实现对机器人的精确控制

MOTOMAN机器人的产品开发不断创新，始终走在机器人技术研究开发的前列。当前正投入使用的是具有国际先进水平的MOTOMAN-NX100机器人控制器及其与之配套的HP系列通用机器人和专门用途的E（Expert）系列机器人。   

近年来，随着我国经济技术水平的不断发展，机器人的应用规模与水平也呈持续发展的态势。MOTOMAN机器人是国际上最著名的工业机器人品牌之一，其卓越的品质和性能，可以满足用户的各种需求，因此在我国保持了相当高的市场份额。 MOTOMAN系列机器人品种、规格齐全，2005年产量超过15000台，持续保持了高速增长。由于其结构合理、性能优异、功能强大，以及较高的性价比，成为用户的首选之一。

为了保持在世界上的领先地位，MOTOMAN机器人的产品开发不断创新，始终走在机器人技术研究开发的前列。其成系列的新型机器人大致5年左右升级一代。当前正投入使用的是具有国际先进水平的MOTOMAN-NX100机器人控制器（见图1）及与之配套的HP系列通用机器人和专门用途的E（Expert）系列机器人。 

 

NX100的开发理念

NX100以往采用的控制器分别是MRC和XRC。XRC以其丰富的多轴独立、协调功能为代表，受到来自市场的好评。从应用上来讲，MRC的主要特点是完善了弧焊功能的配备；XRC则进一步增加了点焊、喷涂等用途。

为了使机器人适应从以单元为中心的生产系统到以生产线为中心的生产系统的转化，不仅需要焊接、涂装等功能的开发，还需要适应不同的生产方法。以单元为中心的系统，在系统设计时机器人是主角；而在以生产线为中心的系统中，机器人只是系统的一部分，要适应系统的需要。为此，设计开发的机器人必须可以柔性地适应各种网络，在出现故障时可以迅速修复而不至于影响整条生产线，并且综合考虑系统的整合与设置、培训和降低成本等因素。当然，机器人的设计开发还包括提高用户的生产效率和生产作业的品质等常规要求。

NX100的功能提高与改善

提高网络对应能力。NX100将以太网作为标准配置，支持FTP、HTTP、DHCP、DNS、SMTP等通讯协议，可以将焊接电流、电压以及机器人位置、速度等机器人内部信息在远程计算机的网页浏览器上显示，使技术人员随时掌握工作状态；对于I/O状态，可通过在远程计算机上的梯形图进行监控，迅速查明故障原因。NX100还可以对应各种常用现场总线的通讯，由此可以大幅提高I/O点数与通讯量，并开发出PCI总线快速拔插型用于各种总线的应用，这些总线包括Profibus、DeviceNet、CC-Link、Lon Works、ControlNet、M-net等。

提高操作性、维护性。NX100在示教盒显示器上装备了触摸屏，大量采用的图标和图形提高了控制器的操作性。此外，NX100采用WindowsCE作为示教盒的操作系统，各种文字显示的转换更加便利，还可实现利用浏览器来阅览电子手册，进行故障诊断。通过改善用户界面分层结构，并将主菜单图标置于常驻位置，再结合触摸屏的使用，可以减少画面调出操作时间约40%。另外，设置了快捷键、辅助键等功能键，进一步提高了操作的便利性。新增加的诸如故障诊断、梯形图编辑、用户操作界面等功能，大幅扩充了梯形图的程序容量，使控制器的整体操作性能有了显著提高。

提高运动控制性能。对原有的ARM（高级运动控制）功能进一步加以改进，实施了指令最优化和伺服最优化，将指令追踪的延迟最小化。因此，机器人的轨迹精度在原有基础上提高了50%。图2所示为一台NX100控制4台机器人联动。   

 

在安装汽车点焊线时，为减少CAD中设计的动作程序在实际使用时因示教误差引起的示教调整工作量，提高激光焊接和切割等作业的品质，对机器人的绝对位置精度提出了相当高的要求。因为机器人在实际工作时，由于重力原因，会造成轴位置的重力下垂变形。如果在线示教，会排除这些影响直接示教出可用的程序。但是当进行离线示教时，这些重力变形的影响，将使程序的位置产生误差。NX100的ARM功能中，增加了重力变形补偿功能，可根据机器人所处的不同位置和重力产生的不同影响，进行实时的补偿，保证位置精度。因此，离线编程产生的动作示教程序，可以达到更高的位置精度。

当机器人高速运动后到达目标点时，如果迅速地停止，将有可能产生振动，影响在目标点的定位精度，从而对作业的品质产生不利影响，因此也相应会降低作业的效率。NX100开发了新的运动控制运算方法，可以有效地抑制运动时产生的振动和停止时残留的余振。根据实测，由于应用了新的控制算法，振幅减小为原来的1/4左右。此功能不但适应于点焊机器人，而且对弧焊、涂胶等其他应用也具有很好的效果。

应用功能的丰富与扩展。

在弧焊应用中，NX100具备了数字焊机接口功能，可以对焊机发送数字命令，避免因电源电压变化或者模拟电路误差引起的模拟电压命令精度误差；增加了弧焊监视功能，可以实时监视焊接电流的变化情况，从而保证焊接品质；焊接指令输出时间预置功能可以设置相对机器人动作命令略微早点发出起弧、熄弧命令的调整时间，以取得最佳的焊接效果。

在点焊应用中，通过对点焊控制器输入输出信号的优化控制和ARM功能的提高，进一步改善了短节距动作的高速性和稳定性，使非作业时间大幅缩短；通过加压时点焊钳轴弯曲变形补偿功能的高精度化和改善电极磨耗量的检出及磨耗量的管理，提高了点焊焊接质量；开发出电极软接触功能，无论焊钳的开度大小，即使在进行加压动作时，也可在最短时间实现软接触；焊钳保护功能可在加压出现上下电极不正对啮合时实施保护。此外，NX100还具有各种形式的接触命令、加压命令和电极放开命令，极大地方便了实际应用。NX100最多可实现12台点焊钳的自动更换。

提高客户化性能。利用原有的机器人命令语言INFORM扩展而来的INFORMIII功能，可以访问机器人系统的各种资源和内部信息；可增加系统程序功能，进行系统管理；增强了宏命令的应用范围和适应性。

离线软件更加丰富。与NX100相配合使用的各种离线软件包括：用于机器人离线编程、仿真的MotoSimED、ROTSY，编程工具软件JobEditor、LaderEditor，维修工具软件Expert Maintenance System，监控和网络工具软件Motocom、JobExchanger，应用软件ROTSY-PAL等。  
硬件构成特点

控制柜

CPU单元采用了PC总线结构，但保持了原控制柜结构优良的操作性和可靠性，同时实现了高性能化和开放化。采用专用电源，加强了对瞬时停电的保护措施，提高了机器人接口电路基板的安全标准。

伺服电源投入单元通过高速串行通讯接受伺服控制基板控制。伺服电源投入的I/O信号和切断伺服电源有关的I/O信号（超程、碰撞传感、极限开关等），采用高安全规格的双回路电路，可实现对制动器的个别放开控制。接触器控制信号也实行双回路控制。

伺服驱动单元由整流器及PWM放大器单功能模块组成，整流器内装有CPU，可实现多功能控制。放大器因为采用模块化，维修更换十分方便；采用高可靠性元器件，通断次数在100万次以上；采用低损耗、低噪声功率器件，节省能源。  

示教盒

示教盒显示器（见图3）为16.51cm、 640×480像素彩色液晶显示器，显示的信息量为原来XRC的4倍以上。所有的操作键全部安装在示教盒上，在手边就可以进行各种操作。示教盒备有PC卡插槽，可以方便地进行各种作业程序以及用户文件的上传下载。用户还可以利用PC插槽进行串行模块连接和使用串行通讯的传感器连接。示教盒上还装有3位安全开关，确保了操作者的人身安全。