焊接是機(jī)械制造工業(yè)的基本生產(chǎn)手段之一琢岩，提高焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性和可靠性是至關(guān)重要的座柱。限于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的原因湖蜕，我國的焊接生產(chǎn)作業(yè)基本還是手工操作逻卖。采用手工操作，不僅焊接工作量大昭抒，焊接生產(chǎn)率低，焊接質(zhì)量波動大炼杖；而且工作環(huán)境惡劣灭返，勞動條件差，勞動強(qiáng)度大坤邪。焊接過程中的電弧熙含、噪音，煙塵直 接危害工人的身體健康艇纺。隨著我國加入WTO與國際接軌怎静，在工業(yè)企業(yè)內(nèi)正大力推行“健康、安全黔衡、環(huán)彼畋常”即“HSE”管理，改善工人在焊接中的工作環(huán)境是非常迫切的雨冒。而采用自動焊接技術(shù)歇拦，是改變上述狀況的唯一途徑。 工業(yè)機(jī)器人作為人類肢體的外延扛浸，它能在生產(chǎn)人員無法操作的環(huán)境下命画，不知疲倦地從事艱苦的、繁重的勞動濒陈，使生產(chǎn)工人擺脫危險唁狼、有害的工作環(huán)境，減輕生產(chǎn)工人的勞動強(qiáng)度[1]嘶遏，是代替工人進(jìn)行焊接操作的最佳自動化工具铁魁。通用型弧焊機(jī)器人由機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)邀秕、驅(qū)動系統(tǒng)組成如圖 1所示赐匕。目前，通用型弧焊機(jī)器人的廣泛使用還受到一定的限制：通用型弧焊機(jī)器人價格昂貴，一次性投資風(fēng)險大背零；結(jié)構(gòu)為分體結(jié)構(gòu)腰吟，體積大、重量重徙瓶、不便于靈活移動毛雇，適于在流水生產(chǎn)作業(yè)線固定焊接工位上使用；控制程序開發(fā)方式多采用示教編程或機(jī)器人語言編程侦镇，由于我國生產(chǎn)工人的知識結(jié)構(gòu)所限灵疮，還不足以掌握以示教編程或機(jī)器人語言編程開發(fā)控制程序。

　　通用型弧焊機(jī)器人的價格壳繁、結(jié)構(gòu)和控制程序的開發(fā)方式震捣，在很大程度上制約了通用型弧焊機(jī)器人的應(yīng)用和推廣。因此闹炉，在我國目前條件下蒿赢，能否在非固定焊接工位或野外焊接中使用弧焊機(jī)器人，是一個值得探索的課題渣触。筆者認(rèn)為：利用機(jī)電一體化技術(shù)與計算機(jī)硬件羡棵、軟件相結(jié)合，開發(fā)價格便宜玖生，體積小鹤莹、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊丑钱、便于靈活移動的便攜式弧焊機(jī)器人坑遥；以圖形仿真方式開發(fā)控制軟件，簡化控制軟件開發(fā)方式夸莱，是可以在非固定焊接工位或野外焊接中使用弧焊機(jī)器人的伙二。本文介紹的便攜式弧焊機(jī)器人，以MC68HC908GP32 微處理器為核心恤柴，以固化的控制軟件崔三，控制便攜式弧焊機(jī)器人完成焊接生產(chǎn)作業(yè)，為弧焊機(jī)器人的應(yīng)用和推廣扯蕾，提供了有價值的參考软旁。本文對便攜式弧焊機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制系統(tǒng)硬件锚署、控制軟件開發(fā)等幾個關(guān)鍵技術(shù)問題作了簡要介紹扛肩。
　　1 便攜式弧焊機(jī)器人機(jī)械硬件
　　弧焊機(jī)器人應(yīng)用的最大特點是：以控制軟件的改變，取代復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)的改變骨田，使弧焊機(jī)器人完成弧焊生產(chǎn)作業(yè)柔性化耿导。因此声怔，按照柔性制造的觀點，將弧焊機(jī)器人的硬件——大臂舱呻、小臂醋火、手腕、機(jī)身連同控制的電氣硬件箱吕，以及機(jī)器人控制器都設(shè)計芥驳、制造為機(jī)電一體功能模塊結(jié)構(gòu)[2]〔绺撸弧焊機(jī)器人使用用戶根據(jù)企業(yè)完成具體的焊接生產(chǎn)作業(yè)的需要兆旬，購買弧焊機(jī)器人機(jī)電一體功能模塊，組裝成專用的便攜式弧焊機(jī)器人怎栽，避免了冗余自由度丽猬，使得便攜式弧焊機(jī)器人結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕熏瞄、價格便宜宝鼓，便于靈活移動。圖2是采用機(jī)電一體化功能模塊組裝的便攜式弧焊機(jī)器人樣機(jī)拖见。

　　2  便攜式弧焊機(jī)器人控制硬件
　　為適應(yīng)采用機(jī)電一體化功能模塊，以搭“積木”的方式組裝成各種便攜式弧焊機(jī)器人彪壳，便攜式弧焊機(jī)器人控制硬件采用微處理器為控制核心滓莱，很顯然，為適應(yīng)增暴赡、減機(jī)電一體模塊擴(kuò)展便攜式弧焊機(jī)器人功能的需要咏哈，控制系統(tǒng)硬件必需具有可擴(kuò)展性，這包括：
　　a蒂茶、微處理器提供較多的I/O端口萄罐，不擴(kuò)展可編程輸入輸出接口，就能“掛接”多個臂體模塊小梢，同時驅(qū)動多個臂體模塊吧玉，并預(yù)留I/O端口，便于便攜式機(jī)器人功能擴(kuò)展（擴(kuò)展成便攜式檢測機(jī)器人等）
　　b挤奢、機(jī)電一體化臂體功能模塊的伺服系統(tǒng)嵌入在臂體內(nèi)警畴，微處理器必需具有大容量的片內(nèi)Flash存儲器和RAM，可以不外擴(kuò)展存儲器舆吮，以利縮小伺服系統(tǒng)的體積揭朝。
　　便攜式弧焊機(jī)器人控制系統(tǒng)核心MC68HC908GP32 微處理器芯片可組成5個I/O端口，用3個端口對3個臂體模塊進(jìn)行控制色冀，一個I/O端口控制手腕直流電機(jī)潭袱，一個I/O端口控制手腕步進(jìn)電機(jī)柱嫌。
　　3  便攜式弧焊機(jī)器人控制原理
　　焊接生產(chǎn)中，通過路徑規(guī)劃屯换，弧焊機(jī)器人完成焊接生產(chǎn)作業(yè)任務(wù)多數(shù)是按順序進(jìn)行的编丘，而且完成弧焊生產(chǎn)作業(yè)的運動軌跡一般是已知的，或者運動軌跡可分解為多種單一運動軌跡的組合趟径，可以通過對各單一運動軌跡控制而合成給定的運動軌跡瘪吏。因此，可以通過建立數(shù)學(xué)模型蜗巧，用數(shù)學(xué)方法求解弧焊機(jī)器人運動逆解掌眠，把弧焊機(jī)器人完成焊接生產(chǎn)作業(yè)的運動和路徑，轉(zhuǎn)化為“預(yù)定”的軌跡和姿態(tài)幕屹，以離線編程方式開發(fā)出控制程序孤批，控制弧焊機(jī)器人運動時再作實時補(bǔ)償。這樣的控制方式触良，避免了通用型弧焊機(jī)器人采用實時采樣谒绍、實時計算對計算機(jī)性能的高要求，使得可以采用低成本控制系統(tǒng)控制弧焊機(jī)器人颓腮，使弧焊機(jī)器人價格大幅度下降底悍。
　　采用機(jī)電一體化的臂體功能模塊，以搭“積木”方式組裝的便攜式機(jī)器人谭某，完成焊接生產(chǎn)作業(yè)時蜡瓜，對焊接工具的位置和姿態(tài)的控制，其實質(zhì)上就是對步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動角度和轉(zhuǎn)動速度的協(xié)調(diào)控制接竣，由步進(jìn)電機(jī)基本原理和公式：
         θ＝360/Z
　　式中：θ-步距角　　Z-步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)
　　可知昨浆，每輸入一個驅(qū)動脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個步距角增量巢季，因此：
　　a魔呈、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)角度與輸入的脈沖數(shù)成正比；
　　b沾谓、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速決定于輸入脈沖的頻率委造。
　　步進(jìn)電機(jī)能將輸入脈沖轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，它本身所特有的高精度搏屑、無漂移争涌、無累計誤差等優(yōu)點，使它成為電機(jī)一體化產(chǎn)品中辣恋，唯一能使用開環(huán)控制技術(shù)的伺服和執(zhí)行元件亮垫。很顯然，對便攜式弧焊機(jī)器人的運動控制伟骨，就是對步進(jìn)電機(jī)輸入脈沖數(shù)量和脈沖頻率的協(xié)調(diào)控制饮潦。
　　4  便攜式機(jī)器人控制軟件開發(fā)
　　機(jī)器人控制軟件的開發(fā)方式燃异，直接制約著機(jī)器人的應(yīng)用和推廣，快速继蜡、簡便的開發(fā)方式不僅促進(jìn)機(jī)器人的應(yīng)用和推廣回俐，而且直接決定機(jī)器人完成生產(chǎn)作業(yè)的柔性。便攜式弧焊機(jī)器人是面向生產(chǎn)工人作為智能工具使用稀并，必須簡化控制軟件開發(fā)方法仅颇。
　　為滿足實時控制的要求，采用匯編語言編程梗力；為適應(yīng)便攜式弧焊機(jī)器人結(jié)構(gòu)改變或生產(chǎn)作業(yè)工藝改進(jìn)后瘦肥，快速開發(fā)控制程序的需要，以Visual Basic語言開發(fā)了“便攜式機(jī)器人CAD系統(tǒng)”軟件筷品，使控制軟件的開發(fā)在“便攜式機(jī)器人CAD系統(tǒng)”支持下進(jìn)行[3]挟伯，開發(fā)界面如圖 3所示。在可視化的人機(jī)界面輸入各功能模塊的有關(guān)參數(shù)絮眨，反復(fù)調(diào)用各級菜單拇支，優(yōu)化弧焊機(jī)器人結(jié)構(gòu)參數(shù)；直觀地觀察低白、比較機(jī)器人仿真圖形和計算的各類數(shù)據(jù)唬爹；以圖形仿真方式，仿真弧焊機(jī)器人的生產(chǎn)作業(yè)運動和軌跡酣夫，在圖形仿真的同時自動完成控制程序設(shè)計尖洞，下載到機(jī)器人控制器內(nèi)，以此簡化控制程序的開發(fā)搅厕。在“便攜式機(jī)器人CAD系統(tǒng)”支持下開發(fā)控制程序，只需用鼠標(biāo)點擊相應(yīng)的菜單氏仗，而所有涉及機(jī)器人插補(bǔ)算法吉捶、逆向運動學(xué)算法等機(jī)器人專業(yè)知識和技術(shù)，都由“便攜式機(jī)器人CAD系統(tǒng)”軟件處理皆尔。這種圖形仿真開發(fā)控制軟件的方式呐舔，使便攜式弧焊機(jī)器人能適應(yīng)多種焊接生產(chǎn)作業(yè)，使焊接生產(chǎn)作業(yè)柔性化慷蠕。以圖形仿真方式開發(fā)控制軟件珊拼，就如同使用Windows圖形界面操作微型計算機(jī)一樣，使不熟悉機(jī)器人硬件的人流炕，可以迅速澎现、簡便地開發(fā)出機(jī)器人控制軟件，促進(jìn)機(jī)器人的應(yīng)用和推廣每辟。
便攜式弧焊機(jī)器人控制系統(tǒng)上電復(fù)位后剑辫，固化的控制軟件開始運行干旧，系統(tǒng)初始化后：
　　a、控制軟件讀取大臂妹蔽、小臂椎眯、手腕的轉(zhuǎn)動角度值，計算后調(diào)用步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)绎疟、反轉(zhuǎn)咒舰、加速、減速子程序曼砾，向相應(yīng)I/O端口輸出連續(xù)的系列脈沖信號埂帜，控制大臂、小臂宴凌、手腕轉(zhuǎn)動薯摩；
　　b、控制軟件讀入采集的標(biāo)征作業(yè)狀態(tài)的數(shù)值凉灯，并將數(shù)值與從指定地址讀取的目標(biāo)值進(jìn)行比較猪破，依據(jù)差值調(diào)用大臂、小臂玻啡、手腕位置滓乡、姿態(tài)補(bǔ)償子程序，對大臂捌轮、小臂咆下、手腕的轉(zhuǎn)動進(jìn)行補(bǔ)償；
　　c虽另、由于外界干擾暂刘，便攜式弧焊機(jī)器人的焊接工具偏離或遠(yuǎn)離預(yù)定軌跡時，控制軟件讀入采集的標(biāo)征作業(yè)狀態(tài)的數(shù)值捂刺，并將數(shù)值與從指定地址讀取的目標(biāo)值進(jìn)行比較谣拣，依據(jù)差值調(diào)用大臂、小臂族展、手腕加森缠、減速補(bǔ)償子程序，對大臂仪缸、小臂贵涵、手腕進(jìn)行加減速補(bǔ)償。
　　5  結(jié)束語
　　依托MC68HC908GP32 微處理器芯片的高性能恰画，開發(fā)了價格便宜宾茂，體積小、重量輕拴还、便于靈活移動刻炒，控制軟件開發(fā)簡便的便攜式弧焊機(jī)器人牢星。通過樣機(jī)實驗表明，便攜式弧焊機(jī)器人的運動功能和控制精度里捌，滿足了電弧焊自動焊接要求隐鬼。而該機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕型吃，便于攜帶和靈活移動柱丐，一機(jī)多用，具有可開發(fā)性栗雳，開發(fā)控制軟件簡便凉危，且生產(chǎn)成本低廉，實質(zhì)上使該機(jī)成了一個靈巧的自動焊接工具是临。在操作工人的操作下進(jìn)行焊接機(jī)型功能組合粮森，控制程序開發(fā)，自動焊接前定位“清零”等工作兆又。使該機(jī)只是代替人去完成繁重的拢宛、有害的焊接操作，去提高焊接質(zhì)量陈莽，而不是完全代替人的勞動渤昌。在我國這樣一個人口眾多的國家，降低生產(chǎn)作業(yè)勞動強(qiáng)度走搁，提高生產(chǎn)作業(yè)工作質(zhì)量独柑，是實施自動化的宗旨，也是開發(fā)便攜式弧焊機(jī)器人的指導(dǎo)思想私植。

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