焊接机器人及柔性夹具控制系统在结构上主要由两部分组成：机械系统和控制系统。机械系统包括机器人工作房、机器人本体、机器人外轴回转台及机器人周边设备等；控制系统可分为机器人控制系统、工装夹具识别及控制系统、人机界面等辅助单元。

    机械结构

    1．机器人工作房

    机器人工作房的布置及主要部件如图1所示，工作房外形为六边梯形，房间由方管框架加薄铁板焊接而成，焊接机器人在房间中央位置，左右对称位置各有一个工作台，分别由两个机器人外轴电机直接驱动。两工作台之间有30°左右的夹角，机器人工作时可在两工位之间切换CONTROL ENGINEERING China版权所有，即机器人在左侧工位焊接时，操作工可在右侧工位上下料，同样，当机器人在右侧工位工作时，操作工可在左侧装拆工件，这样可使机器人停机等待时间大大减少，从而提高生产效率。

    在机器人和回转台之间有气缸驱动的隔离装置，它可以遮挡弧焊时产生的弧光和焊渣，并保护操作者在另一侧操作时不受影响。在两工

图1 机器人工作房顶视图

    两工位外侧分别有一个双手启动操作盒，用以操作焊接夹具盒启动机器人进行焊接工作。在整个工作房的前侧有一个主操作面板，上面安装了触摸屏和若干按钮，在此可以对系统进行设置和操作。机器人工作房的外观如图2所示。

图2 机器人工作房图

    2．机器人本体

    我们采用的FANUC ROBOWELD 100i系列焊接机器人是标准的六轴机器人，具有六个自由度，理论上可以达到运动范围内的任意一点，其臂展范围为1440mm，配以松下的焊枪，足以满足本系统的需要。另外，汽车零部件的焊接对机器人轨迹的重复定位精度有一定要求，一般应小于0.5mm，而该机器人可达到0.2mm，可以满足生产需要。此外，整车厂商对及时供货和零库存的要求决定了零部件厂商对生产效率的关注，所以对设备的自动化程度和零件生产节拍有近乎苛刻的要求，FANUC机器人2000mm/s的直线速度可以大大减少机器人轨迹中空行程所浪费的时间。机器人本体外形如图3所示。

图3 机器人本体

    3．机器人外轴回转台

    外轴回转台由支架、驱动电机、减速器和回转框架等构成，焊接夹具就固定在该框架上。回转由机器人外轴直接控制，除去了以往由PLC控制的转台单独回转、位置确认以及与机器人通信等过程所增加的许多时间。由于该回转台主动侧和从动侧之间的跨度较大（1800mm），而且在工作时转速又很高，因此对回转台在回转时的跳动范围是有一定要求的，需认真调校才能使回转台在工作时运转平稳，否则很容易引起电机过载、过热等情况，严重时将损坏设备。

    4．机器人周边设备

    机器人焊接时还需要用到其他辅助设备来使生产顺利进行控制工程网版权所有，并减少停机时间、降低设备故障率、提高安全性等，所以，该机器人工作房中还安装了一些周边设备，如焊丝剪切装置、喷硅油装置、焊枪清洗装置、光电保护装置、焊丝管平衡吊空装置等。

    控制系统

    该机器人工作房的控制系统可分为主控系统和机器人控制系统两个层次，其总体结构如图4所示。

图4 控制系统结构简图

  1．主控系统

    主控系统采用OMRON CQM1H系列中小型PLC，该机种采用非机架结构的模块拼装方式，从左向右分别由电源模块PM、CPU模块、功能模块、输入输出模块及终端盖板组成。根据应用系统的不同，用户可以选择相应的模块来组成所需的控制系。由于CQM1H系列PLC的模块种类丰富，功能齐全，几乎可以适应控制系统的各种需求控制工程网版权所有，由其组成的系统也具有相当的柔性化程度。

    本控制系统采用的模块及其功能如下：

    电源模块PA206：提供稳定的直流工作电源给各模块使用。

    CPU模块CQM1H-CPU51：这是整个系统的核心部分，支持最大数量为512点的I/O；支持OMRON特殊指令如PID控制、浮点数运算、宏指令、脉冲指令等；支持Compobus/S和AS接口的多种主从网络模块；支持OMRON最新版编程软件