ABB焊接机器人硬件系统原理.doc

ABB焊接机器人硬件系统原理互程技术技术协作信息ABB焊接机器人硬件系统原理王柏鹏随着科学技术的飞速发展,全世界机器人的研究和更新速度逐年加快,机器人在各行各业中的应用也越来越广泛,航天航空,科学研究,工业生产等各领域都使用了机器人.工业生产技术的自动化程度日益提高,许多行业都应用机器人来提高自动化生产线的生产速度.瑞典ABB公司专门从事机器人的研究与发展,于1974年生产出世界上第一台工业机器人,1979年开始成套生产机器人焊接系统,1983年采用带操纵杆的示教器,1986年采用AC伺服电机.1991年采用中空手腕的机器人,1998年获得离线编程的新突破,并制造出世界上最快的机器人.2001年制造生产载重500kg的机器人,2002年ABB机器人全球已经超过100000台.机器人型号也由s1,s2,s3发展为s4,$4C,$4Cplu.下面就简述一下我厂焊装车间ABB焊接机器人S4Cplus系统.机器人硬件系统是由两部分组成.即机器人本体和控制柜.一,机器人本体机器人本体是由六个转轴组成的机构.每个转轴都带有一个交流伺服电机,每个电机都带有一个齿轮箱带动转轴运动.机器人理论上可以达到运动范围内的任何一点,运动精度达到正负0.05mm至正负0.2mm.每个交流伺服电机均带有PTC温控电阻及编码器和刹车机构(电动机械抱闸),编码器与串口测量板(SMB)连接,每个交流伺服电机都有单独的供电和编码器测量线路.机器人伺服刹车机构的抱闸一般在伺服电机运行1000小时后自动停止工作,但是这个时间可以由使用者自行设定.串口测量板主要起接收六个轴编码器位置参数的作用,并通过串口测量板与控制柜计算机系统通信,调整机器人运行,配有六节可充电的镍铬电池,当控制柜断电时起保存当前编码器数据的作用.机器人本体还带有平衡缸和弹簧.起平衡机器人的作用.机器人还有手动松闸系统,可以在特殊情况下不用示教器打开伺服电机的刹车系统.焊接机器人在六轴处装有焊钳和焊接变压器,风水管路,焊接电缆和控制线都附在机器人本体外部.二,控制柜组成1.机器人直流供电系统.机器人直流供电单元一DSQC506将输入220V交流电转换为输出24V,15V直流电,为机器人驱动系统,I/O板单元,示教器,安全板,串口测量板,抱闸,风扇冷却装置等设备供电.同时输出ACOK.DCOK,BATON_N信号.主计算机通过系统监控总线SMBus监控输入电压和所有直流输出与内部风扇的运行.计算机直流供电单元一DSQC505将24V直流电转换为相应5v,3.3V,12V直流电,为机器人内部计算机系统提供电源.主计算机通过系统监控总线SMBus监控所有直流输出.电池组单元一DSQC508由控制卡,电池组,测试电阻三部分组成.控制卡是电池微处理管理板.电池组是由带温度传感器的可充电镍铬电池组成,输入24V直流,输出21.6V直流,当机器人关机输入交流电压小于180V时.并超过20ms.电池组开始放电,为机器人系统备份提供电力.机器人通过温度检测控制充电状态,并每周一次通过测试电阻放电自检电池状态.主计算机通过系统监控总线监控电池组电力,充电状态,电池功能与电池状态.2.计算机控制系统.机器人计算机系统由主计算机板DSQC500,轴计算机板DSQC503,I/O计算机板DSQC522,底板DSQC501,快速硬盘DSQC518,计算机直流供电单元DSQC505,电池组单元DSQC508,冷却风扇等组成.主计算机,轴计算机,I/O计算机通过底板连接,快速硬盘安装在主计算机板上.计算机系统支持1-2块I/O计算机板和l一3块轴计算机板.每块轴计算机板最多控制7个轴.调整各轴的速率和转矩,轴计算机从主计算机接收位置数据,从串口测量板接收当前位置信号,计算机使用这些数据计算调整后输出位置信号至驱动系统.I/O计算机是连接主计算机和应用设备的桥梁,拥有创建,执行,存储机器人程序的功能.快速硬盘主要是储存计算机系统的数据,计算机启动时从快速硬盘读人操作系统及应用软件程序.冷却风扇使计算机系统工作温度保持在低于摄氏55度.当计算机系统工作时通过外部基础连接板DSQCSO4与驱动系统通信,输出运动指令,驱动驱动器运行,并接收串口测量板反馈信号,计算机器人运动位置,并发出下一指令.基础连接板还连接I/O单元.用于计算机系统接收外部设备信号.计算机系统启动时可以观察计算机系统面板状态灯,这些状态灯的不同状态可以反应出计算机系统启动时的不同阶段.PWR灯不亮表示没有电源,PWR灯绿表示电源正常.HDD灯不亮表示快速硬盘错误,HDD灯绿表示正在访问快速硬盘.启动灯红色闪烁时进入主计算机板BIOS,运行输入输出系统,加载镜像文件.启动灯红色常亮时从快速硬盘导入BIOS,加载操作系统.启动灯绿色闪烁时,运行根文件.初始化软件.启动灯绿色常亮时计算机系统启动完毕.3.伺服驱动系统.伺服驱动系统由计算机系统控制,对位置,速度和电机电流进行数字化调整,对电机的交流控制进行同步.机器人通过计算机系统发出运动指令,控制驱动器使机器人运动,并从串口测量板连续地接收机器人新的位置数据,输入位置调整器中.与先前的位置数据进行比较和放大,输出新的位置和速度控制参数.同时系统会根据重力,运动时的转动惯量和轴之间的相互作用,不断地计算和优化调整参数.驱动单元由驱动供电单元(DCLINK)和三个驱动器组成.每个驱动器控制2个轴的交流伺服电机,1,6轴,2,4轴,3,5轴备共用一个驱动器.DCLINK转换三相交流电为直流电,通过直流母线给驱动器供电,直流母线输出电压为DC34OV.电机中装有PTC温控电阻.提供温度保护以防止过载.此电阻接到系统控制板上的一个对电阻值敏感的输入口,检查电阻值是否处于低值.控制系统周期性的读此电阻值,一旦发现过载,立即停止所有电机运行.4.安全系统.机器人安全系统是基于安全控制的双电子安全链,每一条电子安全链都是由若干个开关串联组成的运行链,机器人只有在所有开关都闭合的情况下,才能使机器人设置MOTORON模式.机器人只有在MOTORON状态下才能给伺服电机上电.如果安全链一旦断开,机器人就转换成MOTOROFF模式,机器人伺服电机掉电,只有复位停止信号机器人才能再次上电.安全面板DSQC509的主要功能是监控双电子安全链,各开关状态都显示在安全面板DSQC509的LED指示灯和示教器的显示器上.观察这些状态就可以判断出停止信号的来源.控制面板还监控伺服电机过热保护PTC温控电阻和变压器过热保护,驱动器单元的冷却风扇和计算机系统的冷却风扇,只要这些装置有信号输入.电子安全链立即断开,机器人停止运行.由于安全面板只对输入信号电压敏感,所以可以同时支持多个控制柜,并用信号继电器代替电气开关.ES急停信号从急停继电器输出至安全链.机器人采用双重计算机系统测试输入信号ENI和EN2,同时输出两路急停按钮信号,避免用户需要用第二个急停按钮来停止外部设备运行.用户还可以对AS自动停止和GS总体模式停止配置停止延时,进行柔和停机.5.输人输出系统.输入输出系统由I/O板单元组成,机器人系统最多支持4块I/O板单元,每块I/O板有16个输入点和16个输出点.I/O单元板使用数字和模拟输入输出信号与外部其它设备通讯.I/O板单元通过CANBus总线和计算机系统连接,通过一对一导线与外部设备PLC通讯.焊接机器人配有两块I/O板单元BaselO板和Basel1板.Basel0板为焊接机器人专用板,安装点焊软件时已经自动定义.Basel1板则根据用户需要自行定义,如果没有定义的话,系统会提示错误.I/O单元板有MS模块状态和NS网络状态两个状态灯,通过观察这两个状态灯可以判断I/O板单元的状态.MS灯常绿时表示正常,MS灯绿色闪烁时表示参数有错误I/O板处于等待状态.MS灯不亮表示总线电源没有接通.MS灯常红时表示I/O板有不可恢复的故障,MS灯红色闪烁时表示I/O板有可以恢复的故障.NS灯绿色闪烁时表示I/O板没有定义,计算机系统未能识别,NS灯常绿时表示I/O板正常,NS灯不亮时表示没有电源或不在线.NS灯红色闪烁时表示I/O板处于暂停状态,NS灯红色常亮时表示I/O板错误.6.冷却系统.在高温状态下,电气设备需要冷却装置来保证其可靠性.而且供电单元(变压器,驱动板,放电电阻)自身发热,机器人控制柜必须具备冷却装置(风扇换气).机器人控制柜分隔为两个温度区域:计算机系统允许最高温度为55,控制柜内其他系统允许最高温度为70C.机器人周围环境允许最高温度为52.机器人控制柜拥有驱动板后部2-4个冷却风扇与计算机底盘l一2个冷却风扇,用以同外界进行空气交换,降低控制柜内的温度,这些冷却风扇都由安全面板DSQCS09监控.一旦冷却风扇发生异常故障,安全双电子链将断开停止系统运行.防尘过滤网及时保养与冷却风扇正常运行对防止机器人控制系统发生故障与延长控制系统使用寿命具有重要作用.当机器人控制柜处在非常恶劣的环境下,需要关闭冷