1.引 言

　　用等离子割矩进行钣材的切割尤其是钣金展开料的切割是一件困难的作业。首先得作出展开图的样板，再依样板进行切割。手工作业往往难以达到零件的准确廓形且造成材料的巨大浪费。建立钣金零件的信息模型，从而进行自动化切割是一个具有重要工程意义的研究课题。

　　国内外对钣金切割技术的研究大都集中于应用CAD和CAPP技术。xx公司的拼料软件用APT语言编程输入，速度较慢，还需专门的技术人员操作。邓建春等人建立了钣金零件信息模型[1]。他们把钣金零件的特征分为结构特征、材料特征和管理特征。而这些特征又可下属另一些子特征，从而形成一个树状的特征信息模型。孔永明等人建立了基于微机的钣料自动排料与下料系统[2]。用户输入钣料的几何参数。微机完成钣料的排样。黄健等人建立了集CAD／CAM／CNC于一体的钣材下料系统[3]。这个系统要求用户在AUTOCAD环境下输入数据。利用DXF文件提取工件廓形数据，由工控机386控制机械系统完成切割。

　　该平面多关节机器人可以用来完成钣料的自动化切割。计算机的实时多任务操作系统把管理作业分为前台和后台。此系统依人机对话方式从用户得到立体形状的几何参数，可以自动完成表面展开料的排料。当用户下达命令后，机器人即可自动进行切割。

2.系统设备

　　2.1 机器人操作机

　　此操作机为一吊挂式平面多关节机器人操作机。其基本构形，如图1所示。操作机的主柱吊挂于梁上。大臂可绕立柱轴线回转，运动范围为±180°。小臂位于大臂下端且可相对于大臂作回转运动，运动范围为±130°。小臂前端有一滚动花键和滚动丝杆复合轴，在轴端固定割矩。复合轴可以相对于小臂作回转运动和升降运动。回转运动范围±180°，而升降运动范围为0～150mm。

 

图1机器人操作机外形示意图

 

    所有关节的运动都由交流伺服电动机驱动，由光电编码器进行位置反馈。第一、二关节的运动传递是由电动机通过同步齿形带带动中空RV减速器的输入轴，RV减速器的输出轴带动相应的臂作回转运动。采用中空的RV减速器是为了实现动力线和信号线的内部布置，防止运动时的缠绕。第三、四关节的运动由两个电动机分别通过同步齿形带带动螺母和花键套回转。

　　除第一关节只有软件限位以外，其他关节都采用层套式限位机制。最内层为软件限位，再向外依次是光电限位和机械限位。

　　2.2 计算机管理和控制系统

　　计算机管理和控制系统主机使用1台工控机486。用户可以通过键盘或鼠标与计算机进行人机对话，输入立体的几何参数和钣材参数。

　　机器人控制系统是由工控机486及2个位置伺服卡PCL-832组成，每个PCL-832卡具有控制3个轴的能力。在这里一个卡控制Jθ1和Jθ2，另一个卡控制Z轴和W轴。Jθ1轴和Jθ2轴可以联动作插补运动。由于第三、四关节为复合轴，Z轴可以单独作升降运动。而W轴作回转运动时，Z轴应作协调运动，以保持Z坐标值,如图2所示。

 

图2一个轴的控制框图

2.3 软件设计

　　为了实现多线程采用实时多任务操作系统。用户在前台进行人机对话的同时，机器人控制软件仍可在后台运行，进行切割作业。监视器显示基于Windows的界面。主菜单可以弹出下拉式菜单或有模式对话框。主菜单选项有文件、模式、参数、排样、校准和切割。

　　文件的下拉式菜单选项有新建、打开、保存、打印、删除等选项。其含义和工作情况与一般Windows菜单中的文件选项基本相同，用于建立排样结果的数据文档。

　　模式的下拉式菜单选项为初始化、离线(off-line)、在线(on-line)。初始化用于确定机器人切割时的初始位置。选择离线时，不进行实际切割，计算机只是显示机器人切割运动的仿真图用于预览。选择在线时，显示的机器人运动轨迹图形是根据位置反馈信息通过机器人位置正解得到的。

　　参数的下拉式菜单选项是由立体表面展开特性来分类的。如第一级子菜单为平面立体，可展曲面立体和不可展曲面立体。第一级子菜单又可分为其下属的子菜单等。

　　排样的下拉式菜单又分为编辑排样和自动排样。编辑排样是人工参与的手工排样。其操作与字处理系统编辑的操作类似。自动排样是计算机自动进行。