水切割机器人控制系统设计与应用软件开发

摘要

水切割技术采用高压高速水对工件进行切割、穿孔、破碎，具有无热变形、切割速度快、无污染等优点。系统以开发具有自主知识产权的空间水切割机器人控制系统为目标，深入研究了集运动控制和逻辑控制功能为一体的新型空间水切割机器人控制系统的设计与实现。
　　空间水切割机器人系统由控制器、示教系统、伺服驱动系统、外部I/O扩展模块、触屏控制面板、机器人本体等组成。控制器采用KeMotion通用机器人运动控制器，该控制器内同时运行RC(RobotControl)和软PLC系统，两套系统以共享内存的方式进行通信。RC系统采用TeachTalk语言编程，主要用于水切割机器人的运动控制，包括轨迹规划、插补操作和水切割专用指令开发等；PLC系统采用基于IEC61131-3标准的PLC语言进行编程，用于实现水切割过程中的逻辑控制、外围信号采集、外部通信等功能。
　　论文首先分析研究了传统由机器人控制器与独立的硬PLC逻辑控制器组成的双控制器架构空间水切割控制系统，总结了水切割过程的特点和空间水切割机器人的功能需求。根据KeMotion通用运动控制器及其软件二次开发平台的特点，总结提出了具有集成化、一体化特点的新型水切割机器人控制系统的总体设计方案，并给出了硬件设计和机器人本体改造方案。接着论文重点论述了水切割机器人控制系统软件设计与开发方法，详细阐述了水切割专用指令扩展模块、基于软PLC语言的水切割流程控制软件、操作台触屏控制面板界面管理软件、以及基于OPC技术的上位机监控架构软件等模块的设计原理和功能实现。模拟测试表明该系统具有良好的可行性和实时性，满足了水切割工艺的需求。