CN107052658B - 一种机器人焊接系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种机器人焊接系统，涉及焊接领域。机器人焊接系统包括焊接机器人、机器人控制装置以及数字式焊接电源。第二端的端面设置有第一限位部，用以限制第一臂在第二端的端面旋转的角度；第一臂远离第二端的一端设置第二限位部，用以限制第二臂转动的角度；第二臂远离第一臂的一端设置有第三限位部，用以限制第三臂转动的角度；第三臂远离第二臂的端面设置有第四限位部，用以限制第四臂旋转的角度。其能提供良好的焊接姿态，焊接不同材料，避免因发生空间干涉而造成的设备损坏以及人体的受伤。

Description

一种机器人焊接系统

技术领域

本发明涉及焊接领域，具体而言，涉及一种机器人焊接系统。

背景技术

随着焊接机器人应用的不断深入，焊接对象也从单一批量的小零件向大型复杂零件延伸，但实际应用中发现由于焊接机器人的不能提供最佳的焊接姿态，焊接材料的单一，成品率不高，并且由于工作半径的限制容易发生空间干涉，造成设备的损坏以及人体的受伤。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种机器人焊接系统，其能提供良好的焊接姿态，焊接不同材料，避免因发生空间干涉而造成的设备损坏以及人体的受伤。

本发明的实施例是这样实现的：

一种机器人焊接系统，机器人焊接系统包括焊接机器人、机器人控制装置以及数字式焊接电源；焊接机器人具有基座，基座具有相对的第一端与第二端，焊接机器人沿基座的第一端至第二端的方向上设置的：可旋转地设置于第二端端面的第一臂；与第一臂远离第二端的一端转动连接的第二臂，其转动轴线垂直于第一端至第二端的方向；与第二臂另一端转动连接的第三臂，其转动轴线垂直于第一端至第二端的方向；与第三臂远离第二臂的端面旋转连接的第四臂；与第四臂远离第二臂的一端转动连接的第五臂，其转动轴线垂直于第一端至第二端的方向；以及与第五臂远离第四臂的端面旋转连接的焊枪；第二端的端面设置有第一限位部，用以限制第一臂在第二端的端面旋转的角度；第一臂远离第二端的一端设置第二限位部，用以限制第二臂转动的角度；第二臂远离第一臂的一端设置有第三限位部，用以限制第三臂转动的角度；第三臂远离第二臂的端面设置有第四限位部，用以限制第四臂旋转的角度；数字式焊接电源接通焊接机器人；机器人控制装置与焊接机器人连通，用以控制焊接机器人中第一臂、第二臂、第三臂、第四臂、焊枪的运动。

发明人发现：现有的焊接机器人不能对焊接件提供有效的焊接姿态，使得工件之间不能形成有效地焊接，或者由于焊接姿态的不稳，导致焊道的不平整，降低焊接强度，且焊接材料单一以及现有的焊接机器人常常由于工作半径的失效而造成安全事故。

发明人设计了上述机器人焊接系统，包括焊接机器人、机器人控制装置以及数字式焊接电源。其中，焊接机器人包括多个关节，具体地，其具有基座、第一臂、第二臂、第三臂、第四臂、第五臂以及焊枪，焊接机器人具有六个自由度：第一臂绕基座端面轴心的可旋转地连接、第二臂与第一臂一端的可转动地连接、第三臂与第二臂一端的可转动地连接、第四臂绕第三臂一端面轴心可旋转地连接、第五臂与第四臂一端可转动地连接以及焊枪与第五臂一端端面可选择地连接。通过六个自由度，可满足焊接机器人能提供良好的焊接资料的条件。为控制各个关节之间的精度，并提供一个可控的工作半径，避免造成人体受伤，在基座、第一臂、第二臂、第三臂、第四臂分别设置有限制其转动角度的第一限位部、第二限位部、第三限位部、第四限位部。为适应不同材料，数字式焊接电源与焊接机器人连通，其能快速调整电弧实现焊接过程中在较宽的弧压范围内稳定。为精确控制焊枪的焊接精度，机器人控制装置与焊接机器人连通，通过机器人控制装置分别控制第一臂、第二臂、第三臂、第四臂、焊枪的运动角度，从而精准控制焊接机器人能够达到良好的焊接姿态。机器人焊接系统，其能提供良好的焊接姿态，焊接不同材料，避免因发生空间干涉而造成的设备损坏以及人体的受伤。

在本发明的一种实施例中：

第一臂与基座、第一臂与第二臂、第二臂与第三臂、第三臂与第四臂、第四臂与第五臂以及第五臂与焊枪分别设置有驱动装置。

在本发明的一种实施例中：

第一臂与基座、第一臂与第二臂、第二臂与第三臂、第三臂与第四臂、第四臂与第五臂以及第五臂与焊枪之间均为齿轮传动配合。

在本发明的一种实施例中：

第一限位部、第二限位部、第三限位部、第四限位部为：

分别设置于第一臂、第二臂、第三臂、第四臂上的限位块；

分别设置于第二端的端面、第一臂、第二臂、第三臂上的压力传感器；

多个压力传感器分别用于感应多个限位块接触相对应压力传感器的压力，并发送信号于机器人控制装置，机器人控制装置控制第一臂、第二臂、第三臂、第四臂的运动。

在本发明的一种实施例中：

第二端的端面设置有两个压力传感器，压力传感器在以第二端的轴线为圆心的同一圆上，两个压力传感器间隔20°；

第一臂远离第二端的一端设置有两个压力传感器，压力传感器位于以第二臂与第一臂转动连接的转动轴为圆心的同一圆上，其间隔115°；

第二臂远离第一臂的一端设置有两个压力传感器，压力传感器位于以第二臂与第三臂转动连接的转动轴为圆心的同一圆上，其间隔10°；

第三臂远离第二臂的端面设置有两个压力传感器，压力传感器在以第三臂远离第二臂的端面的轴线为圆心的同一圆上，两个压力传感器间隔60°。

在本发明的一种实施例中：

焊枪设置有氩气冷却管，氩气冷却管具有向焊枪导电嘴输送氩气的冷却开口。

在本发明的一种实施例中：

焊枪为空冷式标准焊枪；空冷式标准焊枪设置有防碰撞传感器，防碰撞传感器感应到外力时，向机器人控制装置传输信号，机器人控制装置制动焊接机器人。

在本发明的一种实施例中：

机器人控制装置为伺服控制装置。

在本发明的一种实施例中：

数字式焊接电源为弧焊电源。

在本发明的一种实施例中：

弧焊电源为逆变式弧焊电源。

本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

本发明提供的一种机器人焊接系统，其能提供良好的焊接姿态，焊接不同材料，避免因发生空间干涉而造成的设备损坏以及人体的受伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1中机器人焊接系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1中焊接机器人的结构示意图；

图3为本发明实施例1中第一臂与基座的结构示意图；

图4为本发明实施例1中焊枪的结构示意图。

图标：10-机器人焊接系统；20-焊接机器人；21-第一限位部；22-第二限位部；23-第三限位部；24-第四限位部；30-机器人控制装置；40-数字式焊接电源；90-限位块；91-压力传感器；200-基座；201-第一端；202-第二端；210-第一臂；220-第二臂；230-第三臂；240-第四臂；250-第五臂；260-焊枪；261-防碰撞传感器；262-氩气冷却管；263-焊枪导电嘴；264-冷却开口。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参考图1，图1示出了本实施例中提供的机器人焊接系统10的具体结构。

机器人焊接系统10包括焊接机器人20、机器人控制装置30以及数字式焊接电源40。

焊接机器人20为多个可活动地类关节结构构成，其具有多个自由度，通过多个类关节的协同配合，使得焊接机器人20能达到一种良好的焊接姿态，满足需求。具体地，下文将详细描述。

机器人控制装置30为伺服控制装置，其通过伺服控制系统精确地控制焊接机器人20中多个可活动地类关节结构，具体地，其可控制焊接机器人20中各个可活动地类关节结构的位移速度、加速度、以及可位移的方向。

具体地，本实施例中，数字式焊接电源40为逆变式弧焊电源，其将三相工频(50Hz)交流网路电压，先经输入整流器整流和滤波，变成直流，再通过大功率开关电子元件(晶闸管SCR、晶体管GTR、场效应管MOSFET或IGBT)的交替开关作用，逆变成几kHz～几十kHz的中频交流电压，同时经变压器降至适合于焊接的几十V电压，后再次整流并经电抗滤波输出相当平稳的直流焊接电流。数字式焊接电源40为各种焊接提供不同的焊接电流，例如脉冲焊接、短路焊接。

请参考图2，焊接机器人20具有基座200，基座200具有相对的第一端201与第二端202，第一端201用于固定整个焊接机器人20。焊接机器人20具有多个沿基座200的第一端201至第二端202的方向上依次设置的类关节结构：

可旋转地设置于第二端202端面的第一臂210；与第一臂210远离第二端202的一端转动连接的第二臂220，其转动轴线垂直于第一端201至第二端202的方向；与第二臂220的另一端转动连接的第三臂230，其转动轴线垂直于第一端201至第二端202的方向；与第三臂230远离第二臂220的端面旋转连接的第四臂240；与第四臂240远离第二臂220的一端转动连接的第五臂250，其转动轴线垂直于第一端201至第二端202的方向；以及与第五臂250远离第四臂240的端面旋转连接的焊枪260。

通过基座200、第一臂210、第二臂220、第三臂230、第四臂240、第五臂250、以及焊枪260之间的六个自由度，并通过多个驱动装置分别完成各个自由度，其中，为提高运动地精确度，基座200、第一臂210、第二臂220、第三臂230、第四臂240、第五臂250、以及焊枪260之间均采用齿轮传动配合。在有限的空间内，焊接机器人20完成一种良好的焊接姿态，以提高焊接效率。

其中，为保证精度，避免焊接点超出预设焊接位置，并且避免由于各个类关节结构的工作半径由于程序失效的缘故，导致工作半径超出预设半径，从而造成的人体受伤等安全事故，第二端202的端面设置有第一限位部21，用以限制第一臂210在第二端202的端面旋转的角度。第一臂210远离第二端202的一端设置第二限位部22，用以限制第二臂220转动的角度。第二臂220远离第一臂210的一端设置有第三限位部23，用以限制第三臂230转动的角度。第三臂230远离第二臂220的端面设置有第四限位部24，用以限制第四臂240旋转的角度。

需要说明的是，第一限位部21、第二限位部22、第三限位部23、第四限位部24为：

分别设置于第一臂210、第二臂220、第三臂230、第四臂240上的限位块90；分别设置于第二端202的端面、第一臂210、第二臂220、第三臂230上的压力传感器91；

多个压力传感器91分别用于感应多个限位块90接触相对应压力传感器91的压力，并发送信号于机器人控制装置30，机器人控制装置30从而对应压力传感器91发出的信号控制第一臂210、第二臂220、第三臂230、第四臂240的运动，用以避免第一臂210、第二臂220、第三臂230、第四臂240由于惯性或程序失效或外力导致的作出超出预定工作半径的运动。且不仅仅是通过机器人控制装置30控制并制止第一臂210、第二臂220、第三臂230、第四臂240的错误运动，还通过限位块90抵靠压力传感器91而成的强制性制动。

请参考图3，图3示出了第一臂210与基座200的具体结构。图3中示出了限位块90与压力传感器91的相对位置，其中在第二臂220、第三臂230、第四臂240可依此类推。

第二端202的端面设置有两个压力传感器91，压力传感器91在以第二端202的轴线为圆心的同一圆上，两个压力传感器91间隔20°，由此限制第一臂210在第二端202表面的工作半径为340°。

第一臂210远离第二端202的一端设置有两个压力传感器91，压力传感器91位于以第二臂220与第一臂210转动连接的转动轴为圆心的同一圆上，其间隔115°，由此限制第二臂220在第一臂210的一端的转动半径为245°。

第二臂220远离第一臂210的一端设置有两个压力传感器91，压力传感器91位于以第二臂220与第三臂230转动连接的转动轴为圆心的同一圆上，其间隔10°，由此限制第三臂230在第二臂220的一端的转动半径为350°。

第三臂230远离第二臂220的端面设置有两个压力传感器91，压力传感器91在以第三臂230远离第二臂220的端面的轴线为圆心的同一圆上，两个压力传感器91间隔60°，由此限制第四臂240在第三臂230的一端的转动半径为300°。

请参考图4，为提高焊接的安全性能，焊枪260为空冷式标准焊枪。其设置有防碰撞传感器261，防碰撞传感器261感应到外力时，向机器人控制装置30传输信号，机器人控制装置30制动焊接机器人20。为提高焊接质量，焊枪260设置有氩气冷却管262，氩气冷却管262具有向焊枪导电嘴263输送氩气的冷却开口264。通过氩气将焊接头与氧气隔离，提高了焊接质量。

发明人发现：现有的焊接机器人不能对焊接件提供有效的焊接姿态，使得工件之间不能形成有效地焊接，或者由于焊接姿态的不稳，导致焊道的不平整，降低焊接强度，且焊接材料单一以及现有的焊接机器人常常由于工作半径的失效而造成安全事故。

发明人设计了上述机器人焊接系统10，包括焊接机器人20、机器人控制装置30以及数字式焊接电源40。其中，焊接机器人20包括多个关节，具体地，其具有基座200、第一臂210、第二臂220、第三臂230、第四臂240、第五臂250以及焊枪260，焊接机器人20具有六个自由度：第一臂210绕基座200端面轴心的可旋转地连接、第二臂220与第一臂210一端的可转动地连接、第三臂230与第二臂220一端的可转动地连接、第四臂240绕第三臂230一端面轴心可旋转地连接、第五臂250与第四臂240一端可转动地连接以及焊枪260与第五臂250一端端面可选择地连接。通过六个自由度，可满足焊接机器人20能提供良好的焊接资料的条件。为控制各个关节之间的精度，并提供一个可控的工作半径，避免造成人体受伤，在基座200、第一臂210、第二臂220、第三臂230、第四臂240分别设置有限制其转动角度的第一限位部21、第二限位部22、第三限位部23、第四限位部24。为适应不同材料，数字式焊接电源40与焊接机器人20连通，其能快速调整电弧实现焊接过程中在较宽的弧压范围内稳定。为精确控制焊枪260的焊接精度，机器人控制装置30与焊接机器人20连通，通过机器人控制装置30分别控制第一臂210、第二臂220、第三臂230、第四臂240、焊枪260的运动角度，从而精准控制焊接机器人20能够达到良好的焊接姿态。机器人焊接系统10，其能提供良好的焊接姿态，焊接不同材料，避免因发生空间干涉而造成的设备损坏以及人体的受伤。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种机器人焊接系统，其特征在于：

所述机器人焊接系统包括焊接机器人、机器人控制装置以及数字式焊接电源；

所述焊接机器人具有基座，所述基座具有相对的第一端与第二端，所述焊接机器人具有沿所述基座的第一端至第二端的方向上设置的：

旋转地设置于所述第二端端面的第一臂；

与所述第一臂远离所述第二端的一端转动连接的第二臂，所述第二臂的转动轴线垂直于所述第一端至所述第二端的方向；

与所述第二臂的远离所述第一臂的一端转动连接的第三臂，所述第三臂的转动轴线垂直于所述第一端至所述第二端的方向；

与所述第三臂远离所述第二臂的端面旋转连接的第四臂；

与所述第四臂远离所述第二臂的一端转动连接的第五臂，所述第五臂的转动轴线垂直于所述第一端至所述第二端的方向；

以及与所述第五臂远离所述第四臂的端面旋转连接的焊枪；

所述第二端的端面设置有第一限位部，用以限制第一臂在所述第二端的端面旋转的角度；所述第一臂远离所述第二端的一端设置第二限位部，用以限制所述第二臂转动的角度；所述第二臂远离所述第一臂的一端设置有第三限位部，用以限制所述第三臂转动的角度；所述第三臂远离所述第二臂的端面设置有第四限位部，用以限制所述第四臂旋转的角度；

所述数字式焊接电源接通所述焊接机器人；

所述机器人控制装置与所述焊接机器人连通，用以控制所述焊接机器人中所述第一臂、所述第二臂、所述第三臂、所述第四臂、所述焊枪的运动；

所述第一臂与所述基座、所述第一臂与所述第二臂、所述第二臂与所述第三臂、所述第三臂与所述第四臂、所述第四臂与所述第五臂以及所述第五臂与所述焊枪之间分别设置有驱动装置；

所述第一限位部、所述第二限位部、所述第三限位部、所述第四限位部为：

分别设置于所述第一臂、所述第二臂、所述第三臂、所述第四臂上的限位块；

分别设置于所述第二端的端面、所述第一臂、所述第二臂、所述第三臂上的压力传感器；

多个所述压力传感器分别用于感应多个所述限位块接触相对应所述压力传感器的压力，并发送信号于所述机器人控制装置，所述机器人控制装置控制所述第一臂、所述第二臂、所述第三臂、所述第四臂的运动。

2.根据权利要求1所述的机器人焊接系统，其特征在于：

所述第一臂与所述基座、所述第一臂与所述第二臂、所述第二臂与所述第三臂、所述第三臂与所述第四臂、所述第四臂与所述第五臂以及所述第五臂与所述焊枪之间均为齿轮传动配合。

3.根据权利要求1所述的机器人焊接系统，其特征在于：

所述第二端的端面设置有两个所述压力传感器，所述压力传感器在以所述第二端的轴线为圆心的同一圆上，两个所述压力传感器间隔20°；

所述第一臂远离所述第二端的一端设置有两个所述压力传感器，所述压力传感器位于以所述第二臂与第一臂转动连接的转动轴为圆心的同一圆上，所述第一臂远离所述第二端的一端设置的两个所述压力传感器间隔115°；

所述第二臂远离所述第一臂的一端设置有两个所述压力传感器，所述压力传感器位于以所述第二臂与第三臂转动连接的转动轴为圆心的同一圆上，所述第二臂远离所述第一臂的一端设置的两个所述压力传感器间隔10°；

所述第三臂远离所述第二臂的端面设置有两个所述压力传感器，所述压力传感器在以所述第三臂远离所述第二臂的端面的轴线为圆心的同一圆上，两个所述压力传感器间隔60°。

4.根据权利要求1所述的机器人焊接系统，其特征在于：

所述焊枪设置有氩气冷却管，所述氩气冷却管具有向所述焊枪的导电嘴输送氩气的冷却开口。

5.根据权利要求1所述的机器人焊接系统，其特征在于：

所述焊枪为空冷式标准焊枪；所述空冷式标准焊枪设置有防碰撞传感器，所述防碰撞传感器感应到外力时，向所述机器人控制装置传输信号，所述机器人控制装置制动所述焊接机器人。

6.根据权利要求1所述的机器人焊接系统，其特征在于：

所述机器人控制装置为伺服控制装置。

7.根据权利要求1所述的机器人焊接系统，其特征在于：

所述数字式焊接电源为弧焊电源。

8.根据权利要求7所述的机器人焊接系统，其特征在于：

所述弧焊电源为逆变式弧焊电源。