CN107283094B - 一种自动定位与焊接机器人及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动定位与焊接机器人，包括控制模块、驱动系统、本体以及设置在本体上的一对机械臂装置；所述机械臂装置包括与本体连接的主伸缩系统，以及设置在主伸缩系统上的夹持装置、焊接装置和检测装置；所述夹持装置包括与主伸缩系统连接的伸缩夹持臂，以及设置在伸缩夹持臂端部的一对夹爪；所述伸缩夹持臂上设有夹持伸缩系统，所述伸缩夹持臂端部设有水平及倾斜位置微调系统；所述一对夹爪设有夹爪开合系统，并通过夹爪开合系统与水平及倾斜位置微调系统连接；所述夹持装置上还设有位置检测器。位置调整及定位、夹持固定、自动焊接、检测与调整焊接一体化控制，焊接效率高，自动化和智能化程度高。

Description

一种自动定位与焊接机器人及其工作方法

技术领域

本发明涉及工业机器人的技术领域，特别涉及一种自动定位与焊接机器人。

背景技术

自动化焊接技术及设备正以前所未有的速度发展。国家大型基础工程的发展和国内汽车工业的崛起，都有力地促进了先进焊接工艺特别是焊接自动化技术的发展与进步。焊接机器人及智能型焊接也会在特定领域适当发展，应用广泛，对其技术性能要求越来越高。而目前急需一种能实现对称焊接的机器人，并能提高焊接精度，提高自动化和智能化程度。

焊接工艺内容有电流、电压、运条方法、焊接层数和道数、焊缝坡口、间隙等内容，是保证焊缝质量的关键：焊接顺序是指拼装各行点之间的焊接，以控制构件的变形量。结合上述，进行焊接时的自动调整以提高焊接质量，实现机器人的多功能和智能化，是目前需要解决的问题。

发明内容

发明的目的：本发明公开了一种自动定位与焊接机器人，可以实现位置调整及定位、夹持固定、自动焊接、检测与调整焊接一体化控制，焊接效率高，自动化和智能化程度高。

技术方案：为了实现以上目的，本发明公开了一种自动定位与焊接机器人，包括控制模块、驱动系统、本体以及设置在本体上的一对机械臂装置；所述机械臂装置包括与本体连接的主伸缩系统，以及设置在主伸缩系统上的夹持装置、焊接装置和检测装置；所述夹持装置包括与主伸缩系统连接的伸缩夹持臂，以及设置在伸缩夹持臂端部的一对夹爪；所述伸缩夹持臂上设有夹持伸缩系统，所述伸缩夹持臂端部设有水平及倾斜位置微调系统；所述一对夹爪设有夹爪开合系统，并通过夹爪开合系统与水平及倾斜位置微调系统连接；所述夹持装置上还设有位置检测器。

进一步的，上述一种自动定位与焊接机器人，所述焊接装置包括与主伸缩系统连接的焊接伸缩系统、设置在焊接伸缩系统上的一对可开合运动的焊接爪、设置在焊接爪端部的焊接头；所述焊接头与焊接爪通过焊接头转向系统转动连接，所述焊接爪与焊接伸缩系统通过焊接爪开合系统连接；

进一步的，上述一种自动定位与焊接机器人，所述检测装置包括与主伸缩系统连接的检测伸缩系统、设置在检测伸缩系统上的温度检测装置和变形检测装置。

进一步的，上述一种自动定位与焊接机器人，所述驱动系统包括与主伸缩系统连接的主伸缩驱动装置、与焊接伸缩系统连接的焊接伸缩驱动装置、与焊接爪开合系统连接的开合驱动装置、与焊接头转向系统连接的焊接头转向驱动装置、与夹持伸缩系统连接的夹持伸缩驱动装置、与水平及倾斜位置微调系统连接的水平位置微调驱动装置、与夹爪开合系统连接的夹爪开合驱动装置、与检测伸缩系统连接的检测伸缩驱动装置。

进一步的，上述一种自动定位与焊接机器人，所述主伸缩系统、检测伸缩系统、焊接伸缩系统、夹持伸缩系统为丝杠装置；所述焊接爪开合系统、夹爪开合系统为齿轮齿条装置。

进一步的，上述一种自动定位与焊接机器人，所述本体下方设有底座，所述本体通过本体转向系统与底座连接。

进一步的，上述一种自动定位与焊接机器人，所述夹爪为扇形夹爪。

进一步的，上述一种自动定位与焊接机器人的工作方法，包括以下步骤：a）一对机械臂装置通过主伸缩系统伸长至焊接工位；b）控制模块控制机械臂装置上的一对夹持装置移动至所需位置，并通过夹爪分别夹紧主焊接工件两侧的焊接板；c）位置检测器检测焊接板与焊接工件之间的垂直度以及焊缝大小，并将结果反馈给控制模块；d）控制模块控制水平及倾斜位置微调系统动作，将调节垂直度与焊缝大小至设定范围后，保持焊接板的固定；e）焊接头位置调整；f）控制模块控制焊接系统运行，焊接头进入焊接状态；g）控制模块控制焊接伸缩系统运行，一对焊接装置移动；其各自的一对焊接头实现各自焊接板的对称焊接；并实现两侧的焊接板与主焊接工件的对称焊接；h）焊接过程中，检测装置运行：控制模块控制检测伸缩系统按设定的间隔时间伸缩；温度检测装置和变形检测装置定时监控焊接处的温度和变形方向，并将结果传递给控制模块；i）控制模块经过运算，发出指令调整焊接顺序；j）焊接完成后，焊接装置和检测装置复位。

进一步的，上述一种自动定位与焊接机器人的工作方法，所述步骤e中具体步骤包括：控制模块控制焊接伸缩系统运行，带动一对焊接装置移动至所需位置；控制模块控制焊接头转向系统运行，使焊接头转动至所需位置；控制模块控制焊接爪开合系统运行，带动焊接装置上的一对焊接爪上下微调整，直至焊接头到达焊接起始位置；所述焊接头位置调整后分别对准两侧焊接板的上、下焊缝。

进一步的，上述一种自动定位与焊接机器人的工作方法，焊接完成后还包括以下步骤：k）夹持装置夹住焊接后的整体工件，一对机械臂装置通过主伸缩系统收缩，从焊接工位取下整体工件；l）本体转向系统运转，本体带动整体工件旋转至下一工位；m）主伸缩系统伸长，机械臂装置将整体工件移动至所需位置；n）夹爪松开，夹持装置复位；主伸缩系统收缩，一对机械臂装置复位。

上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：

（1）本发明所述的一种自动定位与焊接机器人，可以实现位置调整及定位、夹持固定、自动焊接、检测与调整焊接一体化控制，焊接效率高，自动化和智能化程度高。

（2）本发明所述的一种自动定位与焊接机器人，完成焊接后将工件送至下一工位，自动化程度高，提高生产效率。

（3）本发明所述的一种自动定位与焊接机器人，焊接前，实现定位前的自动调整，调整垂直度和焊缝大小，以保证焊接质量。

（4）本发明所述的一种自动定位与焊接机器人，通过对焊接过程的监控，通过温度检测和变形方向检测，自动调整焊接顺序，严格控制变形量，提高焊接质量。

附图说明

图1为本发明所述的一种自动定位与焊接机器人的整体结构示意图；

图2为本发明所述的一种自动定位与焊接机器人的整体结构的俯视图；

图3为本发明所述的一种自动定位与焊接机器人中焊接头工作时的示意图；

图中：1-本体，2-机械臂装置，3-主伸缩系统，4-夹持装置，41-伸缩夹持臂，42-夹爪，43-夹持伸缩系统，44-水平及倾斜位置微调系统，45-夹爪开合系统，46-位置检测器，5-焊接装置，51-焊接伸缩系统，52-焊接爪，53-焊接头，54-焊接头转向系统，55-焊接爪开合系统，6-检测装置，61-检测伸缩系统，62-温度检测装置，63-变形检测装置，7-底座，71-本体转向系统，8-主焊接工件，9-焊接板。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明具体实施方式进行详细的描述。

实施例

本发明公开了一种自动定位与焊接机器人，如图1至图3所示，包括控制模块、驱动系统、本体1以及设置在本体1上的一对机械臂装置2；所述机械臂装置2包括与本体1连接的主伸缩系统3，以及设置在主伸缩系统3上的夹持装置4、焊接装置5和检测装置6；所述夹持装置4包括与主伸缩系统3连接的伸缩夹持臂41，以及设置在伸缩夹持臂41端部的一对夹爪42，所述夹爪42为扇形夹爪；所述伸缩夹持臂41上设有夹持伸缩系统43，所述伸缩夹持臂41端部设有水平及倾斜位置微调系统44；所述一对夹爪42设有夹爪开合系统45，并通过夹爪开合系统45与水平及倾斜位置微调系统44连接；所述夹持装置4上还设有位置检测器46。

所述焊接装置5包括与主伸缩系统3连接的焊接伸缩系统51、设置在焊接伸缩系统51上的一对可开合运动的焊接爪52、设置在焊接爪52端部的焊接头53；所述焊接头53与焊接爪52通过焊接头转向系统54转动连接，所述焊接爪52与焊接伸缩系统51通过焊接爪开合系统55连接；所述检测装置6包括与主伸缩系统3连接的检测伸缩系统61、设置在检测伸缩系统61上的温度检测装置62和变形检测装置63。所述驱动系统包括与主伸缩系统3连接的主伸缩驱动装置、与焊接伸缩系统51连接的焊接伸缩驱动装置、与焊接爪开合系统55连接的开合驱动装置、与焊接头转向系统54连接的焊接头转向驱动装置、与夹持伸缩系统43连接的夹持伸缩驱动装置、与水平及倾斜位置微调系统44连接的水平位置微调驱动装置、与夹爪开合系统45连接的夹爪开合驱动装置、与检测伸缩系统61连接的检测伸缩驱动装置。

所述主伸缩系统3、检测伸缩系统61、焊接伸缩系统51、夹持伸缩系统43为丝杠装置；所述焊接爪开合系统55、夹爪开合系统45为齿轮齿条装置。

本实施例中所述本体1下方设有底座7，所述本体1通过本体转向系统71与底座7连接。

本实施例中所述的一种自动定位与焊接机器人的工作方法，包括以下步骤：

a）一对机械臂装置2通过主伸缩系统3伸长至焊接工位；

b）控制模块控制机械臂装置2上的一对夹持装置4移动至所需位置，并通过夹爪42分别夹紧主焊接工件8两侧的焊接板9；

c）位置检测器46检测焊接板9与焊接工件8之间的垂直度以及焊缝大小，并将结果反馈给控制模块；

d）控制模块控制水平及倾斜位置微调系统44动作，将调节垂直度与焊缝大小至设定范围后，保持焊接板9的固定；

e）焊接头53位置调整；

f）控制模块控制焊接系统运行，焊接头53进入焊接状态；

g）控制模块控制焊接伸缩系统51运行，一对焊接装置5移动；其各自的一对焊接头53实现各自焊接板9的对称焊接；并实现两侧的焊接板9与主焊接工件8的对称焊接；

h）焊接过程中，检测装置6运行：控制模块控制检测伸缩系统61按设定的间隔时间伸缩；温度检测装置62和变形检测装置63定时监控焊接处的温度和变形方向，并将结果传递给控制模块；

i）控制模块经过运算，发出指令调整焊接顺序；

j）焊接完成后，焊接装置5和检测装置6复位；

k）夹持装置4夹住焊接后的整体工件，一对机械臂装置2通过主伸缩系统3收缩，从焊接工位取下整体工件；

l）本体转向系统71运转，本体1带动整体工件旋转至下一工位；

m）主伸缩系统3伸长，机械臂装置2将整体工件移动至所需位置；

n）夹爪42松开，夹持装置4复位；主伸缩系统3收缩，一对机械臂装置2复位。

本实施例中所述步骤e中具体步骤包括：控制模块控制焊接伸缩系统51运行，带动一对焊接装置5移动至所需位置；控制模块控制焊接头转向系统54运行，使焊接头53转动至所需位置；控制模块控制焊接爪开合系统55运行，带动焊接装置5上的一对焊接爪52上下微调整，直至焊接头53到达焊接起始位置；所述焊接头53位置调整后分别对准两侧焊接板9的上、下焊缝。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种自动定位与焊接机器人，其特征在于：包括控制模块、驱动系统、本体（1）以及设置在本体（1）上的一对机械臂装置（2）；所述机械臂装置（2）包括与本体（1）连接的主伸缩系统（3），以及设置在主伸缩系统（3）上的夹持装置（4）、焊接装置（5）和检测装置（6）；

所述夹持装置（4）包括与主伸缩系统（3）连接的伸缩夹持臂（41），以及设置在伸缩夹持臂（41）端部的一对夹爪（42）；所述伸缩夹持臂（41）上设有夹持伸缩系统（43），所述伸缩夹持臂（41）端部设有水平及倾斜位置微调系统（44）；所述一对夹爪（42）设有夹爪开合系统（45），并通过夹爪开合系统（45）与水平及倾斜位置微调系统（44）连接；所述夹持装置（4）上还设有位置检测器（46）；

所述焊接装置（5）包括与主伸缩系统（3）连接的焊接伸缩系统（51）、设置在焊接伸缩系统（51）上的一对可开合运动的焊接爪（52）、设置在焊接爪（52）端部的焊接头（53）；所述焊接头（53）与焊接爪（52）通过焊接头转向系统（54）转动连接，所述焊接爪（52）与焊接伸缩系统（51）通过焊接爪开合系统（55）连接；

所述检测装置（6）包括与主伸缩系统（3）连接的检测伸缩系统（61）、设置在检测伸缩系统（61）上的温度检测装置（62）和变形检测装置（63）；

上述自动定位与焊接机器人的工作方法，包括以下步骤：

a）一对机械臂装置（2）通过主伸缩系统（3）伸长至焊接工位；

b）控制模块控制机械臂装置（2）上的一对夹持装置（4）移动至所需位置，并通过夹爪（42）分别夹紧主焊接工件（8）两侧的焊接板（9）；

c）位置检测器（46）检测焊接板（9）与焊接工件（8）之间的垂直度以及焊缝大小，并将结果反馈给控制模块；

d）控制模块控制水平及倾斜位置微调系统（44）动作，将调节垂直度与焊缝大小至设定范围后，保持焊接板（9）的固定；

e）焊接头（53）位置调整；

f）控制模块控制焊接系统运行，焊接头（53）进入焊接状态；

g）控制模块控制焊接伸缩系统（51）运行，一对焊接装置（5）移动；其各自的一对焊接头（53）实现各自焊接板（9）的对称焊接；并实现两侧的焊接板（9）与主焊接工件（8）的对称焊接；

h）焊接过程中，检测装置（6）运行：控制模块控制检测伸缩系统（61）按设定的间隔时间伸缩；温度检测装置（62）和变形检测装置（63）定时监控焊接处的温度和变形方向，并将结果传递给控制模块；

i）控制模块经过运算，发出指令调整焊接顺序；

j）焊接完成后，焊接装置（5）和检测装置（6）复位。

2.根据权利要求1所述的一种自动定位与焊接机器人，其特征在于：所述驱动系统包括与主伸缩系统（3）连接的主伸缩驱动装置、与焊接伸缩系统（51）连接的焊接伸缩驱动装置、与焊接爪开合系统（55）连接的开合驱动装置、与焊接头转向系统（54）连接的焊接头转向驱动装置、与夹持伸缩系统（43）连接的夹持伸缩驱动装置、与水平及倾斜位置微调系统（44）连接的水平位置微调驱动装置、与夹爪开合系统（45）连接的夹爪开合驱动装置、与检测伸缩系统（61）连接的检测伸缩驱动装置。

3.根据权利要求1述的一种自动定位与焊接机器人，其特征在于：所述主伸缩系统（3）、检测伸缩系统（61）、焊接伸缩系统（51）、夹持伸缩系统（43）为丝杠装置；所述焊接爪开合系统（55）、夹爪开合系统（45）为齿轮齿条装置。

4.根据权利要求1所述的一种自动定位与焊接机器人，其特征在于：所述本体（1）下方设有底座（7），所述本体（1）通过本体转向系统（71）与底座（7）连接。

5.根据权利要求1所述的一种自动定位与焊接机器人，其特征在于：所述夹爪（42）为扇形夹爪。

6.根据权利要求1所述的一种自动定位与焊接机器人，其特征在于：所述步骤e中具体步骤包括：控制模块控制焊接伸缩系统（51）运行，带动一对焊接装置（5）移动至所需位置；控制模块控制焊接头转向系统（54）运行，使焊接头（53）转动至所需位置；控制模块控制焊接爪开合系统（55）运行，带动焊接装置（5）上的一对焊接爪（52）上下微调整，直至焊接头（53）到达焊接起始位置；所述焊接头（53）位置调整后分别对准两侧焊接板（9）的上、下焊缝。

7.根据权利要求1所述的一种自动定位与焊接机器人，其特征在于：焊接完成后还包括以下步骤：

k）夹持装置（4）夹住焊接后的整体工件，一对机械臂装置（2）通过主伸缩系统（3）收缩，从焊接工位取下整体工件；

l）本体转向系统（71）运转，本体（1）带动整体工件旋转至下一工位；

m）主伸缩系统（3）伸长，机械臂装置（2）将整体工件移动至所需位置；

n）夹爪（42）松开，夹持装置（4）复位；主伸缩系统（3）收缩，一对机械臂装置（2）复位。