钢加工系统研制

1、智能机器人人型钢加工工系统研制制在当今现代代化船厂中中，船用钢钢板的切割割，已从手手工切割、光电跟踪踪切割为主主转为数控控切割为主主，近几年年来数控切切割技术得得到迅速发发展和广泛泛应用。国国外船厂普普遍采用模模块原则和和成组技术术，广泛利利用生产自自动控制系系统，采用用先进工艺艺及装配手手段，大大大提高了生生产率。我我国造船业业中，长期期以来依靠靠操作人员员的本身经经验在型材材上划线和和切割，生生产效率和和划线切割割的精度很很低。船用用型钢均为为窄长型，在在装卸、存存储、搬运运过程中极极易产生变变形。使用用传统数控控切割机和和示教再现现型机器人人进行切割割加工，对对型钢变形形量的控制制及其严

2、格格，通常其其允许的变变形量为长长度方向直直线度22mm/MM，平面度度2mmm/M11-2。离线编程程控制机器器人应用于于船用型钢钢加工可以以提高型钢钢加工自动动化水平，节节约投资。本文讨论论的型钢、划线切割割智能机器器人系统，基基于离线编编程，不须须示教，能能自动检测测每一个型型钢的三维维变形，并并对二维平平面内的变变形进行实实时补偿。系统控制制模块系统统总体结构构图见图11，机械臂臂由机器人人车带动沿沿导轨运动动到确定位位置，然后后依次从左左右枪架上上取划线枪枪、切割枪枪对型钢进进行划线、切割。定定义沿导轨轨方向为XX轴方向，以以Y方向为为垂直于导导轨方向。该系统采采用传感器器对型钢的的

3、在线检测测，可获得得型钢实际际形状位置置的三维空空间尺寸，经经补偿计算算，转化为为型钢加工工图形的坐坐标数据。并通过计计算机与机机器人的通通讯，以控控制机器人人臂端移动动轨迹，从从而实现变变形型钢加加工图形坐坐标的在线线补偿。1- 机器器人 2-传感器车车 3-传传感器车驱驱动电机 4-机器器人车驱动动电机 55-机器人人车 6-夹枪爪 7-高度度传感器图图1 系统统总体结构构Figuure 11 Thee sysstem overrall archhiteccturee图2为系系统控制模模块示意图图。系统包包括六个子子系统：主主控计算机机、测量系系统、机器器人系统、划线系统统、切割系系统和其

4、它它辅助设备备。系统采采用集中式式控制结构构，由主控控计算机控控制其它子子模块。主主控计算机机控制功能能如下1) 从文件件服务器获获得任务，创创造加工流流程2) 控制测量量系统去测测量型材的的变形3) 控制机机器人动作作4) 控控制三个夹夹枪气爪的的开合和其其它辅助设设备5) 控制等离离子划线枪枪和切割枪枪的引弧测量系统控控制1 位置补偿偿原理在造造船行业，对对型材上所所加工图形形的位置精精度要求是是严格的，因因此，型材材测量系统统的设计和和位置要素素的补偿是是该系统的的一个关键键因素。测测量系统的的主要任务务有两个：一是测量量型材在XX-Y平面面内的变形形，计算机机补偿的主主要是此平平面内的

5、变变形。二是是测量型材材在高度方方向上的变变形，其目目的是避免免在划线切切割过程中中，枪与工工件的碰撞撞而产生短短路。以下下将介绍这这个子系统统的结构和和控制原理理。根据图图形的层次次概念，任任何复杂的的图形都可可以分解为为直线和圆圆弧。如果果给定两点点，直线的的位置就可可以确定；如果给定定两点和一一个半径，或或给定三点点，那么一一个圆弧的的位置就可可以确定。这些点和和半径就是是图形的要要素。因此此定义图形形位置要素素补偿的概概念：将复复杂图形分分解为圆弧弧和直线，分分别对两者者的位置要要素坐标进进行补偿。图3是圆圆弧的位置置要素补偿偿的实例。Figuure3 The circcless po

6、ssitioon faactorr commpenssatioon图a为标准准工件尺寸寸，图b为为变形工件件及补偿尺尺寸。在变变形型钢的的边缘，曲曲线长为22m处作切切线AB，在在过切点的的垂线CDD上找点OO使COO=0.5m，OO就是经经位置补偿偿后得到的的实际圆心心位置，当当切割完毕毕并校正工工件后，OO位置将将与O位置置重合。22 测量量系统控制制测量系统统工作原理理：首先，计计算机控制制传感器车车沿Y方向向运行。当当传感器接接触到型材材边缘后，继继续向前运运动，在此此过程中，PPLC不断断读取传感感器压缩量量，当传感感器压缩至至其工作量量程的一半半，传感器器小车停止止。然后机机器人车

7、带带动传感器器沿X方向向运动。型型材边缘的的变形将转转化为传感感器的压缩缩量，供计计算机补偿偿使用。另另外，为检检测高度方方向型材变变形，在机机械手头部部也安装一一个位移传传感器，测测量前，高高度传感器器下降并压压在工件表表面，随着着机器人车车沿Y方向向的运动，机机械臂带动动在其头部部安装的高高度传感器器（也是一一个位移传传感器）在在型材上表表面作“MM”运动。根据测得得的数据对对机器人高高度坐标进进行插值补补偿，就能能有效地避避免划线、切割枪与与工件的接接触。图44显示了测测量系统的的控制结构构。此控制制结构包括括两部分：(1) 控制传感感器车运动动并读取位位置传感器器数据。在在PLC控控制

8、器中，各各种运动命命令已预先先编好，并并在每个命命令语句中中设置开关关变量。主主控计算机机通过4885串口发发送开关变变量值0或或1到PLLC ，控控制命令语语句的执行行和停止。当PLCC中某一运运动命令被被执行，则则PLC向向电机驱动动器发送相相应的运动动控制信号号，控制伺伺服电机的的运动。传传感器的压压缩量将转转化为电压压值，经过过PLC中中的A/DD模块，转转化为型材材边缘变形形的数字量量，并存在在特定的寄寄存器中。计算机通通过连续读读PLC中中特定的寄寄存器，得得到型材边边缘变形的的数字值和和电机状态态。(2)、读高度度方向变形形数据。与与上述原理理相似，计计算机读机机器人控制制柜中的

9、II/O，得得到型钢在在高度方向向上的变形形数据。需需要说明的的是本系统统由两个传传感器车，分分别用于检检测两个工工作台上的的型钢，其其驱动电机机分别由4485串口口1和串口口2来控制制。智能机机器人系统统控制智能能机器人系系统控制包包括（图55）：对机机器人车的的运动控制制和对机器器人的控制制两部分。主控计算算机通过4485串口口控制机器器人车驱动动电机，使使机器人车车沿X方向向运动。其其控制原理理与传感器器车的控制制是相似的的，唯一区区别是在电电机驱动器器里集成了了类似PLLC功能的的部件，因因此计算机机可以直接接发送控制制信号到电电机驱动器器。另一方方面，由于于机器人车车的运动是是通过电

10、机机上的齿轮轮与导轨上上的齿条相相啮合传动动的。这种种传动方式式会在一定定程度上产产生传动误误差，因此此，需要在在机器人车车上配置外外部编码器器，外部编编码器可得得到机器人人车在X方方向上的实实际运行位位置。此实实际位置值值不断被电电机驱动器器读取，适适时调整电电机的转动动。外部编编码器的使使用有效地地确保了系系统在X方方向上的位位置精度。机器人控控制器实际际是一台微微机，因此此，主控计计算机可以以与机器人人微机通过过TCP/IP协议议连成局域域网。与使使用其它通通讯方式相相比，使用用网络通讯讯可以传递递更多的数数据流，适适于对机器器人的实时时控制。在在工业生产产中，使用用以太网通通讯控制机机

11、器人是一一种比较完完美的通讯讯方式。AABB公司司在传送协协议TCPP/IP基基础上提供供了应用层层协议RAAP（Tyype aappliicatiion pprotoocol），其其中包括机机器人基本本功能的类类函数，比比如，走直直线、走圆圆弧等函数数，用户只只需在计算算机上调用用这些函数数即可。划划线和切割割系统划线线系统包括括划线控制制器和划线线枪，切割割系统包括括切割控制制器和切割割枪。等离离子加工要要求等离子子枪和工件件间的引弧弧、切割距距离是3-6mm，如如果大于此此距离，将将无法引弧弧或弧将熄熄灭。如果果等离子枪枪与工件接接触，则价价格昂贵的的等离子加加工设备将将因短路而而毁坏。因因此在等离离子设备的的控制上，须须尽可能采采用一些安安全的措施施。从图55可以看到到除划线信信号和引弧弧信号通过过机器人II/O控制制外，还通通过计算机机I/O加加使能控制制信号。计计算机发送送控制信号号到机器人人控制柜，同同时当I/O板发出出使能信号号，PLCC中相应的的输出接触触器才会闭闭合，才能能产生划线线引弧信号号或切割引引弧信号。如果有机机器人故障障