專利名稱：焊接機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種焊接機(jī)器人系統(tǒng)，尤其是涉及到一種包括一個(gè)用來執(zhí)行控制整個(gè)系統(tǒng)的主個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)，一個(gè)用來控制焊接機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人控制器，以及一個(gè)用于檢測焊接狀況(即焊接路徑信息)的傳感器的焊接機(jī)器人系統(tǒng)。
通常，焊接機(jī)器人用于工業(yè)領(lǐng)域焊接包括鋼板的各種金屬。焊接主要分成點(diǎn)焊和弧焊。在點(diǎn)焊中，一把固定的焊槍對固定在一個(gè)夾具上的焊接物體上的某一點(diǎn)執(zhí)行焊接。在弧焊中，一把可移動(dòng)的焊槍沿著某個(gè)焊接物體的焊接路徑執(zhí)行焊接?；『甘侵饕米鳛闄C(jī)器人焊接。
弧焊是一種當(dāng)接入焊條時(shí)在焊槍和被焊接目標(biāo)體之間形成強(qiáng)電流的焊接方法，以使得融化的焊條和焊接物立即地融合。當(dāng)執(zhí)行弧焊時(shí)，提供的電壓，焊槍和焊接物之間的距離，焊條接入的速度，焊槍的搖晃速度，焊接路徑上的焊接起始點(diǎn)和終結(jié)點(diǎn)都是根據(jù)焊接物的類型和要焊接的物體的焊接等級預(yù)先設(shè)置好的，并且將這些設(shè)置數(shù)值提供給機(jī)器人控制器。實(shí)際上，焊接物體上的焊接路徑被精確地跟蹤然后執(zhí)行焊接工作以便獲得焊接的高質(zhì)量。出于這個(gè)目的，一種變化的移動(dòng)跟蹤算法已經(jīng)被開發(fā)和商品化。


圖1是一個(gè)常規(guī)的焊接機(jī)器人系統(tǒng)方框圖。如圖所示，一個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng)包括一個(gè)用于執(zhí)行焊接的焊接機(jī)器人100，包括一個(gè)具有激光視覺傳感器用于檢測焊接物體(沒有顯示)和焊槍(沒有顯示)之間距離的傳感器102，包括一個(gè)焊接路徑的圖象等，包括一個(gè)根據(jù)由傳感器102提供的一個(gè)采樣檢測信號，通過焊接機(jī)器人移動(dòng)控制來用于修正焊接路徑誤差，因而沿著一條正確的路徑執(zhí)行焊接工作的機(jī)器人控制器103，以及包括一個(gè)為了處理焊接相關(guān)數(shù)據(jù)和控制焊接機(jī)器人100的位置和附加設(shè)備，用來控制整個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng)的主PC機(jī)105。
在此，如果主PC機(jī)105給機(jī)器人控制器103提供工作執(zhí)行條件和焊接啟動(dòng)命令如供電電壓，焊槍和焊接物之間的距離，焊條接入的速度，以及焊槍的晃動(dòng)速度等，機(jī)器人控制器103就驅(qū)動(dòng)焊接機(jī)器人執(zhí)行焊接工作。這里，機(jī)器人控制器103對由傳感器102提供的焊接電流狀況信息采樣，通過一個(gè)變化的商用的移動(dòng)跟蹤算法比較和分析該采樣結(jié)果，以及控制焊接機(jī)器人修正當(dāng)前的移動(dòng)路徑。
如上所述，在常規(guī)的焊接機(jī)器人系統(tǒng)中，一旦主PC機(jī)105用一個(gè)與焊接工作執(zhí)行條件一起的工作啟動(dòng)命令指示機(jī)器人控制器時(shí)，因?yàn)樵诤附舆^程中機(jī)器人控制器103執(zhí)行焊接機(jī)器人100的整個(gè)移動(dòng)路徑控制，所以主PC機(jī)105幾乎不可能被包括在移動(dòng)路徑控制中。
因此，盡管一個(gè)使用者有責(zé)任通過主PC機(jī)105監(jiān)視整個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng)，但是他或她不能在焊接過程中通過移動(dòng)路徑控制來控制整個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng)。
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種在焊接過程中通過主個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)能夠控制焊接機(jī)器人移動(dòng)路徑的焊接機(jī)器人系統(tǒng)。
為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，在此提供的一種焊接機(jī)器人系統(tǒng)包括一個(gè)焊接機(jī)器人；一個(gè)用于控制焊接機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人控制器；一個(gè)用于檢測焊接機(jī)器人的焊接狀況的傳感器；以及一個(gè)用于執(zhí)行該焊接機(jī)器人和該機(jī)器人控制器的整個(gè)控制的主個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)，其中主PC機(jī)根據(jù)傳感器提供的檢測信號給機(jī)器人控制器輸出一個(gè)有關(guān)焊接機(jī)器人移動(dòng)路徑的修正命令，于是直接地控制焊接機(jī)器人的移動(dòng)路徑。
更可取的是，修正命令的接收和發(fā)送是在主個(gè)人計(jì)算機(jī)和機(jī)器人控制器之間通過串行通訊、并行通信和網(wǎng)絡(luò)通信中的一個(gè)來執(zhí)行的。尤其是，該串行通信是采用RS-232C通信。
還有，主PC機(jī)和機(jī)器人控制器分別包括根據(jù)所選擇的通信方式的一個(gè)通信接口。
在預(yù)定的時(shí)間間隔內(nèi)，由主個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)送修正命令以便執(zhí)行一個(gè)實(shí)時(shí)控制是有效的。
同時(shí)，該機(jī)器人控制器包含一個(gè)包括用來發(fā)送和接收關(guān)于主PC機(jī)的修正命令的預(yù)定通信參數(shù)的控制程序，而主PC機(jī)包含一個(gè)用來發(fā)送和接收關(guān)于機(jī)器人控制器的修正命令的預(yù)定通信參數(shù)的控制程序。
本發(fā)明的上述目的和其他的優(yōu)點(diǎn)，通過參考附圖詳細(xì)說明其結(jié)構(gòu)和操作將變得更清楚，其中圖1是一個(gè)常規(guī)焊接機(jī)器人系統(tǒng)的方框圖；圖2是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的焊接機(jī)器人系統(tǒng)的方框圖；圖3a和圖3b是顯示一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的焊接機(jī)器人系統(tǒng)的焊接過程；以及圖4是一個(gè)根據(jù)圖3焊接過程用于控制焊接機(jī)器人的流程圖。
下面將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的所提實(shí)施例。
參考圖2，一種根據(jù)本發(fā)明的焊接機(jī)器人系統(tǒng)包括一個(gè)用于執(zhí)行焊接工作的焊接機(jī)器人200，包括一個(gè)用于檢測焊接物(沒有顯示)和一把焊槍(沒有顯示)之間距離和焊接機(jī)器人的焊接路徑的具有激光視覺傳感器的傳感器202，包括一個(gè)用于執(zhí)行焊接機(jī)器人系統(tǒng)整個(gè)控制的主個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)205，以便處理焊接相關(guān)數(shù)據(jù)，控制焊接機(jī)器人202的定位器和用于附加到和分離開焊接物體的附加設(shè)備，以及根據(jù)傳感器202提供的采樣檢測信息計(jì)算焊接機(jī)器人移動(dòng)路徑的修正量，然后發(fā)送該計(jì)算的修正量給機(jī)器人控制器作為一個(gè)修正命令，還包括一個(gè)根據(jù)接收自主PC機(jī)的修正命令用于修正焊接機(jī)器人200的移動(dòng)路徑的機(jī)器人控制器203。
更可取的是修正命令的接收和發(fā)送是通過一個(gè)串行通信如RS-232C，一個(gè)主要用在輸入／輸出(I／O)器件和PC機(jī)之間的并行通信，或者一個(gè)采用本地網(wǎng)(LAN)的網(wǎng)絡(luò)通信來執(zhí)行。這里，主PC機(jī)205和機(jī)器人控制器203包括一個(gè)根據(jù)各個(gè)通信類型的通信端口。
代表串行通信協(xié)議的RS-232C(推薦標(biāo)準(zhǔn)的232改進(jìn)型C)廣泛地用于計(jì)算機(jī)和外部器件(如美國電氣工業(yè)協(xié)會確定的調(diào)制解調(diào)器)之間連接的標(biāo)準(zhǔn)接口。根據(jù)這點(diǎn)，主PC機(jī)205和機(jī)器人控制器203應(yīng)該配備一個(gè)連接器，一根電纜和一個(gè)根據(jù)RS-232C標(biāo)準(zhǔn)制造的通信器件。實(shí)際上，大多數(shù)PC機(jī)采用RS-232C通信方式。因此，只要識別是否計(jì)算機(jī)配備了RS-232C來檢測機(jī)器人控制器203就足夠了。
并行通信是一種用于象打印機(jī)這樣的計(jì)算機(jī)外部設(shè)備與計(jì)算機(jī)主體之間通信的通信方式。并行通信通過連接機(jī)器人控制器和電纜，利用一個(gè)并行口和主PC機(jī)205提供的一相應(yīng)接口來實(shí)現(xiàn)。
LAN是一種本地通訊網(wǎng)，該網(wǎng)絡(luò)的安裝是為了共享一個(gè)連接到位于相對狹窄空間的許多計(jì)算機(jī)的大容量存儲器。通過構(gòu)造LAN，包含在許多計(jì)算機(jī)內(nèi)的信息被共享并且這些計(jì)算機(jī)連接到一個(gè)能夠彼此相互高速度地交換信息的信息網(wǎng)絡(luò)。因?yàn)檫@樣一種LAN主要為了滿足在使用焊接機(jī)器人的工廠中構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)的需要而建立，所以主PC機(jī)可以利用LAN與機(jī)器人控制器203通信。
同樣地，主PC機(jī)205可以采用三種通信方式之一與機(jī)器人控制器203通信。
圖3a和圖3b顯示一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的焊接機(jī)器人系統(tǒng)的焊接過程。圖4是一個(gè)根據(jù)圖3a和圖3b焊接過程用來控制焊接機(jī)器人的流程圖。
焊接機(jī)器人200通過主PC機(jī)205被告知的一條連接焊接起點(diǎn)“a”和終點(diǎn)“b”的線性路徑302，要焊接的一條不規(guī)則的焊接路徑301如圖3a和圖3b所示。另外，在實(shí)際焊接過程中焊接機(jī)器人200接收一個(gè)命令以便修正所焊接的路徑301和被告知的線性路徑302之間誤差，并且通過一個(gè)傳感器移動(dòng)路徑跟蹤的方式沿著一條實(shí)際焊接路徑301移動(dòng)來執(zhí)行焊接工作。機(jī)器人控制器203被告知焊接路徑的起點(diǎn)“a”和焊接狀態(tài)變量，如與焊接物體的距離間隔，焊條接入速度，以及由主PC機(jī)205提供的電源電壓等(步驟S1)。然后，焊槍300定位在焊接路徑的起點(diǎn)“a”處(步驟S2)。焊槍300由接收來自主PC機(jī)205的焊接啟動(dòng)命令的機(jī)器人控制器203驅(qū)動(dòng)，以啟動(dòng)焊接工作(步驟S3)。如果焊接工作開始，一個(gè)安裝在焊槍300的激光視覺攝象機(jī)303發(fā)送表示當(dāng)前焊接狀態(tài)的視覺信息數(shù)據(jù)，即，實(shí)際焊接路徑和設(shè)置焊接路徑之間的誤差，給主PC機(jī)205。
主PC機(jī)205對來自視覺攝象機(jī)303的焊接路徑的誤差數(shù)據(jù)采樣(步驟S4)，然后在采樣結(jié)果的基礎(chǔ)上根據(jù)一個(gè)預(yù)定算法執(zhí)行操作以產(chǎn)生一個(gè)位置誤差，然后發(fā)送一個(gè)位置誤差修正命令給機(jī)器人控制器203(步驟S5)。在這種情況下，位置修正命令的發(fā)送依靠三種通信方式之一，即，串行通信，并行通信和網(wǎng)絡(luò)通信中的一種。機(jī)器人控制器203根據(jù)來自主PC機(jī)205位置誤差修正命令控制焊接機(jī)器人200的焊槍300移動(dòng)，因而跟蹤和控制實(shí)際所焊接的焊接路徑301(步驟S6)。
在上述機(jī)器人控制器203接收一個(gè)來自主PC機(jī)205位置誤差修正命令和控制焊接機(jī)器人200的方法中，可以應(yīng)用于一個(gè)六軸關(guān)節(jié)類型機(jī)器人，一個(gè)五軸定位器，和一個(gè)安裝定位器的六軸關(guān)節(jié)類型機(jī)器人，它們被用在大規(guī)模裝配線如船塢中一條船的焊接中。
根據(jù)本發(fā)明，其為由機(jī)器人控制器執(zhí)行的用于機(jī)器人操作和定位器操作的一種伺服馬達(dá)的控制，但是移動(dòng)控制和其他焊接順序，附加設(shè)備的控制，輔助數(shù)據(jù)的管理等等是由主PC機(jī)中的宏文件來實(shí)現(xiàn)的。
更詳細(xì)地，主PC機(jī)205接收來自安裝在焊接機(jī)器人200的操作者的操縱裝置一端的激光視覺攝象機(jī)303的視覺信息數(shù)據(jù)并且采樣所接收的數(shù)據(jù)。然后，根據(jù)采樣結(jié)果計(jì)算一個(gè)焊接路徑誤差，再按預(yù)定的時(shí)間間隔，例如約96毫秒，給機(jī)器人控制器203發(fā)送一個(gè)修正命令。
機(jī)器人控制器203讀出主PC機(jī)205發(fā)來的修正命令，根據(jù)讀出的結(jié)果產(chǎn)生一個(gè)修正位置，并且發(fā)送該產(chǎn)生的修正位置數(shù)據(jù)給直接驅(qū)動(dòng)焊接機(jī)器人200的伺服電機(jī)的伺服控制器，結(jié)果是焊接機(jī)器人200精確地跟隨焊接路徑。
修正命令發(fā)送時(shí)間間隔可以根據(jù)焊接機(jī)器人系統(tǒng)環(huán)境改變。96毫秒的時(shí)間間隔控制實(shí)際上滿足控制一個(gè)做得不是非常精細(xì)操作的弧焊機(jī)器人。
在機(jī)器人控制器203里設(shè)置了一系列焊接參數(shù)。使用者按照使用和環(huán)境的要求適當(dāng)?shù)卮_定參數(shù)值以初始化焊接機(jī)器人系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明由主PC機(jī)引導(dǎo)的焊接機(jī)器人系統(tǒng)中對于一個(gè)路徑控制必要的輸入?yún)?shù)如下所示1．通信類型(0=沒用，1=串行，2=并行，3=網(wǎng)絡(luò))2．?dāng)?shù)據(jù)采樣單元(0=沒用，1=96毫秒，2=192毫秒，3=384毫秒)3．修正量(0．001m單位0-1000)4．?dāng)?shù)據(jù)接受反饋(0=沒有，1=有)5．位置數(shù)據(jù)反饋(0=有沒，1=有)6．并行比特位設(shè)置(位位，位左，右，保持)上述的1的通信類型是一個(gè)用于在機(jī)器人控制器和主個(gè)人計(jì)算機(jī)之間選擇串行，并行，網(wǎng)絡(luò)通信方式之一的參數(shù)。在此，機(jī)器人控制程序?qū)⒏鶕?jù)選擇的通信方式指示一個(gè)移動(dòng)選擇命令。該數(shù)據(jù)采樣單位是用于設(shè)置一個(gè)輸入時(shí)間間隔的數(shù)據(jù)，該時(shí)間間隔根據(jù)焊接機(jī)器人系統(tǒng)環(huán)境和焊接工作的特點(diǎn)適當(dāng)?shù)剡x擇。上述3的修正量用于焊接路徑修正值的設(shè)計(jì)需要，每次大約150-200。上述4的數(shù)據(jù)接受反饋和上述5位置數(shù)據(jù)接受反饋提供用戶選擇來確定是否采納根據(jù)來自主PC機(jī)的命令執(zhí)行位置修正的功能然后通知命令接收和修正結(jié)果的主PC機(jī)。考慮主PC機(jī)控制整個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng)，更可取的是上述4和5的數(shù)值都應(yīng)設(shè)置為一個(gè)(1)，以便通知命令執(zhí)行結(jié)果的主PC機(jī)。當(dāng)機(jī)器人控制器和主PC機(jī)之間并行通信執(zhí)行時(shí)，上述6的并行比特位設(shè)置是一種接觸選擇區(qū)域用于位映象以由硬件連接的機(jī)器人控制器和主PC機(jī)。例如，當(dāng)接觸選擇區(qū)為1，2，和10時(shí)，左接觸被選作第一接觸，右接觸被選為第二接觸，而保持接觸被選為第十接觸。
下面顯示一個(gè)包含在一個(gè)真實(shí)的機(jī)器人控制器內(nèi)的真實(shí)的程序，以便根據(jù)被告知的路徑方式執(zhí)行從焊接物的一點(diǎn)到另一點(diǎn)的不規(guī)則焊接路徑的焊接工作。
MOVE #PNT1MOVE #PNT2MOVE #PNT3DELAY 0.5AS-1，22，150MOVES/P#PNT4AE，-1，20，120MOVE #PNT5MOVE #PNT6END在此，#PNT1，#PNT2，#PNT3，#PNT4，#PNT5，#PNT6是在要執(zhí)行的焊接順序中沿焊接路徑的某些點(diǎn)和由使用者設(shè)置的數(shù)值。MOVE #PNT1意為機(jī)器人移動(dòng)，MOVE #PNT2意為移動(dòng)靠近焊接位置，MOVE #PNT3意為移動(dòng)到焊接起點(diǎn)位置，DELAY 0．5意為為了系統(tǒng)穩(wěn)定延遲0．5秒鐘，而AS-1，22，150意為焊接在22V電壓和150A電流下啟動(dòng)。
MOVE／P #PNT4意為實(shí)時(shí)地經(jīng)過并行通信接收一個(gè)來自主PC機(jī)的I／O輸出后焊接路徑的改變。從 #PNT3到 #PNT4的移動(dòng)期間，焊接工作在22V電壓和150A電流下繼續(xù)。同時(shí)，通過輸入的左、右、保持位改變移動(dòng)路徑。移動(dòng)路徑改變是通過上述的輸入?yún)?shù)5經(jīng)過I／O位設(shè)置來設(shè)計(jì)。因此，根據(jù)上述例子，如果接收到2的輸入值，焊接路徑變化由一個(gè)設(shè)計(jì)量從當(dāng)前移動(dòng)前進(jìn)方向向右改變。MOVES／S意為串行通信而MOVES／NE意為網(wǎng)絡(luò)通信，每一種通信可以通過定義的通信協(xié)議簡單地實(shí)現(xiàn)。同樣地，AE，-1，20，120意為焊接終點(diǎn)，MOVE #PNT5意為移動(dòng)到下一個(gè)位置，MOVE #PNT6意為移動(dòng)到一個(gè)安全的位置，而END意為程序結(jié)束。
機(jī)器人控制器中的輸入?yún)?shù)和程序僅僅作為例子去理解，它們可以根據(jù)需要修改。
如上所述，本發(fā)明提供一個(gè)在焊接過程中可以通過主PC機(jī)控制焊接機(jī)器人移動(dòng)路徑的焊接機(jī)器人系統(tǒng)。
因此，當(dāng)一個(gè)焊接機(jī)器人的移動(dòng)路徑控制程序在一個(gè)學(xué)校或?qū)嶒?yàn)室研制時(shí)，可以使用根據(jù)本發(fā)明的焊接機(jī)器人的系統(tǒng)進(jìn)行程序地開發(fā)，從而開發(fā)出一個(gè)更為改進(jìn)的焊接機(jī)器人移動(dòng)路徑控制程序。
雖然上面結(jié)合本發(fā)明所提實(shí)施例已經(jīng)進(jìn)行了描述，顯然，對于熟悉這方面技術(shù)的人來說，在沒有脫離本發(fā)明在權(quán)利要求所定義的精神和范圍的情況下是能夠做出某些代換和刪除改動(dòng)的。
權(quán)利要求
1．一種焊接機(jī)器人系統(tǒng)，其包括一個(gè)焊接機(jī)器人；一個(gè)用于控制機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人控制器；一個(gè)用于檢測焊接機(jī)器人的焊接狀態(tài)的傳感器；和一個(gè)用于執(zhí)行焊接機(jī)器人和焊接控制器的整個(gè)控制的主個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC)，其中主PC機(jī)根據(jù)傳感器提供的檢測信號向機(jī)器人控制器發(fā)送一個(gè)關(guān)于焊接機(jī)器人移動(dòng)路徑的修正命令，從而直接控制焊接機(jī)器人的移動(dòng)路徑。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于修正命令的接收和發(fā)送是通過主PC機(jī)和機(jī)器人控制器之間的串行通信、并行通信和網(wǎng)絡(luò)通信三種之一來實(shí)現(xiàn)的。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于所述串行通信是RS"C232C通信。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于主個(gè)人計(jì)算機(jī)和機(jī)器人控制器分別包括一個(gè)與選擇的通信方式相應(yīng)的通信接口。
5．根據(jù)權(quán)利要求1的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于從主PC機(jī)以滿足實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制的預(yù)定時(shí)間間隔發(fā)送修正命令。
6．根據(jù)權(quán)利要求1的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于機(jī)器人控制器包含一個(gè)包括用來發(fā)送和接收相對于主PC機(jī)的修正命令的預(yù)定通信參數(shù)的控制程序。
7．根據(jù)權(quán)利要求1的焊接機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于主PC機(jī)包含一個(gè)包括用來發(fā)送和接收相對于機(jī)器人控制器的修正命令的預(yù)定通信參數(shù)的控制程序。
全文摘要
一種焊接機(jī)器人系統(tǒng)包括:一焊接機(jī)器人,一用來控制焊接機(jī)器人驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人控制器,一個(gè)用來檢測焊接機(jī)器人焊接狀態(tài)的傳感器,以及一個(gè)用來執(zhí)行焊接機(jī)器人和機(jī)器人控制器整個(gè)控制的主個(gè)人計(jì)算機(jī)(PC),其中主PC機(jī)根據(jù)傳感器提供的檢測信號向機(jī)器人控制器發(fā)送和接收關(guān)于焊接機(jī)器人移動(dòng)路徑的修正命令,因而直接控制焊接機(jī)器人的移動(dòng)路徑。因此,在焊接機(jī)器人系統(tǒng)中,在焊接過程中主PC機(jī)可以直接控制焊接機(jī)器人的移動(dòng)路徑。
文檔編號B23K11/11GK1279140SQ9911155
公開日2001年1月10日 申請日期1999年8月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年6月25日
發(fā)明者洪性溱 申請人:三星電子株式會社