专利名称：全方位焊接机器人系统以及该系统的计算方法
技术领域：
本发明涉及一种全方位焊接机器人系统以及该系统的计算方法， 具体地说就是焊接机器人通过系统的计算方法，将预置在焊接机器人 脑中的程序代码，变成焊接机器人的有自行动的焊接行为，使焊接变 得更为数量化、更为标准化。特别适合应用于金属管与金属板以及金 属管与金属管焊接的自行遥控和自行线控机器人。
背景技术：
金属焊接是普遍使用的产品加工手段，而电弧焊接是目前最为普 遍使用的方法，电弧焊接中起弧是焊接工件必不可少的工序，在TIG 焊接中用高频、高压引弧，也是最为有效、可靠的手段，而高频、高 压引弧对人身有着非常大的伤害，长期近距离接触高频、高压射线， 对人身会产生不良作用。而由焊接机器人代替人作为焊接工作已由本 发明人提出并开发出来。这种类型分为摇控自行机器人和线控自行机 器人。
一般焊接工通过手来完成焊接工作，本发明通过高精度的CCD摄 像机、自带电脑高速处理、产生焊接数据，通过微电脑将焊接数据变
成了轴液压连动的动作、定位焊接。它的焊接正确性和速度是大于人 的焊接正确性和速度。进一步的功能，它可以与生产线的主控制器连 接，通过数据接口，将主控制器信号变成焊接机器人自身的焊接代码， 实现过程控制的特性，并且更具有市场特性
发明内容
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本发明鉴于上述情况，其目的是提供一种全方位焊接机器人的控 制方法，以及该系统的计算方法。
本发明已经获得了一种全位置TIG焊接机器人控制方法，以及该 系统的数值方法，其中该机器人的脑是通过多台微电脑CPU,内存 ROM、 RAM、 I/O电路，高频引弧数值控制器，以及控制大功率变频 电源数值控制器电路，高精度同步马达数值控制器，以及马达连动的 高精度定位数值控制器。
对于一个具体的实例，全位置TIG焊接机器人一例中，高频引弧 对电脑系统有严重的影响，当今大部分的IC芯片以MOS电路为主， 而电压型MOS芯片，对电磁波极为敏感，容易产生电路故障，使焊接 机器人产生误动作，本发明通过采用引弧时引入Reset状态，使电脑程 序进入有高频、高压保护的Reset电路中，将电脑程序引入一个受控状 态中，避免了监控程序的走飞，造成电脑死机。
焊接过程输出是弧焊接机器人的一个亮点，电弧焊时会产生强力 的光线。该光线对人眼睛有很大的伤害性。本发明通过高精度、高分 辨率的CCD摄像机将焊接过程传送到弧焊机器人的电脑中，并将其显
示在弧焊机器人上。而361°旋转焊接同时将CCD摄像机的信号传送 出去，从理论上进变得不可能，本发明通过水银同轴加屏蔽的方法， 将高频电信号通过液态水银导线将信号传输到电弧焊机器人的电脑 中，完成了361°全位置焊接视频信号的传送。
大量的管子管板焊接时对定位有很高的要求。本发明使用激光定 位的方法，使焊接机器人能独立完成整个焊接工作。首先在要焊接的 部位管子中发出一束激光，机器人的受光部位产生一个焊接信号，使 焊接机器人达到了焊接定位功能。
自行动焊接机器人，其动力采用4相步进电机，步进电机是将数 字信号转换成机械能量的电机设备，每输入一个脉冲信号，步进电机 旋转一个固定步进角，(Step angle)本焊接机器人采用0 . 4 5度步 进电机规格，若输入8 0 O个脉冲信号，步进电机就会旋转8 0 O个 步进角，且刚好转一圈(8 0 0 * 0.4 5度=3 6 O度)，为了让自行 动焊接机器人具有精密定位和精确定速，只要控制输入的脉冲数目， 可控制步进电机转动角度。由于步进电机转动角和输入脉冲数目成正 比，因此，适应开回路控制，提高了自行动焊接机器人的灵活性。
图1 、根据本发明一个焊接机器人装置示意图。 图2、焊接机器人的脑部电路方框图。 图3、焊接机器人的3 6 O度全方位视角装置示意图。 图4、焊接机器人定位示意图。
图5、焊接机器人的结构示意图。
图6、焊接机器人动力马达顺时针方向和逆时针方向输入脉冲示意图 图7、水银同轴屏蔽器结构图 图8、焊接机器人数值计算流程图。 图9、焊接机器人界面操作系统概念图。 图10、焊接机器人网络程序流程图。
具体实施例方式
以下根据附图来说明本发明的
具体实施例方式
参见图1,本发明主体结构参考号11表示焊接机器人的主体，它 通过以下方式形成。参考号13是焊接机器人的脑部结构，脑部结构的 形成，由多CPU中央处理器电路完成对焊接机器人的规则处理，总线 数据处理，总线程序代码处理，而CPU执行ROM的程序代码以及执行 RAM中的数据。进一步就将一切的信号，包括数字信号、光信号、机械 动作信号变成电信号，通过模/数电路和数/模电路进入CPU进行处理， 完成脑部的作用。
参考号12眼部装置作为焊接机器人的重要的组成部分，眼部装置 是视频传感器装置，CCD摄像机。其视频信号的来源是CCD (charge coupled device)摄像机，将摄像现场工作情况变成D V D信号格式， 而格式形成3 2 0 0 *3 2 0 0像素的视频文件，随后将视频文件通过 总线，将视频文件进入参考号l 3脑部硬件系统，组成焊接机器人的 眼部装置。
耳部装置参考号l 6，嘴部装置参考号1 7，构成了焊接机器人的 音频部分，音频处理分成音频输入一即耳部装置参考号l 6和嘴部装 置参考号l7，参考号l6根据从麦克风话筒参考号18提供的采集 音频信号，通过外部模/数电路变成参考号1 3能识别的音频文件， 同时将音频信号通过总线B i！ s进入参考号1 3脑部硬件系统处理， 组成焊接机器人耳部装置。参考号l 7是将参考号1 3脑部硬件系统 处理后的信号，通过数/模传换模块，将数字信号转换成模拟信号， 由参考号l 9将模拟信号通过立体声扬声器发送出去，形成了焊接机
器人的嘴部功能。
参考号14焊接机器人液压系统，参考号1D焊接机器人自行运动 机构，参考号1C焊接机器人4相步进电机设备，构成了焊接机器人的 模拟四肢系统和机器人的躯干，参考号1B焊接机械手作为焊接机器人 目的执行部件，作用是通过参考号1B达到程序规定的任务。参考号1A 激光自动定位系统是机器人能自行运动的关键，能正确定位是焊接机 器人的前提。
其中参考号1E液压3轴运动器，受控于机器人自行运动机构，参 考号ll机器人主体接收瀲光自动定位系统的信号后，通过液压3轴运 动器，使焊接机械手到达工件位置，完成机器人工作。参考号ic焊接 机器人4相步进电机设备是机器人动力设备，通过受控的数字化驱动 马达，能精确到达位置。
其中参考号15软件系统是一切行为指定的发出者，不同的行为要 求，具有不同的数学模型，而数学模型的结构，决定了焊接机器人的
智能水平。
参照图2所示，作为焊接机器人的电脑特征，其电路硬件装置是 IC电路，模拟电路组成，为了符合焊接工艺要求，必须记忆焊接工 艺要求。内存memory记录焊接工艺要求，将焊接变成机器人能够记忆 的方式，以二进制的方式记录在内存内，由中央处理器电路与内存构 成数据总线和地址总线。
具体地讲焊接工艺要求记在内存地址参考号25&1 0 0 1 AOO H,参考号26接收输入/输出电路的信号，经过数值运算将电信号返 回给参考号26去执行。进一步地讲，参考号21接收来自参考号22从 中央处理器电路的信号。
参考号22通过接收参考号27模/数电路和参考号29数/模电路将 模拟电信号变成参考号22读懂的二进制信号，并将二进制信号与参考 号21交换再将二进制信号通过参考号29变成模拟电路。参考号23从 内存具有的位操作功能中设置各种焊接标志，并将这些标志组成一个 布尔矩阵，提供给中央处理器处理。
参照图3所示，作为焊接机器人监视信号的核心部分，其核心 为参考号3D—CCD摄像系统，通过参考号31水银同轴加屏蔽控制器， 组成了一个完整的全方位视觉装置。
首先CCD摄像机将视频信号输入到参考号31控制器。通过由参 考号31控制器相对应的参考号32软件分配程序。将信号数据通过参
考号27模/数电路，参考号29数/模电路，传送至参考号22从中央处 理器电路。经格式预处理后，送入参考号21主中央处理器电路。同时 由参考号26主输入/输出电路的传感器电路获得的直接信号送入参考 号26，参考号21主中央处理器电路处理由参考号31控制器显示，参 考号26主输入/输出电路，数据，信号。通过无线视频信号传送转换 成有线视频信号，将信号显示在焊接机器人的主液晶显示屏上。同时， 可以通过焊接机器人本体，将信号远程发送至控制室，在控制室里， 可以将工件焊接过程这一较为危险的焊接工作，完全可由机器人来完 成。
具体地讲摄像焊接处理过程如下
首先参考号21主中央控制器电路获得一个定位焊接信号，同时处 理由参考号38视频信号，参考号32软件数学模型来定位焊接摄像目 标，通过以上步骤，就能焊接摄像了，而焊接摄像信号的传输是关键， 由于焊接路线为361度旋转焊缝，用常规的方法，从理论上讲变得不 可能。本发明通过水银同轴加屏蔽控制器的方法将信号数据传送至21 主中央处理器电路，配合由参考号26主输入/输出电路的信号，经过 参考号21主中央处理器电路处理，得出一个具体真实焊接过程。
如图4所示参考号44作为焊接机器人定位系统，主要分成两种 定位方法、无线遥控定位和有线遥控定位。无线遥控定位包括参考号 42部分和参考号41部分，以上所述部分作为无线控制焊接组成部分。 首先在焊接工件的管子中，发出一束激光，而这束激光是通过激光编
码发射器编码的激光信号，将每一种焊接的信息编码在芯片中，信息 包括焊接电流，焊接电压，气体保护流量等，而这些基本焊接信息， 由参考41号激光解码芯片接收，通过参考号44号焊接机器人来确认 其真实焊接位置。而定位、焊接工作完成后，焊接机器人将记录并确 认该焊接点工作完成，达到自动焊接功能。
有线遥控定位具有手动遥控的属性，其定位的方法较为简单，有 线遥控定位包括参考号45部分和参考号46部分，以上所述部分作为 有线焊接组成部分。首先在焊接工件的管子中，发出一束激光，而这 束激光是通过激光编码发射器编码的激光信号，将每一种焊接的信息 编码在芯片中，信息包括焊接电流，焊接电压，气体保护流量等，而 这些焊接基本信息，由参考46号激光解码芯片接收，通过参考号44 号焊接机器人来确认其真实焊接位置。而定位、焊接工作完成后，焊 接机器人将记录并确认该焊接点工作完成，焊接功能更为实用。
如图5所示机器人物理部件，其中参考号52机器人脑与参考号57 机器人数值控制器组成了焊接机器人的关键部分，而机器人数值控制 器由数学模型决定了焊接机器人的物理行为的过程。其数值通常根据 焊接实际情况决定，实际情况的参数由焊接电流，焊接速度，在需要 填焊丝的情况下，具有送焊丝的速度，填焊丝的方向，气体保护等组 成。参考号56机器人视觉装置是受控于参考号52机器人脑其物理的 过程是焊接机械手旋转到指定的位置，而视觉装置跟踪那个位置，做 到了实时觉察功能，参考号53机器人躯干，由液压控制，使它具有在
设定的物理空间内上下行动，参考号54机器人动力装置，使焊接机器 人具有水平间运动的功能，在参考号55机器人定位装置的配合下，使 整个机器人具备了灵活性和精确性的属性。
如图6动力马达顺时针方向和逆时针方向输入脉冲示意图所示，4 相激磁为任何时间，同时有两组定子线图激磁，如图顺时针方向(CW) 所示。图中激磁相序依(A, (B, C)~+(C， D)"KD， A卜(A，
B)顺序，每次均有两相同时激磁，波形前沿依A — B D 顺序变动，则步进电机依顺时针方向转动；图逆时针方向(CCW)中激磁 顺序依(D， C)"KC， B)"^(B, A)"KA, (D， C)顺序，每次
均有两相同时激磁，波形前沿依"C "^B—^A顺序变动，步进电机 为逆时钟方向转动。使用4相激磁方式驱动，步进电机的输出转矩比2 相激磁大。4相步进电机通常使用这种方式驱动。相激磁采用半相激磁 与全相激磁交替使用，此种方式驱动步进电机可达到半步控制以增加 步进电机的定位分辨率。例如，若采用半相激磁每转一圈为400步(步 进角0.9度)的步进电机，若采用全相激磁方式驱动，则旋转一圈变 成800步，步进角变成0.45度。图中激磁相序为(D， A)~ (A)~KA， B)—g(B)—(B， C"(C)一WC, D"(D)顺序，每16步循环，步 进电机依顺时钟方向转动。当为逆时钟转动，激磁相序相反。
如图7所说水银同轴加屏蔽控制器的方法为在水平的运动金属 轴的外层附加一层绝缘层，在绝缘层的外面是液态水银层，在液态水
银的外面是固定的金属外层，当金属轴在轴向运动时，信号通过轴向 运动金属轴与固定的金属外层通过液体水银组成了一个信号回路，达
到了水平36r旋转发送数据的目的。
图8说明焊接机器人的软件流程图，包括控制层、界面层和应用层。
如图8所说控制层S3配置是焊接机器人本人的硬件和软件的控 制，而控制层的接收如图像数据、语言数据等原始数据和传感器检测 的其它数据，并处理这些数据段落。根据输入的若干信息段落、进行 图像画布识别、姿态检测，定位测定等，从而获取识别结果，通过控 制程序接口，将识别结果报告于应用程序，用于工作方式确定。应用 层即访问界面系统，包括三个子应用层，应用层A表示定位应用层， 应用层B表示图像应用层，应用层C表示焊接应用层。应用层是通过 自带的CPU处理来自参考号26主输入/输出电路模块信号与固定存储 器装置EPROM的中间程序代码，来判定是否焊接。与固定存储器装置 ROM相同，可更换存储器装置E2PR0M是电拆卸地安装到机器人的可记 忆存储器，该装置是一个盒式存储介质，如存储器条(stick),并且 在使用时，装到预定的存储器槽中，所以用可更换存储器E2PR0M供给 更新的软件程序，将中间等与硬件配置有关的软件存储在可更换的存 储器装置E2PR0M上，以致使得它的版本设定与机器人交货的硬件配置 (缺省设定)，或标准硬件配置兼容。理想是向应用程序所用的硬件配 置提供操作环境的中间件与应用程序组合，并且随后存储到可更换存
储器装置E2PR0M上。应用层A、应用层B、应用层C是通过自带的CPU 来处理来自参考号26主输入/输出电路模块信号，以及参考号27模/ 数电路，参考号29数/模电路信号、微处理器(MCU)、存储器(ROM， E2PROM)。而应用层程序代码模块处理信号来源是电流放大电路(AMP)， 电压信号比较电路(VCP)、模/数电路(27)、数/模电路(29)。
参考号S5是焊接选择，焊接时通过数学模型设定的焊接数学模型 布尔矩阵设定。在自带的微电脑中设立了焊接标志位，根据标志位引 入中间件A，引入中间件B、引入中间件C，其中，中间件A对应应 用程序A，中间件B对应应用程序B。中间件C对应应用程序C。通 过这些对应程序的应用，得出了引入应用程序A固定工作方式，引入 应用程序B最佳匹配工作方式，引入应用程序C相互兼容工作方式。
图9、所述作为焊接机器人与外界联系的纽带，IIA应用层程序 为根据焊接工艺数学模型，编写应用层程序代码，使机器人具有焊接 属性。IIB监控BIOS、使机器人具有脑的功能存储、信号23模块、25 模块。判定信息一21模块、22模块。使机器人具有嘴的功能一36模块， 耳的功能一38模块。眼的功能一12模块。IID人机对话程序，它具有 与外界交流的属性， 一种友好的界面是焊接机器人被人了解、认识的 关键。本发明采用机器人本体液晶屏显示，简化了操作步骤。使使用 人简单易懂。
中间A件所对应的应用程序A，作为机器人自行动的程序，其程 序的控制方法都采用PPM (脉冲相应调制)或PWW (脉冲宽度调制)
方式传送来自传感器的信号，参考号54机器人动力装置， 一般每40ms 一次，由系统中的转换器将位置信号转换为宽度为3.0 5.0ms的脉冲， 脉冲信号馈送给用于应答的电机伺服装置，就可以控制机器人运动到 新的位置。如果馈送一个稳定不变的信号，可以使机器人保持稳定状 态，不作运动。当机器人从停止位置向前运动时，速度控制器将引起 马达失速和逆向运动。主速度的程序控制器建立控制脉冲宽度，并提 供向前、向后波形之间的联系，基本的数值变化区间为2.0 5.0ms，作 为一个程序的数学模型，如果脉宽从2.5m变化到3.5ms，马达向前的 速度逐渐加速，而从3.5ms变化到4.5ms伺服器接收到脉宽越长，马达 将逐渐减速。
为了使用多马达驱动，本发明使用一种可以改变脉冲宽度的单稳 态电路，它可以平衡对于机器人多马达的驱动力，在四轮马达驱动情 况下，驱动力来源有多个驱动装置，而脉冲宽度的单稳态电路通过数 学模型的布尔矩阵设定，来平衡马达的行动能力，使机器人行动自如 的向前、向后、向左、向右行动。
程序执行放大器，基本上由两部分组成， 一部分用来产生电流和 增加电流负载能力，即放大器部分，另一部分是用于检测原始驱动信 号的极性装置，当主速度控制器信号(一)极性翻转被检测到时，同 时，机器人数学模型布尔设定置位时，马达反向必须接通，当主速度 控制信号(+ )极性翻转被检测到时，同时机器人数学模型布尔设定置 位时，马达正向必须接通。这是因为机器人数学模型的速度控制器具 有向前，向后运动的功能，信号极性必须被主速度控制器程度检测到。
中间件b所对应的应用程序b,作为机器人重要组成部分，361° 全位置视频显示的程序，本发明的程序数学模型的方法是水银同轴又 加屏蔽控制器传输基带视频信号，将普通视频的单端传输方式即75 q 不平衡传输方式，通过数学模型的转换，转换为iooq左右的平衡传输 方式，视频信号经过参考号56机器人视觉装置，将视频信号相反放大 再处理，送到视频显示终端，实际的水银同轴加屏蔽传输器特征阻抗 并不恒定，视其结构而定，而实际的阻抗大小难以精确计算，因此在 传输过程中难以满足理想的差分平衡传输条件，由此造成的阻抗匹配 问题比较突出。阻抗失配会使共模抑制比下降，甚至产生严重的反射 失真，因此在传输信号的发射端，通过程序控制差分信号的传输驱动 器，将不平衡的输入单端不平衡视频基带信号，通过以下的数学公式-v。,=k (zyzT) vin, v。2=-k (z2/zt) v",变成两端电压增益差分输出。在
接收端的差分视频信号，通过数学模型转换，成单端视频基带信号， 而内部频率均衡，彩色信号提升，增益可控视频信号，都由参考号56 来完成，而开环放大器电压增益数学公式为V。ul=K (Z,/Zt) Vi ，本发明 提出了液态水银同轴加屏蔽传输的方法，设计了阻抗匹配调节和增益 控制，对信号传输状态进行合理调节，满足不同情况和条件下的使用。 中间件c所对应的应用程序c,其数学模型的方法是参考号57机 器人数值控制器，其组成部分是由参考号if内存电路，参考号ig模 数电路，参考号1h多cpu电路和参考号ii i/o电路组成。其中参考 号if应用程序执行是以rom和ram为基础，软件的操作方法是焊接机 器人设计一个rom电路，根据rom电路确定了 rom在整个焊接机器人
中软件地址。本发明的焊接机器人的ROM操作指令是以MOV类指令为 基础，方法为输入指令，用ALE锁存信号锁存PCL,在每个CPU(Central Processing Unit)中的每个机器同期中锁存地址ALE,在下降沿时锁 存PCL， ALE信号的频率是振荡频率的1/6，可用来作外部时钟或定时 脉冲，在执行MOV时，同一机器周期的S状态，ALE锁存的口地址，不 再是程序存贮器(stick)的低8位，而是数据存贮地址。对于数据存 贮器RAM，主要作为现场焊接机器人的内存，其操作指令主要以MOV指 令为主，作用是存入各种现场焊接数据，如焊接机器人人的位置，焊 接机械手的操作过程等，ROM是存放焊接参数，焊接工艺要求。参考号 II I/O电路提供了一条输入/输出通道在系统的应用中，主要是以 Input and output指令为主。参考号1H由多CPU电路组成，本发明人 采用多CPU主要是为了提高机器人的处理数据能力。具体以3个CPU 处理方法如下，主CPU开始设置地址传送方式。从起始地址开始发送l 号从机握手成功。继而可以设置从数据传送方式，开始与1号从机交 换数据。如果主机发送从机地址后，接收回地址码与发送地址码不等， 则与此地址码的从机握手失败。从起始地从起始地址开始发送2号从 机握手成功。继而可以设置从数据传送方式，开始与2号从机交换数 据。如果主机发送从机地址后，接收回地址码与发送地址码不等，则 与此地址码的从机握手失败。从起始地址开始发送3号从机握手成功。 继而可以设置从数据传送方式，开始与3号从机交换数据。如果主机 发送从机地址后，接收回地址码与发送地址码不等，则与此地址码的 从机握手失败。
参考号IIB和参考IID为系统的组织，而系统的组织分为1、无控 者系统，2、单控者系统，3、多控者系统。
1、 无控者系统中，人机对话程序是限于从一个讲者到一个或多个 听者的直接数据传送。这些传送由人工置于"only send"或"onlyget" 工作方式它们构成一个非常基本固定的无控者系统。
这时，参考号11B监控BIOS —直处于数据工作方式(ANT-假)。 "send"器件在它的接口中具有一个源方挂构功能和一个send功能， 而"get"器件在某接口中则有一个受方功能，其它能力是不可能存在。
2、 单控者系统
在这种系统中，可能的参考号11D人机对话程序方式有(1)在 一个受命的讲者和一个或多个受命的听者之间直接传送数据(数据工 作方式)。(2)从一个器件传送给控者，在一次并经査询序列中的状态 信息工作方式或在一次串行査询序列中的状态信息工作方式。(3)从 控制传送给一个器件数据工作方式数据字节或程序指令，命令的工 作方式命令和地址。(4)在系统控者和其它器件之间，传送接口管 理信息。CPU在作上述操作之前对各器件寻址，则控功能必须作用。本 地VSCL要求系统控制可以用来使系统控者进入其作用状态。然后才有 可能通过系统控制功能产生一个接口清除(IFC)消息，而器件的控功 能则也将变为处于作用状态，因此一个单控者系统中的控者必须是一 个系统控者。
3、 多控者系统
在多控者系统中，参考号11D人机对话程序方式与只有一个控者
系统是一样的，系统使系统控制权能从一个控者转给另一个控者。其 中必须有一个控者被指定为系统控者。于是，这个系统控者就是在系 统中唯一能使接口线REN (远地可能)和IFC (接口清除)起作用器件。 在多控者系统中，将CPU控制权从A控者转给B控者的过程如下-
(1) A控者在作用，所有其它控者(包括B)者不起作用。
(2) A控者对B控者寻址使之受命为控者(命令工作方式)。
(3) A控者给出母线命令TCT (取控)(命令工作方式)。
(4) A控者使ATN-假(数据工作方式)。现在当ATN变为真时， B控者就作用而所有其它控者，则均不起作用。
在参考号11B监控BIOS发作一个IFC命令，则一切器件都将被受 命，而系统控者则再次获得系统的控制权。
参考号11应用程序中具有2种服务请求査询，在焊接机器人系统 中当一次焊接任务开始之后，什么时候结束这往往是不知道的，因此 CPU必须具有服务请求査询的能力，而该任务分二种方式1、串行査 询，2、并行査询。
1、串行査询 一个器件要通过参考号IIB、 BIOS的服务请求，就 必须在端口中具有服务请求功能，为了能够参与一个串行査询序列， 它还必须具有一个译码部分。在一个串行査询序列期间，其主要事件 如下(1)当BIOS监控起作用时，向控者表示它正在请求服务。(2) 控者査明出现了一个服务请求如"send" -真，则控者可以开始一个中 断子程序。中断的处理则取决于控者的器件功能(软件)的特性。(3) 如果在该系统中有多台仪器都可以产生一个请求，则控者就必须检査
实际上哪个器件在请求服务。为此目的，控制借助母线命令SPE(串行 查询可能)使系统置于串行査询工作方式。这就使各器件准备参与一 次串行査询。(4)控者一个一个地检査器件，找出请求服务的器件， 控者对某一器件寻址使之受命为讲者，然后以数据工作方式来检査各 数据线的状态(状态Bit)，通过这样的方式来对该器件査询。如果一 个器件已请求了服务，它将使DIO置于真态来响应，其它各条件线也 可以置于真态来表示服务请求性质。(5)当所有器件已査询完时，则 控者用母线服务请求的每一个器件作出行动，而这些行动的性质，将 取决于发出服务请求器件的特性。
2、并行査询并行査询的方法为同时检査8个器件，以确定这些 器件的某一状态。这种状态通常是"服务请求"，不过它也可以用于"焊
接准备好"或"报警"等。操作者把每一器件指定给一条数据线(DI(h
至DIm),在并行査询程序期间，如果器件需要服务，它就置相应数据 线为真态。
一个可能需要通过并行査询来请求服务的器件，它具有并行査询
的功能。在控者开始一次并行点各序列之前，必须满足以下条件
(1)器件必须置于能够响应并行査询的状态。(2)器件指派一条 DIO线来响应并行査询；(3)检测参考号S6焊接数学模型布尔矩阵， 并相应赋予一个值。调置器件A和器件B,以便进行并行査询。在本 发明中其焊接机器人的査询以串行査询为主。
焊接机器人的网络属性使本发明焊接机器人的功能大大提高。
机器人工作场所多为危险区域，而通过Net使工作人员能实时了解工 作情况和工作结果，也能使工作人员实时通过网络远程了解工作过程。 如图8所示，A2格式设置、设定IP地址，通过A3网络主程序，使焊 接信息、传送到服务器，界面操作系统A4，将机器人的传送到A3，达 到网络功能。使机器人变成IP机器人。
一台IP机器人具有既能受远地控制又能受本地控制功能。这涉及 到在需要将机器人的某些或全部控制转换为远地或本地控制，本发明 给器件配备一个远地/本地接口功能。这里功能允许器件在两种控制数 据源之间作出选择。如果置于"本地"，则该机器人就从机器人本身接 收控制数据，当其置于"远地"时，则根据IP地址接收控制数据。
远地/本地功能可以由控者用母线命令GTL(进入本地)和LLO(本 地封锁)来控制，以及由系统控者用通用接口消息REN (远控可能) 来控制。
当REN-假时，器件总是置于本地状态。有些器件在此它的面板上 有一个远地/本地开关，以产生本地消息RT1 (返回本地)。
这样的器件，通过受命为听者并令REN-真和RTl-假，来使该器 件从本地切换为远地控制。
当RTl-真，或在它已受命为听者并收到母线命令GTL时，则可返 回到本地控制状态。RT1保持为真，则该器件不可能用上述方法切换为 远地控制。然而，本地命令RTl可通过母线命令LLO来使之手效。首 先发生命令LLO，然后令仪器受命为听者。同时REN-真，于是就能达 到远地控制状态。
结束语
该机器人特有36r全位置观察的能力，从视力上已经胜过了人的 视觉功能。配合自行动的能力，使它在核能工业、化工工业等危险领 域中，能得到很好的应用。
参考号说明
1A—激光自动定位系统，1B—焊接机械手，lD-机器人自行运动机构，11C—相 步进电机设备，1E—液压3轴连动器，1F—内存电路，1G—模数电路，1H— 多CPU电路，1I一I/0电路，ll一机器人主体，12—眼部装置，13_脑部 硬件系统，14~#接机器人液压系统，15—软件系统，16—耳部装置，17—嘴部 装置，18—话筒，19~扬声器，21—主中央处理器电路，22—从中央处理器电 路，23—从MEMORY电路，24—网络电路，25—主MEMORY电路，26—主输入/输出 电路，27—模/数电路，28—光机电传感器，29~数/模电路，2A—从输入/输出 电路，31—水银同轴加屏蔽控制器，32—软件分配程序，35—^8^^m送， 34—^^ft^送，33—^!^^^fc 37—摄像机电源水银同轴供电系统， 38""视频信号传输系统，3DCCD摄像系统。41—无线激光解码接收，42—无线激 光编码发射45—有线激光编码发，46—有线激光解码接收，44一焊接机器人，51 —机器人机械手，52—机器人脑，53—机器人躯干，54—机器人动力装置，55 一机器人定位装置，56—机器人视觉装置，57—机器人数值控制器，Sl—开始， S2初始化设置，S3—控制层,S4-访问界面系统，S5""^接选择，S6"^接 数学模型布尔矩阵设定，IIA—应用程序，IIC一硬件配置，IIB监控BIOS， 11D 一人机对话程序，Al—初始设置，A2—格式设置，A3—网络主程序，A4—界面操 作系统，A5—选择网络系统，A6—等待。
权利要求
1、焊接机器人控制系统以及该系统的数值计算方法包括机器人主体，脑由CPU，内存电路，I/O电路，数/模及模/数电路，光机电传感器组成。眼由高精度CCD摄像机组成。皮肤由激光定位发射传感器和激光定位接收传感器组成。四肢焊接机器人机械手。同步马达四轮驱动躯干装置。耳朵由双通道立体声Micro Phone组成。嘴-多通道数码仿真人喇叭组成。
2、 软件系统一焊接机器人控制系统软件。界面操作系统软件。
3、 如权利要求1、所述的焊接机器人控制系统以及该系统的数值计算方法，其中脑的特征在于通过脑的硬件组成，配合软件的编写，根据每一种焊接工艺要求，组成焊接机器人脑。机器人脑的核心一CPU中央处理器、记忆内存Me边ory。 使用核心CPU、 Memory将焊接工艺各种要求记录到内存ROM 中，使焊接机器人具有通用性方法。
4、 如权利要求l、所述的焊接机器人脑部件，其中所述I/0 装置，其装置是脑部与外界交接信息，方法为8bit—32bit 数据线。其中所述的数/模装置，其装置是脑部与外界交换 信息，根据不同的数学模型，区分不同的焊接对象，其方法 是将不同对象设定为不同的数学模型。
5、 如权利要求1、所述的焊接机器人控制系统以及该系统的 数值方法，其中所述的眼部特征在于使用高精度的CCD摄像机。 其中360度旋转焊接CCD摄像机信号传送，是通过液态水银 同轴加屏蔽的方法，将视频信号传送出去。
6、 如权利要求1、所述激光定位，其中发射定位使用脉冲编 码发射，接收定位脉冲解码的方法。
7、 焊接机器人引弧时引入Reset状态，使电脑程序进入有高 频、高压保护的Reset电路中的方法。
8、 如权利要求6、所述的液态水银同轴加屏蔽的方法，通过 该方法迸行的水平360度轴向传送，以及X轴、Y轴、Z轴 方向运动的电源及电信号传送方法。
9、 如权利要求1、所述四轮驱动躯干动力装置，马达步进电 机规格在0.45度至1.8度步进电机规格，脉冲采用800脉 冲至200脉冲，马达控制回路采用开回路控制。
10、 按照权利要求2、所述的焊接机器人软件系统，其中焊 接机器人控制系统软件方法，该方法涉及到监控程序方法， 网络连接方法。其中焊接机器人界面操作系统软件方法，该 方法涉及到本发明的人机对话，界面格式。
全文摘要
本发明提供了一种全位置焊接机器人设备，该机器人具有自行动能力，通过安装在工件上的定位信号传到机器人的电脑装置，配合传感系统，电脑装置将视频信号和传感系统的信号加以处理。并根据相应的数学模型编写软件，通过软件运算和判定，达到程序预定的目的。361度全位置视频监视信号是通过水银同轴屏蔽，将电信号通过液体导电水银，将信号传送到机器人的电脑中。通过一个将程序引入Reset状态电路中的方法，使程序避免了走飞，使机器人在高频、高压干扰的情况下正常使用。
文档编号B23K9/12GK101108439SQ20071003769
公开日2008年1月23日 申请日期2007年2月25日 优先权日2007年2月25日
发明者俞晓雁 申请人:俞晓雁