CN106002024A - 车载并联焊接机器人系统 - Google Patents

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赵龙海
张向锋
刘鹏
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王磊
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Abstract

本案为车载并联焊接机器人系统，包括：车身，其底部设有车轮，其内安装有第一电机，控制器和驱动器；立柱，其固定在车身上，其上设有并联焊接机器人，并且其为并联焊接机器人的基体；其内安装有传动装置、第二电机；并联焊接机器人包括相并联的第一三杆支链、第二三杆支链、第三三杆支链以及并联机器人动平台，其与第一三杆支链、第二三杆支链、第三三杆支链联动相连，其用于安装焊枪；其中，每条三杆支链上设有关节传感器；每条三杆支链通过传动装置与第二电机相连，关节传感器与控制器输入端连接，驱动器与控制器输出端连接，驱动器驱动所述车轮运动；三杆支链驱动所述并联机器人动平台实现与车身前进方向垂直的平面运动。

Description

车载并联焊接机器人系统
技术领域
本发明属于自动化焊接设备领域，具体涉及一种自动化的车载并联焊接机器人系统。
背景技术
焊接小车是在焊接领域的一种常见焊接设备。目前，焊接小车是市场上的主要产品。焊接时小车可以沿着导轨行走或沿直线前进。在与前进方向垂直的平面内，焊接小车上一般都安装两个相互垂直的移动副末端安装焊枪。因而焊接小车上的焊枪在理论上可以抵达三维空间任意位置，但是焊接的角度不能主动调整。在移动副末端加装了摆弧器的焊接小车，其焊枪角度可以进行小幅度调整，但一般不超过10°(±5°)。因而这些焊接小车一般只能在平面内进行焊接，很难同时胜任立焊和仰焊等任务。这极大地限制了小车焊接作业的灵活性，无法完成焊缝为三维空间内复杂曲线的焊接任务，无法充分发挥焊接小车的运动性能。
除了焊接灵活性以外，这类焊接小车的另一个缺点是运动部件质量重、惯性大，增加了焊接过程中小车维持平衡的难度、施焊点精度控制的难度。原因是这类焊接小车在结构上是由移动副串联形成，每个移动副上都需安装驱动电机。由于工作过程中，移动副是以悬臂梁的形式受力，为了保证焊接操作的精度，必须保证移动副刚度。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够实现焊接角度大范围(<180°)灵活调整和减小运动部件重量和惯量的车载并联焊接机器人系统。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
车载并联焊接机器人系统，包括：
车身，其底部设有车轮，其内安装有用于控制所述车轮的第一电机，控制器和驱动器；
立柱，其固定在所述车身上，其上设有并联焊接机器人，并且其为所述并联焊接机器人的基体；其内安装有传动装置，以及控制所述并联焊接机器人的第二电机；
所述并联焊接机器人包括相并联的第一三杆支链、第二三杆支链、第三三杆支链以及：
并联机器人动平台，其与所述第一三杆支链、第二三杆支链、第三三杆支链联动相连，其用于安装焊枪；
其中，每条所述三杆支链上设有关节传感器；每条所述三杆支链通过所述传动装置与所述第二电机相连，所述关节传感器与所述控制器输入端连接，所述驱动器与所述控制器输出端连接，所述驱动器驱动所述车轮运动；所述三杆支链驱动所述并联机器人动平台实现与所述车身前进方向垂直的平面运动。
优选的是，所述的车载并联焊接机器人系统，其中，所述第一三杆支链包括三个转动副和两根连杆；所述第二三杆支链包括三个转动副和两根连杆；所述第三三杆支链包括三个转动副和两根连杆。
优选的是，所述的车载并联焊接机器人系统，其中，所述关节传感器设于每条所述三杆支链的最靠近所述立柱的转动副内，通过所述关节传感器反馈角度和角速度信号给所述控制器。
优选的是，所述的车载并联焊接机器人系统，其中，每条所述三杆支链的最靠近所述立柱的转动副通过所述传动装置与所述第二电机相连；其余转动副为分别对应于每条所述三杆支链的被动转动副。
优选的是，所述的车载并联焊接机器人系统，其中，每条所述三杆支链的连杆均为二力杆。
优选的是，所述的车载并联焊接机器人系统，其中，还包括轨道，所述车身在轨道上包括至少四种工况。
优选的是，所述的车载并联焊接机器人系统，其中，所述至少四个工况包括平面焊接工况，斜面焊接工况，立焊工况，第一仰焊工况，第二仰焊工况。
优选的是，所述的车载并联焊接机器人系统，其中，还包括视觉系统和智能控制系统；
所述视觉系统用于识别场景、焊缝以及所述焊枪末端位置；所述智能控制系统安装在所述车身内，其与所述控制器通信连接，其用于将所述焊枪末端位置信号和所述关节传感器反馈信号构建双闭环控制系统，实现所述焊枪的焊接轨迹规划和焊缝实时跟踪。
优选的是，所述的车载并联焊接机器人系统，其中，还包括摄像头，其设于所述并联机器人动平台上，用于识别焊缝以及所述焊枪末端位置。
本发明的有益效果：本案通过第一电机、控制器和驱动器安装于车身内；但是三个支链的驱动电机难以安装在狭隘的车身内，因此第二电机、传动装置装设于立柱内，降低重心的同时合理的利用车身空间，结构紧凑；所有支链中的连杆都是二力杆，保证刚度的同时减轻运动部件重量和惯量；实现焊接角度大范围灵活调整和减小运动部件重量和惯量，并且实现焊接小车焊接角度大范围灵活调整(±90°的无奇异工作空间)，提高焊接灵活性，使得焊接小车能够同时胜任平面焊接、立焊和仰焊等任务，能够焊接空间复杂曲线焊缝；提高了焊接小车运动性能；通过视觉系统对场景进行三维场景重构，识别焊缝以及焊枪末端位置；根据三维场景和焊缝规划焊接轨迹；通过驱动车轮实现焊接小车的运动；通过驱动并联机器人实现与小车前进方向垂直的平面运动；根据焊枪末端位置信号和传感器反馈信号构建双闭环控制系统，实现焊缝跟踪；最终实现整个车载并联焊接机器人系统自动化焊接。
附图说明
图1为本发明一实施例所述的车载并联焊接机器人系统的结构示意图；
图2为本发明一实施例所述的车载并联焊接机器人系统中的焊接各工况示意图；
图3为本发明一实施例所述的车载并联焊接机器人系统中的焊接空间复杂焊缝示意图。
其中，1-车轮，2-车身，3-摄像头，4-立柱，5-第一三杆支链，包括三个转动副51b、52b、53b和两根连杆51a、52a；6-第二三杆支链，包括三个转动副61b、62b、63b和两根连杆61a、62a；7-第三三杆支链，包括三个转动副71b、72b、73b和两根连杆71a、72a；8-并联机器人动平台；9-焊枪；10-轨道；11-15表示焊接小车分别处于：11-平面焊接工况，12-斜面焊接工况，13-立焊工况，14-第一仰焊工况，15-第二仰焊工况；16-空间复杂焊缝；17-待焊接工件。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
车载并联焊接机器人系统，请参阅附图1，包括：
车身2，其底部设有车轮1，其内安装有用于控制所述车轮1的第一电机、控制器和驱动器；
立柱4，其固定在所述车身2上，其上设有并联焊接机器人，并且其为所述并联焊接机器人的基体；其内安装有传动装置，以及控制所述并联焊接机器人的第二电机；
所述并联焊接机器人包括相并联的第一三杆支链5、第二三杆支链6、第三三杆支链7以及：
并联机器人动平台8，其与所述第一三杆支链5、第二三杆支链6、第三三杆支链7联动相连，其用于安装焊枪9；
其中，每条所述三杆支链上设有关节传感器；每条所述三杆支链通过所述传动装置与所述第二电机相连，所述关节传感器与所述控制器输入端连接，所述驱动器与所述控制器输出端连接，所述驱动器驱动所述车轮1运动；所述三杆支链驱动所述并联机器人动平台8实现与所述车身2前进方向垂直的平面运动。车轮1的材质可以的是橡胶。
进一步的，所述第一三杆支链5包括三个转动副51b、52b、53b和两根连杆51a、52a；所述第二三杆支链6包括三个转动副61b、62b、63b和两根连杆61a、62a；所述第三三杆支链7包括三个转动副71b、72b、73b和两根连杆71a、72a。
进一步的，所述关节传感器设于每条所述三杆支链的最靠近所述立柱4的转动副内，即所述转动副51b、61b、71b内，通过所述关节传感器反馈角度和角速度信号给所述控制器。
进一步的，每条所述三杆支链的最靠近所述立柱4的转动副通过所述传动装置与所述第二电机相连；其余转动副为分别对应于每条所述三杆支链的被动转动副。
进一步的，每条所述三杆支链的连杆均为二力杆。
进一步的，请参阅附图2-3，待焊接工件17的空间复杂焊缝16需要焊接时，还包括轨道10，所述车身2在轨道上包括至少四种工况。
进一步的，所述至少四个工况包括平面焊接工况11，斜面焊接工况12，立焊工况13，第一仰焊工况14，第二仰焊工况15。
进一步的，还包括视觉系统和智能控制系统；
所述视觉系统用于识别场景、焊缝以及所述焊枪末端位置；所述智能控制系统安装在所述车身2内，其与所述控制器通信连接，其用于将所述焊枪末端位置信号和所述关节传感器反馈信号构建双闭环控制系统，实现所述焊枪的焊接轨迹规划和焊缝实时跟踪。
进一步的，还包括摄像头3，其设于所述并联机器人动平台8上，用于识别焊缝以及所述焊枪末端位置。
本案通过视觉系统对场景进行三维场景重构，识别焊缝以及焊枪末端位置；根据三维场景和焊缝规划焊接轨迹；通过驱动车轮1实现焊接小车的运动；通过驱动并联机器人实现与小车前进方向垂直的平面运动；根据焊枪末端位置信号和传感器反馈信号构建双闭环控制系统，实现焊缝跟踪，实现焊接自动化。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.车载并联焊接机器人系统，其特征在于，包括：
车身，其底部设有车轮，其内安装有用于控制所述车轮的第一电机，控制器和驱动器；
立柱，其固定在所述车身上，其上设有并联焊接机器人，并且其为所述并联焊接机器人的基体；其内安装有传动装置，以及控制所述并联焊接机器人的第二电机；
所述并联焊接机器人包括相并联的第一三杆支链、第二三杆支链、第三三杆支链以及：
并联机器人动平台，其与所述第一三杆支链、第二三杆支链、第三三杆支链联动相连，其用于安装焊枪；
其中，每条所述三杆支链上设有关节传感器；每条所述三杆支链通过所述传动装置与所述第二电机相连，所述关节传感器与所述控制器输入端连接，所述驱动器与所述控制器输出端连接，所述驱动器驱动所述车轮运动；所述三杆支链驱动所述并联机器人动平台实现与所述车身前进方向垂直的平面运动。
2.如权利要求1所述的车载并联焊接机器人系统，其特征在于，所述第一三杆支链包括三个转动副和两根连杆；所述第二三杆支链包括三个转动副和两根连杆；所述第三三杆支链包括三个转动副和两根连杆。
3.如权利要求2所述的车载并联焊接机器人系统，其特征在于，所述关节传感器设于每条所述三杆支链的最靠近所述立柱的转动副内，通过所述关节传感器反馈角度和角速度信号给所述控制器。
4.如权利要求3所述的车载并联焊接机器人系统，其特征在于，每条所述三杆支链的最靠近所述立柱的转动副通过所述传动装置与所述第二电机相连；其余转动副为分别对应于每条所述三杆支链的被动转动副。
5.如权利要求4所述的车载并联焊接机器人系统，其特征在于，每条所述三杆支链的连杆均为二力杆。
6.如权利要求5所述的车载并联焊接机器人系统，其特征在于，还包括轨道，所述车身在轨道上包括至少四种工况。
7.如权利要求6所述的车载并联焊接机器人系统，其特征在于，所述至少四个工况包括平面焊接工况，斜面焊接工况，立焊工况，第一仰焊工况，第二仰焊工况。
8.如权利要求5所述的车载并联焊接机器人系统，其特征在于，还包括视觉系统和智能控制系统；
所述视觉系统用于识别场景、焊缝以及所述焊枪末端位置；所述智能控制系统安装在所述车身内，其与所述控制器通信连接，其用于将所述焊枪末端位置信号和所述关节传感器反馈信号构建双闭环控制系统，实现所述焊枪的焊接轨迹规划和焊缝实时跟踪。
9.如权利要求8所述的车载并联焊接机器人系统，其特征在于，还包括摄像头，其设于所述并联机器人动平台上，用于识别焊缝以及所述焊枪末端位置。
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