手持式下肢型焊机器人的开发

2023-07-12 10:50:08

　　手持式下肢型焊机器人的开发

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　　先进制造 ◇ 系列技术讲座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中国机器人行业典型研讨会

冲压是机械制造工业的基本制造手段之一，提高冲压产品质量的稳定性和可靠性是至关重要的。限于经济和技术的原因，我省的冲压制造作业基本还是机械式。选用机械式，不仅冲压组织工作量大，冲压制造率低，冲压产品质量波动大；而且组织工作自然交通不便，劳动者条件差，组织工作量大。冲压过程中的静电、噪音，烟尘直接危害建筑工人的身体身心健康。随着我省加入WTO与国际性接轨，在工业企业内正大力推行“身心健康、安全、环保”即“HSE”管理，改善建筑工人在冲压中的组织工作自然环境是非常迫切的。而选用自动冲压技术，是发生改变上述状况的唯一途径。工业机器人作为人类肢体的外延，它能在制造人员无法操作方式的自然环境下，乐此不疲地从事艰苦的、繁重的劳动者，使制造建筑工人摆脱危险、有害的组织工作自然环境，减轻制造建筑工人的组织工作量[1]，是代替建筑工人展开冲压操作方式的最佳自动化工具。全机能焊机器人由机械系统、掌控系统、驱动力系统组成如图 1所示。目前，全机能焊机器人的广泛采用还受到一定的限制：全机能焊机器人价格低廉，一次性投资风险大；结构为分体结构，体积大、重量重、不易于灵巧终端，适于在流水制造昂尚一般来说冲压工品乐版采用；掌控程序开发方式多选用微创程式设计或机器人词汇程式设计，由于我省制造建筑工人的知识结构所限，还不足以掌握以微创程式设计或机器人词汇程式设计开发掌控程序。

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全机能焊机器人的价格、结构和掌控程序的开发方式，在很大程度上制约了全机能焊机器人的应用领域和推展。因而，在我省目前条件下，能否在非一般来说冲压工位或丛林中冲压中采用焊机器人，是一个值得探索的课题。笔者认为：利用机电一体化技术与计算机硬体、软件相结合，开发价格低廉，体积小、体积小、结构紧凑型、易于灵巧终端的手持式焊机器人；以图形仿真方式开发掌控软件，简化掌控软件开发方式，是能在非一般来说冲压工位或丛林中冲压中采用焊机器人的。责任编辑如是说的手持式焊机器人，以MC68HC908GP32 中央处理器为核心理念，以固化的掌控软件，掌控手持式焊机器人顺利完成冲压制造作业，为焊机器人的应用领域和推展，提供了有价值的参考。责任编辑对手持式焊机器人的机械结构、掌控系统硬体、掌控软件开发等几个关键技术问题作了简要如是说。

　　1 手持式焊机器人机械硬体

焊机器人应用领域的最大特点是：以掌控软件的发生改变，取代复杂的机械结构和电机结构的发生改变，使焊机器人顺利完成焊制造作业通用化。因而，按照柔性制造的观点，将焊机器人的硬体——大臂、小臂、小腿、机身连同掌控的电机硬体，以及机器人掌控器都设计、制造为机电一体组件结构[2]。焊机器人采用用户根据企业顺利完成具体的冲压制造作业的需要，购买焊机器人机电一体组件，装配成专用的手持式焊机器人，防止了SCSI自由度，使得手持式焊机器人结构紧凑型、体积小、价格低廉，易于灵巧终端。图2是选用机电一体化组件装配的手持式焊机器人样机。

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　　2 手持式焊机器人掌控硬体

　　为适应环境选用机电一体化组件，以搭“积木”的方式装配成各种手持式焊机器人，手持式焊机器人掌控硬体选用中央处理器为掌控核心理念，很显然，为适应环境增、减机电一体组件扩充手持式焊机器人机能的需要，掌控系统硬体须要具有可扩充性，这包括：

a、中央处理器提供非常多的I/O路由器，不扩充可程式设计SCSI接口，就能“季莫菲”数个臂体组件，同时驱动力数个臂体组件，并预留I/O路由器，易于手持式机器人机能扩充（扩充成手持式检测机器人等）

　　b、机电一体化臂体组件的继电器嵌入在臂体内，中央处理器须要具有大容量的片内Flash存储器和RAM，能不外扩充存储器，以利缩小继电器的体积。

　　手持式焊机器人掌控系统核心理念MC68HC908GP32 中央处理器芯片可组成5个I/O路由器，用3个路由器对3个臂体组件展开掌控，一个I/O路由器掌控小腿直流电机，一个I/O路由器掌控小腿TNUMBERFK电机。

　　3 手持式焊机器人掌控原理

冲压制造中，透过方向规划，焊机器人顺利完成冲压制造作业任务多数是按顺序展开的，而且顺利完成焊制造作业的体育运动轨迹一般是已知的，或者体育运动轨迹科紫萁为多种单个体育运动轨迹的组合，能透过对各单个体育运动轨迹掌控而合成给定的体育运动轨迹。因而，能透过建立微积分模型，用微积分方法求解焊机器人体育运动逆解，把焊机器人顺利完成冲压制造作业的体育运动和方向，转化为“预定”的轨迹和姿态，以app程式设计方式开发出掌控程序，掌控焊机器人体育运动时再作实时补偿。这样的掌控方式，防止了全机能焊机器人选用实时采样、实时计算对计算机性能的高要求，使得能选用低成本掌控系统掌控焊机器人，使焊机器人价格大幅度下降。

　　选用机电一体化的臂体组件，以搭“积木”方式装配的手持式机器人，顺利完成冲压制造作业时，对冲压工具的位置和姿态的掌控，其实质上就是对TNUMBERFK电机转轴转动角度和转动速度的协调掌控，由TNUMBERFK电机基本原理和公式：

　　θ＝360/Z

式中：θ-步距角　　Z-步进电机转子齿数

　　可知，每输入一个驱动力脉冲，电机转轴TNUMBERFK一个步距角增量，因而：

　　a、TNUMBERFK电机转轴的回转角度与输入的脉冲数成正比；

　　b、TNUMBERFK电机转轴的转速决定于输入脉冲的频率。

　　TNUMBERFK电机能将输入脉冲转换为旋转体育运动，它本身所特有的高精度、无漂移、无累计误差等优点，使它成为电机一体化产品中，唯一能采用开环掌控技术的伺服和执行元件。很显然，对手持式焊机器人的体育运动掌控，就是对TNUMBERFK电机输入脉冲数量和脉冲频率的协调掌控。

　　4 手持式机器人掌控软件开发

机器人掌控软件的开发方式，直接制约着机器人的应用领域和推展，快速、简便的开发方式不仅促进机器人的应用领域和推展，而且直接决定机器人顺利完成制造作业的柔性。手持式焊机器人是面向制造工人作为智能工具采用，必须简化掌控软件开发方法。

为满足实时掌控的要求，选用汇编词汇程式设计；为适应环境手持式焊机器人结构发生改变或制造作业工艺改进后，快速开发掌控程序的需要，以Visual Basic词汇开发了“手持式机器人CAD系统”软件，使掌控软件的开发在“手持式机器人CAD系统”支持下展开[3]，开发界面如图 3所示。在可视化的人机界面输入各组件的有关参数，反复调用各级菜单，优化焊机器人结构参数；直观地观察、比较机器人仿真图形和计算的各类数据；以图形仿真方式，仿真焊机器人的制造作业体育运动和轨迹，在图形仿真的同时自动顺利完成掌控程序设计，下载到机器人掌控器内，以此简化掌控程序的开发。在“手持式机器人CAD系统”支持下开发掌控程序，只需用鼠标点击相应的菜单，而所有涉及机器人插补算法、逆向体育运动学算法等机器人专业知识和技术，都由“手持式机器人CAD系统”软件处理。这种图形仿真开发掌控软件的方式，使手持式焊机器人能适应环境多种冲压制造作业，使冲压制造作业通用化。以图形仿真方式开发掌控软件，就如同采用Windows图形界面操作方式微型计算机一样，使不熟悉机器人硬体的人，能迅速、简便地开发出机器人掌控软件，促进机器人的应用领域和推展。

　　手持式焊机器人掌控系统上电复位后，固化的掌控软件开始运行，系统初始化后：

a、掌控软件读取大臂、小臂、小腿的转动角度值，计算后调用TNUMBERFK电机正转、反转、加速、减速子程序，向相应I/O路由器输出连续的系列脉冲信号，掌控大臂、小臂、小腿转动；

　　b、掌控软件读入采集的标征作业状态的数值，并将数值与从指定地址读取的目标值展开比较，依据差值调用大臂、小臂、小腿位置、姿态补偿子程序，对大臂、小臂、小腿的转动展开补偿；

　　c、由于外界干扰，手持式焊机器人的冲压工具偏离或远离预定轨迹时，掌控软件读入采集的标征作业状态的数值，并将数值与从指定地址读取的目标值展开比较，依据差值调用大臂、小臂、小腿加、减速补偿子程序，对大臂、小臂、小腿展开加减速补偿。

　　5 结束语

依托MC68HC908GP32 中央处理器芯片的高性能，开发了价格低廉，体积小、体积小、易于灵巧终端，掌控软件开发简便的手持式焊机器人。透过样机实验表明，手持式焊机器人的体育运动机能和掌控精度，满足了电焊自动冲压要求。而该机结构紧凑型，体积小，易于携带和灵巧终端，一机多用，具有可开发性，开发掌控软件简便，且制造成本低廉，实质上使该机成了一个灵巧的自动冲压工具。在操作方式建筑工人的操作方式下展开冲压机型机能组合，掌控程序开发，自动冲压前定位“清零”等组织工作。使该机只是代替人去顺利完成繁重的、有害的冲压操作方式，去提高冲压产品质量，而不是完全代替人的劳动者。在我省这样一个人口众多的国家，降低制造作业组织工作量，提高制造作业组织工作产品质量，是实施自动化的宗旨，也是开发手持式焊机器人的指导思想。

　　( 文章来源：互联网 )

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