一、控制系统组成及功能

　　天龙二号弧焊机器人是应建锋摩托车配件厂需要,为雅马哈5D型摩托车车架焊接流水线而设计的通用弧焊机器人。它由机器人机械本体、机器人控制柜、焊接电源、送丝机构及支架、焊接夹具五部份组成,机械本体结构形式为关节座标式,五个自由度,重复定位精度不大于0.3mm,最大合成速度为1m/s.控制系统计算机采用STDV20总线式工业控制计算机,驱动方式为直流伺服驱动,位置检测梁用脉冲编码器.运用键盘示教,可进行PTP和CP控制:控制系统由抗干扰能力强的工业控制计算机和对应的辅助接口电路以及五套直流何服机构组成，它们形成电流、速度、位置三个闭环系统,实现对焊接过程的控制。控制系统根据作业的性质,以命令流形式和焊接系统、夹具系统进行通讯.控制系统框图如图1所示。控制系统采用16位工控机,为加快运算速度,增加了8087协处理器，并配备相应的内存和半导体盘:控制软件包括监控运算、通讯三大模块,控制模块具有自控、屏幕显示、修改、编辑,编译、流程控制、故障诊断等功能.运动模块具有机器人的正运算、逆运算、加速度平滑、实时插补、PID调节等功能,通讯模块完成与焊机、左右夹具的信息传递。

图1 控制系统框图

二、控制系统工作环境设量

　　该弧焊机器入安置在摩托车车架焊接车间,该车.间有十几台松下500型自动焊机、流水线驱动装置及一些辅助设备，电源波动、电源尖峰干扰、环境温度变化和电磁干扰都比较严重。必须采取相应措施后机器人才能在此环境下正常工作。

　　控制柜应安置在防电磁干扰的屏蔽的控制室内，室内安置空调保证适当的温度和湿度。各种连接电缆都应严格采用屏蔽线。为避免车间动力电源的干扰进人控制柜.控制恒动力电源使用专线。控制柜内进入计算机系统的电源还必须经过滤噪、高精度稳压等净化措施，再通过高抗干扰开关电源、得到系统需要的各种控制电源。

　　控制柜内有工业控制计算机、PWM和SCR直流伺服系统、伺服变压器、开关电源及操作控制回路等设备,内部高频干扰和电磁场干扰较严重,因此,在控制柜结构设计时.应将各干扰源信号源以及易受干扰的工控机、操作系统印刷板等分隔成许多空间层.防止相互之间的干扰。五套旋转编码器、测速发电机的反馈信号通道、电机驱动通道和动力线在柜内的走线也应相

　　互隔离:在选用标准件和筛选元器件的基础上，设计时应考虑降额使用原则,关键部位为防止单点失效,宜采用冗余设计。

三、数据采集系统容错设计

　　工控机将发出码与反馈码比较.其差值超过软件输出设定限码值，作为数据错误,计算机使整个系统停机。我们采用连续重复采码的方法。滤掉非法数据后，取几次数据的平均值作为反馈数据,输入工控机计数板。从而大大延长了平均无故障工作时间。如果旋转编码器在计数器计数之前就受到干扰，那么.工控机连续采码所采集的数据都将是错误数据，仍将通不过软件没定限码值的检验,从而继续造成停机事故。对这种输入参数大变化系统.应采用自适应控制。我们舍去此错误反馈数据,将上一周期的反馈数据作为此周期的输入码。为确保机器入的控制精度.在改变输入参数后,我们运用一套自适应控制算法.消除了由此引起的误差,使机器人控制系统在几个采样周期之后,就恢复到正常控制状态,不影响机器人焊接精度。通过以上两种数据处理,控制系统数据采集错误基本上得到抑制,同时我们还设置了因连续多次计数过程发生错误而引起的停机保护。

四.现场运行的可靠性保证

　　控制系统由于干扰、温漂的影响,将出现累计误差,影响机器人焊接精度,严重时至使机器人不能正常工作。我们使机器入在焊接完一个夹具上的工件去焊接另一个夹具上的工件的过程中,让机器人经过相对零位,利用软件使机器人重新置零,接着再去焊接另一个工件。这样,每焊接完一个工件,机器人就被软件置零一次,就从根本，上消除了累计误差.保证了机器人的工作精度。

　　在机器人工作现场,为了保证工作人员的安全和保护机器人本体,要设置多重保护，除常用的急停保护外,该机器人还设置了过载保护、过热保护、限码保护、软件急停保护、极限行程开关保护、工件安装工人安全区保护等十几种停机保护功能，该机器人还具有详细的错误诊断提示，为检查故障原因、缩短排除故障时间提供了极大的方便.基本上机器人的所有故障停机,都能在立即重新加电启动后恢复正常工作，提高了机器人工作的有效度。在示教过程中,可以进行离线编辑修改示教程序及离线空运行检查。针对工件未安装完毕时可能出现的机器人到位焊接现象,引入了工件安装到位启动信号。我们还采用自动加油措施克服了焊接系统焊枪常出现的“堵嘴"现象,这些措施保证了机器人的顺利工作。

　　只有与预设的顺序--致时才有效，否则操作无效，电源将继续保持操作前的稳定状态,不会产生操作干扰脉冲。根据断流容量的大小适当选取不同的中间继电器K、K;.即可满足任何容量的电源控制。上述两种控制电路的共同特点都是在发生操作过电压之前将负载与直流稳压电源隔离。这就从根本上消除了操作过电压对负载一-微机的芯片的破坏作用。

一、控制系统组成及功能

　　天龙二号弧焊机器人是应建锋摩托车配件厂需要,为雅马哈5D型摩托车车架焊接流水线而设计的通用弧焊机器人。它由机器人机械本体、机器人控制柜、焊接电源、送丝机构及支架、焊接夹具五部份组成,机械本体结构形式为关节座标式,五个自由度,重复定位精度不大于0.3mm,最大合成速度为1m/s.控制系统计算机采用STDV20总线式工业控制计算机,驱动方式为直流伺服驱动,位置检测梁用脉冲编码器.运用键盘示教,可进行PTP和CP控制:控制系统由抗干扰能力强的工业控制计算机和对应的辅助接口电路以及五套直流何服机构组成，它们形成电流、速度、位置三个闭环系统,实现对焊接过程的控制。控制系统根据作业的性质,以命令流形式和焊接系统、夹具系统进行通讯.控制系统框图如图1所示。控制系统采用16位工控机,为加快运算速度,增加了8087协处理器，并配备相应的内存和半导体盘:控制软件包括监控运算、通讯三大模块,控制模块具有自控、屏幕显示、修改、编辑,编译、流程控制、故障诊断等功能.运动模块具有机器人的正运算、逆运算、加速度平滑、实时插补、PID调节等功能,通讯模块完成与焊机、左右夹具的信息传递。

图1 控制系统框图

二、控制系统工作环境设量

　　该弧焊机器入安置在摩托车车架焊接车间,该车.间有十几台松下500型自动焊机、流水线驱动装置及一些辅助设备，电源波动、电源尖峰干扰、环境温度变化和电磁干扰都比较严重。必须采取相应措施后机器人才能在此环境下正常工作。

　　控制柜应安置在防电磁干扰的屏蔽的控制室内，室内安置空调保证适当的温度和湿度。各种连接电缆都应严格采用屏蔽线。为避免车间动力电源的干扰进人控制柜.控制恒动力电源使用专线。控制柜内进入计算机系统的电源还必须经过滤噪、高精度稳压等净化措施，再通过高抗干扰开关电源、得到系统需要的各种控制电源。

　　控制柜内有工业控制计算机、PWM和SCR直流伺服系统、伺服变压器、开关电源及操作控制回路等设备,内部高频干扰和电磁场干扰较严重,因此,在控制柜结构设计时.应将各干扰源信号源以及易受干扰的工控机、操作系统印刷板等分隔成许多空间层.防止相互之间的干扰。五套旋转编码器、测速发电机的反馈信号通道、电机驱动通道和动力线在柜内的走线也应相

　　互隔离:在选用标准件和筛选元器件的基础上，设计时应考虑降额使用原则,关键部位为防止单点失效,宜采用冗余设计。

三、数据采集系统容错设计

　　工控机将发出码与反馈码比较.其差值超过软件输出设定限码值，作为数据错误,计算机使整个系统停机。我们采用连续重复采码的方法。滤掉非法数据后，取几次数据的平均值作为反馈数据,输入工控机计数板。从而大大延长了平均无故障工作时间。如果旋转编码器在计数器计数之前就受到干扰，那么.工控机连续采码所采集的数据都将是错误数据，仍将通不过软件没定限码值的检验,从而继续造成停机事故。对这种输入参数大变化系统.应采用自适应控制。我们舍去此错误反馈数据,将上一周期的反馈数据作为此周期的输入码。为确保机器入的控制精度.在改变输入参数后,我们运用一套自适应控制算法.消除了由此引起的误差,使机器人控制系统在几个采样周期之后,就恢复到正常控制状态,不影响机器人焊接精度。通过以上两种数据处理,控制系统数据采集错误基本上得到抑制,同时我们还设置了因连续多次计数过程发生错误而引起的停机保护。

四.现场运行的可靠性保证

　　控制系统由于干扰、温漂的影响,将出现累计误差,影响机器人焊接精度,严重时至使机器人不能正常工作。我们使机器入在焊接完一个夹具上的工件去焊接另一个夹具上的工件的过程中,让机器人经过相对零位,利用软件使机器人重新置零,接着再去焊接另一个工件。这样,每焊接完一个工件,机器人就被软件置零一次,就从根本，上消除了累计误差.保证了机器人的工作精度。

　　在机器人工作现场,为了保证工作人员的安全和保护机器人本体,要设置多重保护，除常用的急停保护外,该机器人还设置了过载保护、过热保护、限码保护、软件急停保护、极限行程开关保护、工件安装工人安全区保护等十几种停机保护功能，该机器人还具有详细的错误诊断提示，为检查故障原因、缩短排除故障时间提供了极大的方便.基本上机器人的所有故障停机,都能在立即重新加电启动后恢复正常工作，提高了机器人工作的有效度。在示教过程中,可以进行离线编辑修改示教程序及离线空运行检查。针对工件未安装完毕时可能出现的机器人到位焊接现象,引入了工件安装到位启动信号。我们还采用自动加油措施克服了焊接系统焊枪常出现的“堵嘴"现象,这些措施保证了机器人的顺利工作。

　　只有与预设的顺序--致时才有效，否则操作无效，电源将继续保持操作前的稳定状态,不会产生操作干扰脉冲。根据断流容量的大小适当选取不同的中间继电器K、K;.即可满足任何容量的电源控制。上述两种控制电路的共同特点都是在发生操作过电压之前将负载与直流稳压电源隔离。这就从根本上消除了操作过电压对负载一-微机的芯片的破坏作用。