?機器人控制器的通用化、開放化和多軸協(xié)調(diào)控制

機器人控制器是根據(jù)指令以及傳感信息控制機器人完成一定的動作或作業(yè)任務(wù)的裝置， 它是機器人的心臟， 決定了機器人性能的優(yōu)劣。傳統(tǒng)的機器人控制器基本上采用專用的計算機、 專用的機器人語言和專用的操作系統(tǒng)設(shè)計的， 結(jié)構(gòu)封閉， 表現(xiàn)出開放性差、 軟件獨立性差、 擴展性差、 缺少網(wǎng)絡(luò)功能等缺點， 它嚴(yán)重地影響了機器人的發(fā)展和應(yīng)用水平。在這種情況下， 開發(fā)開放式的機器人控制系統(tǒng)顯得非常迫切， 同時開放式機器人控制器也是當(dāng)前控制系統(tǒng)的主流和發(fā)展趨勢。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， 用于多機器人焊接系統(tǒng)， 即若干個機器人通過合作與協(xié)調(diào)而完成某一任務(wù)。例如 MOTOMAN的機器人控制柜 NX100 可控制 4 臺弧焊機器人同時作業(yè)， 使生產(chǎn)效率進一步提高。由于1臺控制柜可統(tǒng)一控制多臺機器人，所以機器人間無需聯(lián)鎖。人機對話是“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)容選擇多臺機器人協(xié)調(diào)作業(yè)， 或選擇單臺機器人獨立作業(yè)， 控制器實時監(jiān)控手臂間的干涉， 即使在示教中， 也能防止機器人間發(fā)生碰撞。

焊接機器人工作站上使用主要為了實現(xiàn)三類功能

目前， 這類激光傳感器在焊接機器人工作站上使用主要為了實現(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。此時如果仍然按照原示教結(jié)果進行焊接， 可能會出現(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。用于焊接機器人的焊縫搜索定位系統(tǒng)， 包括點式及條紋式的激光傳感器，適用于不同項目需求。

（ 2 ） 焊接過程中對焊縫實時跟蹤。焊縫跟蹤也稱為接頭跟蹤， 是指在焊接位置前方進行實時跟蹤。這不僅可以校正機器人或?qū)C的軌跡， 而且可以實現(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。焊接機器人技術(shù)是工業(yè)機器人技術(shù)在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用，它能夠根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序同時控制焊接端的動作和焊接過程，在不同的場合可以進行重新編程。利用激光焊縫跟蹤傳感器在焊槍之前實時地檢測焊縫三維空間位置和曲面曲率， 并將此信息發(fā)送給機器人控制器， 引導(dǎo)焊槍移動。

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

值得注意的是， 目前一些機器人廠商， 如 OTC ，MOTOMAN 等， 已經(jīng)開始著手研制用于所產(chǎn)機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器人協(xié)同工作得更好。先進的激光焊縫跟蹤傳感器不僅能夠感知被測點的三維位置， 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?；钴S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)時的國內(nèi)外形勢，國家“七五”攻關(guān)計劃將工業(yè)機器人的開發(fā)列入了計劃，對工業(yè)機器人進行了攻關(guān)，特別是把應(yīng)用作為考核的重要內(nèi)容，這樣就把機器人技術(shù)和用戶緊密結(jié)合起來，使中國機器人在起步階段就瞄準(zhǔn)了實用化的方向。所適用的焊接過程也從原來的單道焊接擴展到多層多道焊的焊縫跟蹤， 對于高反光的鋁合金材料焊接， 也能夠?qū)崿F(xiàn)有效跟蹤。

弧焊機器人的特點

　　弧焊機器人多采用氣體保護焊方法（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器人上作電弧焊。由于機器人控制柜采用數(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接口。利用激光焊縫跟蹤傳感器在焊槍之前實時地檢測焊縫三維空間位置和曲面曲率，并將此信息發(fā)送給機器人控制器，引導(dǎo)焊槍移動。

　　近年來，國外機器人生產(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，在弧焊機器人工作周期中，電弧時間所占的比例較大，因此在選擇焊接電源時，一般應(yīng)按持續(xù)率100％來確定電源的容量。送絲機構(gòu)可以裝在機器人的上臂上，也可以放在機器人之外，前者焊槍到送絲機之間的軟管較短，有利于保持送絲的穩(wěn)定性，而后者軟管校長，當(dāng)機器人把焊槍送到某些位置，使軟管處于多彎曲狀態(tài)，會嚴(yán)重影響送絲的質(zhì)量，所以送絲機的安裝方式一定要考慮保證送絲穩(wěn)定性的問題。采用焊接機器人工作站或自動焊接專機是提高和穩(wěn)定焊接質(zhì)量的重要途徑，而且隨著勞動力成本的提高，機器人焊接的成本優(yōu)勢越來越明顯。