CN105728917B

CN105728917B - 一种可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人

Info

Publication number: CN105728917B
Application number: CN201610306513.4A
Authority: CN
Inventors: 裴翌翔
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-05-11
Filing date: 2016-05-11
Publication date: 2019-01-29
Anticipated expiration: 2036-05-11
Also published as: CN105728917A

Abstract

本发明公开了一种可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，包括一固定底座，焊枪以及夹持物料的夹持端，固定底座上设有机箱，机箱内设有第一升降机构，第一升降机构与夹持端之间依次连接有第一转动机构、第二转动机构、第三转动机构以及第四转动机构，第四转动机构与夹持端相连，第二转动机构上设有上下料自适应控制机构，第一升降机构上设有第二升降机构，第二升降机构与焊枪之间依次连接有第一旋转装置、第二旋转装置、第三旋转装置、第四旋转装置，与第四旋转装置活动连接有一焊枪夹持端，第二旋转装置上设有焊缝自适应控制机构，还包括一控制系统。本发明结构简单、运动精度高、工作空间大、柔性好、满足各种焊接工作要求。

Description

一种可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人

技术领域

本发明涉及焊接机器人技术领域，尤其涉及一种可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人。

背景技术

随着社会的不断发展，焊接技术在生活中显得越来越重要，已成为现代工业中一种不可缺少，而且日益重要的加工工艺方法，由于焊接产品比铆接件、铸件和锻件重量轻，对于交通运输工具来说可以减轻自重，节约能量同时焊接的密封性好，适于制造各类容器，同时采用焊接工艺能有效利用材料，焊接结构可以在不同部位采用不同性能的材料，充分发挥各种材料的特长，达到经济、优质。无论在何处，焊接都可能给操作者带来危险，焊接给人体可能造成的伤害包括烧伤、触电、视力损害、吸入有毒气体、紫外线照射过度等，使用焊接机器人可以有效的避免这些问题。

如果工件在整个焊接过程中无需变位，就可以用夹具把工件定位在工作台面上，这种系统既是最简单不过的了，但在实际生产中，更多的工件在焊接时需要变位，使焊缝处在较好的位置下焊接，这就需要一种结构简单、运动精度高、工作空间大、柔性好、能焊缝自适应、能焊弧跟踪、能自动上下料，满足各种焊接工作要求的工业机器人。

发明内容

为解决上述存在的问题，本发明提供一种结构简单、运动精度高、工作空间大、柔性好、能焊缝自适应、能焊弧跟踪、能自动上下料，满足各种焊接工作要求的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，包括一固定底座，焊枪以及夹持物料的夹持端，所述固定底座上设有机箱，在机箱内设有驱动焊枪及夹持端纵向移动的第一升降机构，所述第一升降机构与夹持端之间依次连接有驱动夹持端水平转动的第一转动机构、第二转动机构、第三转动机构以及垂直转动的第四转动机构，第四转动机构与夹持端相连，所述第二转动机构上设有用于检测和识别物料放置并驱动第一、二、三、四转动机构动作的上下料自适应控制机构，所述第一升降机构上设有用于驱动焊枪纵向移动的第二升降机构，所述第二升降机构与焊枪之间依次连接有驱动焊枪水平旋转的第一旋转装置、第二旋转装置、第三旋转装置以及垂直旋转的第四旋转装置，与第四旋转装置活动连接有一用于安装焊枪的焊枪夹持端，所述第二旋转装置上设有控制第一、二、三、四旋转装置动作用于检测焊接过程中起弧状态、检测和控制焊枪与物料的接触状态、控制和调整焊接工艺参数的焊缝自适应控制机构，还包括一控制系统，所述控制系统包括用于驱动夹持端的第一升降机构、第一、二、三、四转动机构、驱动焊枪的第二升降机构、第一、二、三、四旋转装置的电控系统以及控制第一升降机构、第一、二、三、四转动机构、第二升降机构、第一、二、三、四旋转装置启闭的控制器，所述电控系统与控制器电连接。

上述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，所述电控系统包括：中央处理器、故障报警模块、上下料检测识别模块、上下料控制模块、上下料电机控制模块、上下料轨迹生成模块、上下料插补算法模块、物料夹持控制模块、焊缝检测识别模块、焊缝控制模块、焊接运动控制模块、焊缝轨迹生成模块、焊接插补算法控制模块、焊弧跟踪模块、焊枪防撞检测控制模块、焊接工艺控制模块、电源模块以及编码器。所述故障报警模块、上下料检测识别模块、上下料控制模块、上下料电机控制模块、上下料轨迹生成模块、上下料插补算法模块、物料夹持控制模块、焊缝检测识别模块、焊缝控制模块、焊接运动控制模块、焊缝轨迹生成模块、焊接插补算法控制模块、焊弧跟踪模块、焊枪防撞检测控制模块、焊接工艺控制模块、电源模块以及编码器均与中央处理器电联接。

上述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，所述第一升降机构包括设于机箱内的第一升降电机，与第一升降电机相连的第一丝杠，与第一丝杠螺纹连接的当第一丝杠转动时向上移动的第一移动块，与第一升降电机及中央处理器分别相连的用于采集纵向移动位移信号的第一编码器组成；第二升降机构包括设于第一移动块上的第二升降电机，与第二升降电机相连的第二丝杠，与第二丝杠螺纹连接的当第二丝杠转动时向上移动的第二移动块，与第二升降电机及中央处理器分别相连的用于采集纵向移动位移信号的第二编码器组成。

上述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，所述第一转动机构包括设于第一移动块上的第一转动电机，所述第一转动电机上连接有第一转轴，与第一转轴连接有当第一转动电机转动时绕第一转轴轴线水平转动的第一转动臂，与第一转动电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第三编码器组成。

上述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，所述第二转动机构包括设于第一转动臂上的第二转动电机，所述第二转动电机上连接有第二转轴，与第二转轴连接有当第二转动电机转动时绕第二转轴轴线水平转动的第二转动臂，与第二转动电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第四编码器组成。

上述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，所述第三转动机构包括设于第二转动臂上的第三转动电机，所述第三转动电机上连接有第三转轴，与第三转轴连接有当第三转动电机转动时绕第三转轴轴线水平转动的第三转动臂，与第三转动电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第五编码器组成；所述第四转动机构包括设于第三转动臂上的第四转动电机，所述第四转动电机上连接有第四转轴，与第四转轴连接有当第四转动电机转动时绕第四转轴轴线水平转动的第四转动臂，与第四转动电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第六编码器组成。

上述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，所述第一旋转装置包括设于第二移动块上的第一旋转电机，所述第一旋转电机上连接有第一旋转轴，与第一旋转轴连接有当第一旋转电机转动时绕第一旋转轴轴线水平转动的第一旋转臂，与第一旋转电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第七编码器组成。

上述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，所述第二旋转装置包括设于第一旋转臂上的第二旋转电机，所述第二旋转电机上连接有第二旋转轴，与第二旋转轴连接有当第二旋转电机转动时绕第二旋转轴轴线水平转动的第二旋转臂，与第二旋转电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第八编码器组成。

上述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，所述第三旋转装置包括设于第二旋转臂上的第三旋转电机，所述第三旋转电机上连接有第三旋转轴，与第三旋转轴连接有当第三旋转电机转动时绕第三旋转轴轴线水平转动的第三旋转臂，与第三旋转电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第九编码器组成。

上述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，所述第四旋转装置包括设于第三旋转臂上的第四旋转电机，所述第四旋转电机上连接有第四旋转轴，与第四旋转轴连接有当第四旋转电机转动时绕第四旋转轴轴线水平转动的第四旋转臂，与第四旋转电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第十编码器组成。

本发明解决技术问题所带来的有益效果在于：采用第一升降机构、第一、二、三、四转动机构、第二升降机构、第一、二、三、四旋转装置对物料进行夹持放置并对其进行焊接，结构简单、柔性好、且能自动上下料，满足各种焊接工作要求；第一升降机构及第二升降机构采用电机驱动丝杠实现第一移动块及第二移动块的移动，运动精度高、工作空间大；第一、二、三、四转动机构采用第一、二、三、四转动电机驱动第一、二、三、四转动臂实现夹持端的旋转水平移动，第一、二、三、四旋转装置采用第一、二、三、四旋转电机驱动第一、二、三、四旋转臂实现焊枪的旋转水平移动，灵活方便，柔性好，工作空间大；采用控制系统对第一升降机构、第一、二、三、四转动机构、第二升降机构、第一、二、三、四旋转装置进行控制自动化程度高，能焊缝自适应、能焊弧跟踪、能自动上下料、且能报警提示，提高了工作的安全性以及工作效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1、2所示，一种可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，包括一固定底座1，焊枪15以及夹持物料的夹持端16，所述固定底座1上设有机箱2，所述机箱2内设驱动焊枪15及夹持端纵16向移动的第一升降机构3，所述第一升降机构3与夹持端16之间依次连接有驱动夹持端16水平转动的第一转动机构4、第二转动机构5、第三转动机构6以及垂直转动的第四转动机构8，第四转动机构8与夹持端16相连，所述第二转动机构5上设有用于检测和识别物料放置并驱动第一、二、三、四转动机构4、5、6、8动作的上下料自适应控制机构7，所述第一升降机构3上设有用于驱动焊枪15纵向移动的第二升降机构9，所述第二升降机构9与焊枪15之间依次连接有驱动焊枪15水平旋转的第一旋转装置10、第二旋转装置11、第三旋转装置12以及垂直旋转的第四旋转装置13，与第四旋转装置13活动连接有一用于安装焊枪15的焊枪夹持端14，所述第二旋转装置11上设有控制第一、二、三、四旋转装置10、11、12、13动作用于检测焊接过程中起弧状态、检测和控制焊枪15与物料的接触状态、控制和调整焊接工艺参数的焊缝自适应控制机构17，还包括一控制系统，所述控制系统包括用于驱动夹持端16的第一升降机构3，第一、二、三、四转动机构4、5、6、8，驱动焊枪15的第二升降机构9，第一、二、三、四旋转装置10、11、12、13的电控系统18以及控制第一升降机构3，第一、二、三、四转动机构4、5、6、8，第二升降机构9，第一、二、三、四旋转装置10、11、12、13启闭的控制器19，所述电控系统18与控制器19电连接。

所述电控系统18包括：中央处理器、故障报警模块、上下料检测识别模块、上下料控制模块、上下料电机控制模块、上下料轨迹生成模块、上下料插补算法模块、物料夹持控制模块、焊缝检测识别模块、焊缝控制模块、焊接运动控制模块、焊缝轨迹生成模块、焊接插补算法控制模块、焊弧跟踪模块、焊枪防撞检测控制模块、焊接工艺控制模块、电源模块以及编码器。所述故障报警模块、上下料检测识别模块、上下料控制模块、上下料电机控制模块、上下料轨迹生成模块、上下料插补算法模块、物料夹持控制模块、焊缝检测识别模块、焊缝控制模块、焊接运动控制模块、焊缝轨迹生成模块、焊接插补算法控制模块、焊弧跟踪模块、焊枪防撞检测控制模块、焊接工艺控制模块、电源模块以及编码器均与中央处理器电联接。

所述第一升降机构3包括设于机箱2内的第一升降电机，与第一升降电机相连的第一丝杠，与第一丝杠螺纹连接的当第一丝杠转动时向上移动的第一移动块，与第一升降电机及中央处理器分别相连的用于采集纵向移动位移信号的第一编码器组成；第二升降机构包括设于第一移动块上的第二升降电机，与第二升降电机相连的第二丝杠，与第二丝杠螺纹连接的当第二丝杠转动时向上移动的第二移动块，与第二升降电机及中央处理器分别相连的用于采集纵向移动位移信号的第二编码器组成。

所述第一转动机构4包括设于第一移动块上的第一转动电机，所述第一转动电机上连接有第一转轴，与第一转轴连接有当第一转动电机转动时绕第一转轴轴线水平转动的第一转动臂，与第一转动电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第三编码器组成；所述第二转动机构5包括设于第一转动臂上的第二转动电机，所述第二转动电机上连接有第二转轴，与第二转轴连接有当第二转动电机转动时绕第二转轴轴线水平转动的第二转动臂，与第二转动电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第四编码器组成；所述第三转动机构6包括设于第二转动臂上的第三转动电机，所述第三转动电机上连接有第三转轴，与第三转轴连接有当第三转动电机转动时绕第三转轴轴线水平转动的第三转动臂，与第三转动电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第五编码器组成；所述第四转动机构8包括设于第三转动臂上的第四转动电机，所述第四转动电机上连接有第四转轴，与第四转轴连接有当第四转动电机转动时绕第四转轴轴线水平转动的第四转动臂，与第四转动电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第六编码器组成。

所述第一旋转装置10包括设于第二移动块上的第一旋转电机，所述第一旋转电机上连接有第一旋转轴，与第一旋转轴连接有当第一旋转电机转动时绕第一旋转轴轴线水平转动的第一旋转臂，与第一旋转电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第七编码器组成；所述第二旋转装置11包括设于第一旋转臂上的第二旋转电机，所述第二旋转电机上连接有第二旋转轴，与第二旋转轴连接有当第二旋转电机转动时绕第二旋转轴轴线水平转动的第二旋转臂，与第二旋转电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第八编码器组成；所述第三旋转装置12包括设于第二旋转臂上的第三旋转电机，所述第三旋转电机上连接有第三旋转轴，与第三旋转轴连接有当第三旋转电机转动时绕第三旋转轴轴线水平转动的第三旋转臂，与第三旋转电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第九编码器组成；所述第四旋转装置包括设于第三旋转臂上的第四旋转电机，所述第四旋转电机13上连接有第四旋转轴，与第四旋转轴连接有当第四旋转电机转动时绕第四旋转轴轴线水平转动的第四旋转臂，与第四旋转电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第十编码器组成。

控制系统的主要模块的作用：

1、上下料检测识别模块：

用来检测和识别物料放置和位移的状态。

2、上下料控制模块：

用来控制物料上料或下料的各机械臂动作。

3、上下料电机控制模块：

用来控制第一、二、三、四转动电机的运动。

4、上下料轨迹生成模块：

用来采集通过自动上下料检测识别模块所检测的物料上料或下料运行轨迹的数据。

5、上下料插补算法模块：

用来将采集到的上下料轨迹的位置数据，通过插补算法模块中的直线、圆弧插补等函数

产生上下料路径数据，来驱动第一、二、三、四转动电机的工作。

6、焊缝自适应检测识别模块：

用来检测和识别工件焊缝状态。

7、焊缝自适应控制模块：

用来控制焊接系统在焊缝自适应机构采集数据反馈给各机械臂来动作。

8、焊接运动控制模块：

用来控制焊接系统的第一、二、三、四旋转电机的运动。

9、焊缝轨迹生成模块

用来采集通过焊缝自适应检测识别模块所检测的焊枪运行轨迹的数据。

10、焊接系统插补算法模块

用来将采集到的自动识别的焊缝位置数据，通过插补算法模块中的直线、圆弧插补等函数产生焊接路径数据，来驱动第一、二、三、四旋转电机电机的工作。

11、焊弧跟踪模块

用来检测焊接过程中焊弧起弧状态。

12、焊枪防撞检测控制模块

用来检测和控制焊枪在焊接过程中与机体和工件间发生碰撞时的工作状态。

13、焊接工艺控制模块

用来控制和调整焊接工艺参数。

14、故障报警模块

用来检测机器人工作时发生的故障点，并能报警。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，其特征在于：包括一固定底座，焊枪以及夹持物料的夹持端，所述固定底座上设有机箱，在机箱内设有驱动焊枪及夹持端纵向移动的第一升降机构，所述第一升降机构与夹持端之间依次连接有驱动夹持端水平转动的第一转动机构、第二转动机构、第三转动机构以及垂直转动的第四转动机构，第四转动机构与夹持端相连，所述第二转动机构上设有用于检测和识别物料放置并驱动第一、二、三、四转动机构动作的上下料自适应控制机构，所述第一升降机构上设有用于驱动焊枪纵向移动的第二升降机构，所述第二升降机构与焊枪之间依次连接有驱动焊枪水平旋转的第一旋转装置、第二旋转装置、第三旋转装置以及垂直旋转的第四旋转装置，与第四旋转装置活动连接有一用于安装焊枪的焊枪夹持端，所述第二旋转装置上设有控制第一、二、三、四旋转装置动作用于检测焊接过程中起弧状态、检测和控制焊枪与物料的接触状态、控制和调整焊接工艺参数的焊缝自适应控制机构，还包括一控制系统，所述控制系统包括用于控制驱动夹持端的第一升降机构、第一、二、三、四转动机构、驱动焊枪的第二升降机构、第一、二、三、四旋转装置的电控系统以及控制第一升降机构、第一、二、三、四转动机构、第二升降机构、第一、二、三、四旋转装置启闭的控制器，所述电控系统与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，其特征在于：所述电控系统包括：中央处理器、故障报警模块、上下料检测识别模块、上下料控制模块、上下料电机控制模块、上下料轨迹生成模块、上下料插补算法模块、物料夹持控制模块、焊缝检测识别模块、焊缝控制模块、焊接运动控制模块、焊缝轨迹生成模块、焊接插补算法控制模块、焊弧跟踪模块、焊枪防撞检测控制模块、焊接工艺控制模块、电源模块以及编码器，所述故障报警模块、上下料检测识别模块、上下料控制模块、上下料电机控制模块、上下料轨迹生成模块、上下料插补算法模块、物料夹持控制模块、焊缝检测识别模块、焊缝控制模块、焊接运动控制模块、焊缝轨迹生成模块、焊接插补算法控制模块、焊弧跟踪模块、焊枪防撞检测控制模块、焊接工艺控制模块、电源模块以及编码器均与中央处理器电联接。

3.根据权利要求2所述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，其特征在于：所述第一升降机构包括设于机箱内的第一升降电机，与第一升降电机相连的第一丝杠，与第一丝杠螺纹连接的当第一丝杠转动时向上移动的第一移动块，与第一升降电机及中央处理器分别相连的用于采集纵向移动位移信号的第一编码器组成；第二升降机构包括设于第一移动块上的第二升降电机，与第二升降电机相连的第二丝杠，与第二丝杠螺纹连接的当第二丝杠转动时向上移动的第二移动块，与第二升降电机及中央处理器分别相连的用于采集纵向移动位移信号的第二编码器组成。

4.根据权利要求3所述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，其特征在于：所述第一转动机构包括设于第一移动块上的第一转动电机，所述第一转动电机上连接有第一转轴，与第一转轴连接有当第一转动电机转动时绕第一转轴轴线水平转动的第一转动臂，与第一转动电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第三编码器组成。

5.根据权利要求4所述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，其特征在于：所述第二转动机构包括设于第一转动臂上的第二转动电机，所述第二转动电机上连接有第二转轴，与第二转轴连接有当第二转动电机转动时绕第二转轴轴线水平转动的第二转动臂，与第二转动电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第四编码器组成。

6.根据权利要求5所述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，其特征在于：所述第三转动机构包括设于第二转动臂上的第三转动电机，所述第三转动电机上连接有第三转轴，与第三转轴连接有当第三转动电机转动时绕第三转轴轴线水平转动的第三转动臂，与第三转动电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第五编码器组成；所述第四转动机构包括设于第三转动臂上的第四转动电机，所述第四转动电机上连接有第四转轴，与第四转轴连接有当第四转动电机转动时绕第四转轴轴线水平转动的第四转动臂，与第四转动电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第六编码器组成。

7.根据权利要求3所述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，其特征在于：所述第一旋转装置包括设于第二移动块上的第一旋转电机，所述第一旋转电机上连接有第一旋转轴，与第一旋转轴连接有当第一旋转电机转动时绕第一旋转轴轴线水平转动的第一旋转臂，与第一旋转电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第七编码器组成。

8.根据权利要求7所述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，其特征在于：所述第二旋转装置包括设于第一旋转臂上的第二旋转电机，所述第二旋转电机上连接有第二旋转轴，与第二旋转轴连接有当第二旋转电机转动时绕第二旋转轴轴线水平转动的第二旋转臂，与第二旋转电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第八编码器组成。

9.根据权利要求8所述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，其特征在于：所述第三旋转装置包括设于第二旋转臂上的第三旋转电机，所述第三旋转电机上连接有第三旋转轴，与第三旋转轴连接有当第三旋转电机转动时绕第三旋转轴轴线水平转动的第三旋转臂，与第三旋转电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第九编码器组成。

10.根据权利要求9所述的可自动上下料的焊缝自适应焊接用工业机器人，其特征在于：所述第四旋转装置包括设于第三旋转臂上的第四旋转电机，所述第四旋转电机上连接有第四旋转轴，与第四旋转轴连接有当第四旋转电机转动时绕第四旋转轴轴线水平转动的第四转臂，与第四旋转电机及中央处理器分别相连的用于采集转动信号的第十编码器组成。