CN103506736A - 一种工字钢焊接机器人软件控制方法 - Google Patents

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张鑫
王玉宽
聂玉栋
陈玲风
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Abstract

针对目前工字钢焊接机自动化程度低，使用药皮焊操作不方便，工作效率低的状况，提出了一种工字钢焊接机器人软件控制方法，本系统采用c语言编写，重点是闭环控制PID算法和常用焊接参数配方的导入与导出以及人机界面的组态，做到焊接全自动化，提高生产效率。

Description

一种工字钢焊接机器人软件控制方法
技术领域
本发明涉及机器人软件领域，特别是一种工字钢焊接机器人软件控制方法。 
背景技术
焊接加工一方面要求焊工要有熟练的操作技能、丰富的实践经验、稳定的焊接水平；另一方面，焊接又是一种劳动条件差、烟尘多、热辐射大、危险性高的工作。工字钢是机械加工的常用产品，其焊接使用半自动化焊接机，采用药皮焊时需要人工定位焊缝以及在焊接过程中人工修正焊缝位置，因此，工作效率低下，生产周期长，人工修正焊枪和焊缝的相对位置对人体辐射很大，对人体健康危害很大。 
发明内容
针对目前工字钢焊接机自动化程度低，使用药皮焊操作不方便，工作效率低的状况，工字钢焊接机器人控制系统软件采用c语言编写，重点是闭环控制PID算法和常用焊接参数配方的导入与导出以及人机界面的组态，做到焊接全自动化，提高生产效率。 
本发明的有益效果是：使用工字钢专用焊接机器人代替人的手工焊接，减轻焊工的劳动强度，减少健康损害，同时也可以保证焊接质量和提高焊接效率。 
附图说明
下面结合附图对本发明进行进一步的说明。 
图1为焊缝偏移图；图2为工字钢焊接机器人控制系统原理框图；图3为控制系统程序流程图。 
具体实施方式
 1.工字钢焊接机器人控制系统原理：工字钢结构规则，但工件摆放船型焊时不能保证焊缝是一条水平的直线，为了保证焊接的均匀度和平整度，需要自动调整焊枪和焊缝的相对位置，但焊接时使用药皮会覆盖焊缝，普通传感器无法直接对焊缝进行跟踪。 
如图l所示的焊缝偏移图，工字钢摆放船型焊时GFBC是水平摆放时的一个较长“V”面，AB是焊枪，AC是超声波位移传感器到面GFBC的水平位移，假如，工字钢摆放不水平，偏移至面GFED，此时焊枪要跟踪焊缝A点移动到A’点，B点移动到E点，根据几何原理，焊枪移动的位移BE=CD，位移AC可以通过超声波位移传感器测量得到。控制器的CPU实时监测这个位移的变化，当这个位移发生变化时，焊枪需要平移的位移量等于超声波位移传感器实际检测的位移减去位移AC，根据位移量的正负判断平移的方向。 
 嵌入式控制器采用ARM9作为CPU，布尔指令执行时间：<lμs，字操作时间：<96μs，整型数算术运算时间：<130μs，浮点数算术运算时间：<300μs。所有的I／0接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与内部电路之间电气上隔离，各输入端均采用R—C滤波器，其滤波时间常数一般为10～20ms,，各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源，对采用的器件进行严格的筛选，具有良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。可以处理不同的工业现场信号，如：交流或直流、开关量或模拟量、电压或电流、脉冲或电位、强电或弱电等。有相应的I／0模块与工业现场的器件或设备，如：按钮、行程开关、接近开关、传感器及变送器、电磁线圈、控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块；为了组成工业局部网络，还有多种通讯联网的接口模块。 
    工字钢焊接机器人控制系统原理框图如图2所示，在功能上它具有逻辑控制、定时控制、计数控制、步进(顺序)控制、PID控制、数据处理、通信和联网以及适用于各种特殊控制的要求，如定位控制等。带有多路模拟量输入输出模块，2个单／双相高速计数器，其中单相最大20KHz，双相最大10KHz。2个门0(脉冲串输出)／PWM(脉宽调制输出)，输出频率最大20KHz。带有RS232／RS485通讯口，用于PC编程、第三方HMI面板、第三方串行通讯设备连接等。 
3.工字钢焊接机器人控制系统软件设计：首先根据超声波位移传感器检测到的数据，计算出焊枪相对焊缝的偏移最，CPU根据这个偏移量的大小通过PID算法得到一个脉冲量，输出到步进电机控制器，步进电机控制器根据脉冲的多少驱动步进电机转动，修正焊枪和焊缝的相对位移，直到偏移量为零。另外，CPU还能根据人机界面中输入的或实测的焊接参数，调整焊接平均电流、电弧电压和焊接速度等。 
工字钢焊接机器人控制系统程序流程图如图3所示，首先对控制系统进行初始化操作，恢复一部分默认参数并加载上次正常运行的焊接参数，然后用户选择“手动操作”还是“自动操作”，选择手动操作可以调整焊接小车和焊枪的位置，“自动操作”有故障的情况下选择“手动操作”可以在人工校正焊枪和焊缝相对位置的半自动化状态下完成焊接任务。 
    人机界面是操作人员跟设备交互的最直观画面。主框架为对话框类型，包含自动控制区和手动控制区。自动控制区主要用于在焊接时控制焊枪按照输入的焊接速度自动跟踪焊缝移动，手动控制区可以调整焊枪的位置，在自动控制有故障时，使用手动控制可以在人参与的情况下完成焊接任务。 

Claims (6)

1.一种工字钢焊接机器人软件控制方法，其特征是工字钢焊接机器人控制系统软件采用c语言编写，重点是闭环控制PID算法和常用焊接参数配方的导入与导出以及人机界面的组态。
2.根据权利要求1中的 工字钢焊接机器人软件控制方法，其特征是：ARM9作为CPU，所有的I／0接口电路均采用光电隔离，各输入端均采用R—C滤波器，其滤波时间常数一般为10～20ms，各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
3.根据权利要求1中的工字钢焊接机器人软件控制方法，其特征是：根据超声波位移传感器检测到的数据，计算出焊枪相对焊缝的偏移最，CPU根据这个偏移量的大小通过PID算法得到一个脉冲量，输出到步进电机控制器，步进电机控制器根据脉冲的多少驱动步进电机转动，修正焊枪和焊缝的相对位移，直到偏移量为零。
4.根据权利要求1中的工字钢焊接机器人软件控制方法，其特征是：CPU还能根据人机界面中输入的或实测的焊接参数，调整焊接平均电流、电弧电压和焊接速度等。
5.根据权利要求1中的工字钢焊接机器人软件控制方法，其特征是：人机界面主框架为对话框类型，包含自动控制区和手动控制区。
6.根据权利要求3中的工字钢焊接机器人软件控制方法，其特征是：自动控制区主要用于在焊接时控制焊枪按照输入的焊接速度自动跟踪焊缝移动，手动控制区可以调整焊枪的位置，在自动控制有故障时，使用手动控制可以在人参与的情况下完成焊接任务。
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PB01 Publication
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WW01 Invention patent application withdrawn after publication

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