的诊断功能，提供了系统的在线帮助功能，便于对用户进行操作指导和系统维护。软件系统用软件工程的方法开发，系统结构清晰，可靠性高，便于维护。整个软件采用实时多任务操作系统实现。

4.1 机器人基本系统
机器人基本系统就是机器人的控制软件系统，也是机器人操作系统的最重要的部分。完成机器人的示教，机器人程序的执行和机器人的人机接口以及机器人系统的诊断和在线帮助功能。控制软件系统按层次划分为模块。
其框图如下：

4.2 机器人协调控制
在机器人控制器的示教功能上，对外部轴（变位机）的控制有两种方式。
（1）独立运动
当变位机运动时，机器人不运动；
（2） 跟随运动
当变位机运动时，机器人跟随运动，保持机器人和变位机的相对关系。
对机器人的指令功能上，增加了协调运动指令。可支持机器人对多个变位机的情况。同时通过正反向运动，也可以对协调运动指令进行检察，方便了机器人程序的示教编程。

4.3 机器人应用系统
提供八个焊机文件、焊接文件和摆动文件。以适应不同的焊机，复杂的焊接工艺条件的情况。弧焊机器人的焊接指令具有抗粘丝功能，摆动指令具有直线、L型、三角型和任意波形的摆动算法。

5 控制器机柜
5.1 外观
机器人控制器机柜采用防尘密封立式柜，前门带有操作盒。

5.2 热交换
机器人控制器机柜内部由风扇间接冷却。冷却系统的结构在冷却时使机柜内所安装的诸多电器设备和包含有灰尘的冷却空气完全隔离。共有两部分风道。
*部分主要为伺服包散热，机柜内部的风扇用来避免柜内局部过热，保持柜内的温度均匀。
第二部分通过机柜壁上的热管和外界进行热交换，以维持机器人控制器机柜的冷却。

6 结束语
该机器人控制器已用于新松公司的6kg工业机器人产品中。SIASUN-RH06A弧焊机器人已投入小批量生产，并已用于柳州五菱汽车厂汽车坐椅的焊接生产线，嘉铃集团摩托车架焊接生产线，通过一年多运行表明该机器人性能良好、可靠性高，完全满足生产的要求，可替代进口机器人进行汽车和摩托车的焊接。今后我们应根据国外先进的机器人控制器的研究情况，以及国内工业机器人的实际应用情况，推出性能价格比较高的机器人控制器产品，加快机器人控制器产品的更新换代的步伐，使我所机器人控制器的研制工作达到国际先进水平。