CN104476044A - 一种用于大面积焊接的自动行走焊接机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于大面积焊接的自动行走焊接机器人，其技术方案为在需要焊接的工作面对面设立三个测距点，然后建立坐标系，将待焊接的工作面与三个测距点的坐标点分别输入控制系统；同时，将需要焊接的位置三维数据信息输入控制系统；机器人工作时，通过自身测距系统测得与三个测距点的距离信息，计算出自身所在坐标位置，然后据此位置工作，完成焊接操作。本发明利用现代测绘技术中的测距系统，提出一种新式的焊接定位方法，可以在大范围内测得机器人的坐标信息，在焊接大范围的低精度工作面如门板、厂房时候，可以无须在加工区域内设置识别点，并且无需对加工面的外形信息进行识别，克服了由于无法设置识别点而造成的某些大范围加工无法进行的问题，扩大了系统的应用范围，同时降低了应用成本，对于大范围内的低精度焊接加工，是一个新式的实用的自动化方案。

Description

一种用于大面积焊接的自动行走焊接机器人

技术领域：

    本发明属工业机器人应用技术领域，特别涉及一种用于大面积焊接的自动行走焊接机器人。

背景技术：

    机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。机器人一般由执行机构、驱动装置、检测装置和控制系统和复杂机械等组成。

    从应用环境出发，机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。工业机器人就是面向工业领域的多关节机械手或多自由度机器人。工业机器人是自动执行工作的机器装置，是靠自身动力和控制能力来实现各种功能的一种机器。它可以接受人类指挥，也可以按照预先编排的程序运行，现代的工业机器人还可以根据人工智能技术制定的原则纲领行动。工业机器人由主体、驱动系统和控制系统三个基本部分组成。主体即机座和执行机构，包括臂部、腕部和手部，有的机器人还有行走机构。大多数工业机器人有3～6个运动自由度，其中腕部通常有1～3个运动自由度；驱动系统包括动力装置和传动机构，用以使执行机构产生相应的动作；控制系统是按照输入的程序对驱动系统和执行机构发出指令信号，并进行控制。工业机器人按臂部的运动形式分为四种。直角坐标型的臂部可沿三个直角坐标移动；圆柱坐标型的臂部可作升降、回转和伸缩动作；球坐标型的臂部能回转、俯仰和伸缩；关节型的臂部有多个转动关节。工业机器人按执行机构运动的控制机能，又可分点位型和连续轨迹型。点位型只控制执行机构由一点到另一点的准确定位，适用于机床上下料、点焊和一般搬运、装卸等作业；连续轨迹型可控制执行机构按给定轨迹运动，适用于连续焊接和涂装等作业。工业机器人按程序输入方式区分有编程输入型和示教输入型两类。具有触觉、力觉或简单的视觉的工业机器人，能在较为复杂的环境下工作；如具有识别功能或更进一步增加自适应、自学习功能，即成为智能型工业机器人。它能按照人给的“宏指令”自选或自编程序去适应环境，并自动完成更为复杂的工作。工业机器人能替代越来越昂贵的劳动力，同时能提升工作效率和产品品质。富士康机器人可以承接生产线精密零件的组装任务，更可替代人工在喷涂、焊接、装配等不良工作环境中工作，并可与数控超精密铁床等工作母机结合模具加工生产，提高生产效率，替代部分非技术工人。使用工业机器人可以降低废品率和产品成本，提高了设备的利用率，降低了工人误操作带来的风险等，其带来的一系列效益也十分明显，例如减少人工用量、减少设备损耗、加快技术创新速度、提高企业竞争力等。机器人具有执行各种任务特别是高危任务的能力，平均故障间隔期达60000小时以上，比传统的自动化工艺更加先进。在发达国家中工业机器人自动化生产线成套装备已成为自动化装备的主流及未来的发展方向。国外汽车行业、电子电器行业、工程机械等行业已大量使用工业机器人自动化生产线以保证产品质量和生产高效率。目前典型的成套装备有大型轿车壳体冲压自动化系统技术和成套装备、大型机器人车体焊装自动化系统技术和成套装备、电子电器等机器人。

    焊接机器人是从事焊接（包括切割与喷涂）的工业机器人。根据国际标准化组织（ISO）工业机器人术语标准焊接机器人的定义，工业机器人是一种多用途的、可重复编程的自动控制操作机（Manipulator），具有三个或更多可编程的轴，用于工业自动化领域。为了适应不同的用途，机器人最后一个轴的机械接口，通常是一个连接法兰，可接装不同工具或称末端执行器。焊接机器人就是在工业机器人的末轴法兰装接焊钳或焊（割）枪的，使之能进行焊接，切割或热喷涂。

   测距仪是一种航迹推算仪器，用于测量目标距离，进行航迹推算。测距仪的形式很多，通常是一个长形圆筒，由物镜、目镜、测距转钮组成，用来测定目标距离。测距仪从测距基本原理，可以分为以下几类。激光测距仪：激光测距仪是利用激光对目标的距离进行准确测定的仪器。激光测距仪在工作时向目标射出一束很细的激光，由光电元件接收目标反射的激光束，计时器测定激光束从发射到接收的时间，计算出从观测者到目标的距离。激光测距仪是目前使用最为广泛的测距仪，激光测距仪又可以分类为手持式激光测距仪（测量距离0-300米），望远镜激光测距仪（测量距离500-3000米）。超声波距仪：超声波测距仪是根据超声波遇到障碍物反射回来的特性进行测量的。超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射同时开始计时，超声波在空气中传播，途中碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即中断停止计时。 通过不断检测产生波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射超声波和接收到回波的时间差T，然后求出距离L。超声波测距仪，由于超声波受周围环境影响较大，所以一般测量距离比较短，测量精度比较低。目前使用范围不是很广阔，但价格比较低，一般几百元左右。红外测距仪：用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。利用的是红外线传播时的不扩散原理 ：因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，所以长距离的测距仪都会考虑红外线，而红外线的传播是需要时间的，当红外线从测距仪发出碰到反射物被反射回来被测距仪接受到再根据红外线从发出到被接受到的时间及红外线的传播速度就可以算出距离红外测距的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差。

发明内容：

    本发明针对大范围的低精度焊接工作，提出一种用于大面积焊接的自动行走焊接机器人，其技术方案在需要焊接的工作面对面设立三个测距点，然后建立坐标系，将待焊接的工作面与三个测距点的坐标点分别输入控制系统；同时，将需要焊接的位置三维数据信息输入控制系统；机器人工作时，通过自身测距系统测得与三个测距点的距离信息，计算出自身所在坐标位置，然后据此位置工作，完成焊接操作。

   三个测距识别点不在同一条直线上，三个测距识别点与机器人工作范围内的任何一点不在同一个平面上。

  机器人安装自动行走系统，可以上下左右前后移动，但并不根据行走距离确定自身位置信息；行走系统为轮式、履带式其中的一种或两种。

    机器人安装测距系统，测距方法为激光测距、超声测距、红外测距、电磁波测距、微波测距中的一种或几种。

有益效果：

本发明利用现代测绘技术中的测距系统，提出一种新式的焊接定位方法，可以在大范围内测得机器人的坐标信息，在焊接大范围的低精度工作面如门板、厂房时候，可以无须在加工区域内设置识别点，并且无需对加工面的外形信息进行识别，克服了由于无法设置识别点而造成的某些大范围加工无法进行的问题，扩大了系统的应用范围，同时降低了应用成本，对于大范围内的低精度焊接加工，是一个新式的实用的自动化方案。

附图说明：

    图1为机器人定位和工作示意图

    附图标记：1.测距识别点，2. 机器人，3. 待焊接物体

具体实施方式：

    为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下。

   结合图说明本发明内容所提及的一种用于大面积焊接的自动行走焊接机器人，用于铁皮厂房外壳焊接。

   在需要焊接的墙壁对面设立三个测距点，然后建立坐标系，将墙壁与三个测距点的坐标点分别输入控制系统；同时，将需要雕刻的浮雕三维数据信息输入控制系统；机器人工作时，通过自身测距系统测得与三个测距点的距离信息，计算出自身所在坐标位置，然后据此位置工作，完成浮雕的加工。

     三个测距识别点不在同一条直线上，三个测距识别点与机器人工作范围内的任何一点不在同一个平面上。

   机器人安装自动行走系统，可以上下左右前后移动，但并不根据行走距离确定自身位置信息；行走系统为轮式。

    机器人安装测距系统，测距方法为激光测距复合超声测距。

  申请人声明，以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种用于大面积焊接的自动行走焊接机器人，其特征在于：在需要焊接的工作面对面设立三个测距点，然后建立坐标系，将待焊接的工作面与三个测距点的坐标点分别输入控制系统；同时，将需要焊接的位置三维数据信息输入控制系统；机器人工作时，通过自身测距系统测得与三个测距点的距离信息，计算出自身所在坐标位置，然后据此位置工作，完成焊接操作。

2.根据权利1所述的自动行走机器人，其特征在于：三个测距识别点不在同一条直线上，三个测距识别点与机器人工作范围内的任何一点不在同一个平面上。

3.根据权利1所述的自动行走机器人，其特征在于：机器人安装自动行走系统，可以上下左右前后移动，但并不根据行走距离确定自身位置信息；行走系统为轮式、履带式其中的一种或两种。

4.根据权利1所述的自动行走机器人，其特征在于：机器人安装测距系统，测距方法为激光测距、超声测距、红外测距、电磁波测距、微波测距中的一种或几种。