專利名稱：焊接機器人系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及到一種焊接機器人系統(tǒng)，尤其是涉及到一種包括一個用來執(zhí)行控制整個系統(tǒng)的主個人計算機(PC)，一個用來控制焊接機器人驅動的機器人控制器，以及一個用于檢測焊接狀況(即焊接路徑信息)的傳感器的焊接機器人系統(tǒng)。
通常，焊接機器人用于工業(yè)領域焊接包括鋼板的各種金屬。焊接主要分成點焊和弧焊。在點焊中，一把固定的焊槍對固定在一個夾具上的焊接物體上的某一點執(zhí)行焊接。在弧焊中，一把可移動的焊槍沿著某個焊接物體的焊接路徑執(zhí)行焊接?；『甘侵饕米鳛闄C器人焊接。
弧焊是一種當接入焊條時在焊槍和被焊接目標體之間形成強電流的焊接方法，以使得融化的焊條和焊接物立即地融合。當執(zhí)行弧焊時，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和終結點都是根據(jù)焊接物的類型和要焊接的物體的焊接等級預先設置好的，并且將這些設置數(shù)值提供給機器人控制器。實際上，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量。出于這個目的，一種變化的移動跟蹤算法已經(jīng)被開發(fā)和商品化。


圖1是一個常規(guī)的焊接機器人系統(tǒng)方框圖。如圖所示，一個焊接機器人系統(tǒng)包括一個用于執(zhí)行焊接的焊接機器人100，包括一個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，包括一個焊接路徑的圖象等，包括一個根據(jù)由傳感器102提供的一個采樣檢測信號，通過焊接機器人移動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)行焊接工作的機器人控制器103，以及包括一個為了處理焊接相關數(shù)據(jù)和控制焊接機器人100的位置和附加設備，用來控制整個焊接機器人系統(tǒng)的主PC機105。
在此，如果主PC機105給機器人控制器103提供工作執(zhí)行條件和焊接啟動命令如供電電壓，焊槍和焊接物之間的距離，焊條接入的速度，以及焊槍的晃動速度等，機器人控制器103就驅動焊接機器人執(zhí)行焊接工作。這里，機器人控制器103對由傳感器102提供的焊接電流狀況信息采樣，通過一個變化的商用的移動跟蹤算法比較和分析該采樣結果，以及控制焊接機器人修正當前的移動路徑。
如上所述，在常規(guī)的焊接機器人系統(tǒng)中，一旦主PC機105用一個與焊接工作執(zhí)行條件一起的工作啟動命令指示機器人控制器時，因為在焊接過程中機器人控制器103執(zhí)行焊接機器人100的整個移動路徑控制，所以主PC機105幾乎不可能被包括在移動路徑控制中。
因此，盡管一個使用者有責任通過主PC機105監(jiān)視整個焊接機器人系統(tǒng)，但是他或她不能在焊接過程中通過移動路徑控制來控制整個焊接機器人系統(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人計算機(PC)能夠控制焊接機器人移動路徑的焊接機器人系統(tǒng)。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，在此提供的一種焊接機器人系統(tǒng)包括一個焊接機器人；一個用于控制焊接機器人驅動的機器人控制器；一個用于檢測焊接機器人的焊接狀況的傳感器；以及一個用于執(zhí)行該焊接機器人和該機器人控制器的整個控制的主個人計算機(PC)，其中主PC機根據(jù)傳感器提供的檢測信號給機器人控制器輸出一個有關焊接機器人移動路徑的修正命令，于是直接地控制焊接機器人的移動路徑。
更可取的是，修正命令的接收和發(fā)送是在主個人計算機和機器人控制器之間通過串行通訊、并行通信和網(wǎng)絡通信中的一個來執(zhí)行的。尤其是，該串行通信是采用RS-232C通信。
還有，主PC機和機器人控制器分別包括根據(jù)所選擇的通信方式的一個通信接口。
在預定的時間間隔內(nèi)，由主個人計算機發(fā)送修正命令以便執(zhí)行一個實時控制是有效的。
同時，該機器人控制器包含一個包括用來發(fā)送和接收關于主PC機的修正命令的預定通信參數(shù)的控制程序，而主PC機包含一個用來發(fā)送和接收關于機器人控制器的修正命令的預定通信參數(shù)的控制程序。
本發(fā)明的上述目的和其他的優(yōu)點，通過參考附圖詳細說明其結構和操作將變得更清楚，其中圖1是一個常規(guī)焊接機器人系統(tǒng)的方框圖；圖2是一個根據(jù)本發(fā)明的焊接機器人系統(tǒng)的方框圖；圖3a和圖3b是顯示一個根據(jù)本發(fā)明的焊接機器人系統(tǒng)的焊接過程；以及圖4是一個根據(jù)圖3焊接過程用于控制焊接機器人的流程圖。
下面將參考附圖詳細地描述本發(fā)明的所提實施例。
參考圖2，一種根據(jù)本發(fā)明的焊接機器人系統(tǒng)包括一個用于執(zhí)行焊接工作的焊接機器人200，包括一個用于檢測焊接物(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，包括一個用于執(zhí)行焊接機器人系統(tǒng)整個控制的主個人計算機(PC)205，以便處理焊接相關數(shù)據(jù)，控制焊接機器人202的定位器和用于附加到和分離開焊接物體的附加設備，以及根據(jù)傳感器202提供的采樣檢測信息計算焊接機器人移動路徑的修正量，然后發(fā)送該計算的修正量給機器人控制器作為一個修正命令，還包括一個根據(jù)接收自主PC機的修正命令用于修正焊接機器人200的移動路徑的機器人控制器203。
更可取的是修正命令的接收和發(fā)送是通過一個串行通信如RS-232C，一個主要用在輸入／輸出(I／O)器件和PC機之間的并行通信，或者一個采用本地網(wǎng)(LAN)的網(wǎng)絡通信來執(zhí)行。這里，主PC機205和機器人控制器203包括一個根據(jù)各個通信類型的通信端口。
代表串行通信協(xié)議的RS-232C(推薦標準的232改進型C)廣泛地用于計算機和外部器件(如美國電氣工業(yè)協(xié)會確定的調制解調器)之間連接的標準接口。根據(jù)這點，主PC機205和機器人控制器203應該配備一個連接器，一根電纜和一個根據(jù)RS-232C標準制造的通信器件。實際上，大多數(shù)PC機采用RS-232C通信方式。因此，只要識別是否計算機配備了RS-232C來檢測機器人控制器203就足夠了。
并行通信是一種用于象打印機這樣的計算機外部設備與計算機主體之間通信的通信方式。并行通信通過連接機器人控制器和電纜，利用一個并行口和主PC機205提供的一相應接口來實現(xiàn)。
LAN是一種本地通訊網(wǎng)，該網(wǎng)絡的安裝是為了共享一個連接到位于相對狹窄空間的許多計算機的大容量存儲器。通過構造LAN，包含在許多計算機內(nèi)的信息被共享并且這些計算機連接到一個能夠彼此相互高速度地交換信息的信息網(wǎng)絡。因為這樣一種LAN主要為了滿足在使用焊接機器人的工廠中構成一個控制系統(tǒng)的需要而建立，所以主PC機可以利用LAN與機器人控制器203通信。
同樣地，主PC機205可以采用三種通信方式之一與機器人控制器203通信。
圖3a和圖3b顯示一個根據(jù)本發(fā)明的焊接機器人系統(tǒng)的焊接過程。圖4是一個根據(jù)圖3a和圖3b焊接過程用來控制焊接機器人的流程圖。
焊接機器人200通過主PC機205被告知的一條連接焊接起點“a”和終點“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，在實際焊接過程中焊接機器人200接收一個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，并且通過一個傳感器移動路徑跟蹤的方式沿著一條實際焊接路徑301移動來執(zhí)行焊接工作。機器人控制器203被告知焊接路徑的起點“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“a”處(步驟S2)。焊槍300由接收來自主PC機205的焊接啟動命令的機器人控制器203驅動，以啟動焊接工作(步驟S3)。如果焊接工作開始，一個安裝在焊槍300的激光視覺攝象機303發(fā)送表示當前焊接狀態(tài)的視覺信息數(shù)據(jù)，即，實際焊接路徑和設置焊接路徑之間的誤差，給主PC機205。
主PC機205對來自視覺攝象機303的焊接路徑的誤差數(shù)據(jù)采樣(步驟S4)，然后在采樣結果的基礎上根據(jù)一個預定算法執(zhí)行操作以產(chǎn)生一個位置誤差，然后發(fā)送一個位置誤差修正命令給機器人控制器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)絡通信中的一種。機器人控制器203根據(jù)來自主PC機205位置誤差修正命令控制焊接機器人200的焊槍300移動，因而跟蹤和控制實際所焊接的焊接路徑301(步驟S6)。
在上述機器人控制器203接收一個來自主PC機205位置誤差修正命令和控制焊接機器人200的方法中，可以應用于一個六軸關節(jié)類型機器人，一個五軸定位器，和一個安裝定位器的六軸關節(jié)類型機器人，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，其為由機器人控制器執(zhí)行的用于機器人操作和定位器操作的一種伺服馬達的控制，但是移動控制和其他焊接順序，附加設備的控制，輔助數(shù)據(jù)的管理等等是由主PC機中的宏文件來實現(xiàn)的。
更詳細地，主PC機205接收來自安裝在焊接機器人200的操作者的操縱裝置一端的激光視覺攝象機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)采樣結果計算一個焊接路徑誤差，再按預定的時間間隔，例如約96毫秒，給機器人控制器203發(fā)送一個修正命令。
機器人控制器203讀出主PC機205發(fā)來的修正命令，根據(jù)讀出的結果產(chǎn)生一個修正位置，并且發(fā)送該產(chǎn)生的修正位置數(shù)據(jù)給直接驅動焊接機器人200的伺服電機的伺服控制器，結果是焊接機器人200精確地跟隨焊接路徑。
修正命令發(fā)送時間間隔可以根據(jù)焊接機器人系統(tǒng)環(huán)境改變。96毫秒的時間間隔控制實際上滿足控制一個做得不是非常精細操作的弧焊機器人。
在機器人控制器203里設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?shù)卮_定參數(shù)值以初始化焊接機器人系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明由主PC機引導的焊接機器人系統(tǒng)中對于一個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)2．數(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．數(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．并行比特位設置(位位，位左，右，保持)上述的1的通信類型是一個用于在機器人控制器和主個人計算機之間選擇串行，并行，網(wǎng)絡通信方式之一的參數(shù)。在此，機器人控制程序將根據(jù)選擇的通信方式指示一個移動選擇命令。該數(shù)據(jù)采樣單位是用于設置一個輸入時間間隔的數(shù)據(jù)，該時間間隔根據(jù)焊接機器人系統(tǒng)環(huán)境和焊接工作的特點適當?shù)剡x擇。上述3的修正量用于焊接路徑修正值的設計需要，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果的主PC機?？紤]主PC機控制整個焊接機器人系統(tǒng)，更可取的是上述4和5的數(shù)值都應設置為一個(1)，以便通知命令執(zhí)行結果的主PC機。當機器人控制器和主PC機之間并行通信執(zhí)行時，上述6的并行比特位設置是一種接觸選擇區(qū)域用于位映象以由硬件連接的機器人控制器和主PC機。例如，當接觸選擇區(qū)為1，2，和10時，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。
下面顯示一個包含在一個真實的機器人控制器內(nèi)的真實的程序，以便根據(jù)被告知的路徑方式執(zhí)行從焊接物的一點到另一點的不規(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和由使用者設置的數(shù)值。MOVE #PNT1意為機器人移動，MOVE #PNT2意為移動靠近焊接位置，MOVE #PNT3意為移動到焊接起點位置，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。
MOVE／P #PNT4意為實時地經(jīng)過并行通信接收一個來自主PC機的I／O輸出后焊接路徑的改變。從 #PNT3到 #PNT4的移動期間，焊接工作在22V電壓和150A電流下繼續(xù)。同時，通過輸入的左、右、保持位改變移動路徑。移動路徑改變是通過上述的輸入?yún)?shù)5經(jīng)過I／O位設置來設計。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設計量從當前移動前進方向向右改變。MOVES／S意為串行通信而MOVES／NE意為網(wǎng)絡通信，每一種通信可以通過定義的通信協(xié)議簡單地實現(xiàn)。同樣地，AE，-1，20，120意為焊接終點，MOVE #PNT5意為移動到下一個位置，MOVE #PNT6意為移動到一個安全的位置，而END意為程序結束。
機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)明提供一個在焊接過程中可以通過主PC機控制焊接機器人移動路徑的焊接機器人系統(tǒng)。
因此，當一個焊接機器人的移動路徑控制程序在一個學?；驅嶒炇已兄茣r，可以使用根據(jù)本發(fā)明的焊接機器人的系統(tǒng)進行程序地開發(fā)，從而開發(fā)出一個更為改進的焊接機器人移動路徑控制程序。
雖然上面結合本發(fā)明所提實施例已經(jīng)進行了描述，顯然，對于熟悉這方面技術的人來說，在沒有脫離本發(fā)明在權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的。
權利要求
1．一種焊接機器人系統(tǒng)，其包括一個焊接機器人；一個用于控制機器人驅動的機器人控制器；一個用于檢測焊接機器人的焊接狀態(tài)的傳感器；和一個用于執(zhí)行焊接機器人和焊接控制器的整個控制的主個人計算機(PC)，其中主PC機根據(jù)傳感器提供的檢測信號向機器人控制器發(fā)送一個關于焊接機器人移動路徑的修正命令，從而直接控制焊接機器人的移動路徑。
2．根據(jù)權利要求1所述的焊接機器人系統(tǒng)，其特征在于修正命令的接收和發(fā)送是通過主PC機和機器人控制器之間的串行通信、并行通信和網(wǎng)絡通信三種之一來實現(xiàn)的。
3．根據(jù)權利要求2所述的焊接機器人系統(tǒng)，其特征在于所述串行通信是RS"C232C通信。
4．根據(jù)權利要求2所述的焊接機器人系統(tǒng)，其特征在于主個人計算機和機器人控制器分別包括一個與選擇的通信方式相應的通信接口。
5．根據(jù)權利要求1的焊接機器人系統(tǒng)，其特征在于從主PC機以滿足實現(xiàn)實時控制的預定時間間隔發(fā)送修正命令。
6．根據(jù)權利要求1的焊接機器人系統(tǒng)，其特征在于機器人控制器包含一個包括用來發(fā)送和接收相對于主PC機的修正命令的預定通信參數(shù)的控制程序。
7．根據(jù)權利要求1的焊接機器人系統(tǒng)，其特征在于主PC機包含一個包括用來發(fā)送和接收相對于機器人控制器的修正命令的預定通信參數(shù)的控制程序。
全文摘要
一種焊接機器人系統(tǒng)包括:一焊接機器人,一用來控制焊接機器人驅動的機器人控制器,一個用來檢測焊接機器人焊接狀態(tài)的傳感器,以及一個用來執(zhí)行焊接機器人和機器人控制器整個控制的主個人計算機(PC),其中主PC機根據(jù)傳感器提供的檢測信號向機器人控制器發(fā)送和接收關于焊接機器人移動路徑的修正命令,因而直接控制焊接機器人的移動路徑。因此,在焊接機器人系統(tǒng)中,在焊接過程中主PC機可以直接控制焊接機器人的移動路徑。
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