摘 要 本文介紹了新松公司*開發(fā)的弧焊機器人控制器的研制情況。該系統(tǒng)可完成機器人對多個弧焊工作站的協(xié)調(diào)控制，最多為12個運動軸。為便于國內(nèi)用戶使用，實現(xiàn)了中文界面功能鍵驅(qū)動的新型編程示教盒，是一種便于使用和維護的弧焊機器人控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)已用于新松公司的6kg工業(yè)機器人產(chǎn)品中。
　　關(guān)鍵詞 弧焊機器人控制器，協(xié)調(diào)控制，漢字編程示教盒

1 引言
為了*863計劃科研成果的推廣應(yīng)用，新松公司準備設(shè)計、制造40臺的6kg工業(yè)機器人。該項目的特點為我公司自主開發(fā)、具有自有版權(quán)的弧焊機器人系統(tǒng)。為其配套的機器人控制器應(yīng)具有低成本、高性能、可靠性好和便于使用的特點。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)不同的弧焊機器人工作站的需要。在硬件上，采用全新設(shè)計的計算機控制系統(tǒng)、控制柜和編程示教盒。在軟件上，采用軟件工程的思想，實現(xiàn)以功能鍵驅(qū)動的全菜單操作的漢字機器人操作系統(tǒng)。全部程序采用模塊化設(shè)計，C語言編程，系統(tǒng)具有很高的可靠性，通用性，可擴展性，可維護性。
SIASUN-RH06A弧焊機器人控制器吸取了原有的SIA-GRC通用機器人控制器的開發(fā)經(jīng)驗，具有通用性好、可靠性高、便于維護和易于操作的特點，可以適應(yīng)機器人產(chǎn)業(yè)化的需要。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　SIASUN-RH06A弧焊機器人控制器采用多CPU計算機結(jié)構(gòu)，分為主計算機和編程示教盒（手控盒）。主計算機和編程示教盒通過串口進行異步通訊。主計算機完成機器人的運動規(guī)劃、插補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)機器人系統(tǒng)。
2.1 主計算機
主計算機采用工業(yè)級486DX4-100微型單板計算機，4M DRAM，3個16位定時計數(shù)器，兩個串行口以及硬件看門狗定時器。
2.2 位置伺服
采用8254產(chǎn)生脈沖信號驅(qū)動具有標準脈沖接口的交流位置伺服單元，完成交流電機的控制。
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（可擴展）。
2.4主控邏輯
提供伺服控制邏輯和系統(tǒng)的連鎖保護。
2.5碼盤輸入
采用大規(guī)模可編程邏輯陣列設(shè)計光電碼盤的輸入接口。
2.6弧焊接口
提供標準焊機控制接口，包括焊機電流、電壓的控制，斷弧、粘絲保護等。

3 人機接口的設(shè)計
為提高機器人系統(tǒng)的可操作性，對其人機交互部分進行了重新設(shè)計，該部分設(shè)計的好壞，直接影響到系統(tǒng)的使用。
針對我們的用戶基本為國內(nèi)的實際情況，采用漢字界面便于用戶的使用，同時對原編程示教盒的按鍵和外型也進行了調(diào)整。
3.1　編程示教盒設(shè)計
　　編程示教盒是機器人控制器中人機交互的主要部件，它通過串行口與主計算機相聯(lián)。編程示教盒的外型采用SolidEdge 進行三維CAD設(shè)計，符合人體工學的標準，大大提高了編程示教盒設(shè)計水平。編程示教盒由顯示屏、54個按鍵和急停按鈕組成，用單片機進行管理。顯示屏采用320x240點陣的LCD圖形顯示器，可顯示13行×20個漢字。
　　按鍵按功能分成以下四組：
　　?、拧」δ苕I；
　　　⑵　軸操作鍵；
　　?、恰〕绦蚓庉嬫I；
　　?、取」鈽?、數(shù)字鍵；

3.2　顯示界面

4 軟件系統(tǒng)構(gòu)成
此次對機器人控制器的軟件開發(fā)是在原有的SIA-GRC通用機器人控制器的基礎(chǔ)上，擴充了系統(tǒng)的功能，提升了系統(tǒng)的性能。機器人操作系統(tǒng)由機器人基本系統(tǒng)和機器人應(yīng)用系統(tǒng)組成。我們對基本系統(tǒng)進行了功能擴充，增加了內(nèi)嵌PLC功能和機器人的協(xié)調(diào)運動算法，使機器人控制器的控制軸數(shù)增加到12個軸，即機器人可對多個弧焊工作站進行協(xié)調(diào)運動。同時完善了機器人控制系統(tǒng)的診斷功能，提供了系統(tǒng)的在線幫助功能，便于對用戶進行操作指導和系統(tǒng)維護。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。整個軟件采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)實現(xiàn)。

4.1 機器人基本系統(tǒng)
機器人基本系統(tǒng)就是機器人的控制軟件系統(tǒng)，也是機器人操作系統(tǒng)的最重要的部分。完成機器人的示教，機器人程序的執(zhí)行和機器人的人機接口以及機器人系統(tǒng)的診斷和在線幫助功能?？刂栖浖到y(tǒng)按層次劃分為模塊。
其框圖如下：

4.2 機器人協(xié)調(diào)控制
在機器人控制器的示教功能上，對外部軸（變位機）的控制有兩種方式。
（1）獨立運動
當變位機運動時，機器人不運動；
（2） 跟隨運動
當變位機運動時，機器人跟隨運動，保持機器人和變位機的相對關(guān)系。
對機器人的指令功能上，增加了協(xié)調(diào)運動指令?？芍С謾C器人對多個變位機的情況。同時通過正反向運動，也可以對協(xié)調(diào)運動指令進行檢察，方便了機器人程序的示教編程。

4.3 機器人應(yīng)用系統(tǒng)
提供八個焊機文件、焊接文件和擺動文件。以適應(yīng)不同的焊機，復雜的焊接工藝條件的情況。弧焊機器人的焊接指令具有抗粘絲功能，擺動指令具有直線、L型、三角型和任意波形的擺動算法。

5 控制器機柜
5.1 外觀
機器人控制器機柜采用防塵密封立式柜，前門帶有操作盒。

5.2 熱交換
機器人控制器機柜內(nèi)部由風扇間接冷卻。冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)在冷卻時使機柜內(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。共有兩部分風道。
*部分主要為伺服包散熱，機柜內(nèi)部的風扇用來避免柜內(nèi)局部過熱，保持柜內(nèi)的溫度均勻。
第二部分通過機柜壁上的熱管和外界進行熱交換，以維持機器人控制器機柜的冷卻。

6 結(jié)束語
該機器人控制器已用于新松公司的6kg工業(yè)機器人產(chǎn)品中。SIASUN-RH06A弧焊機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，嘉鈴集團摩托車架焊接生產(chǎn)線，通過一年多運行表明該機器人性能良好、可靠性高，完全滿足生產(chǎn)的要求，可替代進口機器人進行汽車和摩托車的焊接。今后我們應(yīng)根據(jù)國外先進的機器人控制器的研究情況，以及國內(nèi)工業(yè)機器人的實際應(yīng)用情況，推出性能價格比較高的機器人控制器產(chǎn)品，加快機器人控制器產(chǎn)品的更新?lián)Q代的步伐，使我所機器人控制器的研制工作達到國際先進水平。