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01
焊接机器人的发展历程
自1959年世界上**台工业机器人ummate在美国诞生以来，机器人的应用和技术发展经历了三个阶段：
**代机器人是教学和再现机器人。 这种机器人操作方便，没有外界信息反馈能力，难以适应工作环境的变化，在现代工业生产中的应用非常有限。
第二代机器人是一种具有感知能力的机器人。这种机器人对外界环境具有一定的感知能力，如听觉、视觉、触觉等。该机器人借助传感器获取的信息，灵活地调整工作状态，保证在适应环境的条件下完成工作。
第三代智能机器人。这种机器人不仅具有感知的能力，并有独立的判断，行动，记忆，推理和决策，能适应外界物体，环境工作，以完成更复杂的动作，而且还具有故障诊断和自 - 修复能力。
焊接机器人是在焊接生产中代替焊工的一种工业机器人。早期焊接机器人缺乏“柔性”，必须根据实际工况预先设定焊接路径和焊接参数，在工作中存在明显缺陷。随着计算机控制技术、人工智能技术和网络控制技术的发展，焊接机器人也从单一的单一教学和回放式发展到以智能为核心的多传感器、智能柔性处理单元（系统）。
02
焊接机器人控制系统
球罐焊接机器人微机控制系统的硬件主要由 S7-200 PLC 控制器和传感器与电机的接口电路组成。
S7≤200控制器模块包括：CPU模块、I≤O模块、D/A模块，CPU模块可以实现复杂的实时控制功能，其指令执行时间为：有各种算术逻辑操作指令和脉宽调制操作复杂指令，具有中断响应、高速脉冲输出等功能，具有大量的位内存、计数器和定时器，以及8K字节的EPROM等功能。I/O模块采用晶体管端口，光耦合隔离，输入输出电压24V，接触开关频率4 kHz，模拟数字转换时间，分辨率12位，输入范围，A/D和D/A模块之间的输出范围。
主输入和输出接口机器人
（1）I/O口
I/O输入口，包括焊接启动、停止、复位、焊接方式选择、焊车及焊枪调整等16路开关量输入，除摆动光电传感器开关量输入外，共用17路I/O量输入点。
I/O输出口，三台步进电机三使三向输出，两台直流电机二使二向输出，四路电源输出，焊接、对中、故障指示灯，共14路I/O输出。
（2）A / d和d / A端口
A / d输入端口，5向摆动，摆动速度，焊接速度，时间滞后左，右，当慢A / d输入，中央声道位置传感器，所述前部和后部履带车辆CCD焊枪跟踪CDD 2光电传感器，总共8个A / d输出。
D/A输出口，焊缝跟踪步进电机调频控制信号采用一路D/A输出，焊接速度数字显示控制信号采用一路D/A输出，共采用两路D/A输出。
(HSC 高速计数器
HSC 1高速计数器用于检测摆动步进电机的摆动.通过对步进电机步进频率的检测，准确地实现了摆动控制。
（4）PWM脉宽调制
两个速度直流电机，由PWM信号Q0.0高速脉冲宽度调制，输出Q0.1主PLC，控制直流电动机驱动电路中，从PLC模块输出的PWM脉冲信号转换为可调节的DC电动机驱动电压信号。
机器人技术是集计算机、控制论、机械、信息与传感技术、人工智能、仿生学等学科于一体的高新技术。目前，机器人技术的研究非常活跃。
从国内外研究现状来看，焊接机器人技术的研究主要集中在七个方面: 焊缝跟踪技术、离线编程和路径规划技术、多机器人协调控制技术、专用弧焊电源技术、焊接机器人系统仿真技术、机器人焊接技术、遥控焊接技术。 下面将重点介绍移动式焊接机器人焊缝跟踪系统。
03
一种用于移动焊接机器人的DSP焊接跟踪系统。
DSP接缝移动机器人的跟踪焊接控制系统
在整个焊接过程中，焊接机器人应自动找到焊缝，自动跟踪焊缝，自动调整机器人的姿态。显然，焊接机器人系统是一个复杂的实时多任务控制系统。整个控制系统以TMS320LF2407为核心，运行速度快，计算功能强，外围资源丰富。它可以大大简化电路设计，提高系统的可靠性。此外，TMS320LF2407具有强大的数字信号处理能力和运算能力，方便了系统中各种先进控制算法和跟踪算法的实现，提高了系统的智能化程度。整个焊接机器人的控制系统如图所示。
Tms320lf2407作为整个控制系统的核心，负责控制过程中的信息处理和计算。 Dsp 应用系统接收控制面板输入的数据和激光焊缝跟踪传感器检测到的数据，确定机器人在焊接过程中的控制参数和姿态。 同时，根据控制面板的焊接参数，对焊枪摆动的速度、角度和幅度进行调整，以协调整个焊接过程。
在控制系统中采用GAL16V8（可编程逻辑阵列）综合底层控制逻辑和定时处理，简化了外围电路的设计，提高了系统的可靠性。在系统运行过程中，PIC芯片被选择为控制箱CPU，主要负责各种参数的设置和焊接过程中各种实时状态信息的显示，如焊接速度、汽车行走方式等。该系统使用接口模式通信和屏蔽并隔离传输的信号，这降低了系统对噪声的灵敏度。为了提高控制系统的可靠性，降低软件工作量，提高系统响应速度，伺服驱动系统选用专用直流电机和步进电机驱动器。此外，通过光电隔离所有的输入和输出信号，以提高系统的抗干扰能力，确保系统的安全稳定运行。
伺服电动机驱动系统3.2移动机器人焊接焊缝跟踪DSP
跟踪伺服系统采用无刷直流电机和专门设计的驱动器，可靠地完成电机的伺服驱动。该系统可以在速度控制和位置控制两种模式下工作，实现速度闭环和位置闭环控制。驱动伺服系统如图2所示。在焊缝跟踪过程中，由DSP控制系统给出左右轮的速度码，并发送给直流电机驱动器控制两轮的速度。与电机轴连接的光电编码器产生具有相位差的两个准正弦信号FTA和FTB。正弦信号的频率用来表示速度，相位差用来表示马达的方向。速度的闭环控制是通过将这两个信号反馈给驾驶员来实现的。同时，将光电编码器产生的另一个信号FTF送入DSP系统，判断电机的**位置原点，实现位置的闭环控制。在对激光传感器传输的信息进行适当计算后，DSP系统计算出车身的位置和姿态。根据跟踪算法，得到了焊缝跟踪的控制规律，并通过控制两驱动轮的差动调速来实现焊缝跟踪。
04
移动式焊接机器人焊缝跟踪控制算法
由于车轮焊接机器人与焊接部件之间的滚动接触，线速度垂直于轮轴，因此存在非完整的约束，系统是不可集成的。因此，焊缝跟踪问题变得更加困难和复杂。所涉及的焊接机器人系统利用李雅普诺夫函数设计控制程序，实现焊缝跟踪。
在图3所示的车，这是一个数学描述的运动学模型：
其中，（x，y）为焊接机器人的位置，为焊接机器人的方位角；V，W为焊接机器人的平移速度和角速度，为焊接机器人运动模型的控制输入。将焊缝跟踪问题简化为姿态和速度为V，W的目标跟踪问题，得到移动机器人的姿态误差如下：
机器人运动过程中约束方程的极坐标是:
其中，e是机器人与目标点之间的距离，以及主轴与机器人目标方向之间的偏转角。
轮式焊接属于非线性系统，配置成促进使用控制规则的Lyapunov的机器人运动模型中，选择Lyapunov函数的控制系统的函数F（x），函数必须满足一定的，沿径向无界的，有一个全球性的控制法三个条件，为运动学和焊接机器人焊接路径需要，选择
06
焊接机器人控制系统的发展趋势
机器人控制系统将集中开放式，模块化控制系统上。控制器基于PC的发展有利于标准化，网络开放方向;提高设备集成，控制柜变得越来越紧凑，模块化结构;大大提高了系统的可靠性，易操作性和可维护性。进一步提高控制系统的性能，从过去到控制发展到能够控制轴21和27连轴和工具软件和数字伺服控制标准的6轴机器人。计算机语言，编程和图形界面更友好的人交流。机器人控制器标准化和网络化，基于PC的网络控制器已成为一个热门话题。除了编程技术，进一步提高在线编程之外的可操作性，脱机实用的规划则成为研究的热点。
此外，焊接机器人的远程控制和监控技术、机器人的半自动和自主技术、多机器人与操作员之间的协调控制、通过网络在宽范围内建立机器人远程控制系统、在延迟的情况下建立远程控制的预显示是未来焊接机器人的发展方向。