CN202486615U - 一种多焊接机器人协调控制系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种多焊接机器人协调控制系统，涉及机器人控制技术领域。该系统包括多个用于驱动控制焊接机器人运动的子控制系统；与多个子控制系统连接用于分析、处理信息，实时向子控制系统发出控制指令的总控制系统；与总控制系统连接用于获得伺服电机的转速及转角信息的光电编码器；与总控制系统连接用于获得机械臂的力学性能的测力传感器；与总控制系统连接用于实时采集焊缝熔池信息的接近传感器和激光视觉传感器；与总控制系统连接用于对需要焊接的工件进行三维扫描的三维激光扫描仪。优点：经济、方便、灵活，并且可以大大地降低生产成本。

Description

一种多焊接机器人协调控制系统
技术领域
本实用新型涉及机器人控制技术领域，具体是一种多焊接机器人协调控制系统。
技术背景
随着焊接机器人焊接任务的复杂性不断增加，单个焊接机器人体现出了灵活性差、效率低等缺点,已经满足不了焊接工艺的需求。因而，多焊接机器人协调控制是当今焊接机器人领域的一个热门话题。多焊接机器人协调控制系统逐渐成为发展的主要趋势，多焊接机器人协调的行为可以极大程度的提高整个系统的效用。相对于单焊接机器人系统，一个相互协调的多焊接机器人系统具有诸多的优越性。
发明内容
针对上述问题，本实用新型提供了一种多焊接机器人协调控制系统，同时控制多个焊接机器人工作，提高整个系统的效率。
本实用新型是以如下技术方案实现的：一种多焊接机器人的协调控制系统，包括多个用于驱动控制焊接机器人运动的子控制系统；与多个子控制系统连接用于分析、处理信息，实时向子控制系统发出控制指令的总控制系统；与总控制系统连接用于获得伺服电机的转速及转角信息的光电编码器；与总控制系统连接用于获得机械臂的力学性能的测力传感器；与总控制系统连接用于实时采集焊缝熔池信息的接近传感器和激光视觉传感器；与总控制系统连接用于对需要焊接的工件进行三维扫描的三维激光扫描仪；与总控制系统连接的人机接口。
本实用新型的有益效果是：实现了多焊接机器人的协调控制，工作的空间和资源得到合理分布，工作效率和容错能力都有所提高；焊接精度高，系统抗电磁场干扰能力增强；相比于设计一个功能强大的多自由度单焊接机器人系统，多焊接机器人系统更加经济、方便、灵活，并且可以大大地降低生产成本。
附图说明
图1是本实用新型硬件结构示意图；
图2是本实用新型空间布置示意图；
图3 是本实用新型整体流程图；
图4 是任务分配模块流程图。
具体实施方式
如图1和图2所示，一种多焊接机器人的协调控制系统包括多个用于驱动控制焊接机器人运动的子控制系统；与多个子控制系统连接用于分析、处理信息，实时向子控制系统发出控制指令的总控制系统；与总控制系统连接用于获得伺服电机的转速及转角信息的光电编码器；与总控制系统连接用于获得机械臂的力学性能的测力传感器；与总控制系统连接用于实时采集焊缝熔池信息的接近传感器和激光视觉传感器；与总控制系统连接用于对需要焊接的工件进行三维扫描的三维激光扫描仪。
总控制系统包括工控计算机和输入输出通道；光电编码器、测力传感器、近传感器、激光视觉传感器和三维激光扫描仪将其各自采集的信号通过输入输出通道的转换匹配送入工控计算机。工控计算机是整个控制系统的核心，主要由无源底板，CPU卡，显卡，内存和电源组成，可以对输入的现场信息和操作人员的操作信息进行分析、处理、实时发出控制指令，控制和管理其他设备。输入输出（I/O）通道在总控制系统中完成传感器输出信号和工控计算机或工控计算机和驱动元件之间的信号转换和匹配功能，也可称为接口电路。
子控制系统包括用于接收总控制系统传输过来的控制信息，对机器人进行控制，并将机器人的工作状况实时的反馈给总控制系统的驱动器和用于信号转换的输入输出通道。驱动器主要接收总控制系统传输过来的控制信息，对机器人进行控制，并将机器人的工作状况实时的反馈给总控制系统，形成闭环控制。输入输出通道和总控制系统的输入输出通道的功能基本相同。
光电编码器安装在交流伺服电机上，获得伺服电机的转速及转角信息。机器人各关节的机械臂上均安装测力传感器，获得机械臂的力学性能。接近传感器和激光视觉传感器安装在焊枪上，通过CCD传感器，视频采集卡，实时的采集焊缝的熔池信息，对焊接过程进行实时监控并对焊枪的姿态进行实时调整。
三维激光扫描模块包括激光发射器、接收器、时间计数器、马达控制可旋转的滤光镜、彩色CCD相机和控制电路板。三维激光扫描仪对需要焊接的工件进行三维扫描，得出三维实体模型和三维坐标；由安装在工控计算机上的任务优化分配软件组成，主要对接收到的三维工件模型进行焊缝定位，并且模拟出各个焊接机器人的位置，利用遗传算法，计算出最优解，将任务分配给各个子系统。通过三维激光扫描仪，实现了工件焊缝与焊接机器人的虚拟工况模拟，对多个焊接机器人的焊接任务进行合理分配，机器人之间相互协作，作业时间比普通焊接缩短一半，而且焊接难度大幅度降低，焊接质量提高，实现了多焊接机器人的协调工作。
人机接口是操作人员和工控计算机之间信息交换的设备，是总控制系统中必不可少的部分，主要由鼠标、键盘和显示器组成。
如图3和图4所示，具体步骤如下：
（1）启动机器人控制系统，安装好焊接工件；
（2）三维激光扫描仪通过激光脉冲发射器周期地驱动激光二极管发射激光脉冲，由接收透镜接收工件表面的反射信号，产生接收信号，利用稳定的石英时钟对发射与接收时间差作计数，最后由软件，按照点云算法处理原始数据，从中计算出采样点的空间距离，获得三维模型；通过传动装置的扫描运动，完成对工件的三维坐标扫描，然后送给任务分配器，并显示在显示器上；
（3）操作者通过人机接口直接在工件三维模型上指定焊接信息，包括焊缝的位置、长度及焊枪摆动方式；
（4）任务规划器根据焊接机器人的实际位置，获得焊接机器人的位置坐标和作业空间，结合工件的三维模型，三维坐标和焊缝信息，对各种可能出现的任务分配方法按照遗传算法进行优化计算，得出所需作业时间最少，作业效率最高的任务分配方式；
（5）工控计算机把所得的任务分配信息利用软件生成控制代码，通过输入输出接口，传递给子控制系统；
（6）子控制系统的驱动器将控制代码转化成电信号，完成伺服电机转动的控制，各个焊接机器人开始动作，焊枪开始接近工件；
(7)当焊枪与工件距离达到已设定值，接近传感器向父系统模块的工控计算机发出焊接启动信号，工控计算机命令焊机进行工作，焊接开始；焊接开始后，接近传感器根据焊丝距离工件的距离，对焊枪的姿态摆动进行辅助控制；
（8）各种传感器随焊接机器人同时启动，将焊接机器人的各关节的运动信息，力学性能信息，焊接熔池信息，反馈给控制系统的父模块；工控计算机通过力学计算，控制系统解算，形成控制误差信号，对焊接情况进行调整；
（9）操作者也可以根据焊件的形状通过人机接口，手动的进行各种点，直线圆弧的插补，完成一些简单的焊接任务。

Claims (4)

1.一种多焊接机器人协调控制系统，其特征在于：包括多个用于驱动控制焊接机器人运动的子控制系统；与多个子控制系统连接用于分析、处理信息，实时向子控制系统发出控制指令的总控制系统；与总控制系统连接用于获得伺服电机的转速及转角信息的光电编码器；与总控制系统连接用于获得机械臂的力学性能的测力传感器；与总控制系统连接用于实时采集焊缝熔池信息的接近传感器和激光视觉传感器；与总控制系统连接用于对需要焊接的工件进行三维扫描的三维激光扫描仪；与总控制系统连接的人机接口。
2.根据权利要求1所述的一种多焊接机器人协调控制系统，其特征在于：所述子控制系统包括用于接收总控制系统传输过来的控制信息，对机器人进行控制，并将机器人的工作状况实时的反馈给总控制系统的驱动器和用于信号转换的输入输出通道。
3.根据权利要求1所述的一种多焊接机器人协调控制系统，其特征在于：所述的总控制系统包括工控计算机和输入输出通道；光电编码器、测力传感器、近传感器、激光视觉传感器和三维激光扫描仪将其各自采集的信号通过输入输出通道的转换匹配送入工控计算机。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种多焊接机器人协调控制系统，其特征在于：所述的光电编码器安装在交流伺服电机上；机器人各关节的机械臂上均安装测力传感器；接近传感器和激光视觉传感器安装在焊枪上。
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