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?機器人控制器的通用化、開放化和多軸協調控制

機器人控制器是根據指令以及傳感信息控制機器人完成一定的動作或作業任務的裝置， 它是機器人的心臟， 決定了機器人性能的優劣。傳統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設計的， 結構封閉， 表現出開放性差、 軟件獨立性差、 擴展性差、 缺少網絡功能等缺點， 它嚴重地影響了機器人的發展和應用水平。在這種情況下， 開發開放式的機器人控制系統顯得非常迫切， 同時開放式機器人控制器也是當前控制系統的主流和發展趨勢。日系中主要有安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎等公司的產品。

目前各機器人廠商的控制柜都具有多軸協調控制能力， 用于多機器人焊接系統， 即若干個機器人通過合作與協調而完成某一任務。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， 使生產效率進一步提高。由于1臺控制柜可統一控制多臺機器人，所以機器人間無需聯鎖。人機對話是“指令”和“傳感”的交流，它的發展依賴于傳感技術的發展。

焊接過程中， 可根據作業內容選擇多臺機器人協調作業， 或選擇單臺機器人獨立作業， 控制器實時監控手臂間的干涉， 即使在示教中， 也能防止機器人間發生碰撞。

焊接機器人工作站上使用主要為了實現三類功能

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三類功能：

（ 1 ） 初始焊位引導， 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果進行焊接， 可能會出現焊偏現象。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。鋼結構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， 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專機的軌跡， 而且可以實現自適應控制， 例如通過調整電壓、 送絲速度或行走速度來改變焊縫成形。焊接機器人技術是工業機器人技術在焊接領域的應用，它能夠根據預先設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， 并將此信息發送給機器人控制器， 引導焊槍移動。

（ 3 ） 焊后質量檢測。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量和缺陷進行檢驗， 發現成形不良、 咬邊等缺陷。

值得注意的是， 目前一些機器人廠商， 如 OTC ，MOTOMAN 等， 已經開始著手研制用于所產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， 從而不僅調節焊槍位置， 還可以幫助調節焊槍姿態， 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域之一， 多條紋激光光源、 錐形激光光源等都有研究和應用。鑒于當時的國內外形勢，國家“七五”攻關計劃將工業機器人的開發列入了計劃，對工業機器人進行了攻關，特別是把應用作為考核的重要內容，這樣就把機器人技術和用戶緊密結合起來，使中國機器人在起步階段就瞄準了實用化的方向。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， 也能夠實現有效跟蹤。

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，并將此信息發送給機器人控制器，引導焊槍移動。

　　近年來，國外機器人生產廠都有自己特定的配套焊接設備，在這些焊接設備內已經插入相應的接口板，所以弧焊機器人系統中并沒有附加接口箱。應該指出的是，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，一般應按持續率100％來確定電源的容量。送絲機構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定性，而后者軟管校長，當機器人把焊槍送到某些位置，使軟管處于多彎曲狀態，會嚴重影響送絲的質量，所以送絲機的安裝方式一定要考慮保證送絲穩定性的問題。采用焊接機器人工作站或自動焊接專機是提高和穩定焊接質量的重要途徑，而且隨著勞動力成本的提高，機器人焊接的成本優勢越來越明顯。