本发明涉及一种基于plc的自动焊接机器人，尤其是能满足企业的实际生产要求，同时帮助企业降低用工成本、提高生产效率、降低废品率。包括机器人本体结构采用导轨式，由一台伺服电机通过减速机带动齿轮齿条带动整个焊接平台在导轨上进行往返运动，再利用四个步进电机结合机械结构实现连续插补运动来完成焊接作业。为工作人员提供了便利。
背景技术：
目前，随着随着科技的不断进步，机器人在各个领域都取得了极大发展与应用并且逐步影响着人类的生产生活。以前仅能在各类科幻著作里面看到的机器人，如今都已经变为现实出现在我们的身边。工厂里的焊接机器人、物流系统用的物流运输机器人、家庭里的扫地机器人以及各类专用机器人，这些机器人的应用大大地降低了人类的劳动强度并且在危险领域里可以保护人类的安全。在工业生产实践中机器人的应用越来越广泛，以至于在某些领域已经达到难以取代的位置。在自动焊接方面机器人表现尤其出色。焊接方面尤其擅长点、线的焊接且焊接精度高，因焊接机器人的精度直接现实的决定了生产制造出产品的质量，相反，对于要制造一个精度高的产品，机构精巧的焊接机器人也就变得尤为重要。工业生产中，焊接机器人可以替代人类在恶劣的环境中完成大部分的工作，同时它可以在高低温、缺氧等恶劣环境下作业。焊接机器人的应用在现代工业半自动化生产中比较广泛，如汽车零部件的焊接加工、汽车外壳、底盘的生产以及各种重要且要求精度很高，人类难以完成，需要焊接加工的零部件。对于工业机器人的设计，最重要的就是机器人控制系统的设计。然而机器人控制系统种类很多，针对机器人的专用控制器其性能强大且完善，但是价格一般比较高昂。随着plc的不断开发以及其技术不断完善，逐渐产生能适时应用在经济型机器人上的plc。
在现在社会的发展中，集成自动化、机械、人工智能计算机等高新尖端科技的机器人将成为推动“工业4.0”进程的重要力量。基于plc的焊接机器人符合“工业4.0”时代背景。结合企业实际要求考虑经济性，采用信捷plc作为机器人的控制器，有利于保障产品焊接的稳定性和可靠性，大大提高了工作效率和精度，降低废品率和用工成本，可以把工人从繁重的体力劳动中解救出来，减轻了劳动人员的工作强度。
技术实现要素：
为了克服传统的人工焊接技术的不足，本发明提供了一种基于plc的自动焊接机器人，用于对企业的焊接工作，将plc技术应用于焊接机器人的研发，实现机器人能够自动焊接换热片的焊接工作。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于plc的自动焊接机器人，系统采用模块化设计，主要包括硬件电路的设计和软件系统设计，其中硬件电路设计包括plc的选取、触摸屏的选择、伺服电机及其驱动器选择、减速机的选择；软件设计包括组态技术、触摸屏的设计、plc程序设计。其特征在于机器人控制系统用于在机器人运动时控制机器人的末端执行器按照规定的轨迹或者点位同时保持一定的运动精度，所述的触摸屏用来利用屏幕自带的触觉反馈系统来接收屏幕上模拟图形产生的信号，当接触到屏幕上的图形按钮时，利用已经编好的程序给出相应的控制信号从而替代原来老式的机械按钮，所述的电机驱动用来产生力矩作为驱动装置，推动各执行关节件运动，所述的减速机用来来降低电动机的转速并增加转矩，满足工作中对力的不同需要，所述的组态软件是利用自身的软件系统来完成外部硬件和软件资源的合理配置，以达到控制人员在预先设定的控制要求下完成作业的控制任务。本体结构采用导轨式，由一台伺服电机通过减速机带动齿轮齿条带动整个焊接平台在导轨上进行往返运动，再利用四个步进电机结合机械结构实现连续插补运动来完成焊接作业。并且利用plc作为控制下位机结合触摸屏、组态技术共同控制五个驱动轴实现连续运动控制来完成焊接轨迹。
本发明的有益效果是，焊接自动控制机器人优先选用plc作为其控制器，接线简单、编程易学，直接利用专用指令就可以完成机器人多轴控制，以及良好的网络通讯功能更是适应机器人控制。plc技术结合机器人检测装置可以轻松实现并保证机器人高精度运动的要求下的闭环控制，有利于降低用工成本、提高生产效率、降低废品率，把工人从繁重的体力劳动中解救出来，减轻了劳动人员的工作强度。有广泛的应用价值和市场前景。
附图说明
图1是系统总体框图
图2是plc结构框图
具体实施方式
下面结合附图给出具体实施例，进一步说明本发明是如何实现的。
在图1中，一种基于plc的自动焊接机器人，系统采用模块化设计，主要包括硬件电路的设计和软件系统设计，其中硬件电路设计包括plc的选取、触摸屏的选择、伺服电机及其驱动器选择、减速机的选择；软件设计包括组态技术、触摸屏的设计、plc程序设计。其特征在于机器人控制系统用于在机器人运动时控制机器人的末端执行器按照规定的轨迹或者点位同时保持一定的运动精度，所述的触摸屏用来利用屏幕自带的触觉反馈系统来接收屏幕上模拟图形产生的信号，当接触到屏幕上的图形按钮时，利用已经编好的程序给出相应的控制信号从而替代原来老式的机械按钮，所述的电机驱动用来产生力矩作为驱动装置，推动各执行关节件运动，所述的减速机用来来降低电动机的转速并增加转矩，满足工作中对力的不同需要，所述的组态软件是利用自身的软件系统来完成外部硬件和软件资源的合理配置，以达到控制人员在预先设定的控制要求下完成作业的控制任务。本体结构采用导轨式，由一台伺服电机通过减速机带动齿轮齿条带动整个焊接平台在导轨上进行往返运动，再利用四个步进电机结合机械结构实现连续插补运动来完成焊接作业。并且利用plc作为控制下位机结合触摸屏、组态技术共同控制五个驱动轴实现连续运动控制来完成焊接轨迹。
在图1中，所述的触摸屏选择加拿大touchwin公司的th系列th765-n触摸屏。它因负担着管理与现场操纵及操作有关的人机界面，使的操作员工可以通过触摸屏不单可以及时了解装备的运行状况、掌握着各类生产数据的当前状况、生产数据的当前数据，并且还可以显现系统有没有故障报警与调控、调整生产过程。由于它拥有非常强的兼容性从而具备了和近30家制造商的plc进行通信的能力。此外，在windows98/2000/xp操纵平台下开发的专用组态软件对用户友好直观，易于明白把握，大大收缩了产品的开发周期。通过rs232/422/485通讯口，可轻易地连接其他厂家的plc及周边产品，如条形码，存储卡，变频器，个人电脑等。对于触摸屏自身携带的并行端口也可以直接连接到打印机，方便用于实时、提前预定打印当前及历史数据。在软件的编写与操作中，在选择触摸屏和plc型后，通过系统设置中选择plc型号，极大地方便两者的通信。选择的通信波特率为38400bps；通信方式是rs-232；采取奇偶校验；其中数据长度是8位。th软件采取th专用编程的软件thsoft。其中thsoft编程软件自身拥有大量可选用的图形库，当然也可根据用户需要来随时编辑所需的过程图形。至于程序，它同时可以存储为autocadbmp文件和dxf文件。在编程软件中，可以自由设定触摸屏背光的关闭时间，个性化的安排制作可以更好地增加了其使用寿命。触摸屏中自带内部编程指令--宏指令，可以大大降低plc编程工作量，以至于一些简单的工程设备也可代替plc。其中我们在plc编程软件中利用xinje的fc编程软件，它完成了整个程序的编程和调试使命。th触摸屏作为产业图形显示器是一种连着人和机器(主要是plc)的人机界面，称为plc的人脸。作为一个智能操作显示屏，代替了传统的控制面板和键盘，它还可用于曲线、动画界面等情式的参数设置、数据显视及图形自动化控制过程，并可简化plc控制程序。
在图1中，所述的伺服电机及其驱动器需要有五个电机驱动包括一个带动机架移动的齿轮齿条运动轴、两个移动轴及两个带动焊枪上下运动的轴。考虑到第一轴需要带动机架，其运动负载较大，如果采用步进电机因启动转矩大而容易发生失步现象，所以第一轴选用交流伺服电机。考虑经济性选用国产亿丰电子型号为60st-m01330的总线绝对值伺服电机，此款电机是由高电阻率的导电质料做成的，其中高电阻率鼠笼转子具备转子电阻大和转动惯量小的特征，满足设计的要求。本焊接装置除了一个伺服电机以外还需要四个步进电机，其中两个带动轴左右移动实现焊枪本体的水平运动，另外两个电机用来带动焊枪竖直运动，再考虑到机器人轻量化、低惯量的要求，所以在满足力矩要求的前提下尽可能选择尺寸小的电机。考虑多种因素步进电机选用混合式步进电机。其混合式力矩大、结构紧凑、运行平稳、步距角小。按照轻量化的原则优先选择两相式。对于带动焊枪架水平移动的电机，由于这两个电机只是用联轴器直接和丝杠相连，并没有使用减速机来提升扭矩，所以需要选择扭矩相对大一点的电机。综合以上技术的要求，本机器人选用森创86yyg250b型号的两相混合式步进电机。两个带动焊枪上下移动的电机由于配备了减速机扭矩得到提升所以选用力矩相对较小的型号为57j1880ec-1000杰美康两相闭环混合式电机，这款电机的亮点是尾部配有1000线编码器可以实时反馈转动角度大小，方便监控与数据的更改。焊接机器人的各轴需配合完成联动插补运动，其控制精度极高，在左右水平运动轴上选择森创sd-20403的驱动器，因这款驱动器拥有十六种细分模式，其中细分的范围从2-256，运动控制的非常精细。针对上下运动轴的选择是带有细分功能的驱动器2hss572，它是将把伺服控制技术在数字化步进驱动中的很好结合。该产物采取经典的三回路控制方法，它既具备兼容步进、伺服的本领又能够驱动两相混合式步进电动机，这样运动的控制非常精细而且高速响应、高速度变换。而减速机选择nmrv减速机，由油封装配、油封、蜗轮箱、滚球轴承、出力轴、蜗轮、蜗杆、马达连接盘、出力轴盖子、六角承窝头螺丝、双圆键、垫片等组成。
在图1中，所述的组态软件选择的是与信捷th765-n配套的touchwin编程工具，touchwin编程工具可以实现hmi的丰富功能控制，其中用户可以利用软件对系统的运行进行实时监控touchwin编程工具的主要特点是人机界面显示内容丰富，它包含了多种丰富的图库和部件资料，同时它拥有多样的语言文字表现形式，为用户提供快捷的编辑平台，当然为了丰富其功能又特别增加了xy折线图和数据表格功能。
在图2中，所述的plc控制系统是以微型处理器为核心，具有高度电子集成的通用工业自动控制装置。它包容了计算机、自动控制器以及数字通信等先进技术，它具有牢固的可靠性、功能性能较完善、组合形式较灵便、功率消耗较低以及简易的编程等优势。plc控制系统是由微处理器控制并与开关量组合的电子系统设备，它适用于各种工业环境的自动控制系统。plc使用自身内部存储器作为发生器，通过发出各种数字或模拟量来控制各种逻辑运算操作、顺序控制、定时、计数以及算术运算等功能。其中plc的优势在于它的各项功能均按照可扩展性原则设计，方便不同用户选择不同的控制模块。plc控制系统是以微型处理器为核心，具有高度电子集成的通用工业自动控制装置。它包容了计算机、自动控制器以及数字通信等先进技术，它具有牢固的可靠性、功能性能较完善、组合形式较灵便、功率消耗较低以及简易的编程等优势。plc的结构分为整体式和模块式。整体式和模块式虽然在外部结构上有很大区别，但是其工作原理和组成结构几乎没有差别，都是根据输入的各种信号经过内部电路的运算调整成我们需要的输出电信号，用来控制外部设备。其中不论是整体式还是模块式都是由输入输出接口、各种扩展接口、微处理器、存储器、电源组成。中央处理器是整个plc的核心元件。它决定着整个plc的性能，主要包括控制器、寄存器、和运算器。对于这些控制电路，它全部集成在cpu芯片内部，使得其制造相对比较复杂。根据工艺流程的特点与应用的要求，采用了国产信捷xd5-48t6-e/c增强型可编程控制器，它支持6路高速脉冲、6路高速计数、10路外部中断、usb口高速下载功能、最多可外接扩展16个模块和2块bd板。它的上风为具备更高的处置速率，约为xc系列的10倍。设备控制五轴独立运动并能够预留一组备用通道；10路外部中断、28点npn型输入、20点晶体管输出、同时支持接ac220v或dc24v电源，可以更方便的适应电路；支撑usb口高速下载功效至多可外接扩展16个模块和2块bd板具备更高的处置速率，约为xc系列10倍；装配配带时钟并对数据进行掉电维持；支持基本的逻辑控制、数据运算、支持c语言编写功能块、modbus通信、自由格局通信、x-net现场总线等功能。增强plc自带的脉冲输出控制功能结构非常完善，能够有效地实现脉冲的相对、绝对单段脉冲控制以及多段脉冲控制环，同时能够控制脉冲的速率。
本发明由于采用上述结构，提出了一种基于plc的自动焊接机器人的设计，产品性能稳定，适用广泛。而且该系统的运用，解放了劳动力，提高了工作效率，降低了用工成本和废品率，有广泛的市场价值和应用前景。
1.一种基于plc的自动焊接机器人，系统采用模块化设计，主要包括硬件电路的设计和软件系统设计，其中硬件电路设计包括plc的选取、触摸屏的选择、伺服电机及其驱动器选择、减速机的选择；软件设计包括组态技术、触摸屏的设计、plc程序设计，其特征在于机器人控制系统用于在机器人运动时控制机器人的末端执行器按照规定的轨迹或者点位同时保持一定的运动精度，所述的触摸屏用来利用屏幕自带的触觉反馈系统来接收屏幕上模拟图形产生的信号，当接触到屏幕上的图形按钮时，利用已经编好的程序给出相应的控制信号从而替代原来老式的机械按钮，所述的电机驱动用来产生力矩作为驱动装置，推动各执行关节件运动，所述的减速机用来来降低电动机的转速并增加转矩，满足工作中对力的不同需要，所述的组态软件是利用自身的软件系统来完成外部硬件和软件资源的合理配置，以达到控制人员在预先设定的控制要求下完成作业的控制任务。
2.根据权利要求书1所述的一种基于plc的自动焊接机器人，其特征在于本体结构采用导轨式，由一台伺服电机通过减速机带动齿轮齿条带动整个焊接平台在导轨上进行往返运动，再利用四个步进电机结合机械结构实现连续插补运动来完成焊接作业，并且利用plc作为控制下位机结合触摸屏、组态技术共同控制五个驱动轴实现连续运动控制来完成焊接轨迹。
3.根据权利要求书1所述的一种基于plc的自动焊接机器人，其特征在于焊接自动控制机器人优先选用plc作为其控制器，接线简单、编程易学，直接利用专用指令就可以完成机器人多轴控制，以及良好的网络通讯功能更是适应机器人控制，plc技术结合机器人检测装置可以轻松实现并保证机器人高精度运动的要求下的闭环控制。
技术总结