焊接机器人及其柔性夹具控制系统

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1、焊接机器人及其柔性夹具控制系统

2、第1第1焊接机器人及柔性夹具控制系统在结构上主要由两部分组成：机械系统和控制系统。机械系统包括机器人工作房、机器人本体、机器人外轴回转台及机器人周边设备等；控制系统可分为机器人控制系统、工装夹具识别及控制系统、人机界面等辅助单元。机械结构1．机器人工作房机器人工作房的布置及主要部件如图1所示，工作房外形为六边梯形，房间由方管框架加薄铁板焊接而成，焊接机器人在房间中央位置，左右对称位置各有一个工作台，分别由两个机器人外轴电机直接驱动。两工作台之间有30°左右的夹角，机器人工作时可在两工位之间切换，即机器人在左侧工位焊接时，操作工可在右侧工位上下料，同样，当机器人在

3、右侧工位工作时，操作工可在左侧装拆工件，这样可使机器人停机等待时间大大减少，从而提高生产效率。图1机器人工作房顶视图在机器人和回转台之间有气缸驱动的隔离装置，它可以遮挡弧焊时产生的弧光和焊渣，并保护操在另一侧操作时不受影响。在两工位外侧开了两个门，以便操作，该门上方安装了气动门帘，焊接时可自动关上，以遮挡弧光和焊渣。两工位外侧分别有一个双手启动操作盒，用以操作焊接夹具盒启动机器人进行焊接工作。在整个工作房的前侧有一个主操作面板，上面安装了触摸屏和若干按钮，在此可以对系统进行设置和操作。机器人工作房的外观如图2所示。图2机器人工作房图我们采用的FANUCROBORONCQM1H系列中小型PLC，

4、该机种采用非机架结构的模块拼装方式，从左向右分别由电源模块PM、CPU模块、功能模块、输入输出模块及终端盖板组成。根据应用系统的不同，用户可以选择相应的模块来组成所需的控制系。由于CQM1H系列PLC的模块种类丰富，功能齐全，几乎可以适应控制系统的各种需求，由其组成的系统也具有相当的柔性化程度。本控制系统采用的模块及其功能如下：电源模块PA206：提供稳定的直流工作电源给各模块使用。CPU模块CQM1H-CPU51：这是整个系统的核心部分，支持最大数量为512点的I/O；支持OMRON特殊指令如PID控制、浮点数运算、宏指令、脉冲指令等；支持pobus/S和AS接口的多种主从网络模块；支持OM

5、RON最新版编程软件CXP3.1；程序容量最大可达15.2K；内建16点直流12～24V的输入点。将编制好的程序下载运行后可维持系统的自动运行。该模块提供一个RS232端口，和两个内装板插槽，RS232端口可以和其他串口设备进行通讯，该系统中纳入的一个触摸屏TP，就是通过CPU上自带的RS232串口进行通讯的；内装板插槽上最多可以安装两块特殊功能卡，由于本系统无特殊功能需求，所以该槽上是空着的。网络主模块CQM1-SRM21-V1：系统采用OMRONpobus/S网络结构，可以大大减少现场接线工作量，并有效延长连接电缆的使用寿命，增加可靠性。机器人工作房内两个回转台上各安装一块远程从模块，通过

6、网络电缆和主模块进行通信，交换信息（I/O状态刷新）。从模块为16点的远程输入模块，其中低8位分配给该工位夹具上的气缸检测夹紧和松开状态使用，高八位分配给系统用于识别夹具编号，进而设定和储存夹具控制信息，然后系统可以根据此信息来对不同夹具进行相应控制。I/O输入输出模块：输入模块用于接收机器人工作房中各按钮、传感器等信号，输出模块用于控制各种执行器件，如气缸、电机、机器人等根据工艺要求进行动作，满足生产和安全的需要。机器人的控制由主控系统通过与机器人控制器之间的I/O信号交换来实现。2、机器人控制系统机器人控制系统由机器人控制器、外轴控制器、焊机等构成；在控制属性上，机器人控制系统是下层，是被

7、控制的对象，它受上层主控系统的指挥和调用，处于被动地位。机器人控制器由电源模块、CPU、伺服控制单元、输入输出模块、焊机接口模块等组成，用以控制机器人本体的自如运动，控制方法为程序示教和再现法，这是通过连接于控制器上的TP(Teach-Pandent示教器)来实现的。外轴控制器它是机器人控制器的扩展，内含一个伺服放大模块，可以同时控制两个外轴的运动。由于这两个外轴是机器人控制器的一部分，所以它们可以在机器人本体移动的同时进行转动，从而将焊接轨迹中通常需要由外轴单独回转的时间节约下来，提高了焊接效率。焊机控制器用于控制弧焊时的规范，如电流、电压、焊丝的送给、焊接保护气体通断等，对焊接质量的控制起

8、关键作用。关键控制方法研究客户要求中关键及难点在于：多套夹具能在一套系统中共存，夹具的更换时间不应超过五分钟，新制夹具加入系统时，无需改动PLC程序，做到自动识别和控制（即所谓的柔性控制），且系统中的夹具可扩展容量不应小于100台/套。1．夹具控制字的形成⑴控制对象特点主要控制对象为夹具上的气缸，每套夹具上的气缸数量可能不一样，但总数不超过4组，每组气缸使用一个三位五通电磁阀，这样每套夹具有2x4