摘 要 本文介紹了新松公司最新開發的弧焊機器人控制器的研制情況。該系統可完成機器人對多個弧焊工作站的協調控制，最多為12個運動軸。為便于國內用戶使用，實現了中文界面功能鍵驅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。該系統已用于新松公司的6kg工業機器人產品中。
關鍵詞 弧焊機器人控制器，協調控制，漢字編程示教盒
1 引言
為了國家863計劃科研成果的推廣應用，新松公司準備設計、制造40臺的6kg工業機器人。該項目的特點為我公司自主開發、具有自有版權的弧焊機器人系統。為其配套的機器人控制器應具有低成本、高性能、可靠性好和便于使用的特點。該系統在硬件和軟件上均采用模塊化結構，以適應不同的弧焊機器人工作站的需要。在硬件上，采用全新設計的計算機控制系統、控制柜和編程示教盒。在軟件上，采用軟件工程的思想，實現以功能鍵驅動的全菜單操作的漢字機器人操作系統。全部程序采用模塊化設計，C語言編程，系統具有很高的可靠性，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經驗，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
機器人產業化的需要。
2 系統硬件結構設計
SIASUN-RH06A弧焊機器人控制器采用多CPU計算機結構，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劃、插補和位置伺服以及主控邏輯、數字I/O等功能，而編程示教盒完成信息的顯示和按鍵的輸入。
系統采用模塊化結構，根據需要可以配置成不同軸數機器人系統。
2.1 主計算機
主計算機采用工業級486DX4-100微型單板計算機，4M DRAM，3個16位定時計數器，兩個串行口以及硬件看門狗定時器。
2.2 位置伺服
采用8254產生脈沖信號驅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的連鎖保護。
2.5碼盤輸入
采用大規模可編程邏輯陣列設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 人機接口的設計
為提高機器人系統的可操作性，對其人機交互部分進行了重新設計，該部分設計的好壞，直接影響到系統的使用。
針對我們的用戶基本為國內的實際情況，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整。
3.1 編程示教盒設計
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。編程示教盒的外型采用SolidEdge 進行三維CAD設計，符合人體工學的標準，大大提高了編程示教盒設計水平。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：
⑴ 功能鍵；
⑵ 軸操作鍵；
⑶ 程序編輯鍵；
⑷ 光標、數字鍵；
3.2 顯示界面
4 軟件系統構成
此次對機器人控制器的軟件開發是在原有的SIA-GRC通用機器人控制器的基礎上，擴充了系統的功能，提升了系統的性能。機器人操作系統由機器人基本系統和機器人應用系統組成。我們對基本系統進行了功能擴充，增加了內嵌PLC功能和機器人的協調運動算法，使機器人控制器的控制軸數增加到12個軸，即機器人可對多個弧焊工作站進行協調運動。同時完善了機器人控制系統的診斷功能，提供了系統的在線幫助功能，便于對用戶進行操作指導和系統維護。軟件系統用軟件工程的方法開發，系統結構清晰，可靠性高，便于維護。整個軟件采用實時多任務操作系統實現。
4.1 機器人基本系統
機器人基本系統就是機器人的控制軟件系統，也是機器人操作系統的最重要的部分。完成機器人的示教，機器人程序的執行和機器人的人機接口以及機器人系統的診斷和在線幫助功能。控制軟件系統按層次劃分為模塊。
其框圖如下：
4.2 機器人協調控制
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系。
對機器人的指令功能上，增加了協調運動指令。可支持機器人對多個變位機的情況。同時通過正反向運動，也可以對協調運動指令進行檢察，方便了機器人程序的示教編程。
4.3 機器人應用系統
提供八個焊機文件、焊接文件和擺動文件。以適應不同的焊機，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部由風扇間接冷卻。冷卻系統的結構在冷卻時使機柜內所安裝的諸多電器設備和包含有灰塵的冷卻空氣完全隔離。共有兩部分風道。
第一部分主要為伺服包散熱，機柜內部的風扇用來避免柜內局部過熱，保持柜內的溫度均勻。
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 結束語
該機器人控制器已用于新松公司的6kg工業機器人產品中。SIASUN-RH06A弧焊機器人已投入小批量生產，并已用于柳州五菱汽車廠汽車坐椅的焊接生產線，嘉鈴集團摩托車架焊接生產線，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。今后我們應根據國外先進的機器人控制器的研究情況，以及國內工業機器人的實際應用情況，推出性能價格比較高的機器人控制器產品，加快機器人控制器產品的更新換代的步伐，使我所機器人控制器的研制工作達到國際先進水平。
