苏ICP备112451047180号-6
摘要：对于机器人的控制，信息论越来越来重要。它对编程有很重要的作用，而编程让机器人的优势得到了充分的发挥。然而，信息化产品并不仅只是针对机器人学编程的。本文阐述了从CAD模拟到焊接参数的定义，焊接机器人控制程序的自动化产品的发展情况。
关键词：焊接机器人；离线编程；轨道生成；CAD
1. 引言
在过去的年代里，机器人发展相当地快。因为技术的进步和低廉的硬件费用，在机器人控制系统中，机器人向着于更大的数据集成处理的方向发展。在编程系统使机器人固有特性的优势得到充分发挥并把它们转化为柔性机械的过程中，它起到了主要的作用。
直到现在，在工作车间，机器人常常还处于示教阶段。在工作车间，机器人的应用包含越来越多CAD系统离线编程。事实上，考虑周转的速度，机器人编程时间的最小化是很必要的。
尽管离线编程使机器人制动时间变短，在焊接机器人的领域，不像数控机床的离线编程是操作环境的一个不可分割的部分那样，这种程序编制还没有广泛地应用在工业化处理中。
我们的研究目的是解决有关生成具有图形支持的焊接机器人离线编程的软件问题。
在软件按照关键点的采集过程中采取如下不同步骤：
—定义路径
—路径可视化
—焊接参数定义
—路径和焊珠可视化
—在每一个点，模拟焊枪的位置
—程序的生成，即从计算机到控制单元数据的转换
2. 硬件与设备
微型计算机广泛地应用在工业领域，这对软件应用产生了越来越急迫的要求。焊接机器人的用户必须处理这个问题。他们确实没有必要拥有一个庞大的CAD系统，但是他们可以很容易地去使用微型计算机。所以，我们对这种硬件的选择是具有EGA屏幕的IBM PC/AT。
这项研究的应用设备已经被运用到一个关节式的5轴的焊接机器人中了。这个焊接机器人是斯里兰卡与日本技术合作的产品。
3. 程序过程
立宪编程需要通过几个不同的平台。图示1给出这种软件的一个简化了的算法。
图1
为了说明这个程序的编写过程，下面给出的例子来做基本的解释。我们要把四个焊珠焊接在一起，来维持两管道和一个背板的稳固联结，在图2所示。
图2
3.1 路径定义
焊接机器人编程需要知道路径中不同的点及它们在三维空间中的坐标。
用编辑器捕捉或者从CAD系统的文件采集数据来定义路径。第一种情况，有详尽的记录编辑器特别地有吸引力，因为它能很好对数据进行验证并且能对可能坐标进行修改。另一种情况是采集窗口，屏幕上的“帮助窗口”提供会所有适当的参数。
3.2 路径可视化
成功地定义路径，图形表示能让用户来确定使不使用这些数据。在屏幕上可见特征点的编号将更进一步应用于焊接参数的定义。通过一个四视图形象的表达:正，左，俯视图和轴测图。例如运用轨迹旋转的变化和缩放比例等技巧对标记路径进行识别。图3便是我们所举的例子在屏幕上所显示的。在图3中，我们发现，机器人焊枪路径将必须沿着特定编号的点，参照物和每一个视图所有的点。
图3
在这个例子中，只有环境可以很容易地完全地表示出来，轨迹才可以表示。实际上，由于环境的限制，轨迹可能需要被修正。
3.3 焊接参数
定义路径以后，离线编程涉及到焊接参数的获得。对于路径的每一个点，即包括精确焊枪位置，机器人的速度，这类点（快速移动或工作速度）连同可能焊接结束的点。与路径定义相同，数据的采集由整页编辑器完成。
对于这些与焊接开始或结束相一致的点，就必须定义其他的参数：电流强度，电弧电压等。
在这种情况下，为了提高软件的适应性，对每一个参量的中间值是在默认的情况下提出的。
3.4焊接路径的形象化
在这个层面上，我们要对所有基本的元素要求定义，包括焊珠的完整的路径。如图4所示，在图形转换的时候，在对定义路径进行检验的时候，焊缝的出现在一定程度上是很有意义的。
图4
3.5焊枪位置的模拟
在焊接中，对于焊珠的质量来说，焊枪相对位置和焊接件是一个基本的参数。在这种机器人的情况下，这个方向是由两角度
和
决定的，其中
代表腕关节方向，而
决定焊枪倾斜度。事实上，它们的各自值在焊接参数采集时定义的。焊缝质量关系到焊枪方向，在沿着焊枪的方向进行优化的轨迹上每个点的位置进行模拟。因此，随着在操作过程中调整的减少，屏幕上的这种操作是会更加快速的。
图5
这样，图示5确定焊枪的代表的路径（在我们所举示例中）的点，它包括用户所定义的情况。
实际上，为了在屏幕上不超负荷，焊接模拟是按照如下描述进行的：
1. 四个视图上每一个点的焊枪可视化
2. 需要必要的更正
3. 当前焊枪模拟位置图像的处理
4. 逐点处理。
如果按照焊枪的模拟定位，那么它对用户是很有帮助的。然而，决定
和
角度的初始值依然是很困难的。这些角度，事实上是由环境的限制决定的。那么，为什么不在这个任务中通过角度特征的自动计算而免除这项操作呢?在一般情况下，虽然我们会限制焊接位置中的陈述，但是提出方法的表述也会是很复杂的。
和
这两个角度值是按照已知的数据和沿焊枪方向的进行自动计算直到最后完全成功来定义的。
是焊枪倾斜的角度。我们曾考虑根据两个焊接件的特点决定焊枪的平分线的方向来进行计算。，我们把刚才给出的两个角度命名为a和b。焊缝的角度是由a表示的，焊缝的空间方向是由b决定的。（图6）沿着角度a的逆时针的方向，从而决定了“初始平面（1）”，b是中间轴Cv和刚才提到的初始平面（1）之间角度。在这个平面内的焊枪的方向表示为
，其值等于。与腕关节的定位相对应
的值，不仅取决于焊珠的方向，也取决于焊枪与焊接件相对位置
的值。这种腕关节方向的角度的计算方法取决于外部构件焊缝公式两种情况（图7和8）。在计算的过程中，焊枪推力角被定为15度。关于焊道的中间点（与结束点不协调的特征点），是不可能使整个焊缝沿同一推力角的。因此，图9中的示例，如果考虑到这一角度，虽然1点和3点不会出现任何问题，但是不能用同样的方式来对待2点。事实上，1-2焊接需要沿2a方向，而2-3的焊接部分需要沿2b方向。因此，这两种解决方案的处理是必要的。在这种情况下，该方法还包含沿着两条焊道夹角平分线焊枪的定位（2c位置）。
图10采用了曾定义过的装配的范例，但是另一方面我们考虑在电子管B上连续地对电子管A进行围焊；然后，按照1-2-3-4-1的顺序形成焊缝。在每一个点，根据以上方法找到的焊枪方向绘制出腕关节。在1点，考虑到推力角，就要得到开始与结束焊接相一致配置。点2、3及4(中间点)遵循“二等分线规则”。
3.5 程序生成与数据转换
在此研究基础上，对于机器人编程来说，所有数据必须都是已知的。几何参数是通过“定位译码器”进行表达的。此信息包含在一个已经定义好的可以产生“明确”的（文本文件）的结构中。在十六进制的转换之前，需要把程序语言转换到控制单元。
在实验期，采取了双重的错误检查的机器人程序；首先考虑的是焊接变量的有限值，第二，是有关程序语句的有效性。
每一次检测错误能够被用户指出并纠正错误。十六进制编程只有当所有成为可能的有效性进行了验证试验。
该程序从PC传输到机器人控制单元进行转换，这主要是通过光纤异步RS232C接口完成的。
在不间断地发送数据时，连接协议保证在其传输过程不会受到任何干扰。在数据传输的过程中，按照手动模式进行门检查。然后，开始该一系列操作过程。
4. 结束语
离线编程机器人系统定义是很巧妙的，经常需要在两个相互矛盾的要求之间进行权衡。事实上，一方面我们希望系统尽可能具有适应性，以便对非专业用户能开放使用，另一方面，我们希望能对复杂任务进行描述，有很高的“表现力”[6]。
机器人编程已经取得重大的进展。在此过程中，我们曾考虑了它在微机运行系统中的优势和劣势。
参考文献
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作者：Fabienne Reynier, Jean-Yves Hascoet
国籍：法国
出处：机器人与自动控制系统