基于运动控制器的三自由度焊接机械手控制系统的设计与实现外文文献翻译、中英文翻译

附录 1：外文翻译基于运动控制器的三自由度焊接机械手控制系统的设计与实现摘要采用运动控制器，工控机硬件，步进电机系统等，我们开发了一种平面曲线弧焊机。该焊机采用 DLL 窗口和多线程的软件开发技术，从而满足平面曲线焊缝的需要， 平面曲线焊机的软件系统采用模块化设计，有模块的通用性。AutoCAD VBA 软件包采用逐点比较法。实践证明，整个焊接过程中，该系统实现了对焊接位置和焊接姿态的精确控制。1 简介自动化技术的飞速发展，有效推动了焊接技术的发展。焊接系统涉及的变量越来越多。现代自动控制技术，如开环和闭环控制，很方便就能获得高质量焊缝。在汽车配件、五金加工行业、家用电器及装饰礼品业、飞机曲线焊缝越来越被需要，传统手工操作，不仅效率低，而且不能满足产品质量的需要相一致。焊接机器人可以测量多类型、小批量、多品种的需求阶段的制造和焊接质量的一致性，对大多数的中小企业，一次性投资巨大、昂贵的维护成本，阻碍了推广。应用焊接惯性导航与制导机器人能很好地满足这种需求，以下是本课题研制的一三自由度焊接机器人。2 焊接机械臂的结构设计2.1 精密 X-Y 工作台为完成平面曲线焊接，焊接需要三个自由度，其中，两个是线性的运动（X 和 Y 方向），一个是旋转运动（角）。本课题采用精密 X-Y 工作台实现 X-Y 平面位置控制，从而实现在 X-Y 平面自动焊接。一般来说，精确 X-Y 工作台采取滚动直线导轨作为导向机构，滚珠丝杠作为运动执行机构。机构的硬件主要包括工作台、火炬控制机制、梁、指南、夹具等。为了防止溅起污染，设计一个悬挂结构曲梁形，导轨安装在机构上的夹机制，火炬被布置在下面。为了快速计算，设计的前端的火炬，以配合这些直线导轨，火炬的幻灯片中间点旋转角度等于两直线夹角，使 X-Y 平面等于合成曲线路径尖火炬的轨迹， 这种设计避免了复杂的矩阵运算。2.2 焊接速度和姿态控制焊枪的运动都是三维的，一个是依靠 X-Y 运动表，另一个是可以控制旋转角度的步进电机。在操作过程中，焊接接头的焊接运动，在直角坐标系中，焊缝的速度和坐标方向均为要求是一样的火炬手的速度应该是不变的。所以在本设计中，作者设计了一种特殊的曲梁，可避免焊接过程中复杂的矩阵运算，提高了软件处理的效率。作为图 3 显示，火炬枪点在旋转轴，当调节焊枪的姿态，尽管整个机构的运动（X，Y 轴的速度），相对于 X-Y 运动表，枪点速度等于零。V =R其中，V 是火炬枪点的速度，单位为厘米/分钟；是轴的角速度操作，单位是弧度/秒；R 是从火炬枪指向轴中心线的距离，单位为厘米。如果 r=0，则为 v=0。相反，如果火炬枪点不在旋转轴，即 R0，然后0 V。为了确保火炬焊接的工作件在一个均匀的速度，复杂的矩阵运算将被诱导。此外，该装置还设计了可调的横向杠杆和垂直角度可调杠杆。可调横向杠杆可根据不同的火炬调节距离向旋转轴的距离；垂直角度可调杠杆可调节火炬手势。控制原理的火炬手势就像图 4 显示。如图 4 所示，线 AO 和 OC 短线段的 VBA 软件包生成的，从 A 点火炬经过 O 点到C 点，做AO，OE / FB，FBOC。火炬：过程可以分为三个步骤：第一步：当火炬在初始位置（点）时，火炬是垂直于坳的轨迹，这保证了在这一轨迹操作中的火炬手势要求。第二步：火炬从 X-Y 工作台移动到 O 点，当它到达的点的位置，这将触发步进电机 Z 和它会旋转几角、旋转角等于DOE，在同时，假设 FBOC 在 B 点的位置，火炬卤水沿 X-Y 工作台移动向点。第三步：到达 B 点后，X-Y 工作台继续移动，但步进电机停止转动。从而保证 FBOC 火炬手势要求。一般来说，由于步进电机的 Z 和角DOE 的高转速小后插值，从而忽略了火炬运行时间表格线做线 FB，它大约是认为火炬是垂直线从 O 点到 C 点发生在运动过程中循环三步以上，它可以满足在整个操作过程中的火炬始终垂直焊接这一姿态的要求。3 自动焊机控制系统平面曲线设计采用控制系统、执行器和辅助设备组合的平面曲线自动焊机。这个控制系统包括硬件系统和软件系统；执行机构包括 X-Y 运动表和焊枪；辅助设备包括支架、导轨、夹具、夹持机构等。3.1 控制系统的硬件结构硬件系统包括 IPC-610 机架式工业计算机 ISA 总线，gt-400-sg 运动控制器、连接板、驱动程序和步进电机。图 5 为系统的总体框图。工控机和运动控制器相互传递信息，使其能控制执行元件完成运动实时运行。研究采用三组两相步进电机运动系统由该公司使，第一组和第二组是步进电机运动平台，其中包含指南，平台位移230mm 230mm，最大运行速度约为 70 毫米/秒， 负载 30N，匹配的驱动程序是 2m412 型；第三组的步进电机是 2s56q-02754，其最大静扭矩 is0.98nm，匹配的驱动程序是 2m530 型。在这个系统中，步进电机的最大接受脉冲，但不是异步的 12000pluses，步进角 1.8，在标准荷载单台最大速度约为 70 毫米/秒，考虑安全边际和制造商推荐的参数，三个步进电机在这个系统中，使用 8 个细分模式作为标准的工作模式。3.2 软件系统的设计该软件系统使用了两种语言VBA 和 Visual C+联合开发。VBA 程序是主要的图形信息的认定。dll，用于研究属于 googoltech 公司；它使用的用户接口函数库的多轴运动控制器。根据不同的功能，软件可分为九个模块：通信模块，加工模块、参数设置模块、显示模块、故障诊断模块、辅助功能模块，轨迹仿真模块，图形信息提取和数学处理模块。通过程序显示在图 6 中，它将读取 AutoCAD VBA 数据文件信息，这将产生焊缝跟踪和模拟焊接过程中，在焊接过程中，焊接火炬位置和姿态可以实时显示在主程序界面上。3.3 软件系统的实现图形信息提取与数学处理模块主要负责图形信息提取和生成焊缝轨迹，是焊缝轨迹规划中最重要的一个链接。程序设计方法。利用 AutoCAD VBA 处理图形文件。轮廓曲线连接的直线和圆弧， 用 AutoCAD，不能直接运输到运动控制器，我们用线性方法处理提取曲线。数学方法模块采用逐点比较法插补误差控制在允许范围内的曲线。它可以得到短线段组成的曲线，复杂的数学运算完成快速准确。提取的数据将被序列化治疗保证焊接连续。该机器人喷漆系统的另一个严重问题是它不能在内部横向方向自由移动封闭的块。工业自动化仪表研究所 (IAI) 在西班牙已开发了称为赛艇 ,可以使用机器人系统在封闭的块,机器人移动像一只蜘蛛，并有四条腿有能力的延伸和收缩。它可以自行移动因此可以克服许多焊接方面遇到的障碍在一个封闭的块，却要分解为七个模块才可以放入一个封闭的块，然后再组装起来在原位。重新组装需要大约 15 分钟，这是长足以严重影响生产力的系统位置和轨迹，根据比较结果来确定下一步的进给方向， 它可以减少进给机构的进给误差，它只吃一个方向。4 典型曲线焊缝图 10（1）是一个不锈钢工具支架，其焊缝曲线几乎是一个周期，需要水平焊接一次完成。工件焊缝轨迹描述的 AutoCAD 是如图 10（b），但是这些信息不能直接传送给运动控制器，所以它应该与流量相一致。提取信息是短线段的起点和终点的日期有很多，形成一个完整的，连续的坐标点序列。同时， 基于线段的终点是后线段的起始点，所以它只需要考虑资产（点（钾）点（1）0.0000001 真或不。如果真的，它显示的序列是正确的，它不需要进行调整；如果没有，就要继续寻找下一个坐标。想点一开始点，就会形成序列为 1 2 3 456789101413121118 17 1615。通过数据的序列化和反时针选择对象，AutoCAD 将自动生成一个图 10 显示的坐标序列。图 10 为不锈钢工具支架的外形曲线；曲线由直线和圆弧组成。对于该行组成的实体，它只需要获得行端点，它没有错误，它不应该给予测试，输入近似误差为 0.1。5 总结和结论本文利用硬件的运动控制器、工控机、步进电机等，开发出一种平面曲线焊机。该焊机采用 DLL 窗口和多线程的软件开发技术，满足平面曲线焊缝的需要，进一步， 软件系统平面曲线焊机采用模块化设计，部分模块通用性。（1）基于 gt-sg-400 运动控制器，开发一种弧形缝自动焊机。（2）设计了一种特殊的