焊接機器人系統(tǒng)中的電源電路分析

1 引言

? 近年來，隨著科技的發(fā)展，越來越多的各類機器人投入了使用。其中用于工業(yè)生產(chǎn)的工業(yè)機器人是最龐大的一個分支，它們具有效率高、加工質(zhì)量穩(wěn)定、環(huán)境適應性強等特點，在諸多工業(yè)領域扮演著越來越重要的角色。我國自80年代以來引進了大量的工業(yè)機器人，為促進我國的經(jīng)濟發(fā)展發(fā)揮了重要作用。但隨著進口機器人使用量的增加，其維護問題就顯得尤為重要?，F(xiàn)階段關于機器人維護方面還存在很多問題，如很多國外供應商售后服務不及時，備件價格昂貴且采購周期長，缺少必要的維修資料等等。在這種情況下，進行逆向工程繪制電路圖并分析其工作原理，就具有特別的意義，為以后更好地使用、維修、故障分析及改進提供了重要保證。

? 本文以神龍汽車有限公司的焊接機器人為例，分析該機器人系統(tǒng)中的電源電路，供同行參考。

2 電源電路分析

2.1 電源單元組成

? 焊接機器人電源單元包括三組電源如圖1。

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其中，第一組（U₁，V₁，W₁）為三相226 V，經(jīng)三相晶閘管整流橋整流為DC 328V（L+，L-）供給軸控單元主回路。整流橋的觸發(fā)由EIN啟動。其控制電路具有過壓報警、處理及故障復位功能。

? 第二組（U₂，V₂，W₂）為三相20 V，經(jīng)三相整流橋整流后，一部分給機器人其它部分（KRC，VER，INTERN，INTERFACE）提供DC 24 V電源，另一路經(jīng)7815穩(wěn)壓后給第一組（U₁，V₁，W₁）控制電路供電。

? 第三組（U₃，V₃，W₃）為三相25 V，經(jīng)三相整流橋整流后給軸控單元提供抱閘電源UB；UB再經(jīng)軸控單元中的開關電源變換為7路電源分別給軸控單元控制回路和逆變控制電路提供電源。

? 以上三組電源中，第二、三組較簡單，不加論述。在此僅對第一組作介紹。

2.2 第一組電源電路

? 第一組電源主回路由三個晶閘管模塊組成整流橋如圖2，其中VT?1和VD?1為一模塊，輸出端（L+，L-）接濾波電容C和放電電阻R。每相波頭信號X₂（1，3，16）送控制回路，經(jīng)處理得相應晶閘管的門極觸發(fā)信號X₂（9，13，11）。

2.3 控制回路

? 第一組電源控制回路由三相觸發(fā)電路、啟動條件、過壓報警及保護等電路組成。

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2.3.1 啟動條件

? 電源的啟動條件電路如圖3。當控制器發(fā)來EIN（啟動）信號，光耦I₁的1端呈低電位，經(jīng)施密特非門驅(qū)動器IC₁B的3，4腳反相為高電位，通過R₁₃給C₉充電，消除信號抖動，再經(jīng)IC₁C、IC₁D兩次反相仍為高電位，分別為三相觸發(fā)電路和輸出正常電路提供開門信號SEIN。

2.3.2 三相觸發(fā)電路

? 以U相為例，晶閘管觸發(fā)電路如圖4。取自主回路的交流波頭信號(X₂(1)-L+)，經(jīng)光耦IC8隔離，使6腳輸出為低電位，經(jīng)達林頓反相驅(qū)動IC₅A反相為高電位。在EIN已為IC₆的6腳提供開門信號SEIN的情況下，使IC₆B（4）輸出高電位，經(jīng)IC₅B反相為低電位，使脈沖高壓器TC₃的原邊產(chǎn)生脈沖信號，副邊輸出觸發(fā)信號GU給VT₁的門極，使該晶閘管觸發(fā)導通。當該相波頭信號消失時，其觸發(fā)信號也消失。當U₁＜L+時，該相晶閘管被負壓關斷。這樣，各相晶閘管順序開通與關斷，完成三相半控整流。

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2.3.3 過壓報警及保護電路

? 如圖5所示，當整流電路輸出電壓過高時，由R₂₉、R₂₇組成的分壓電路使IC₂的同相輸入端電位升高，而IC₂的反相輸入端為一恒定電位。它先由R₁₉，R₁₈，R₁₆，RP₁，R₂₀組成分壓電路，經(jīng)VD₆穩(wěn)壓（9 V）后，再經(jīng)R₁₆，RP₁，R₂₀分壓，由RP₁調(diào)整設定保護電壓值。一旦3端電壓高于此設置電壓，IC₂輸出為高電平，VT₁導通，VT₂，VT₃導通，導致VT₀₁導通，平波負載R+，R-接入整流輸出端，同時光耦I₂的1腳呈低電位，經(jīng)IC₁A反相為高電位。它一路經(jīng)IC4C反相驅(qū)動BAL燈亮，指示已過壓并已投入平波負載；一路經(jīng)IC₁?1E、IC₁F兩次反相，通過VD₃給C₁₁充電并自保，經(jīng)I₁A驅(qū)動故障燈BAF亮，同時經(jīng)IC4給IC₃的3端輸入低電平，正常運行燈BTB熄滅，并由端子X₁（2）告知控制器故障信息。當過壓消失，VT₀₁截止，斷開平波負載，BAL燈熄滅，C₁₁經(jīng)R25放電后，IC₁A輸出低電平，故障燈BAF熄滅。此時若EIN信號仍有，正常運行燈BTB點亮，電路恢復正常工作。也可在故障消失后，通過按復位鍵通知控制器，使其恢復正常工作。

3 結(jié)束語

? 本文著重介紹了一種機器人的整流電源單元的工作原理，并給出了具體的電路圖。它對使用單位更好地使用和維修機器人具有重要意義，對其它相關單位也具有參考和借鑒價值。

參考文獻
1 KUKA Automatisme + Robotique Service Formation Version，1994，6
2 電子工程師手冊編輯委員會?電子工程師手冊?北京：機械工業(yè)出版社，1995，4