?機(jī)器人控制器的通用化、開放化和多軸協(xié)調(diào)控制

機(jī)器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機(jī)器人完成一定的動(dòng)作或作業(yè)任務(wù)的裝置， 它是機(jī)器人的心臟， 決定了機(jī)器人性能的優(yōu)劣。傳統(tǒng)的機(jī)器人控制器基本上采用專用的計(jì)算機(jī)、 專用的機(jī)器人語言和專用的操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)的， 結(jié)構(gòu)封閉， 表現(xiàn)出開放性差、 軟件獨(dú)立性差、 擴(kuò)展性差、 缺少網(wǎng)絡(luò)功能等缺點(diǎn)， 它嚴(yán)重地影響了機(jī)器人的發(fā)展和應(yīng)用水平。在這種情況下， 開發(fā)開放式的機(jī)器人控制系統(tǒng)顯得非常迫切， 同時(shí)開放式機(jī)器人控制器也是當(dāng)前控制系統(tǒng)的主流和發(fā)展趨勢(shì)。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產(chǎn)品。

目前各機(jī)器人廠商的控制柜都具有多軸協(xié)調(diào)控制能力， 用于多機(jī)器人焊接系統(tǒng)， 即若干個(gè)機(jī)器人通過合作與協(xié)調(diào)而完成某一任務(wù)。例如 MOTOMAN的機(jī)器人控制柜 NX100 可控制 4 臺(tái)弧焊機(jī)器人同時(shí)作業(yè)， 使生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。由于1臺(tái)控制柜可統(tǒng)一控制多臺(tái)機(jī)器人，所以機(jī)器人間無需聯(lián)鎖。人機(jī)對(duì)話是“指令”和“傳感”的交流，它的發(fā)展依賴于傳感技術(shù)的發(fā)展。

焊接過程中， 可根據(jù)作業(yè)內(nèi)容選擇多臺(tái)機(jī)器人協(xié)調(diào)作業(yè)， 或選擇單臺(tái)機(jī)器人獨(dú)立作業(yè)， 控制器實(shí)時(shí)監(jiān)控手臂間的干涉， 即使在示教中， 也能防止機(jī)器人間發(fā)生碰撞。

焊接機(jī)器人工作站上使用主要為了實(shí)現(xiàn)三類功能

目前， 這類激光傳感器在焊接機(jī)器人工作站上使用主要為了實(shí)現(xiàn)三類功能：

（ 1 ） 初始焊位引導(dǎo)， 也稱為焊縫搜索或接頭搜索。由于裝配誤差， 可能引起焊縫位置的變化。此時(shí)如果仍然按照原示教結(jié)果進(jìn)行焊接， 可能會(huì)出現(xiàn)焊偏現(xiàn)象。焊縫搜索是利用一次或多次搜索定位焊縫， 在焊接前平移機(jī)器人的編程路徑， 確保焊縫地熔敷在接頭上的過程。鋼結(jié)構(gòu)的焊接性包含以下兩個(gè)方面的含義：一是工藝焊接性，是指金屬或材料在一定的焊接工藝條件下，能否獲得致密、無缺陷并具有一定使用性能的焊接接頭的能力。用于焊接機(jī)器人的焊縫搜索定位系統(tǒng)， 包括點(diǎn)式及條紋式的激光傳感器，適用于不同項(xiàng)目需求。

（ 2 ） 焊接過程中對(duì)焊縫實(shí)時(shí)跟蹤。焊縫跟蹤也稱為接頭跟蹤， 是指在焊接位置前方進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。這不僅可以校正機(jī)器人或?qū)C(jī)的軌跡， 而且可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制， 例如通過調(diào)整電壓、 送絲速度或行走速度來改變焊縫成形。焊接機(jī)器人技術(shù)是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用，它能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序同時(shí)控制焊接端的動(dòng)作和焊接過程，在不同的場(chǎng)合可以進(jìn)行重新編程。利用激光焊縫跟蹤傳感器在焊槍之前實(shí)時(shí)地檢測(cè)焊縫三維空間位置和曲面曲率， 并將此信息發(fā)送給機(jī)器人控制器， 引導(dǎo)焊槍移動(dòng)。

（ 3 ） 焊后質(zhì)量檢測(cè)。利用激光傳感器的三維信息獲取能力， 可以對(duì)焊后的焊縫成形質(zhì)量和缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)， 發(fā)現(xiàn)成形不良、 咬邊等缺陷。

值得注意的是， 目前一些機(jī)器人廠商， 如 OTC ，MOTOMAN 等， 已經(jīng)開始著手研制用于所產(chǎn)機(jī)器人的激光焊縫跟蹤傳感器。將來焊縫跟蹤激光傳感器將與焊接機(jī)器人協(xié)同工作得更好。先進(jìn)的激光焊縫跟蹤傳感器不僅能夠感知被測(cè)點(diǎn)的三維位置， 還能夠擬合出工件的曲率， 從而不僅調(diào)節(jié)焊槍位置， 還可以幫助調(diào)節(jié)焊槍姿態(tài)， 如圖 4 所示。這樣在激光焊縫跟蹤傳感器的幫助下， 有可能完全省去示教步驟， 從而大大提高工作效率。目前， 焊縫跟蹤傳感器還是非常活躍的領(lǐng)域之一， 多條紋激光光源、 錐形激光光源等都有研究和應(yīng)用。鑒于當(dāng)時(shí)的國(guó)內(nèi)外形勢(shì)，國(guó)家“七五”攻關(guān)計(jì)劃將工業(yè)機(jī)器人的開發(fā)列入了計(jì)劃，對(duì)工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行了攻關(guān)，特別是把應(yīng)用作為考核的重要內(nèi)容，這樣就把機(jī)器人技術(shù)和用戶緊密結(jié)合起來，使中國(guó)機(jī)器人在起步階段就瞄準(zhǔn)了實(shí)用化的方向。所適用的焊接過程也從原來的單道焊接擴(kuò)展到多層多道焊的焊縫跟蹤， 對(duì)于高反光的鋁合金材料焊接， 也能夠?qū)崿F(xiàn)有效跟蹤。

弧焊機(jī)器人的特點(diǎn)

　　弧焊機(jī)器人多采用氣體保護(hù)焊方法（MAG、MIG、TIG），通常的晶閘管式、逆變式、波形控制式、脈沖或非脈沖式等的焊接電源都可以裝到機(jī)器人上作電弧焊。由于機(jī)器人控制柜采用數(shù)字控制，而焊接電源多為模擬控制，所以需要在焊接電源與控制柜之間加一個(gè)接口。利用激光焊縫跟蹤傳感器在焊槍之前實(shí)時(shí)地檢測(cè)焊縫三維空間位置和曲面曲率，并將此信息發(fā)送給機(jī)器人控制器，引導(dǎo)焊槍移動(dòng)。

　　近年來，國(guó)外機(jī)器人生產(chǎn)廠都有自己特定的配套焊接設(shè)備，在這些焊接設(shè)備內(nèi)已經(jīng)插入相應(yīng)的接口板，所以弧焊機(jī)器人系統(tǒng)中并沒有附加接口箱。應(yīng)該指出的是，在弧焊機(jī)器人工作周期中，電弧時(shí)間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時(shí)，一般應(yīng)按持續(xù)率100％來確定電源的容量。送絲機(jī)構(gòu)可以裝在機(jī)器人的上臂上，也可以放在機(jī)器人之外，前者焊槍到送絲機(jī)之間的軟管較短，有利于保持送絲的穩(wěn)定性，而后者軟管校長(zhǎng)，當(dāng)機(jī)器人把焊槍送到某些位置，使軟管處于多彎曲狀態(tài)，會(huì)嚴(yán)重影響送絲的質(zhì)量，所以送絲機(jī)的安裝方式一定要考慮保證送絲穩(wěn)定性的問題。采用焊接機(jī)器人工作站或自動(dòng)焊接專機(jī)是提高和穩(wěn)定焊接質(zhì)量的重要途徑，而且隨著勞動(dòng)力成本的提高，機(jī)器人焊接的成本優(yōu)勢(shì)越來越明顯。