CN107199423A - 一种不编程免示教智能焊接机器人 - Google Patents

一种不编程免示教智能焊接机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种不示教免编程智能焊接机器人，具体方案如下包括：XYZ机架、6关节机器人结构光传感器、焊枪、智能焊接控制器、人机界面手持终端，所述结构光传感器安装在焊枪上，所述焊枪安装在6关节机器人上，所述6关节机器人安装在所述XYZ机架上，所述智能焊接控制器对XYZ机架和6关节机器人进行实时同步控制，所述人机界面手持终端与智能焊接控制器实时数据通信；本发明最突出的特征就是智能焊接机器人的操作无需对焊接工件进行路径编程，无需示教，对单件产品的焊缝直接进行智能化自主焊接，解决了单件小批产品无法实现自动化焊接的问题。

Description

一种不编程免示教智能焊接机器人
技术领域
本发明涉及智能控制领域，尤其涉及一种不示教免编程智能焊接机器人。
背景技术
目前，用于焊接的智能化设备主要应用工业机器人集成，这种焊接机器人在焊接之前都要进行路径编程，主要通过示教或者离线编程方式，编程时间长且复杂，因此只适用于批量产品的焊接，不适用于单件小批的工件焊接。对于比如重工业单件小批的大型铆焊工件，这种焊接机器人无法应用，现在都是通过人工焊接作业，劳动强度大，效率低，焊接质量参差不齐，工人的职业健康和安全问题也无法保障。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种不示教免编程智能焊接机器人，具体方案如下包括：XYZ机架、6关节机器人、结构光传感器、焊枪、智能焊接控制器、人机界面手持终端；
所述结构光传感器安装在焊枪上，所述焊枪安装在6关节机器人上，所述6关节机器人安装在XYZ机架上，所述智能焊接控制器对XYZ机架和6关节机器人进行实时同步控制，所述人机界面手持终端与智能焊接控制器实时数据通信；
所述智能焊接控制器包括主控单元、XYZ运动控制处理单元、6关节机器人控制处理单元；所述主控单元包括结构光传感处理单元、工艺库单元、运动代码解析处理单元、通讯及I/O处理单元。
该机器人在工作前无需进行焊接路径编程，无需路径示教，直接检测焊缝进行自动化焊接，该机器人的工作流程如下：
S1：定位焊接起始点和焊接姿态；在上述智能焊接机器人的绝对坐标系中手动定位工件的焊接起始点和焊接姿态，建立所述智能焊接机器人的绝对坐标系和工件坐标系之间的对应关系；
S2：定位焊接分段阈值节点；所述焊接分段阈值节点和焊接起始点之间有个相对位置差，所述位置差具有X、Y、Z、A、C五个维度，其中X、Y、Z三个维度描述焊枪的空间位置，A、C两个维度描述焊枪的焊接姿态；
S3：试跟踪并获取多个焊接分段节点存入FIFO内；
S4：返回起始点开始焊接；完成上述试跟踪过程后，直接从焊接分段FIFO中按序取得一个节点解析成G代码指挥机器人进行一条小线段的焊接；
S5：完成一个焊接分段的焊接并更新FIFO以及存储分段G代码；完成分段焊接后结构光传感器检测获取下一个分段节点信息存入FIFO，并将上述焊接过的分段信息通过G代码形式存储至断电保存的存储器中；
S6：检测无焊缝或者到达停止标志；
S7：判断是否要进行多层多道焊接；按照存储的焊接分段G代码完全重复路径的进行多层多道的焊接工作，在多层多道焊接过程中，结构光传感器(3)拍摄焊缝坡口，通过智能焊接控制器中的工艺库单元处理分析进行微调所需的焊接工艺。
所述智能焊接控制器控制过程如下：结构光传感处理单元处理跟踪的焊缝坡口信息以G代码形式存储成焊接分段运动代码，工艺库单元将运动代码复合工艺信息，主控单元通过运动代码解析处理单元将G代码分解成分时插补线段数据，所述的分时可以按照工艺需求状况设定微小的时间段；
主控单元通过通讯及I/O处理单元同时向XYZ运动控制处理单元和6关节机器人控制处理单元发送上述的分时插补线段数据，实现XYZ机架和6关节机器人的同步协调运动。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种不示教免编程智能焊接机器人，前端结构光传感器直接检测焊缝位置特征，引导智能焊接控制器协调XYZ机架和6关节机器人同步运动，实时对焊缝进行智能化自主焊接。本发明最突出的优点就是智能焊接机器人的操作无需对焊接工件进行路径编程，无需示教，对单件产品的焊缝直接进行智能化自主焊接，解决了单件小批产品无法实现自动化焊接的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，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的附图。
图1为本发明中智能焊接机器人的结构示意图；
图2为本发明中智能焊接控制器的原理图；
图3为本发明中智能焊接机器人的工作流程图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面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的描述：
如图1和图2所示的一种不示教免编程智能焊接机器人具体的工作流程如下：
上述的智能焊接机器人完成设备回零511，确保智能焊接机器人所有操作建立在一个绝对坐标系下；
定位焊接起始点和焊接姿态512，描述了在上述智能焊接机器人的绝对坐标系中手动定位工件的焊接起始点和焊接姿态，建立所述智能焊接机器人的绝对坐标系和工件坐标系之间的对应关系；
定位焊接分段阈值节点513，所述焊接分段阈值节点和焊接起始点之间有个相对位置差，所述位置差具有X、Y、Z、A、C五个维度，其中X、Y、Z三个维度描述焊枪4的空间位置，A、C两个维度描述焊枪4的焊接姿态，上述位置差描述了结构光传感器跟踪检测焊缝坡口的方向及大小阈值，通过G代码来表示，记为G01X(ΔX)Y(ΔY)Z(ΔZ)A(ΔA)C(ΔC)，G01为公知的直线加工代码；
试跟踪并获取10个焊接分段节点存入FIFO514，这个过程描述了无需焊接工件7的CAD图纸及路径编程，也无需对焊接工件7进行路径示教，按照上述分段阈值节点和焊接起始点的位置差描述的方向，直接通过结构光传感器3拍摄焊接工件7的焊缝坡口，检测焊缝坡口的特征点比较，找到实际焊接分段节点和上一个焊接分段节点的位置差，通过G代码来表示一段需要焊接小线段，并将此G代码存入一个深度10的FIFO中，上述数量10只是为了本发明描述方便，具体实施方案可以是相对合适的任意整数；
返回起始点开始焊接515，完成上述试跟踪过程后，直接从焊接分段FIFO中按序取得一条G代码表示的焊接小线段进行焊接，完成一个节点焊接，同时获取下一个节点信息存入FIFO，并将焊接过的节点信息存储516，上述焊接过的节点信息通过G代码形式存储至断电保存的存储器中，如果焊接工件7的位置没有发生变化，上述G代码可以指导智能焊接机器人对焊缝进行重复加工，例如完成多层多道焊接；
检测无焊缝或者到达停止标志517，本发明的智能焊接机器人描述了一种通过结构光传感器3直接拍摄焊接工件7的焊缝坡口，来达到焊缝自动跟踪的目标，本方法的结束出口就是焊缝的终点或者是认为的焊接工艺到达停止标志；
是否要进行多层多道焊接518，本发明描述了一种实际应用的多层多道焊接工艺，焊接工件7进行完一次焊接过程后，可能还需进行重复多次焊接，每一次的焊接过程，焊缝的特征是完全不同的，本发明为解决自动完成多层多道焊接工艺，特别描述了上述焊接路径的G代码表示及存储，通过存储的焊接路径G代码，可以完全重复路径的进行多层多道的焊接工作，在多层多道焊接过程中，结构光传感器3同样可以拍摄焊缝坡口，通过智能焊接控制器5中的工艺库单元505处理分析，来进行微调所需的焊接工艺。
如图2和图3所示一种不示教免编程智能焊接机器人控制核心为智能焊接控制器5，控制过程如下：
结构光传感处理单元504处理跟踪的焊缝坡口信息以G代码形式存储成运动代码，工艺库单元505将运动代码复合工艺信息，主控单元501中通过运动代码解析处理单元506将G代码运动代码分解成分时插补线段数据，所述的分时可以按照工艺需求状况设定为1ms或者10ms等微小的时间段。主控单元501通过通讯及I/O处理单元507同时向XYZ运动控制处理单元502和6关节机器人控制处理单元503发送上述的分时插补线段数据，实现XYZ机架1和6关节机器人2的同步协调运动。这有别于传统焊接机器人以6关节机器人控制处理单元作为主控单元的方式，这是本发明抛弃示教等路径编程方式的关键。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种不示教免编程智能焊接机器人，其特征在于包括：XYZ机架(1)、6关节机器人(2)、结构光传感器(3)、焊枪(4)、智能焊接控制器(5)、人机界面手持终端(6)；
所述结构光传感器(3)安装在焊枪(4)上，所述焊枪(4)安装在6关节机器人(2)上，所述6关节机器人(2)安装在所述XYZ机架(1)上，所述智能焊接控制器(5)对XYZ机架(1)和6关节机器人(2)进行实时同步控制，所述人机界面手持终端(6)与智能焊接控制器(5)实时数据通信；
所述智能焊接控制器(5)包括主控单元(501)、XYZ运动控制处理单元(502)、6关节机器人控制处理单元(503)；所述主控单元(501)包括结构光传感处理单元(504)、工艺库单元(505)、运动代码解析处理单元(506)、通讯及I/O处理单元(507)。
2.根据权利要求1所述的智能焊接机器人，其特征还在于：该机器人在工作前无需进行焊接路径编程，无需路径示教，直接检测焊缝进行自动化焊接，该机器人的工作流程如下：
S1：定位焊接起始点和焊接姿态；在上述智能焊接机器人的绝对坐标系中手动定位工件的焊接起始点和焊接姿态，建立所述智能焊接机器人的绝对坐标系和工件坐标系之间的对应关系；
S2：定位焊接分段阈值节点；所述焊接分段阈值节点和焊接起始点之间有个相对位置差，所述位置差具有X、Y、Z、A、C五个维度，其中X、Y、Z三个维度描述焊枪(4)的空间位置，A、C两个维度描述焊枪(4)的焊接姿态；
S3：试跟踪并获取多个焊接分段节点存入FIFO内；
S4：返回起始点开始焊接；完成上述试跟踪过程后，直接从焊接分段FIFO中按序取得一个节点解析成G代码指挥机器人进行一条小线段的焊接；
S5：完成一个焊接分段的焊接并更新FIFO以及存储分段G代码；完成分段焊接后结构光传感器(3)检测获取下一个分段节点信息存入FIFO，并将上述焊接过的分段信息通过G代码形式存储至断电保存的存储器中；
S6：检测无焊缝或者到达停止标志；
S7：判断是否要进行多层多道焊接；按照存储的焊接分段G代码完全重复路径的进行多层多道的焊接工作，在多层多道焊接过程中，结构光传感器(3)拍摄焊缝坡口，通过智能焊接控制器(5)中的工艺库单元(505)处理分析进行微调所需的焊接工艺。
3.根据权利要求1或2所述的一种不示教免编程智能焊接机器人，其特征还在于：所述智能焊接控制器(5)控制过程如下：结构光传感处理单元(504)处理跟踪的焊缝坡口信息以G代码形式存储成焊接分段运动代码，工艺库单元(505)将运动代码复合工艺信息，主控单元(501)通过运动代码解析处理单元(506)将G代码分解成分时插补线段数据，所述的分时可以按照工艺需求状况设定微小的时间段；
主控单元(501)通过通讯及I/O处理单元(507)同时向XYZ运动控制处理单元(502)和6关节机器人控制处理单元(503)发送上述的分时插补线段数据，实现XYZ机架(1)和6关节机器人(2)的同步协调运动。
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