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附錄 1：外文翻譯 基于運動控制器的三自由度焊接機械手控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)摘 要 采用運動控制器，工控機硬件，步進電機系統(tǒng)等，我們開發(fā)了一種平面曲線弧焊機。該焊機采用 DLL 窗口和多線程的軟件開發(fā)技術(shù)，從而滿足平面曲線焊縫的需要， 平面曲線焊機的軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，有模塊的通用性。AutoCAD VBA 軟件包采用逐點比較法。實踐證明，整個焊接過程中，該系統(tǒng)實現(xiàn)了對焊接位置和焊接姿態(tài)的精確控制。 1 簡介 自動化技術(shù)的飛速發(fā)展，有效推動了焊接技術(shù)的發(fā)展。焊接系統(tǒng)涉及的變量越來越多?，F(xiàn)代自動控制技術(shù)，如開環(huán)和閉環(huán)控制，很方便就能獲得高質(zhì)量焊縫。 在汽車配件、五金加工行業(yè)、家用電器及裝飾禮品業(yè)、飛機曲線焊縫越來越被需要，傳統(tǒng)手工操作，不僅效率低，而且不能滿足產(chǎn)品質(zhì)量的需要相一致。焊接機器人可以測量多類型、小批量、多品種的需求—階段的制造和焊接質(zhì)量的一致性，對大多數(shù)的中小企業(yè)，一次性投資巨大、昂貴的維護成本，阻礙了推廣。應用焊接慣性導航與制導機器人能很好地滿足這種需求，以下是本課題研制的一三自由度焊接機器人。 2 焊接機械臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 精密 X-Y 工作臺 為完成平面曲線焊接，焊接需要三個自由度，其中，兩個是線性的運動（X 和 Y 方向），一個是旋轉(zhuǎn)運動（角θ）。本課題采用精密 X-Y 工作臺實現(xiàn) X-Y 平面位置控制，從而實現(xiàn)在 X-Y 平面自動焊接。一般來說，精確 X-Y 工作臺采取滾動直線導軌作為導向機構(gòu)，滾珠絲杠作為運動執(zhí)行機構(gòu)。機構(gòu)的硬件主要包括工作臺、火炬控制機制、梁、指南、夾具等。 為了防止濺起污染，設(shè)計一個懸掛結(jié)構(gòu)曲梁形，導軌安裝在機構(gòu)上的夾機制，火炬被布置在下面。為了快速計算，設(shè)計的前端的火炬，以配合這些直線導軌，火炬的幻燈片中間點旋轉(zhuǎn)角度等于兩直線夾角，使 X-Y 平面等于合成曲線路徑尖火炬的軌跡， 這種設(shè)計避免了復雜的矩陣運算。 2.2 焊接速度和姿態(tài)控制 焊槍的運動都是三維的，一個是依靠 X-Y 運動表，另一個是可以控制旋轉(zhuǎn)角度的步進電機。在操作過程中，焊接接頭的焊接運動，在直角坐標系中，焊縫的速度和坐標方向均為要求是一樣的火炬手的速度應該是不變的。所以在本設(shè)計中，作者設(shè)計了一種特殊的曲梁，可避免焊接過程中復雜的矩陣運算，提高了軟件處理的效率。作為圖 3 顯示，火炬槍點在旋轉(zhuǎn)軸，當調(diào)節(jié)焊槍的姿態(tài)，盡管整個機構(gòu)的運動（X，Y 軸的速度），相對于 X-Y 運動表，槍點速度等于零。 V =ωR 其中，V 是火炬槍點的速度，單位為厘米/分鐘；ω是軸的角速度操作，單位是弧度/秒；R 是從火炬槍指向軸中心線的距離，單位為厘米。 如果 r=0，則為 v=0。相反，如果火炬槍點不在旋轉(zhuǎn)軸，即 R≠0，然后≠0 V。為了確保火炬焊接的工作件在一個均勻的速度，復雜的矩陣運算將被誘導。 此外，該裝置還設(shè)計了可調(diào)的橫向杠桿和垂直角度可調(diào)杠桿?？烧{(diào)橫向杠桿可根據(jù)不同的火炬調(diào)節(jié)距離向旋轉(zhuǎn)軸的距離；垂直角度可調(diào)杠桿可調(diào)節(jié)火炬手勢?？刂圃淼幕鹁媸謩菥拖駡D 4 顯示。 如圖 4 所示，線 AO 和 OC 短線段的 VBA 軟件包生成的，從 A 點火炬經(jīng)過 O 點到 C 點，做⊥AO，OE / FB，F(xiàn)B⊥OC。火炬：過程可以分為三個步驟： 第一步：當火炬在初始位置（點）時，火炬是垂直于坳的軌跡，這保證了在這一軌跡操作中的火炬手勢要求。 第二步：火炬從 X-Y 工作臺移動到 O 點，當它到達的點的位置，這將觸發(fā)步進電機 Z 和它會旋轉(zhuǎn)幾角、旋轉(zhuǎn)角等于∠DOE，在同時，假設(shè) FB⊥OC 在 B 點的位置，火炬鹵水沿 X-Y 工作臺移動向點。 第三步：到達 B 點后，X-Y 工作臺繼續(xù)移動，但步進電機停止轉(zhuǎn)動。 從而保證 FB⊥OC 火炬手勢要求。一般來說，由于步進電機的 Z 和角∠DOE 的高轉(zhuǎn)速小后插值，從而忽略了火炬運行時間表格線做線 FB，它大約是認為火炬是垂直線從 O 點到 C 點發(fā)生在運動過程中循環(huán)三步以上，它可以滿足在整個操作過程中的火炬始終垂直焊接這一姿態(tài)的要求。 3 自動焊機控制系統(tǒng)平面曲線設(shè)計 采用控制系統(tǒng)、執(zhí)行器和輔助設(shè)備組合的平面曲線自動焊機。這個控制系統(tǒng)包括硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)；執(zhí)行機構(gòu)包括 X-Y 運動表和焊槍；輔助設(shè)備包括支架、導軌、夾具、夾持機構(gòu)等。 3.1 控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 硬件系統(tǒng)包括 IPC-610 機架式工業(yè)計算機 ISA 總線，gt-400-sg 運動控制器、連接板、驅(qū)動程序和步進電機。圖 5 為系統(tǒng)的總體框圖。工控機和運動控制器相互傳遞信息，使其能控制執(zhí)行元件完成運動實時運行。 研究采用三組兩相步進電機運動系統(tǒng)由該公司使，第一組和第二組是步進電機運動平臺，其中包含指南，平臺位移230mm 230mm，最大運行速度約為 70 毫米/秒， 負載 30N，匹配的驅(qū)動程序是 2m412 型；第三組的步進電機是 2s56q-02754，其最大靜扭矩 is0.98n?m，匹配的驅(qū)動程序是 2m530 型。 在這個系統(tǒng)中，步進電機的最大接受脈沖，但不是異步的 12000pluse／s，步進角 1.8，在標準荷載單臺最大速度約為 70 毫米/秒，考慮安全邊際和制造商推薦的參數(shù)，三個步進電機在這個系統(tǒng)中，使用 8 個細分模式作為標準的工作模式。 3.2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計 該軟件系統(tǒng)使用了兩種語言——VBA 和 Visual C++聯(lián)合開發(fā)。VBA 程序是主要的圖形信息的認定。dll，用于研究屬于 googoltech 公司；它使用的用戶接口函數(shù)庫的多軸運動控制器。 根據(jù)不同的功能，軟件可分為九個模塊：通信模塊，加工模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、顯示模塊、故障診斷模塊、輔助功能模塊，軌跡仿真模塊，圖形信息提取和數(shù)學處理模塊。 通過程序顯示在圖 6 中，它將讀取 AutoCAD VBA 數(shù)據(jù)文件信息，這將產(chǎn)生焊縫跟蹤和模擬焊接過程中，在焊接過程中，焊接火炬位置和姿態(tài)可以實時顯示在主程序界面上。 3.3 軟件系統(tǒng)的實現(xiàn) 圖形信息提取與數(shù)學處理模塊主要負責圖形信息提取和生成焊縫軌跡，是焊縫軌跡規(guī)劃中最重要的一個鏈接。 程序設(shè)計方法。利用 AutoCAD VBA 處理圖形文件。輪廓曲線連接的直線和圓弧， 用 AutoCAD，不能直接運輸?shù)竭\動控制器，我們用線性方法處理提取曲線。數(shù)學方法模塊采用逐點比較法插補誤差控制在允許范圍內(nèi)的曲線。它可以得到短線段組成的曲線，復雜的數(shù)學運算完成快速準確。提取的數(shù)據(jù)將被序列化治療保證焊接連續(xù)。 該機器人噴漆系統(tǒng)的另一個嚴重問題是它不能在內(nèi)部橫向方向自由移動封閉的塊。工業(yè)自動化儀表研究所 (IAI) 在西班牙已開發(fā)了稱為賽艇 ,可以使用機器人系統(tǒng)在封閉的塊,機器人移動像一只蜘蛛，并有四條腿有能力的延伸和收縮。它可以自行 移動因此可以克服許多焊接方面遇到的障礙在一個封閉的塊，卻要分解為七個模塊才可以放入一個封閉的塊，然后再組裝起來在原位。重新組裝需要大約 15 分鐘，這是長足以嚴重影響生產(chǎn)力的系統(tǒng)位置和軌跡，根據(jù)比較結(jié)果來確定下一步的進給方向， 它可以減少進給機構(gòu)的進給誤差，它只吃一個方向。 4 典型曲線焊縫 圖 10（1）是一個不銹鋼工具支架，其焊縫曲線幾乎是一個周期，需要水平焊接一次完成。工件焊縫軌跡描述的 AutoCAD 是如圖 10（b）， 但是這些信息不能直接傳送給運動控制器，所以它應該與流量相一致。提取信息是短線段的起點和終點的日期有很多，形成一個完整的，連續(xù)的坐標點序列。同時， 基于線段的終點是后線段的起始點，所以它只需要考慮資產(chǎn)（點（鉀）點（1））< 0.0000001 真或不。如果真的，它顯示的序列是正確的，它不需要進行調(diào)整；如果沒 有，就要繼續(xù)尋找下一個坐標。想點一開始點，就會形成序列為 1 2 3 4→→→→5→6 →7→8→9→10→14→13→12→11→→→18 17 16→15。通過數(shù)據(jù)的序列化和反時針選 擇對象，AutoCAD 將自動生成一個圖 10 顯示的坐標序列。圖 10 為不銹鋼工具支架的外形曲線；曲線由直線和圓弧組成。對于該行組成的實體，它只需要獲得行端點，它沒有錯誤，它不應該給予測試，輸入近似誤差為 0.1。 5 總結(jié)和結(jié)論 本文利用硬件的運動控制器、工控機、步進電機等，開發(fā)出一種平面曲線焊機。該焊機采用 DLL 窗口和多線程的軟件開發(fā)技術(shù)，滿足平面曲線焊縫的需要，進一步， 軟件系統(tǒng)平面曲線焊機采用模塊化設(shè)計，部分模塊通用性。 （1）基于 gt-sg-400 運動控制器，開發(fā)一種弧形縫自動焊機。 （2）設(shè)計了一種特殊的曲梁形狀為“”在作動器中，這種特殊的結(jié)構(gòu)簡化主程序計算的復雜性，和 X-Y 平臺的復合軌跡在焊接過程中避免了復雜的矩陣運算，是焊接噴槍的軌跡并提高了軟件處理的效率。 （3）在軟件設(shè)計中，采用 Visual C++和 AutoCAD VBA 開發(fā)焊機的軟件系統(tǒng)，通過逐點比較插補技術(shù)在圖像提取中的應用曲線上，保證了在焊接時的手勢要求始終與曲線正常。 附錄 2：外文原文