專利名稱：全方位焊接機器人系統(tǒng)以及該系統(tǒng)的計算方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種全方位焊接機器人系統(tǒng)以及該系統(tǒng)的計算方法， 具體地說就是焊接機器人通過系統(tǒng)的計算方法，將預置在焊接機器人 腦中的程序代碼，變成焊接機器人的有自行動的焊接行為，使焊接變 得更為數量化、更為標準化。特別適合應用于金屬管與金屬板以及金 屬管與金屬管焊接的自行遙控和自行線控機器人。
背景技術：
金屬焊接是普遍使用的產品加工手段，而電弧焊接是目前最為普 遍使用的方法，電弧焊接中起弧是焊接工件必不可少的工序，在TIG 焊接中用高頻、高壓引弧，也是最為有效、可靠的手段，而高頻、高 壓引弧對人身有著非常大的傷害，長期近距離接觸高頻、高壓射線， 對人身會產生不良作用。而由焊接機器人代替人作為焊接工作已由本 發(fā)明人提出并開發(fā)出來。這種類型分為搖控自行機器人和線控自行機 器人。
一般焊接工通過手來完成焊接工作，本發(fā)明通過高精度的CCD攝 像機、自帶電腦高速處理、產生焊接數據，通過微電腦將焊接數據變
成了軸液壓連動的動作、定位焊接。它的焊接正確性和速度是大于人 的焊接正確性和速度。進一步的功能，它可以與生產線的主控制器連 接，通過數據接口，將主控制器信號變成焊接機器人自身的焊接代碼， 實現過程控制的特性，并且更具有市場特性
發(fā)明內容
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本發(fā)明鑒于上述情況，其目的是提供一種全方位焊接機器人的控 制方法，以及該系統(tǒng)的計算方法。
本發(fā)明已經獲得了一種全位置TIG焊接機器人控制方法，以及該 系統(tǒng)的數值方法，其中該機器人的腦是通過多臺微電腦CPU,內存 ROM、 RAM、 I/O電路，高頻引弧數值控制器，以及控制大功率變頻 電源數值控制器電路，高精度同步馬達數值控制器，以及馬達連動的 高精度定位數值控制器。
對于一個具體的實例，全位置TIG焊接機器人一例中，高頻引弧 對電腦系統(tǒng)有嚴重的影響，當今大部分的IC芯片以MOS電路為主， 而電壓型MOS芯片，對電磁波極為敏感，容易產生電路故障，使焊接 機器人產生誤動作，本發(fā)明通過采用引弧時引入Reset狀態(tài)，使電腦程 序進入有高頻、高壓保護的Reset電路中，將電腦程序引入一個受控狀 態(tài)中，避免了監(jiān)控程序的走飛，造成電腦死機。
焊接過程輸出是弧焊接機器人的一個亮點，電弧焊時會產生強力 的光線。該光線對人眼睛有很大的傷害性。本發(fā)明通過高精度、高分 辨率的CCD攝像機將焊接過程傳送到弧焊機器人的電腦中，并將其顯
示在弧焊機器人上。而361°旋轉焊接同時將CCD攝像機的信號傳送 出去，從理論上進變得不可能，本發(fā)明通過水銀同軸加屏蔽的方法， 將高頻電信號通過液態(tài)水銀導線將信號傳輸到電弧焊機器人的電腦 中，完成了361°全位置焊接視頻信號的傳送。
大量的管子管板焊接時對定位有很高的要求。本發(fā)明使用激光定 位的方法，使焊接機器人能獨立完成整個焊接工作。首先在要焊接的 部位管子中發(fā)出一束激光，機器人的受光部位產生一個焊接信號，使 焊接機器人達到了焊接定位功能。
自行動焊接機器人，其動力采用4相步進電機，步進電機是將數 字信號轉換成機械能量的電機設備，每輸入一個脈沖信號，步進電機 旋轉一個固定步進角，(Step angle)本焊接機器人采用0 . 4 5度步 進電機規(guī)格，若輸入8 0 O個脈沖信號，步進電機就會旋轉8 0 O個 步進角，且剛好轉一圈(8 0 0 * 0.4 5度=3 6 O度)，為了讓自行 動焊接機器人具有精密定位和精確定速，只要控制輸入的脈沖數目， 可控制步進電機轉動角度。由于步進電機轉動角和輸入脈沖數目成正 比，因此，適應開回路控制，提高了自行動焊接機器人的靈活性。


圖1 、根據本發(fā)明一個焊接機器人裝置示意圖。 圖2、焊接機器人的腦部電路方框圖。 圖3、焊接機器人的3 6 O度全方位視角裝置示意圖。 圖4、焊接機器人定位示意圖。
圖5、焊接機器人的結構示意圖。
圖6、焊接機器人動力馬達順時針方向和逆時針方向輸入脈沖示意圖 圖7、水銀同軸屏蔽器結構圖 圖8、焊接機器人數值計算流程圖。 圖9、焊接機器人界面操作系統(tǒng)概念圖。 圖10、焊接機器人網絡程序流程圖。
具體實施例方式
以下根據附圖來說明本發(fā)明的
具體實施例方式
參見圖1,本發(fā)明主體結構參考號11表示焊接機器人的主體，它 通過以下方式形成。參考號13是焊接機器人的腦部結構，腦部結構的 形成，由多CPU中央處理器電路完成對焊接機器人的規(guī)則處理，總線 數據處理，總線程序代碼處理，而CPU執(zhí)行ROM的程序代碼以及執(zhí)行 RAM中的數據。進一步就將一切的信號，包括數字信號、光信號、機械 動作信號變成電信號，通過模/數電路和數/模電路進入CPU進行處理， 完成腦部的作用。
參考號12眼部裝置作為焊接機器人的重要的組成部分，眼部裝置 是視頻傳感器裝置，CCD攝像機。其視頻信號的來源是CCD (charge coupled device)攝像機，將攝像現場工作情況變成D V D信號格式， 而格式形成3 2 0 0 *3 2 0 0像素的視頻文件，隨后將視頻文件通過 總線，將視頻文件進入參考號l 3腦部硬件系統(tǒng)，組成焊接機器人的 眼部裝置。
耳部裝置參考號l 6，嘴部裝置參考號1 7，構成了焊接機器人的 音頻部分，音頻處理分成音頻輸入一即耳部裝置參考號l 6和嘴部裝 置參考號l7，參考號l6根據從麥克風話筒參考號18提供的采集 音頻信號，通過外部模/數電路變成參考號1 3能識別的音頻文件， 同時將音頻信號通過總線B i！ s進入參考號1 3腦部硬件系統(tǒng)處理， 組成焊接機器人耳部裝置。參考號l 7是將參考號1 3腦部硬件系統(tǒng) 處理后的信號，通過數/模傳換模塊，將數字信號轉換成模擬信號， 由參考號l 9將模擬信號通過立體聲揚聲器發(fā)送出去，形成了焊接機
器人的嘴部功能。
參考號14焊接機器人液壓系統(tǒng)，參考號1D焊接機器人自行運動 機構，參考號1C焊接機器人4相步進電機設備，構成了焊接機器人的 模擬四肢系統(tǒng)和機器人的軀干，參考號1B焊接機械手作為焊接機器人 目的執(zhí)行部件，作用是通過參考號1B達到程序規(guī)定的任務。參考號1A 激光自動定位系統(tǒng)是機器人能自行運動的關鍵，能正確定位是焊接機 器人的前提。
其中參考號1E液壓3軸運動器，受控于機器人自行運動機構，參 考號ll機器人主體接收瀲光自動定位系統(tǒng)的信號后，通過液壓3軸運 動器，使焊接機械手到達工件位置，完成機器人工作。參考號ic焊接 機器人4相步進電機設備是機器人動力設備，通過受控的數字化驅動 馬達，能精確到達位置。
其中參考號15軟件系統(tǒng)是一切行為指定的發(fā)出者，不同的行為要 求，具有不同的數學模型，而數學模型的結構，決定了焊接機器人的
智能水平。
參照圖2所示，作為焊接機器人的電腦特征，其電路硬件裝置是 IC電路，模擬電路組成，為了符合焊接工藝要求，必須記憶焊接工 藝要求。內存memory記錄焊接工藝要求，將焊接變成機器人能夠記憶 的方式，以二進制的方式記錄在內存內，由中央處理器電路與內存構 成數據總線和地址總線。
具體地講焊接工藝要求記在內存地址參考號25&1 0 0 1 AOO H,參考號26接收輸入/輸出電路的信號，經過數值運算將電信號返 回給參考號26去執(zhí)行。進一步地講，參考號21接收來自參考號22從 中央處理器電路的信號。
參考號22通過接收參考號27模/數電路和參考號29數/模電路將 模擬電信號變成參考號22讀懂的二進制信號，并將二進制信號與參考 號21交換再將二進制信號通過參考號29變成模擬電路。參考號23從 內存具有的位操作功能中設置各種焊接標志，并將這些標志組成一個 布爾矩陣，提供給中央處理器處理。
參照圖3所示，作為焊接機器人監(jiān)視信號的核心部分，其核心 為參考號3D—CCD攝像系統(tǒng)，通過參考號31水銀同軸加屏蔽控制器， 組成了一個完整的全方位視覺裝置。
首先CCD攝像機將視頻信號輸入到參考號31控制器。通過由參 考號31控制器相對應的參考號32軟件分配程序。將信號數據通過參
考號27模/數電路，參考號29數/模電路，傳送至參考號22從中央處 理器電路。經格式預處理后，送入參考號21主中央處理器電路。同時 由參考號26主輸入/輸出電路的傳感器電路獲得的直接信號送入參考 號26，參考號21主中央處理器電路處理由參考號31控制器顯示，參 考號26主輸入/輸出電路，數據，信號。通過無線視頻信號傳送轉換 成有線視頻信號，將信號顯示在焊接機器人的主液晶顯示屏上。同時， 可以通過焊接機器人本體，將信號遠程發(fā)送至控制室，在控制室里， 可以將工件焊接過程這一較為危險的焊接工作，完全可由機器人來完 成。
具體地講攝像焊接處理過程如下
首先參考號21主中央控制器電路獲得一個定位焊接信號，同時處 理由參考號38視頻信號，參考號32軟件數學模型來定位焊接攝像目 標，通過以上步驟，就能焊接攝像了，而焊接攝像信號的傳輸是關鍵， 由于焊接路線為361度旋轉焊縫，用常規(guī)的方法，從理論上講變得不 可能。本發(fā)明通過水銀同軸加屏蔽控制器的方法將信號數據傳送至21 主中央處理器電路，配合由參考號26主輸入/輸出電路的信號，經過 參考號21主中央處理器電路處理，得出一個具體真實焊接過程。
如圖4所示參考號44作為焊接機器人定位系統(tǒng)，主要分成兩種 定位方法、無線遙控定位和有線遙控定位。無線遙控定位包括參考號 42部分和參考號41部分，以上所述部分作為無線控制焊接組成部分。 首先在焊接工件的管子中，發(fā)出一束激光，而這束激光是通過激光編
碼發(fā)射器編碼的激光信號，將每一種焊接的信息編碼在芯片中，信息 包括焊接電流，焊接電壓，氣體保護流量等，而這些基本焊接信息， 由參考41號激光解碼芯片接收，通過參考號44號焊接機器人來確認 其真實焊接位置。而定位、焊接工作完成后，焊接機器人將記錄并確 認該焊接點工作完成，達到自動焊接功能。
有線遙控定位具有手動遙控的屬性，其定位的方法較為簡單，有 線遙控定位包括參考號45部分和參考號46部分，以上所述部分作為 有線焊接組成部分。首先在焊接工件的管子中，發(fā)出一束激光，而這 束激光是通過激光編碼發(fā)射器編碼的激光信號，將每一種焊接的信息 編碼在芯片中，信息包括焊接電流，焊接電壓，氣體保護流量等，而 這些焊接基本信息，由參考46號激光解碼芯片接收，通過參考號44 號焊接機器人來確認其真實焊接位置。而定位、焊接工作完成后，焊 接機器人將記錄并確認該焊接點工作完成，焊接功能更為實用。
如圖5所示機器人物理部件，其中參考號52機器人腦與參考號57 機器人數值控制器組成了焊接機器人的關鍵部分，而機器人數值控制 器由數學模型決定了焊接機器人的物理行為的過程。其數值通常根據 焊接實際情況決定，實際情況的參數由焊接電流，焊接速度，在需要 填焊絲的情況下，具有送焊絲的速度，填焊絲的方向，氣體保護等組 成。參考號56機器人視覺裝置是受控于參考號52機器人腦其物理的 過程是焊接機械手旋轉到指定的位置，而視覺裝置跟蹤那個位置，做 到了實時覺察功能，參考號53機器人軀干，由液壓控制，使它具有在
設定的物理空間內上下行動，參考號54機器人動力裝置，使焊接機器 人具有水平間運動的功能，在參考號55機器人定位裝置的配合下，使 整個機器人具備了靈活性和精確性的屬性。
如圖6動力馬達順時針方向和逆時針方向輸入脈沖示意圖所示，4 相激磁為任何時間，同時有兩組定子線圖激磁，如圖順時針方向(CW) 所示。圖中激磁相序依(A, (B, C)~+(C， D)"KD， A卜(A，
B)順序，每次均有兩相同時激磁，波形前沿依A — B D 順序變動，則步進電機依順時針方向轉動；圖逆時針方向(CCW)中激磁 順序依(D， C)"KC， B)"^(B, A)"KA, (D， C)順序，每次
均有兩相同時激磁，波形前沿依"C "^B—^A順序變動，步進電機 為逆時鐘方向轉動。使用4相激磁方式驅動，步進電機的輸出轉矩比2 相激磁大。4相步進電機通常使用這種方式驅動。相激磁采用半相激磁 與全相激磁交替使用，此種方式驅動步進電機可達到半步控制以增加 步進電機的定位分辨率。例如，若采用半相激磁每轉一圈為400步(步 進角0.9度)的步進電機，若采用全相激磁方式驅動，則旋轉一圈變 成800步，步進角變成0.45度。圖中激磁相序為(D， A)~ (A)~KA， B)—g(B)—(B， C"(C)一WC, D"(D)順序，每16步循環(huán)，步 進電機依順時鐘方向轉動。當為逆時鐘轉動，激磁相序相反。
如圖7所說水銀同軸加屏蔽控制器的方法為在水平的運動金屬 軸的外層附加一層絕緣層，在絕緣層的外面是液態(tài)水銀層，在液態(tài)水
銀的外面是固定的金屬外層，當金屬軸在軸向運動時，信號通過軸向 運動金屬軸與固定的金屬外層通過液體水銀組成了一個信號回路，達
到了水平36r旋轉發(fā)送數據的目的。
圖8說明焊接機器人的軟件流程圖，包括控制層、界面層和應用層。
如圖8所說控制層S3配置是焊接機器人本人的硬件和軟件的控 制，而控制層的接收如圖像數據、語言數據等原始數據和傳感器檢測 的其它數據，并處理這些數據段落。根據輸入的若干信息段落、進行 圖像畫布識別、姿態(tài)檢測，定位測定等，從而獲取識別結果，通過控 制程序接口，將識別結果報告于應用程序，用于工作方式確定。應用 層即訪問界面系統(tǒng)，包括三個子應用層，應用層A表示定位應用層， 應用層B表示圖像應用層，應用層C表示焊接應用層。應用層是通過 自帶的CPU處理來自參考號26主輸入/輸出電路模塊信號與固定存儲 器裝置EPROM的中間程序代碼，來判定是否焊接。與固定存儲器裝置 ROM相同，可更換存儲器裝置E2PR0M是電拆卸地安裝到機器人的可記 憶存儲器，該裝置是一個盒式存儲介質，如存儲器條(stick),并且 在使用時，裝到預定的存儲器槽中，所以用可更換存儲器E2PR0M供給 更新的軟件程序，將中間等與硬件配置有關的軟件存儲在可更換的存 儲器裝置E2PR0M上，以致使得它的版本設定與機器人交貨的硬件配置 (缺省設定)，或標準硬件配置兼容。理想是向應用程序所用的硬件配 置提供操作環(huán)境的中間件與應用程序組合，并且隨后存儲到可更換存
儲器裝置E2PR0M上。應用層A、應用層B、應用層C是通過自帶的CPU 來處理來自參考號26主輸入/輸出電路模塊信號，以及參考號27模/ 數電路，參考號29數/模電路信號、微處理器(MCU)、存儲器(ROM， E2PROM)。而應用層程序代碼模塊處理信號來源是電流放大電路(AMP)， 電壓信號比較電路(VCP)、模/數電路(27)、數/模電路(29)。
參考號S5是焊接選擇，焊接時通過數學模型設定的焊接數學模型 布爾矩陣設定。在自帶的微電腦中設立了焊接標志位，根據標志位引 入中間件A，引入中間件B、引入中間件C，其中，中間件A對應應 用程序A，中間件B對應應用程序B。中間件C對應應用程序C。通 過這些對應程序的應用，得出了引入應用程序A固定工作方式，引入 應用程序B最佳匹配工作方式，引入應用程序C相互兼容工作方式。
圖9、所述作為焊接機器人與外界聯系的紐帶，IIA應用層程序 為根據焊接工藝數學模型，編寫應用層程序代碼，使機器人具有焊接 屬性。IIB監(jiān)控BIOS、使機器人具有腦的功能存儲、信號23模塊、25 模塊。判定信息一21模塊、22模塊。使機器人具有嘴的功能一36模塊， 耳的功能一38模塊。眼的功能一12模塊。IID人機對話程序，它具有 與外界交流的屬性， 一種友好的界面是焊接機器人被人了解、認識的 關鍵。本發(fā)明采用機器人本體液晶屏顯示，簡化了操作步驟。使使用 人簡單易懂。
中間A件所對應的應用程序A，作為機器人自行動的程序，其程 序的控制方法都采用PPM (脈沖相應調制)或PWW (脈沖寬度調制)
方式傳送來自傳感器的信號，參考號54機器人動力裝置， 一般每40ms 一次，由系統(tǒng)中的轉換器將位置信號轉換為寬度為3.0 5.0ms的脈沖， 脈沖信號饋送給用于應答的電機伺服裝置，就可以控制機器人運動到 新的位置。如果饋送一個穩(wěn)定不變的信號，可以使機器人保持穩(wěn)定狀 態(tài)，不作運動。當機器人從停止位置向前運動時，速度控制器將引起 馬達失速和逆向運動。主速度的程序控制器建立控制脈沖寬度，并提 供向前、向后波形之間的聯系，基本的數值變化區(qū)間為2.0 5.0ms，作 為一個程序的數學模型，如果脈寬從2.5m變化到3.5ms，馬達向前的 速度逐漸加速，而從3.5ms變化到4.5ms伺服器接收到脈寬越長，馬達 將逐漸減速。
為了使用多馬達驅動，本發(fā)明使用一種可以改變脈沖寬度的單穩(wěn) 態(tài)電路，它可以平衡對于機器人多馬達的驅動力，在四輪馬達驅動情 況下，驅動力來源有多個驅動裝置，而脈沖寬度的單穩(wěn)態(tài)電路通過數 學模型的布爾矩陣設定，來平衡馬達的行動能力，使機器人行動自如 的向前、向后、向左、向右行動。
程序執(zhí)行放大器，基本上由兩部分組成， 一部分用來產生電流和 增加電流負載能力，即放大器部分，另一部分是用于檢測原始驅動信 號的極性裝置，當主速度控制器信號(一)極性翻轉被檢測到時，同 時，機器人數學模型布爾設定置位時，馬達反向必須接通，當主速度 控制信號(+ )極性翻轉被檢測到時，同時機器人數學模型布爾設定置 位時，馬達正向必須接通。這是因為機器人數學模型的速度控制器具 有向前，向后運動的功能，信號極性必須被主速度控制器程度檢測到。
中間件b所對應的應用程序b,作為機器人重要組成部分，361° 全位置視頻顯示的程序，本發(fā)明的程序數學模型的方法是水銀同軸又 加屏蔽控制器傳輸基帶視頻信號，將普通視頻的單端傳輸方式即75 q 不平衡傳輸方式，通過數學模型的轉換，轉換為iooq左右的平衡傳輸 方式，視頻信號經過參考號56機器人視覺裝置，將視頻信號相反放大 再處理，送到視頻顯示終端，實際的水銀同軸加屏蔽傳輸器特征阻抗 并不恒定，視其結構而定，而實際的阻抗大小難以精確計算，因此在 傳輸過程中難以滿足理想的差分平衡傳輸條件，由此造成的阻抗匹配 問題比較突出。阻抗失配會使共模抑制比下降，甚至產生嚴重的反射 失真，因此在傳輸信號的發(fā)射端，通過程序控制差分信號的傳輸驅動 器，將不平衡的輸入單端不平衡視頻基帶信號，通過以下的數學公式-v。,=k (zyzT) vin, v。2=-k (z2/zt) v",變成兩端電壓增益差分輸出。在
接收端的差分視頻信號，通過數學模型轉換，成單端視頻基帶信號， 而內部頻率均衡，彩色信號提升，增益可控視頻信號，都由參考號56 來完成，而開環(huán)放大器電壓增益數學公式為V。ul=K (Z,/Zt) Vi ，本發(fā)明 提出了液態(tài)水銀同軸加屏蔽傳輸的方法，設計了阻抗匹配調節(jié)和增益 控制，對信號傳輸狀態(tài)進行合理調節(jié)，滿足不同情況和條件下的使用。 中間件c所對應的應用程序c,其數學模型的方法是參考號57機 器人數值控制器，其組成部分是由參考號if內存電路，參考號ig模 數電路，參考號1h多cpu電路和參考號ii i/o電路組成。其中參考 號if應用程序執(zhí)行是以rom和ram為基礎，軟件的操作方法是焊接機 器人設計一個rom電路，根據rom電路確定了 rom在整個焊接機器人
中軟件地址。本發(fā)明的焊接機器人的ROM操作指令是以MOV類指令為 基礎，方法為輸入指令，用ALE鎖存信號鎖存PCL,在每個CPU(Central Processing Unit)中的每個機器同期中鎖存地址ALE,在下降沿時鎖 存PCL， ALE信號的頻率是振蕩頻率的1/6，可用來作外部時鐘或定時 脈沖，在執(zhí)行MOV時，同一機器周期的S狀態(tài)，ALE鎖存的口地址，不 再是程序存貯器(stick)的低8位，而是數據存貯地址。對于數據存 貯器RAM，主要作為現場焊接機器人的內存，其操作指令主要以MOV指 令為主，作用是存入各種現場焊接數據，如焊接機器人人的位置，焊 接機械手的操作過程等，ROM是存放焊接參數，焊接工藝要求。參考號 II I/O電路提供了一條輸入/輸出通道在系統(tǒng)的應用中，主要是以 Input and output指令為主。參考號1H由多CPU電路組成，本發(fā)明人 采用多CPU主要是為了提高機器人的處理數據能力。具體以3個CPU 處理方法如下，主CPU開始設置地址傳送方式。從起始地址開始發(fā)送l 號從機握手成功。繼而可以設置從數據傳送方式，開始與1號從機交 換數據。如果主機發(fā)送從機地址后，接收回地址碼與發(fā)送地址碼不等， 則與此地址碼的從機握手失敗。從起始地從起始地址開始發(fā)送2號從 機握手成功。繼而可以設置從數據傳送方式，開始與2號從機交換數 據。如果主機發(fā)送從機地址后，接收回地址碼與發(fā)送地址碼不等，則 與此地址碼的從機握手失敗。從起始地址開始發(fā)送3號從機握手成功。 繼而可以設置從數據傳送方式，開始與3號從機交換數據。如果主機 發(fā)送從機地址后，接收回地址碼與發(fā)送地址碼不等，則與此地址碼的 從機握手失敗。
參考號IIB和參考IID為系統(tǒng)的組織，而系統(tǒng)的組織分為1、無控 者系統(tǒng)，2、單控者系統(tǒng)，3、多控者系統(tǒng)。
1、 無控者系統(tǒng)中，人機對話程序是限于從一個講者到一個或多個 聽者的直接數據傳送。這些傳送由人工置于"only send"或"onlyget" 工作方式它們構成一個非常基本固定的無控者系統(tǒng)。
這時，參考號11B監(jiān)控BIOS —直處于數據工作方式(ANT-假)。 "send"器件在它的接口中具有一個源方掛構功能和一個send功能， 而"get"器件在某接口中則有一個受方功能，其它能力是不可能存在。
2、 單控者系統(tǒng)
在這種系統(tǒng)中，可能的參考號11D人機對話程序方式有(1)在 一個受命的講者和一個或多個受命的聽者之間直接傳送數據(數據工 作方式)。(2)從一個器件傳送給控者，在一次并經査詢序列中的狀態(tài) 信息工作方式或在一次串行査詢序列中的狀態(tài)信息工作方式。(3)從 控制傳送給一個器件數據工作方式數據字節(jié)或程序指令，命令的工 作方式命令和地址。(4)在系統(tǒng)控者和其它器件之間，傳送接口管 理信息。CPU在作上述操作之前對各器件尋址，則控功能必須作用。本 地VSCL要求系統(tǒng)控制可以用來使系統(tǒng)控者進入其作用狀態(tài)。然后才有 可能通過系統(tǒng)控制功能產生一個接口清除(IFC)消息，而器件的控功 能則也將變?yōu)樘幱谧饔脿顟B(tài)，因此一個單控者系統(tǒng)中的控者必須是一 個系統(tǒng)控者。
3、 多控者系統(tǒng)
在多控者系統(tǒng)中，參考號11D人機對話程序方式與只有一個控者
系統(tǒng)是一樣的，系統(tǒng)使系統(tǒng)控制權能從一個控者轉給另一個控者。其 中必須有一個控者被指定為系統(tǒng)控者。于是，這個系統(tǒng)控者就是在系 統(tǒng)中唯一能使接口線REN (遠地可能)和IFC (接口清除)起作用器件。 在多控者系統(tǒng)中，將CPU控制權從A控者轉給B控者的過程如下-
(1) A控者在作用，所有其它控者(包括B)者不起作用。
(2) A控者對B控者尋址使之受命為控者(命令工作方式)。
(3) A控者給出母線命令TCT (取控)(命令工作方式)。
(4) A控者使ATN-假(數據工作方式)?，F在當ATN變?yōu)檎鏁r， B控者就作用而所有其它控者，則均不起作用。
在參考號11B監(jiān)控BIOS發(fā)作一個IFC命令，則一切器件都將被受 命，而系統(tǒng)控者則再次獲得系統(tǒng)的控制權。
參考號11應用程序中具有2種服務請求査詢，在焊接機器人系統(tǒng) 中當一次焊接任務開始之后，什么時候結束這往往是不知道的，因此 CPU必須具有服務請求査詢的能力，而該任務分二種方式1、串行査 詢，2、并行査詢。
1、串行査詢 一個器件要通過參考號IIB、 BIOS的服務請求，就 必須在端口中具有服務請求功能，為了能夠參與一個串行査詢序列， 它還必須具有一個譯碼部分。在一個串行査詢序列期間，其主要事件 如下(1)當BIOS監(jiān)控起作用時，向控者表示它正在請求服務。(2) 控者査明出現了一個服務請求如"send" -真，則控者可以開始一個中 斷子程序。中斷的處理則取決于控者的器件功能(軟件)的特性。(3) 如果在該系統(tǒng)中有多臺儀器都可以產生一個請求，則控者就必須檢査
實際上哪個器件在請求服務。為此目的，控制借助母線命令SPE(串行 查詢可能)使系統(tǒng)置于串行査詢工作方式。這就使各器件準備參與一 次串行査詢。(4)控者一個一個地檢査器件，找出請求服務的器件， 控者對某一器件尋址使之受命為講者，然后以數據工作方式來檢査各 數據線的狀態(tài)(狀態(tài)Bit)，通過這樣的方式來對該器件査詢。如果一 個器件已請求了服務，它將使DIO置于真態(tài)來響應，其它各條件線也 可以置于真態(tài)來表示服務請求性質。(5)當所有器件已査詢完時，則 控者用母線服務請求的每一個器件作出行動，而這些行動的性質，將 取決于發(fā)出服務請求器件的特性。
2、并行査詢并行査詢的方法為同時檢査8個器件，以確定這些 器件的某一狀態(tài)。這種狀態(tài)通常是"服務請求"，不過它也可以用于"焊
接準備好"或"報警"等。操作者把每一器件指定給一條數據線(DI(h
至DIm),在并行査詢程序期間，如果器件需要服務，它就置相應數據 線為真態(tài)。
一個可能需要通過并行査詢來請求服務的器件，它具有并行査詢
的功能。在控者開始一次并行點各序列之前，必須滿足以下條件
(1)器件必須置于能夠響應并行査詢的狀態(tài)。(2)器件指派一條 DIO線來響應并行査詢；(3)檢測參考號S6焊接數學模型布爾矩陣， 并相應賦予一個值。調置器件A和器件B,以便進行并行査詢。在本 發(fā)明中其焊接機器人的査詢以串行査詢?yōu)橹鳌?br> 焊接機器人的網絡屬性使本發(fā)明焊接機器人的功能大大提高。
機器人工作場所多為危險區(qū)域，而通過Net使工作人員能實時了解工 作情況和工作結果，也能使工作人員實時通過網絡遠程了解工作過程。 如圖8所示，A2格式設置、設定IP地址，通過A3網絡主程序，使焊 接信息、傳送到服務器，界面操作系統(tǒng)A4，將機器人的傳送到A3，達 到網絡功能。使機器人變成IP機器人。
一臺IP機器人具有既能受遠地控制又能受本地控制功能。這涉及 到在需要將機器人的某些或全部控制轉換為遠地或本地控制，本發(fā)明 給器件配備一個遠地/本地接口功能。這里功能允許器件在兩種控制數 據源之間作出選擇。如果置于"本地"，則該機器人就從機器人本身接 收控制數據，當其置于"遠地"時，則根據IP地址接收控制數據。
遠地/本地功能可以由控者用母線命令GTL(進入本地)和LLO(本 地封鎖)來控制，以及由系統(tǒng)控者用通用接口消息REN (遠控可能) 來控制。
當REN-假時，器件總是置于本地狀態(tài)。有些器件在此它的面板上 有一個遠地/本地開關，以產生本地消息RT1 (返回本地)。
這樣的器件，通過受命為聽者并令REN-真和RTl-假，來使該器 件從本地切換為遠地控制。
當RTl-真，或在它已受命為聽者并收到母線命令GTL時，則可返 回到本地控制狀態(tài)。RT1保持為真，則該器件不可能用上述方法切換為 遠地控制。然而，本地命令RTl可通過母線命令LLO來使之手效。首 先發(fā)生命令LLO，然后令儀器受命為聽者。同時REN-真，于是就能達 到遠地控制狀態(tài)。
結束語
該機器人特有36r全位置觀察的能力，從視力上已經勝過了人的 視覺功能。配合自行動的能力，使它在核能工業(yè)、化工工業(yè)等危險領 域中，能得到很好的應用。
參考號說明
1A—激光自動定位系統(tǒng)，1B—焊接機械手，lD-機器人自行運動機構，11C—相 步進電機設備，1E—液壓3軸連動器，1F—內存電路，1G—模數電路，1H— 多CPU電路，1I一I/0電路，ll一機器人主體，12—眼部裝置，13_腦部 硬件系統(tǒng)，14~#接機器人液壓系統(tǒng)，15—軟件系統(tǒng)，16—耳部裝置，17—嘴部 裝置，18—話筒，19~揚聲器，21—主中央處理器電路，22—從中央處理器電 路，23—從MEMORY電路，24—網絡電路，25—主MEMORY電路，26—主輸入/輸出 電路，27—模/數電路，28—光機電傳感器，29~數/模電路，2A—從輸入/輸出 電路，31—水銀同軸加屏蔽控制器，32—軟件分配程序，35—^8^^m送， 34—^^ft^送，33—^!^^^fc 37—攝像機電源水銀同軸供電系統(tǒng)， 38""視頻信號傳輸系統(tǒng)，3DCCD攝像系統(tǒng)。41—無線激光解碼接收，42—無線激 光編碼發(fā)射45—有線激光編碼發(fā)，46—有線激光解碼接收，44一焊接機器人，51 —機器人機械手，52—機器人腦，53—機器人軀干，54—機器人動力裝置，55 一機器人定位裝置，56—機器人視覺裝置，57—機器人數值控制器，Sl—開始， S2初始化設置，S3—控制層,S4-訪問界面系統(tǒng)，S5""^接選擇，S6"^接 數學模型布爾矩陣設定，IIA—應用程序，IIC一硬件配置，IIB監(jiān)控BIOS， 11D 一人機對話程序，Al—初始設置，A2—格式設置，A3—網絡主程序，A4—界面操 作系統(tǒng)，A5—選擇網絡系統(tǒng)，A6—等待。
權利要求
1、焊接機器人控制系統(tǒng)以及該系統(tǒng)的數值計算方法包括機器人主體，腦由CPU，內存電路，I/O電路，數/模及模/數電路，光機電傳感器組成。眼由高精度CCD攝像機組成。皮膚由激光定位發(fā)射傳感器和激光定位接收傳感器組成。四肢焊接機器人機械手。同步馬達四輪驅動軀干裝置。耳朵由雙通道立體聲Micro Phone組成。嘴-多通道數碼仿真人喇叭組成。
2、 軟件系統(tǒng)一焊接機器人控制系統(tǒng)軟件。界面操作系統(tǒng)軟件。
3、 如權利要求1、所述的焊接機器人控制系統(tǒng)以及該系統(tǒng)的數值計算方法，其中腦的特征在于通過腦的硬件組成，配合軟件的編寫，根據每一種焊接工藝要求，組成焊接機器人腦。機器人腦的核心一CPU中央處理器、記憶內存Me邊ory。 使用核心CPU、 Memory將焊接工藝各種要求記錄到內存ROM 中，使焊接機器人具有通用性方法。
4、 如權利要求l、所述的焊接機器人腦部件，其中所述I/0 裝置，其裝置是腦部與外界交接信息，方法為8bit—32bit 數據線。其中所述的數/模裝置，其裝置是腦部與外界交換 信息，根據不同的數學模型，區(qū)分不同的焊接對象，其方法 是將不同對象設定為不同的數學模型。
5、 如權利要求1、所述的焊接機器人控制系統(tǒng)以及該系統(tǒng)的 數值方法，其中所述的眼部特征在于使用高精度的CCD攝像機。 其中360度旋轉焊接CCD攝像機信號傳送，是通過液態(tài)水銀 同軸加屏蔽的方法，將視頻信號傳送出去。
6、 如權利要求1、所述激光定位，其中發(fā)射定位使用脈沖編 碼發(fā)射，接收定位脈沖解碼的方法。
7、 焊接機器人引弧時引入Reset狀態(tài)，使電腦程序進入有高 頻、高壓保護的Reset電路中的方法。
8、 如權利要求6、所述的液態(tài)水銀同軸加屏蔽的方法，通過 該方法迸行的水平360度軸向傳送，以及X軸、Y軸、Z軸 方向運動的電源及電信號傳送方法。
9、 如權利要求1、所述四輪驅動軀干動力裝置，馬達步進電 機規(guī)格在0.45度至1.8度步進電機規(guī)格，脈沖采用800脈 沖至200脈沖，馬達控制回路采用開回路控制。
10、 按照權利要求2、所述的焊接機器人軟件系統(tǒng)，其中焊 接機器人控制系統(tǒng)軟件方法，該方法涉及到監(jiān)控程序方法， 網絡連接方法。其中焊接機器人界面操作系統(tǒng)軟件方法，該 方法涉及到本發(fā)明的人機對話，界面格式。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種全位置焊接機器人設備，該機器人具有自行動能力，通過安裝在工件上的定位信號傳到機器人的電腦裝置，配合傳感系統(tǒng)，電腦裝置將視頻信號和傳感系統(tǒng)的信號加以處理。并根據相應的數學模型編寫軟件，通過軟件運算和判定，達到程序預定的目的。361度全位置視頻監(jiān)視信號是通過水銀同軸屏蔽，將電信號通過液體導電水銀，將信號傳送到機器人的電腦中。通過一個將程序引入Reset狀態(tài)電路中的方法，使程序避免了走飛，使機器人在高頻、高壓干擾的情況下正常使用。
文檔編號B23K9/12GK101108439SQ20071003769
公開日2008年1月23日 申請日期2007年2月25日 優(yōu)先權日2007年2月25日
發(fā)明者俞曉雁 申請人:俞曉雁